（中國(guó)地震局地球物理勘探中心 河南鄭州450000）

（中國(guó)地震局地球物理勘探中心 河南鄭州450000）

針對(duì)常規(guī)地震檢波器諧波失真度高、靈敏度低的問(wèn)題，研究了地球物理勘探中一種新型磁環(huán)地震檢波器。從地震檢波器的工作原理出發(fā)，探討了新型磁環(huán)地震檢波器的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，通過(guò)研究表明，新型磁環(huán)地震檢波器能夠很好滿(mǎn)足地球物理勘探高精度、低諧波失真度的要求。

地球物理勘探地震檢波器精度諧波失真

0 前言

地震檢波器是地球物理勘探中采集地震數(shù)據(jù)的重要儀器，其必須要有著較高的精度和較低的諧波失真度。傳統(tǒng)的地震檢波器有著氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度弱、均勻性差的缺點(diǎn)，其諧波失真度較高，使得在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，檢波器的靈敏度較差，容易導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果失真，因此有必要研究一種高精度、低失真度的新型地震檢波器。本文以輻向磁場(chǎng)設(shè)計(jì)思路為基礎(chǔ)，提出了一種新型磁環(huán)地震檢波器，旨在為地球物理勘探中高精度檢波器的研發(fā)提供參考。

1 地震檢波器工作原理概述

從本質(zhì)上來(lái)講，地震檢波器屬于傳感器，其能夠?qū)⒌卣鹂碧郊ぐl(fā)的地震波轉(zhuǎn)換為電動(dòng)勢(shì)。地震檢波器在地球物理勘探中有著重要的應(yīng)用，其主要采用磁電動(dòng)圈式結(jié)構(gòu)，在地震勘探的過(guò)程中，不同地層會(huì)向地表反射地震波，地震波傳遞到地面會(huì)通過(guò)尾燈導(dǎo)致磁鋼振動(dòng)，磁鋼和線架在振動(dòng)作用下會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)則會(huì)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，從而完成地震波向電動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)換[1]。

在理想的工作狀態(tài)下，檢波器工作頻帶內(nèi)其輸出和輸入呈現(xiàn)線性關(guān)系，檢波器的輸入指的是地震波的速度和加速度輸入，檢波器的輸出指的是電壓輸出。但在檢波器的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，其會(huì)受到彈簧片假頻非線性以及氣隙磁場(chǎng)不均勻的影響，從而導(dǎo)致諧波失真[2]。因此，不僅要對(duì)彈簧結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，消除假頻非線性影響，同時(shí)要對(duì)檢波器電磁場(chǎng)內(nèi)部氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行研究，消除氣隙磁場(chǎng)不均勻的影響。

2 新型磁環(huán)地震檢波器的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)

2.1 新型磁環(huán)地震檢波器的設(shè)計(jì)

2.1.1 磁路設(shè)計(jì)分析

要想提升地震檢波器的靈敏度和準(zhǔn)確度，避免諧波失真，保證檢波器氣隙磁場(chǎng)的均勻至關(guān)重要，磁場(chǎng)在軸向上不能出現(xiàn)分量，同時(shí)強(qiáng)度要大。因此在磁路設(shè)計(jì)的過(guò)程中，采用高性能輻向充磁的FeCo基磁鋼，將FeCo基磁鋼作為磁源磁路，以此來(lái)取代傳統(tǒng)檢波器的釹鐵磁鋼。

在新型磁環(huán)檢波器中，磁場(chǎng)從磁環(huán)N極出發(fā)，之后穿過(guò)氣隙場(chǎng)，從而形成均勻的氣隙磁場(chǎng)分布，磁場(chǎng)的方向與線圈運(yùn)動(dòng)方向垂直，此時(shí)檢波器的靈敏度最大，諧波失真度最小[3]。對(duì)于普通檢波器來(lái)說(shuō)，其主要通過(guò)磁靴進(jìn)行導(dǎo)磁，因此在氣隙場(chǎng)中形成的磁場(chǎng)并非均勻分布，磁場(chǎng)方向與線圈的運(yùn)動(dòng)方向并不垂直，其檢波器靈敏度會(huì)降低，諧波的失真度會(huì)增加。用Hall磁傳感器對(duì)新型磁環(huán)檢波器和常規(guī)檢波器的磁場(chǎng)分布進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，新型磁環(huán)檢波器的氣隙磁場(chǎng)均勻場(chǎng)寬度為13毫米，磁場(chǎng)強(qiáng)度為560mT，而常規(guī)檢波器的均勻磁場(chǎng)寬度為6毫米，磁場(chǎng)強(qiáng)度為300mT。由此可見(jiàn)，相較于常規(guī)檢波器來(lái)說(shuō)，新型磁環(huán)檢波器的氣隙磁場(chǎng)均勻更寬，其磁場(chǎng)強(qiáng)度更強(qiáng)。

