地震压电检波器及其测试仪原理与测试方法

地震压电检波器及其测试仪原理与测试方法12易碧金穆群英()11中油集团东方地球物理公司装备研究中心河北涿州072751()21西安石油仪器总厂西安710049摘要：随着勘探和生产技术的发展，压电传感器在地质勘探中的应用越来越多，本文从分析压电检波器的原理出发，对目前地震勘探中的几种检波器测试仪的测试原理和测试方法进行了详细的介绍。关键词：压电检波器对比测量灵敏度声场)1所示。它可被看作是单自由度二阶力学系统，图1概述由于原始地震数据的准确性与可靠性取决于地其运动状态的微分方程为：2震检波器与数字地震仪的性能，在地震勘探中必须dxdx()()m+c1+kx=Ft2dtdt对检波器性能定期作检测分析和记录。对于常规动压电压敏型检波器的有阻尼谐振频率为：圈式检波器，因其用量大，目前测试设备比较多；对122于压电检波器，由于其过去用量相对较少，所以有关32-()f=cnn2()压电检波器或水听检波器的测试设备也很少。但3k/m;k-组合刚度；m-质量；c-阻尼式中:=n随着勘探的发展，对水网和过渡带地区的勘探逐渐系数。压电压敏型检波器的灵敏度定义为输出量普及，作为水中传感器的压电检波器的使用也越来与被越多，生产压电检波器的厂家也越来越多，国内外勘测物理量的比值：探施工单位对压电检波器的性能作定期测试分析的Q()要求也越来越强烈。为了加强对压电检波器的管理K3=QP和性能测试，加强对各种物探仪器设备技术指标的式中：K-压敏型检波器的电荷灵敏度；Q-压Q定量评价与检定，合理地评价其使用价值，满足质量敏型检波器的输出电荷；P-压力。控制要求，一些单位生产了专门测试压电检波器的测试仪器。然而目前能够对压电检波器的性能作测试分析的仪器很少，严重影响了地震勘探的质量。本文从压电检波器的原理分析出发，对目前地震勘探中的几种压电检波器测试仪的测试原理和测试方法进行了详细介绍。图1压电检波器内部结构剖面图压电加速度型检波器是以压电晶体为转换元件，2地震压电检波器原理(，它们具有相似的灵敏度-频率响应特变压器耦合压电加速度检波器的灵敏度是指其输出电量电)()()如图2,在约10,400Hz间，灵敏度变化很小。性荷或电压与所承受的振动或冲击加速度的比值。因此对它的测试一般都是采用选定频率点的方式进Q()=5KQa()行对比测量，即用参考晶体标准检波器作对比测KQ量。所谓对比测量方法，是指在相同条件下测量已()K=6uCu知标准检波器和未知待测检波器的响应，然后利用式中：K一压电加速度检波器的电荷灵敏度；K-Qu声源、标准检波器、待测检波器都是线性的原理，两压电加速度检波器的电压灵敏度；Q—压电加速度者进行比较，而计算出待测检波器的最终响应值。a检波器的输出电荷；一振动或冲击加速度；Ca—压其计算公式为：电加速度检波器的电容。Ux()M=M8xs压电加速度检波器的主谐振频率可由下式求得Us理论值：式中：M一待测水听器的声压灵敏度，V/Pa;M—xs1k标准水听器的声压灵敏度，V/Pa;U一待测水听器x()7F=nn2m输出端的开路电压，V;Us一标准水听器输出端的开式中：K一检波器等效刚度系数；m一惯性体质量；路电压,V。一般地震压电检波器的电压输出与频率响应的，必须满足驱为了对压电检波器进行准确测试特性曲线如图2所示。动和耦合的要求：例如耦合腔内声场基本均匀，腔T%FUdClHCHIlB的设计包括耦合腔要求具有刚性的边界、腔内部无释压材料以及腔的体积、尺寸等等需要满足测试条件。由于要求地震压电检波器对频率的响应范围在1kHz以下，因此它是类似包含对次声波有响应的声学传感器，因此对它的测试需要建立一个稳定压()力场或声场包含次声波。目前国外I/O公司有一种只能够快速测试压电检波器好坏的测试仪()SHARP，它采用具有代表性的单一声场170Hz来测试地震压电检波器的灵敏度。国内有东方公司生

