劉樹鍵 陳德華 曹雪砷 陳 浩

(1 中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所 北京 100190)

(2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049)

(3 北京市海洋深部鉆探測(cè)量工程技術(shù)研究中心 北京 100190)

0 引言

偶極聲波測(cè)井可用于孔隙度、滲透率和流體飽和度等地層參數(shù)的估算以及地層各向異性評(píng)價(jià)[1?4]，在油氣勘探開發(fā)過程中其應(yīng)用越來越廣。為了提高生產(chǎn)效率，保障測(cè)井作業(yè)質(zhì)量，必須在下井前對(duì)偶極聲波測(cè)井儀器性能(尤其是發(fā)射聲系)進(jìn)行必要的檢測(cè)，快速確定儀器發(fā)射聲系在經(jīng)過長(zhǎng)距離運(yùn)輸后仍能工作正常。對(duì)其發(fā)射聲系性能的檢測(cè)工作一般需要采用比較笨重、復(fù)雜、昂貴的專門檢測(cè)裝置，測(cè)井前線基地由于條件相對(duì)簡(jiǎn)陋而且地點(diǎn)不太固定，很難配備這些裝置，因而對(duì)發(fā)射聲系的檢測(cè)主要在儀器生產(chǎn)基地進(jìn)行。黃理琴[5]提出了一種聲波測(cè)井儀器測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，利用聲系仿真模塊生成測(cè)試信號(hào)，對(duì)儀器井下電路進(jìn)行測(cè)試。該方案僅針對(duì)儀器井下電路部分，缺乏對(duì)換能器的檢測(cè)。劉棟等[6]基于嵌入式系統(tǒng)框架研制出了可用于聲波測(cè)井儀聲系的測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由聲波信號(hào)發(fā)射裝置和聲波接收裝置兩部分組成，可分別用于對(duì)測(cè)井儀接收聲系和發(fā)射聲系進(jìn)行較為全面的調(diào)試和檢測(cè)。該系統(tǒng)仍比較繁瑣，不便于在測(cè)井前線基地運(yùn)用。

本文提出了一種針對(duì)偶極聲波測(cè)井儀器發(fā)射聲系性能進(jìn)行快速檢測(cè)的方法。首先，在生產(chǎn)場(chǎng)地對(duì)經(jīng)過檢測(cè)裝置檢驗(yàn)后的聲波測(cè)井儀器發(fā)射聲系激發(fā)的聲場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，提取出聲源主頻、聲場(chǎng)強(qiáng)度和空間分布對(duì)稱性特征，作為評(píng)價(jià)依據(jù)；在測(cè)井前線基地，再次對(duì)儀器激發(fā)聲場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，提取出相應(yīng)的聲場(chǎng)特征并與評(píng)價(jià)依據(jù)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)兩者一致時(shí)，即可認(rèn)為儀器發(fā)射聲系性能完好。本方法可以在儀器下井前對(duì)發(fā)射聲系性能進(jìn)行高效、便捷的檢測(cè)。本文介紹了偶極聲波測(cè)井儀器發(fā)射聲系激發(fā)聲場(chǎng)的測(cè)量、聲場(chǎng)特征提取以及發(fā)射聲系性能評(píng)價(jià)依據(jù)獲取方法；針對(duì)偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井儀的偶極發(fā)射聲系開展了相應(yīng)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，測(cè)量了其激發(fā)的三維聲場(chǎng)，得到了聲源主頻、聲源強(qiáng)度以及空間分布對(duì)稱性特征，可用于該儀器發(fā)射聲系的性能評(píng)價(jià)。

1 偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井儀器偶極發(fā)射聲系結(jié)構(gòu)及聲場(chǎng)信號(hào)采集裝置

1.1 偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井儀器偶極發(fā)射聲系結(jié)構(gòu)

偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井儀偶極發(fā)射聲系包含上下?lián)Q能器陣列，每個(gè)換能器陣列由4 個(gè)正交分布的三疊片換能器組成，相互平行的兩個(gè)三疊片換能器構(gòu)成一個(gè)偶極子聲源(即每個(gè)陣列包含兩個(gè)偶極子源)。正對(duì)三疊片換能器中心的4 個(gè)方向依次記為X-1、Y-1、X-2、Y-2；沿X方向分布的偶極子記為X-偶極子，沿Y方向分布的偶極子記為Y-偶極子。圖1 為偶極發(fā)射聲系結(jié)構(gòu)圖。儀器工作時(shí)，陣列中的X-偶極子源和Y- 偶極子源交替發(fā)射聲波。特別說明，這里的“上”和“下”指的是兩個(gè)換能器陣列之間的相對(duì)位置，上換能器陣列位于下?lián)Q能器陣列的上部，與相對(duì)接收聲系的位置無關(guān)。

圖1 偶極橫波遠(yuǎn)探測(cè)儀偶極發(fā)射聲系結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Dipole sonic emission system structure diagram of shear-wave imaging tool

1.2 聲場(chǎng)信號(hào)采集裝置

聲場(chǎng)采集與處理裝置是由傳聲器、信號(hào)預(yù)處理器以及采集終端3 部分組成。傳聲器主要完成聲場(chǎng)信號(hào)的拾取，將聲信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后送至信號(hào)預(yù)處理器。信號(hào)預(yù)處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)接收到信號(hào)的放大。采集終端完成數(shù)據(jù)的顯示與存儲(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)過程中，使用示波器作為采集終端。

該采集裝置共有4 條采集通道，可同時(shí)采集4個(gè)位置的聲場(chǎng)信號(hào)。采用AWA6221B型聲校準(zhǔn)器對(duì)4條通道的傳聲器進(jìn)行校準(zhǔn)，得到了傳聲器在1 kHz處的靈敏度；再根據(jù)傳聲器自帶的校準(zhǔn)文件，可以得到其在200 Hz～6 kHz頻率范圍內(nèi)的頻響曲線。信號(hào)預(yù)處理器的增益特性可以通過比較法[7]測(cè)量獲得，即對(duì)比通過預(yù)處理器和不通過預(yù)處理器采集到的聲場(chǎng)信號(hào)，得到信號(hào)預(yù)處理器的增益特性，圖2 為測(cè)量流程圖。實(shí)驗(yàn)中所使用的示波器?3 dB帶寬為350 MHz，可以認(rèn)為在200 Hz～6 kHz 頻率范圍內(nèi)頻響曲線平穩(wěn)，因此可以將傳聲器的幅頻響應(yīng)特性和信號(hào)預(yù)處理器的增益特性乘積近似作為整個(gè)采集裝置的幅頻響應(yīng)特性，如圖3所示。

圖2 信號(hào)預(yù)處理器增益特性測(cè)量流程圖Fig.2 Gain curve measurement diagram of sound field acquisition device

圖3 采集裝置幅頻響應(yīng)特性Fig.3 Amplitude-frequency response characteristic curves of sound field acquisition device

2 聲場(chǎng)特征提取方法

2.1 聲場(chǎng)特征的選取

發(fā)射功率、能量分布和聲場(chǎng)空間分布對(duì)稱性是評(píng)價(jià)橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井儀器發(fā)射聲系性能的重要指標(biāo)：提高發(fā)射功率，可以有效地提高儀器的探測(cè)距離；激發(fā)聲場(chǎng)能量集中在低頻段[8?9]，可以避免在井孔中激發(fā)出一階彎曲波和高階模式波[10]；聲場(chǎng)空間分布對(duì)稱性較好時(shí)，可避免激發(fā)出較強(qiáng)的斯通利波[11]。因此，在測(cè)量得到偶極子發(fā)射換能器激發(fā)的聲場(chǎng)波形后，主要分析其特定位置處的聲場(chǎng)頻譜、強(qiáng)度以及周向指向性等特征。

