[發明專利]一種壓電地震檢波器

在審

• 申請號: 201711332625.8
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN107918143A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）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）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01V1/18
• 分類號: G01V1/18
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司42238
• 代理人: 龔春來

技術領域

本發明涉及地震勘探領域，更具體地說，涉及一種壓電地震檢波器芯體及壓電地震檢波器。

背景技術

地震檢波器是把人為激發震源的直達波或各地層的反射波轉換成電信號，然后輸入到地震儀器的一種應用于地質勘探及工程測量領域的專用傳感器。按工作原理上可分為磁電式、渦流式、和壓電式等檢波器。按應用環境可分為陸地勘探地震檢波器、應用于江河湖海中勘探的水中地震檢波器、應用于地震測井中的井中地震檢波器。按能量轉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，國內應用最廣泛的還是傳統的模擬地震檢波器，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，他們的內部構造都是由永久磁鐵和線圈構成，基本上都是應用電磁感應原理，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。這些檢波器內部有線圈這樣的高度彈性結構，各部件間容易發生較大的相對運動產生形變，所以波形容易產生形變，進而造成信號失真，并且由于永久磁鐵的性能會發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境的影響，穩定性低，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據的質量，限制了采用地震勘探方法得到復雜地質結構的能力，成為制約石油物探技術發展的主要瓶頸之一。隨著高精度油氣勘探技術的提高和油氣勘探復雜程度的增加，地震檢波器正在朝著低失真、高靈敏度，寬頻帶的方向發展，動態范圍大、頻率響應寬、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展的趨勢。應用不同新技術、新材料的各種新型檢波器開始出現。

壓電加速度地震檢波器就是近年來出現的新型檢波器，其內部結構簡單，無磁鋼和線圈，所以剛性大，形變小，所產生的波形畸變小，性能穩定，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，高頻響應較好，但是由于受其傳統壓電元件的壓電常數低，阻抗高等缺點的影響，所以它的動態范圍小，阻抗高，低頻響應低。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g₃₃、d₃₃，機電耦合系數k₃₃，介電常數ε₃₃^T和較低的電損耗，其綜合性能比PZT陶瓷更加優越。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，設計與之匹配的檢波器芯體結構，以充分發揮單晶材料的性能優勢，將有望大大改善其靈敏度。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，為克服現有壓電地震檢波器存在的靈敏度不夠、低頻響應差的不足，提供一種壓電地震檢波器芯體及壓電地震檢波器，采用懸臂梁式結構檢波器芯體，以在有限空間內增大檢波器的靈敏度，改善其低頻響應性能。

根據本發明的其中一方面，本發明為解決其技術問題，提供了一種壓電地震檢波器芯體，包括彈性材料制成的懸臂梁基底以及分別位于懸臂梁基底兩端的第一端壓電片和第二端電壓片，懸臂梁基底的一端用于剛性連接壓電地震檢波器的外殼內壁，第一端壓電片的下表面固定于懸臂梁基底的其中一端，第二端壓電片的下表面固定于懸臂梁基底的另一端，第一端壓電片和第二端壓電片電性連接輸出導線以將分別感應到的電信號進行電壓串聯或者電流并聯輸出。

在本發明的壓電地震檢波器芯體中，所述懸臂梁基底為鈹青銅或者磷青銅制成。