地震检波器高教课件

迈克尔·法拉第迈克尔·法拉第（MichaelFaraday，公元1791～公元1867）英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。生于萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭，仅上过小学。迈克尔·法拉第是英国著名化学家戴维的学生和助手，他的发现奠定了电磁学的基础，是麦克思韦的先导。1831年10月17日，法拉第首次发现电磁感应现象，在电磁学方面做出了伟大贡献。法拉第最先提出电场概念和电场线概念。更主要的是他在电化学方面（对电流所产生的化学效应的研究）所做出的贡献。经过多次精心试验，法拉第总结了两个电解定律，这两个定律均以他的名字命名，构成了电化学的基础。他将化学中的许多重要术语给予了通俗的名称，如阳极、阴极、电极、离子等。法拉第的照片在1991年至2001年时，被印在20元的英镑纸币上。南极洲的前英国实验室：法拉第气候研究站以他为名，而电容则以法拉作为单位。此外，一莫耳的电子所含的电量（约96485库仑）也称为法拉第常数，让世人缅怀他在电学上无与伦比的贡献。法拉第电磁感应定律陈述一随时间改变的磁通量会创造电动势。法拉第在英国皇家研究院（RoyalInstitution）中任富勒里安化学教授，并指为终身职。在所有任过此职者中，法拉第为第一个，也是最为出名的学者。爱因斯坦在他的学习墙上放着法拉第的一张照片，并将其与牛顿和麦克斯韦放在一起。2021/10/10星期日1技术研究一、运动方程的建立

检波器内部各组成部分的运动关系如右图所示。于是有：y=z+x1.弹簧克服惯性体重力后的拉力FK2.线圈受到的电磁阻尼力3.铝制线圈的电磁阻尼力2021/10/10星期日2技术研究二、输出电压方程和固有振动

电动式检波器的输出电压方程为：

根据牛顿第二定律导出电动式检波器的运动方程如下示：2021/10/10星期日3技术研究

电动式检波器的固有振动有三种情况：欠阻尼、过阻尼和临界阻尼，振动波形如下页图示：2021/10/10星期日4技术研究三、频率响应电动式检波器的幅频特性为：

可见电动式检波器在以地面振动速度作为输入量时，输出电压呈现二阶高通滤波器的频率特性，因此对低频面波干扰可以有一定的压制作用。2021/10/10星期日5技术研究(1)电动式检波器的幅频特性如图式：时，G(ω)将出现尖峰。②当时，没有尖峰出现。③当时，刚好不出现尖峰，或者说尖峰出现在无穷远处，这种状态称为最佳阻尼。①当阻尼系数2021/10/10星期日6技术研究

（2）电动式检波器的相位特性为：

绘出电动式检波器的相位特性如图：可知，φ（0）=0°，φ（ω0）=-90°，φ（∞）=-180°，在ω=0、ω0、∞三个频率处，不同阻尼的电动势检波器均有相同的相移，而其它频率上，不同阻尼的电动式检波器的相移是不相同的。2021/10/10星期日7技术研究四、性能参数1.阻尼电动式检波器的阻尼为：2.自然频率3.灵敏度电动式检波器输出电压是：4.非线性5.绝缘电阻

可见，机电转换系数S越高，则检波器输出电压越大，因此机电转换系数S也称为固有灵敏度。2021/10/10星期日8技术研究作业：1.电动式检波器由哪几部分组成？2.电动式检波器是如何将机械振动转换成电信号的？3.（独立）分析电动式检波器的幅频特性和相频特性。2021/10/10星期日9技术研究第二节压电式地震检波器

压电效应：某些介质。当沿一定方向对其施力而使它变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷（作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变）。当外力去掉后，又重新恢复不带电的状态，这种现象称为压电效应。

压电陶瓷属于铁电体一类的物质，是人工制造的多晶压电材料。它具有类似铁磁材料磁畴结构的电畴结构。2021/10/10星期日10技术研究2021/10/10星期日11技术研究

这种由机械效应转变为电效应，或者由机械能转换为电能的现象，就是正压电效应，而由电效应转变为机械效应或者由电能转变为机械能的现象，就是逆压电效应。2021/10/10星期日12技术研究