2.2 聲場(chǎng)特征的提取方法

原始聲場(chǎng)信號(hào)經(jīng)過采集通道后變成電信號(hào)，信號(hào)的強(qiáng)弱會(huì)受采集裝置幅頻特征的影響。因此在數(shù)據(jù)處理過程中，需要根據(jù)采集通道的幅頻響應(yīng)特性對(duì)各通道信號(hào)進(jìn)行幅度補(bǔ)償，以盡量還原原始聲場(chǎng)信號(hào)的幅度譜。

2.2.1 聲源主頻

首先，對(duì)采集裝置采集到的波形進(jìn)行傅里葉變換，得到其頻譜。然后根據(jù)采集通道的幅頻響應(yīng)特性，在低頻(200 Hz～6 kHz)范圍內(nèi)，對(duì)每個(gè)頻率點(diǎn)處的信號(hào)強(qiáng)弱進(jìn)行通道特性補(bǔ)償，從而得到真實(shí)的波形頻譜。最后根據(jù)該波形頻譜，提取出其主頻大小。

2.2.2 聲場(chǎng)強(qiáng)度

以測(cè)量波形幅度的均方根值來表征聲場(chǎng)強(qiáng)度，計(jì)算公式如下：

式(1)中，s(t)為原始聲場(chǎng)信號(hào)，?T為信號(hào)持續(xù)時(shí)間，Pe為聲場(chǎng)強(qiáng)度。原始聲場(chǎng)信號(hào)s(t)用經(jīng)過通道補(bǔ)后的采集信號(hào)?s(n)代替，并引入帕塞瓦爾定理可以得到：

其中，N為采樣樣本長(zhǎng)度，?S(k)為?s(n)的N點(diǎn)離散傅里葉變換(Discrete Fourier transform, DFT)。可以利用在頻譜特征提取過程中已經(jīng)得到的特定位置處原始聲場(chǎng)信號(hào)頻譜，直接進(jìn)行聲場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算。

2.2.3 聲場(chǎng)空間分布對(duì)稱性

將偶極子聲源兩個(gè)三疊片換能器的中心點(diǎn)連線方向定義為該偶極子聲源的中心線方向。選取偶極子聲源在中心線上、距離兩側(cè)護(hù)套外表面相同距離處激發(fā)聲場(chǎng)的主頻信號(hào)成分間的強(qiáng)度相對(duì)差異來表征該偶極子聲源激發(fā)聲場(chǎng)的空間分布對(duì)稱性特征。

3 橫波遠(yuǎn)探測(cè)測(cè)井儀器激發(fā)聲場(chǎng)測(cè)試結(jié)果

針對(duì)一支橫波遠(yuǎn)探測(cè)儀器開展了實(shí)驗(yàn)，測(cè)量了該儀器偶極發(fā)射聲系激發(fā)的聲場(chǎng)。儀器的空間聲場(chǎng)方向如圖4 所示，軸向方向指與儀器軸線相平行的方向；徑向方向指與儀器軸線相垂直的方向；周向方向指以儀器軸心為中心且與軸線相垂直的圓周方向。

圖4 空間聲場(chǎng)方向示意圖Fig.4 Spatial directions of sound fields

3.1 軸向方向上聲場(chǎng)分布

測(cè)井儀器水平放置，偶極子聲源的X-2 朝正上方；采集各偶極子聲源在距離儀器護(hù)套外表面1.3 cm 且與聲源中心線相交的軸向方向輻射上的聲場(chǎng)波形，并提取出聲場(chǎng)強(qiáng)度特征。圖5 繪制的是上下?lián)Q能器陣列中各個(gè)偶極子聲源輻射聲場(chǎng)的軸向分布情況。