产的SHT-2型压电检波器测试器，这种测试仪在SHARP的基础上增加了测试数据的计算机存储、打印和数据分析功能°SHARP和SHT-2都是便罪:酬商I—L罪:酬商I—L.必一J.fl」J图3压电检波器测试仪器原理方框图图3所示。，而要看是否符合在的高低不能说明检波器的好坏测试仪一般由测试检波器的测试声场及其功率一起使用的检波器的误差范围。例如一个灵敏度为放大驱动器、测试信号源、检波器输入匹配电路、检15?0110V/Bar的检波器，与灵敏度标称值为15波器输出信号调理电路、模拟-数字转换电路以及V/Bar的检波器一起使用是合格的，但是如果它与（）作为中央控制和处理系统的计算机CPU等部件灵敏度标称值为10V/Bar的检波器一起使用，它就组成。另外包括人机对话的显示器、打印机、键盘、鼠标以及数据存储部件等设备。测试原理是CPU是一个不合格的检波器。（）根据测试的需要，控制信号源一般为函数发生器）2厂家提供的标称值只是同一型号检波器灵敏产生一个给定频率的测试信号，通过功率放大器使度的典型值。实际上，各检波器在某个频率时灵敏测试声场产生一个恒定的声压场。使参考晶体和待度与标称值都存在或大或小的偏差，这是因为压电测检波器同时检测到声压，然后采集板采集在相同晶体在切割、封装时的差异及耦合变压器的差异造（）声场条件下的标准检波器和待测检波器的输出电压值，进行比较而计算或分析出待测检波器性能。()成的，是允许的。至于允许偏差多少容限值，由用对于小型的快速测试器，一般只能够产生31Hz或户根据有关规定或甲方要求来定，一般选10,170Hz等具有代表性的单一频率的声场，声压约为20%。如果标称值本来就低，如10V/bar,而选择1mbar。对于多频率点的测试，需要复杂的信号源的容限值又太大，如？20%，那么灵敏度为8100V/(和高设计标准的声场，测试的频率范围越宽特别是bar的检波器被程序视为合格。而实际上，灵敏度)次声波的低频部分，则声场的体积越大。声场的频过低对拾取弱地震信号不利。所以从这个角度说，率一般由参考检波器检测数据反馈到信号源作为锁它是不合格的，应该选择小一点的容限值。如果标相信号而控制声场，是一个相对稳定的共振频率。称值较高，如15V/bar，而所选容限值太低，如？10%的话，那么小于1315V/bar和大于1615V/bar的检波器均视为不合格。实际上，略低于1315V/bar和略高于1615V/bar的检波器都能满足地)4对压电检波器进行测试时，要选择合适的量参考文献：程。不要选择过小的灵敏度范围，否则，会导致电路1王雪文，张志勇1传感器原理及应用1北京航空航天大学出版社，2004饱和，从而出现错误读数，得出错误结论。有时候选金先级1机电系统的计算机仿真1清华大学出版社，1991择较大的灵敏度范围比较方便，特别是进行快速测2MarkProducts1ADivisionofShawResourceServices3试时，筒内的压电检波器还没完全静止，就能得到较InclMarkProducts,Incl稳定的读数，不过精度稍低。()收稿件日期：2005年6月24日)5目前市场上的测试设备一般是以扬声器作为ThePrinciplesandMeasurementofHydrophoneanditsMeasuringInstrumentsAbstract:Asthedevelopmentoftheexplorationandproductiontechnology,therearemoreandmorehy2drophonesareusedingeologicalexplorationlTheprinciplesofhydrophoneisanalyzedinthispaper.The(theoryandmethodsofseveralmeasuringinstrumentsofhydrophonesareintroducedindetaillbyYiBin2)jin&MuQunyingKeywords:Hydrophones,PairingComparisonMeasurement,Sensitivity,Soundfield()上接第41页化组合使企业和科研单位都获得较好的经济效益。国家的一些知名企业集团每年投入的科研费用有的为提高企业对市场需求的敏感性，尽快将一个高达销售收入的15%以上，而我国的多数企业用于新的产品投放市场，可以发展战略联盟或在多个经科研的经费较低，高新技术企业也不过3,5%,高济实体之间进行阶段性合作。任何一个企业靠自身的也只是7%左右。由于高新技术的研究开发具有的人力、资金、能力都很难独立完成一个全新的产一定的探索