压电检波器等效成一个与电容相并联的电荷源，如右图a示,或等效成一个电压源，如右图b示。若压电检波器附近的水压为P，则压电检波器的开路输出电压为：一、压电陶瓷的压电效应

式中K—一个与压电常数成正比且与压电检波器结构尺寸有关的常数，称为压电检波器的开路灵敏度。2021/10/10星期日13技术研究二、变压器耦合式海上检波器V0为变压器次级电压，它与仪器输入端得到的电压Va关系为：图中R为：2021/10/10星期日14技术研究传递函数为：式中自然频率：阻尼系数：传输常数：其中2021/10/10星期日15技术研究三、带电荷放大器的海上检波器该电路传递函数为：2021/10/10星期日16技术研究

变换后可得带电荷放大的海上检波器的传递函数为：

变压器耦合海上检波器阻抗匹配较好.

但是尽管带电荷放大器的海上检波器比变压器耦合式海上检波器容易接受串音干扰，但它没有因为变压器接受干扰而产生噪声，而且便于在勘探船上测试整个电路，因此在海上勘探中得到广泛的应用。2021/10/10星期日17技术研究第三节涡流式地震检波器

惯性部件和固定在机壳里的永久磁场做相对运动产生涡流，涡流又使固定在机壳里的线圈感应出电流，根据这一原理制成涡流检波器。2021/10/10星期日18技术研究一、涡流检波器的传递函数涡流检波器的运动方程为：传递函数为：振幅特性为：相位特性为：2021/10/10星期日19技术研究二、涡流式地震检波器的主要技术指标（见课本）2021/10/10星期日20技术研究作业1.独立分析压电式检波器的工作原理。2.涡流检波器工作原理分析，并了解它与电动式检波器相比较有哪些优缺点？

结论：涡流检波器能提升高频信号，但它的灵敏度与常规检波器的灵敏度相比较太低，大约低50倍左右。2021/10/10星期日21技术研究四、地震检波器的分类

从使用环境分有：陆上检波器沼泽检波器海上检波器从工作原理分有：动圈式检波器（常规检波器和超级检波器）压电检波器数字传感器(数字检波器)

按输出信号所跟踪的物理量分有：速度检波器加速度检波器压力检波器2021/10/10星期日22技术研究陆上地震检波器

（动圈式速度检波器）2021/10/10星期日23技术研究检波器的埋置2021/10/10星期日24技术研究

检波器组合——检波器串2021/10/10星期日25技术研究2021/10/10星期日26技术研究检波器组合的连接方式2021/10/10星期日27技术研究涡流检波器（加速度检波器）2021/10/10星期日28技术研究压电检波器2021/10/10星期日29技术研究HYD-1型压电检波器

HYD-1型压电检波器是一种压电传感器，它具有体积小、密封性能好、灵敏度高等特点。水下工作深度1米—35米，可以和美国2512型压电检波器互换使用。可用于海洋、水库、河流等水域地震勘探。2021/10/10星期日30技术研究压电检波器在水中的使用2021/10/10星期日31技术研究压电检波器用于海上勘探2021/10/10星期日32技术研究超级检波器超级检波器的原理和结构与电磁感应式检波器完全一致，区别主要在于检波器的制造工艺和器件材料，实质上，超级检波器就是传统检波器的改进型。

2021/10/10星期日33技术研究数字检波器数字检波器的核心是MEMS(MicroElectroMechanicalSystem，即(微电子机械系统)技术，这种技术就是以硅材料为基底，采用微机械加工工艺和IC工艺加工出差动电容式微机械加速度计。这种加速度计(数字检波器)是集微型传感器、执行器、信号处理器以及控制电路、接口电路、通信电路和电源为一体的微型机电系统。2021/10/10星期日34技术研究数字检波器工作原理2021/10/10星期日35技术研究数字检波器与传统检波器的区别

数字检波器和传统检波器在原理和功能上完全不同，传统意义上的地震检波器是以电磁感应方式将地震(振动速度)信号转换为模拟电信号输出，而数字检波器是以重力平衡方式(MEMS技术)将地震(振动加速度)信号直接转换为高精度的数字信号。2021/10/10星期日36技术研究2021/10/10星期日