從圖5 中可以看出，各偶極子聲源輻射的聲場(chǎng)在軸向上具有相同的分布特征：在聲源中心位置和靠近換能器上下邊緣位置處聲場(chǎng)較強(qiáng)，在兩者中間的位置聲場(chǎng)較弱。表1 記錄的是在距離護(hù)套外表面1.3 cm 且與各偶極子聲源中心線相交的軸向方向上，偏離聲源中心0.2 cm 位置處的聲場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)于聲源中心位置處的聲場(chǎng)強(qiáng)度下降幅度和相對(duì)下降率(每偏離聲源中心位置1 mm，相對(duì)于聲源中心位置聲場(chǎng)強(qiáng)度的平均下降幅度與中心位置聲場(chǎng)強(qiáng)度之比)。

圖5 各偶極子聲源輻射聲場(chǎng)的軸向分布Fig.5 Axial distribution curves of sound fields excited by dipole sources

表1 各偶極子聲源在軸向上聲源中心附近0.2cm 范圍內(nèi)輻射聲場(chǎng)強(qiáng)度變化情況Table 1 Changes of sound field intensity within 0.2 cm near the center of each dipole sources in axial direction

3.2 徑向方向上聲場(chǎng)分布

測(cè)井儀器水平放置，偶極子聲源的X-2 朝正上方；采集各偶極子源在中心線上、距離護(hù)套外表面0.3～3.1 cm 范圍內(nèi)輻射的聲場(chǎng)并提取聲場(chǎng)強(qiáng)度特征。圖6 為中心線上聲場(chǎng)分布。表2 記錄的是各偶極子源在中心線上、距離護(hù)套外表面1.3 cm 附近輻射的聲場(chǎng)強(qiáng)度隨距離的變化情況。從表2 中可以得出：在該位置附近，與護(hù)套外表面間距每改變1 mm時(shí)聲場(chǎng)強(qiáng)度變化幅度在0.37 Pa 范圍以內(nèi)；相對(duì)變化率(間距每改變1 mm 時(shí)聲場(chǎng)強(qiáng)度變化幅度與距離護(hù)套外表面1.3 cm 處聲場(chǎng)強(qiáng)度之比)在4.38%以內(nèi)。相對(duì)于上換能器陣列，下?lián)Q能器陣列中的偶極子換能器激發(fā)聲場(chǎng)的強(qiáng)度下降曲線較為陡峭，在距離護(hù)套外表面1.3 cm 附近聲場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)變化率相對(duì)較大，這主要是由于該陣列中的偶極子換能器激發(fā)的聲場(chǎng)含有更高頻(4.38 kHz)的成分。

圖6 各偶極子聲源輻射聲場(chǎng)的徑向方向分布Fig.6 Radial distribution curves of sound fields excited by dipole sources

表2 各偶極子聲源在中心線上距離護(hù)套外表面1.3cm 附近輻射聲場(chǎng)的強(qiáng)度變化情況Table 2 Changes of sound field intensity near 1.3 cm from the sheath surface on center lines

3.3 周向上聲場(chǎng)分布

測(cè)井儀器水平放置，將傳聲器固定在距離儀器護(hù)套表面1.3 cm、與各偶極子聲源中心線相交的周向方向上，等間隔轉(zhuǎn)動(dòng)儀器進(jìn)行聲場(chǎng)測(cè)量，并提取各位置處的聲場(chǎng)強(qiáng)度特征。圖7 為得到的聲場(chǎng)周向分布圖。表3 記錄的是各偶極子源在周向上聲源中心附近2?范圍內(nèi)的聲場(chǎng)強(qiáng)度變化情況。從表3 中可以看出，在周向方向上，當(dāng)傳聲器位置偏離聲源中心2?時(shí)，聲場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)于正對(duì)聲源中心位置處的聲場(chǎng)強(qiáng)度下降幅度在0.14 Pa 范圍以內(nèi)，相對(duì)下降值(聲場(chǎng)強(qiáng)度下降幅度與正對(duì)聲源中心位置處的聲場(chǎng)強(qiáng)度)在2.35%以內(nèi)。

表3 周向上聲源中心附近2?范圍內(nèi)聲場(chǎng)強(qiáng)度變化情況Table 3 Changes of sound field intensity within 2?around the center of dipole sources in circumferential direction