2.1.2 新型磁環(huán)檢波器芯體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型磁環(huán)檢波器芯體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，磁鋼選用FeCo基磁鋼，其溫度系數(shù)為-0.04%每攝氏度，其磁能積較高，取代傳統(tǒng)軸向充磁磁鋼，針對(duì)磁環(huán)充磁難的問(wèn)題，采用真空粉末冶金燒結(jié)、充磁之后整體性粘結(jié)的辦法來(lái)進(jìn)行解決，通過(guò)此路設(shè)計(jì)軟件來(lái)對(duì)磁路和芯體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[4]。在塑料外殼中，封裝芯體、電纜線以及防水帽，之后在塑料外殼外裝設(shè)尾燈，則構(gòu)成了用于地球物理勘探的新型磁環(huán)地震檢波器。

2.2 新型磁環(huán)地震檢波器的實(shí)驗(yàn)

2.2.1 特性參數(shù)的測(cè)試結(jié)果

新型磁環(huán)地震檢波器屬于二階振動(dòng)傳感器的范疇，因此主要采用階躍電測(cè)法來(lái)測(cè)試檢波器的性能參數(shù)，在新型磁環(huán)檢波器的輸出端，用檢波器測(cè)試儀增加一個(gè)穩(wěn)定電流，檢波器的懸體處于永久磁場(chǎng)中，在電流的作用下，檢波器的懸體會(huì)受到磁場(chǎng)力的作用，從平衡位置離開(kāi)，之后快速車(chē)墊檢波器測(cè)試儀提供的穩(wěn)定直流，此時(shí)檢波器懸體會(huì)突然失去磁場(chǎng)力的作用，從而作自由衰減振動(dòng)。在整個(gè)過(guò)程總，新型磁環(huán)檢波器兩端的電壓為一階躍電壓，因此，檢波器懸體的自由衰減振蕩輸出的響應(yīng)為階躍響應(yīng)，之后生成階躍響應(yīng)曲線，從曲線中能夠提取出新型磁環(huán)檢波器的參數(shù)，例如固有頻率、靈敏度以及阻尼比等檢波器參數(shù)都能夠在階躍曲線中提取出來(lái)[5]。根據(jù)測(cè)試結(jié)果表明，新型磁環(huán)檢波器的諧波失真度值在0.05以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)地震檢波器的諧波失真度，新型磁環(huán)檢波器的靈敏度為280/mv/cm/s，大于其他常規(guī)地震檢波器的靈敏度，且誤差范圍相較于常規(guī)地震檢波器縮小了2.5%，由此可見(jiàn)，相較于常規(guī)地震檢波器來(lái)說(shuō)，新型磁環(huán)檢波器的性能更加優(yōu)良。

2.2.2 新型磁環(huán)檢波器幅頻特性曲線分析

圖1為新型磁環(huán)地震檢波器的幅頻特性曲線，從曲線中可以看出，新型磁環(huán)檢波器在寬頻帶內(nèi)的靈敏度較高，諧波失真度較小，線性明顯，而地球物理勘探中對(duì)精度以及分辨率的要求較高，由此可見(jiàn)，新型磁環(huán)地震檢波器能夠很好的滿(mǎn)足地球物理勘探的要求。

圖1 新型磁環(huán)檢波器幅頻特性曲線

3 結(jié)論

綜上所述，本文研究了一種用于地球物理勘探的新型磁環(huán)地震檢波器，井檢測(cè)，其精度較高，諧波失真度較低，符合地球物理勘探對(duì)精度及分辨率的要求。

[1]唐東林,梁政,陳浩.用于地震勘探的新型高精度地震檢波器研究 [J].振動(dòng)與沖擊, 2008.

[2]劉升虎,邢亞敏.一種壓電加速度地震檢波器的設(shè)計(jì)與研究 [J].傳感器與微系統(tǒng), 2007.

[3]譚紹泉,余欽范,徐錦璽,劉泰生,秦豹,何京國(guó).新型陸用壓電檢波器在灘淺海地區(qū)地震勘探中的應(yīng)用及效果 [J].石油物探,2004.

地球物理勘探中新型地震檢波器的研究

■侯黎華

P315[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-10-228-1

侯黎華（1979～）男，大專(zhuān)，助工，研究方向?yàn)榈厍蛭锢砦锢砜辈臁?/p>