[發(fā)明專利]一種壓電地震檢波器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711331443.9
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN107884817B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋俊磊;黃燕霞;楊至恒;陳美娟;楊勇;莫文琴;董凱鋒;晉芳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號: G01V1/18
• 分類號: G01V1/18
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時代知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 龔春來

本發(fā)明公開了一種壓電地震檢波器，包含殼體及彈性材料制成的簡支梁基底，簡支梁基底的長度方向上的兩端分別剛性連接在殼體上進行水平設(shè)置，簡支梁基底的二分之一長度處設(shè)置有中間端壓電片，中間端壓電片電性連接輸出導(dǎo)線以輸出壓電地震檢波器的檢測信號。本發(fā)明的壓電地震檢波器，具有靈敏度高、抗干擾能力強、動態(tài)范圍寬、輕便耐用等優(yōu)點，在井下陸上地震勘探、井下槽波地震勘探等領(lǐng)域應(yīng)用更為可靠和廣泛，相對于單端固定的懸臂梁結(jié)構(gòu)，采用將簡支梁基底的雙端固定的方式，能夠在相同長度梁基底的條件下，檢測的頻率范圍更加廣泛。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地震勘探領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種壓電地震檢波器。

背景技術(shù)

地震檢波器是把人為激發(fā)震源的直達波或各地層的反射波轉(zhuǎn)換成電信號，然后輸入到地震儀器的一種應(yīng)用于地質(zhì)勘探及工程測量領(lǐng)域的專用傳感器。按工作原理上可分為磁電式、渦流式、和壓電式等檢波器。按應(yīng)用環(huán)境可分為陸地勘探地震檢波器、應(yīng)用于江河湖海中勘探的水中地震檢波器、應(yīng)用于地震測井中的井中地震檢波器。按能量轉(zhuǎn)換機制分為速度型檢波器和加速度型檢波器兩種。從勘探方法上可以分為縱波檢波器也稱垂直檢波器，和橫波檢波器也稱水平檢波器以及三分量檢波器。此外，地震檢波器還可分為有源檢波器和無源檢波器。傳統(tǒng)的機械動圈式與渦流檢波器都屬于無源類檢波器，而壓電檢波器屬于有源類檢波器。

目前，國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的還是傳統(tǒng)的模擬地震檢波器，這種地震波傳感裝置輸出的是模擬信號，陸地上主要使用常規(guī)或者超級速度型檢波器。這類檢波器基本上都是磁電式檢波器、渦流式檢波器，他們的內(nèi)部構(gòu)造都是由永久磁鐵和線圈構(gòu)成，基本上都是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，通過線圈和永久磁鐵的相互作用從而達到地震勘探的目的。這些檢波器內(nèi)部有線圈這樣的高度彈性結(jié)構(gòu)，各部件間容易發(fā)生較大的相對運動產(chǎn)生形變，所以波形容易產(chǎn)生形變，進而造成信號失真，并且由于永久磁鐵的性能會發(fā)生變化且磁性會隨著時間而消退，其壽命都不長而且易受到環(huán)境的影響，穩(wěn)定性低，從而不能滿足高精度和高分辨率的地震勘探要求。作為第一步地震信號采集工序，這種檢波器裝置不能得到較好的原始地震信號，直接影響到了采集地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量，限制了采用地震勘探方法得到復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的能力，成為制約石油物探技術(shù)發(fā)展的主要瓶頸之一。隨著高精度油氣勘探技術(shù)的提高和油氣勘探復(fù)雜程度的增加，地震檢波器正在朝著低失真、高靈敏度，寬頻帶的方向發(fā)展，動態(tài)范圍大、頻率響應(yīng)寬、等效輸入噪聲小、體積小、重量輕且抗電磁干擾能力強，滿足高分辨率采集要求，是當前地震檢波器發(fā)展的趨勢。應(yīng)用不同新技術(shù)、新材料的各種新型檢波器開始出現(xiàn)。

壓電加速度地震檢波器就是近年來出現(xiàn)的新型檢波器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，無磁鋼和線圈，所以剛性大，形變小，所產(chǎn)生的波形畸變小，性能穩(wěn)定，分辨率高，是一個靈敏度較高的高保真度地震檢波器。袁保鼎等人于1993年研制了慣性壓電水陸通用檢波器(中國專利93232320.0)；杜克相等研制了陸用壓電陶瓷地震檢波器(中國專利00226749.7)；劉兆琦研制了YD20OO型陸用壓電地震加速度檢波器(中國專利200420042025.X)，都采用了傳統(tǒng)鉛酸鋯和鈦酸鋯[PbZrO₃-PbTiO₃](簡稱PZT)，壓電檢波器的固有頻率較高，高頻響應(yīng)較好，但是由于受其傳統(tǒng)壓電元件的壓電常數(shù)低，阻抗高等缺點的影響，所以它的動態(tài)范圍小，阻抗高，低頻響應(yīng)低。研究表明新型弛豫鐵電晶體鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛[xPb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-(1-x)PbTiO₃](簡稱PMNT)的主要壓電性能指標都遠遠高于目前普遍使用的PZT壓電陶瓷。弛豫鐵電單晶材料具有較高的壓電常數(shù)g₃₃、d₃₃，機電耦合系數(shù)k₃₃，介電常數(shù)ε₃₃^T和較低的電損耗，其綜合性能比PZT陶瓷更加優(yōu)越。將弛豫型鐵電單晶材料作為壓電式地震檢波器的傳感元件，設(shè)計與之匹配的檢波器芯體結(jié)構(gòu)，以充分發(fā)揮單晶材料的性能優(yōu)勢，將有望大大改善其靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容