圖7 偶極子源激發(fā)聲場(chǎng)在周向方向上的分布Fig.7 Circumferential distribution curves of sound fields excited by dipole sources

通過對(duì)各個(gè)位置處的聲場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，可以得到：上換能器陣列中偶極子源激發(fā)的聲場(chǎng)能量集中在2.7 kHz 附近；下?lián)Q能器陣列中偶極子源激發(fā)的聲場(chǎng)能量集中在830 Hz 和4.4 kHz 附近。提取各個(gè)位置處聲場(chǎng)信號(hào)的主頻點(diǎn)信號(hào)成分，得到偶極子聲源激發(fā)聲場(chǎng)的周向空間分布指向性特征，如圖8 所示。從圖8可以看出，各個(gè)偶極聲源激發(fā)的聲場(chǎng)在主頻點(diǎn)處的周向空間分布具有“8”字型特征，符合偶極聲場(chǎng)的特性；下?lián)Q能器陣列中X-偶極聲源激發(fā)的聲場(chǎng)周向空間分布對(duì)稱性較差。

圖8 各偶極子聲源激發(fā)聲場(chǎng)的周向空間分布指向性特征Fig.8 Spatial distribution directivity characteristics of sound fields excited by dipole sources

3.4 誤差分析

聲場(chǎng)測(cè)量誤差的主要來源于聲場(chǎng)信號(hào)采集系統(tǒng)誤差和傳聲器放置位置誤差。

3.4.1 聲場(chǎng)信號(hào)采集系統(tǒng)誤差及對(duì)聲場(chǎng)測(cè)量結(jié)果的影響

實(shí)驗(yàn)過程中采用AWA6221B 型聲校準(zhǔn)器對(duì)傳聲器進(jìn)行校準(zhǔn)。根據(jù)該型校準(zhǔn)器輻射聲場(chǎng)在傳聲器接收位置處的標(biāo)稱聲壓級(jí)(94 dB)和最大誤差(0.5 dB)，可以得到實(shí)驗(yàn)中所用的傳聲器對(duì)頻率為1 kHz 的聲場(chǎng)聲壓測(cè)量最大相對(duì)誤差為5.9%。采用DSO-X 3034A型示波器作為數(shù)據(jù)采集終端，根據(jù)其標(biāo)稱的對(duì)頻率為1 kHz的電壓信號(hào)測(cè)量最大相對(duì)誤差，可以計(jì)算得到該型示波器對(duì)頻率為1 kHz 的聲場(chǎng)聲壓測(cè)量最大相對(duì)誤差為2.0%。由此可以得到整個(gè)采集系統(tǒng)對(duì)頻率為1 kHz的聲場(chǎng)聲壓測(cè)量最大相對(duì)誤差為6.2%。考慮到采集系統(tǒng)在200 Hz～6 kHz頻率范圍內(nèi)頻響曲線較為平坦，可將采集系統(tǒng)對(duì)頻率為1 kHz的聲場(chǎng)聲壓測(cè)量最大相對(duì)誤差作為對(duì)200 Hz～6 kHz 頻率范圍內(nèi)的聲場(chǎng)聲壓測(cè)量最大相對(duì)誤差。

3.4.2 傳聲器放置位置誤差及對(duì)聲場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果的影響

傳聲器放置位置誤差可以分為在軸向方向上位置誤差、徑向方向上位置誤差和周向方向上位置誤差。在測(cè)量聲場(chǎng)過程中，在軸向方向上和徑向方向上的距離測(cè)量使用的工具為毫米尺，測(cè)量精度為1 mm；在周向方向上，由于使用的傳聲器固定裝置上有定位槽結(jié)構(gòu)，可以認(rèn)為傳聲器位置在周向上偏離聲源中心角度在2?以內(nèi)。表1～表3給出了各偶極子源輻射的聲場(chǎng)在正對(duì)聲源中心、距離儀器護(hù)套外表面1.3 cm位置附近的聲場(chǎng)強(qiáng)度變化情況。分別取上下?lián)Q能器陣列中的各個(gè)偶極子聲源輻射聲場(chǎng)變化的平均值作為該換能器陣列的輻射聲場(chǎng)變化特征。表4 為傳聲器放置位置誤差范圍及造成的聲場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量相對(duì)誤差。從該表中可以看出：在徑向方向上傳聲器放置位置誤差對(duì)聲場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量帶來的誤差最大，傳聲器偏離基準(zhǔn)位置(距離護(hù)套外表面1.3 cm)1 mm 以內(nèi)時(shí)，兩換能器陣列聲場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量最大相對(duì)誤差分別為2.71%和4.13%；其余兩個(gè)方向上的傳聲器位置誤差對(duì)聲場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量帶來的誤差相對(duì)較小，在軸向方向上偏離聲源中心位置1 mm 以內(nèi)時(shí)兩換能器陣列聲場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量最大相對(duì)誤差分別為0.26%和0.59%，在周向方向上偏離聲源中心位置2?以內(nèi)時(shí)兩換能器陣列聲場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量最大相對(duì)誤差分別為0.86%和1.58%。在徑向基準(zhǔn)位置附近，相同的徑向位置誤差對(duì)下?lián)Q能器陣列聲場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量帶來的相對(duì)誤差相對(duì)于上換能器陣列較大，這是由于下?lián)Q能器陣列中偶極子換能器激發(fā)的聲場(chǎng)強(qiáng)度徑向相對(duì)變化率較大。

表4 傳聲器位置誤差以及對(duì)聲場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量的影響Table 4 Microphone position errors and impacts on sound field intensity measurement

4 聲場(chǎng)特征的提取

根據(jù)該支橫波遠(yuǎn)探測(cè)儀器偶極發(fā)射聲系激發(fā)聲場(chǎng)的測(cè)量結(jié)果，可以提取出聲場(chǎng)強(qiáng)度、頻譜以及空間分布對(duì)稱性特征。以各偶極子聲源中心線上、距離兩側(cè)護(hù)套外表面1.3 cm 處為該聲源的特征提取位置。對(duì)該位置處偶極聲源激發(fā)的聲場(chǎng)進(jìn)行處理，得到頻譜、聲場(chǎng)強(qiáng)度特征，并以聲源兩側(cè)特征提取位置處聲場(chǎng)的主頻信號(hào)成分間的強(qiáng)度相對(duì)差異來表征聲場(chǎng)空間分布對(duì)稱性。

4.1 聲源主頻

圖9 繪制的是各偶極子源在特征提取位置處的聲場(chǎng)信號(hào)頻譜。從圖中可以看出：上換能器陣列中各個(gè)偶極子源激發(fā)的聲場(chǎng)能量主要集中在2～3 kHz范圍內(nèi)；下?lián)Q能器陣列中各個(gè)偶極子源激發(fā)的聲場(chǎng)能量主要集中在450 Hz～1.8 kHz 和4～5 kHz 兩個(gè)頻段內(nèi)。表5 記錄的是各偶極子聲源在特征提取位置處的聲場(chǎng)信號(hào)主頻點(diǎn)。

圖9 各偶極子源激發(fā)聲場(chǎng)頻譜Fig.9 Spectrum characteristic curves of sound fields excited by dipole sources

表5 各偶極子源激發(fā)聲場(chǎng)的主頻點(diǎn)Table 5 Dominant frequencies of sound fields excited by dipole sources

4.2 聲場(chǎng)強(qiáng)度

結(jié)合圖7 給出的各偶極源在特征提取位置處的聲場(chǎng)頻譜和公式(2)，可以計(jì)算出各偶極子源在特征提取位置處激發(fā)聲場(chǎng)的強(qiáng)度特征值，記錄在表6中。

表6 偶極聲源激發(fā)聲場(chǎng)強(qiáng)度特征值Table 6 Intensity characteristics of sound fields excited by dipole sources

4.3 聲場(chǎng)空間分布對(duì)稱性特征

以各偶極子聲源兩側(cè)特征提取位置處聲場(chǎng)的主頻信號(hào)成分間的強(qiáng)度相對(duì)差異來表征聲場(chǎng)空間分布對(duì)稱性，結(jié)果記錄在表7 中。從表中可以看出：上換能器陣列X/Y-偶極子聲源和下?lián)Q能器陣列中的Y-偶極子源激發(fā)聲場(chǎng)的對(duì)稱性較好，兩側(cè)聲場(chǎng)主頻信號(hào)成分強(qiáng)度相對(duì)差異在15%以內(nèi)；下?lián)Q能器陣列中的X-偶極子源激發(fā)聲場(chǎng)的對(duì)稱性相對(duì)較差，兩側(cè)聲場(chǎng)在兩個(gè)主頻點(diǎn)處的信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)差異分別達(dá)到了30%和23%，說明該對(duì)換能器的對(duì)稱性不是非常理想。

表7 空間聲場(chǎng)分布對(duì)稱性特征Table 7 Spatial distribution symmetry characteristics of sound fields excited by dipole sources

5 發(fā)射聲系性能快速檢測(cè)參考依據(jù)討論

上面對(duì)偶極子聲波遠(yuǎn)探測(cè)儀器的偶極發(fā)射聲系激發(fā)的聲場(chǎng)強(qiáng)度、頻譜及空間分布特征進(jìn)行了測(cè)量和分析，結(jié)合偶極子陣列聲波儀器對(duì)評(píng)價(jià)地層各向異性的要求，可以考慮選取偶極發(fā)射聲系主頻、特征位置處的聲場(chǎng)強(qiáng)度以及周向上激發(fā)聲場(chǎng)指向性分布特征值來快速檢測(cè)儀器偶極發(fā)射聲系的性能。本文實(shí)驗(yàn)中，由于條件不足，沒有針對(duì)足夠的儀器開展實(shí)驗(yàn)測(cè)量，獲得實(shí)際數(shù)據(jù)的代表性不夠充分，因而文中給出的具體數(shù)值僅供參考。在實(shí)際應(yīng)用中，可針對(duì)經(jīng)過嚴(yán)格測(cè)試且性能完好的多支偶極子聲波測(cè)井儀發(fā)射聲系激發(fā)的聲場(chǎng)進(jìn)行多次測(cè)量，并提取相應(yīng)的聲場(chǎng)特征值，定量分析聲源主頻、聲場(chǎng)強(qiáng)度以及聲場(chǎng)指向性分布特征值的變化規(guī)律，通過重復(fù)實(shí)驗(yàn)，給出可接受的特征參數(shù)相對(duì)偏差范圍，作為該類儀器發(fā)射聲系性能快速檢測(cè)參考依據(jù)。

6 結(jié)論

本文提出了以聲源主頻、聲場(chǎng)強(qiáng)度以及聲場(chǎng)空間分布特征值作為偶極子聲波測(cè)井儀發(fā)射聲系性能快速檢測(cè)的特征參數(shù)，通過與儀器處于完好狀態(tài)時(shí)的特征參數(shù)參考依據(jù)相對(duì)比，當(dāng)兩者在可接受的相對(duì)偏差范圍內(nèi)時(shí)，即可認(rèn)為被測(cè)儀器偶極發(fā)射性能正常。相對(duì)于現(xiàn)有的聲波測(cè)井儀器檢測(cè)方法，該方法具有高效、便捷的優(yōu)勢(shì)，無需采用笨重、昂貴的檢測(cè)裝置，便于在測(cè)井施工的前線基地應(yīng)用。

致謝本論文得到了戴郁郁老師、張咪同學(xué)、李嘉慧同學(xué)和戰(zhàn)婷婷同學(xué)的指導(dǎo)和幫助，謹(jǐn)以致謝。