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地震勘探检波器原理和特性及分析
地震勘探检波器原理和特性及分析

  在地震勘探中检波器是至关重要的,它是接收地震信号的最前端环节,是直接感应大地质点振动的器件$对能否较为******地接收地震波信号起着决定性作用能否******地感应地震波在检波器所在位置上引起的振动是由检波器的响应特性决定的。因此系统地研究分析检波器的特性是从事地震资料采集研究人员用好检波器的基础******以来,研究人员在检波器的使用方面做了大量的工作。但由于对检波器的原理和特性研究不够深入。包括对一些基本的概念性的东西在检波器使用方面还存在着一些模糊不清的做法$在实践中
没有相应的理论指导,这主要是因为检波器作为振动传感器,它所基于的振动理论与地震勘探的波动理论是不同的$尽管振动和波动都属于弹性动力学范畴,但地震勘探工作者一般对振动力学的知识学习较少,缺乏对检波器的深入了解$因此甚至出现了一些不合理的说法和做法。

    近年来一些有关地震勘探检波器方面的文章。展示了许多有益的研究,但仍然存在概念不清,结论不够******甚至误导等问题,在做法上如进行了大量不同类型检波器的对比即将常规检波器,数字检波器,磁悬浮检波器和压电检波器等接收的地震记录放在一起对比。这些地震记录之间存在较大差异$这是必然的$而有时人们会对这些地震记录大加品评。甚至会出现出人意料的结论。其实这是由各种类型检波器不同的响应特性决定的。从几种检波器感应振动物理量的角度来看,数字检波器是加速度检波器$常规检波器和磁悬浮检波器是速度检波器$速度检波器与加速度检波器在幅频和相频响应上存在较大差异。因此得到的地震信号频率和相位就存在较大的不同.记录面貌就会有较大差异。

    鉴于目前在检波器方面的一些做法$非常有必要系统地对检波器进行分析$以形成正确统一的认识.进一步有效地指导实践,检波器概括起来是由力学和电学两部分组成:力学部分是针对振动的感应系统.电学部分是将振动信号转换成电信号,力学部分反映的是检波器的动态特性.电学部分大多是反映检波器的静态特性,不考虑一些检波器的电路部分.只考虑机电转换部分.通过分析检波器的响应特性就能够知道检波器接收信号的特点.清楚哪种检波器更适合所要接收的地震信号.最终针对地震信号的特点结合检波器的特性合理地选择和使用检波器.
   随着地震勘探技术及其仪器设备的发展$,地震检波器在勘探中的作用越来越重要,人们更清楚地认识到检波器对感应地震信号起着决定性作用,是地震勘探最关键的环节,因此对检波器的重视程度明显提高.检波器的研制得到了长足发展,从常规检波器到高精度检波器,从磁悬浮压电检波器到光纤检波器$甚至成立大课题组研究基于微机电系
统(MESM)技术和微光学机电系统(MOEMS)技术的地震检波器.这些检波器技术的发展必将对地震勘探技术的提高起到促进作用.如何使用好这些检波器对于地震资料采集人员来说是至关重要的,不同的检波器有着不同的特性,需要我们了解和学习这方面的知识$去正确地使用好它们.本文的意图就在于此.


1、检波器基本原理
1、1检波器的力学原理
   地震勘探检波器属于振动传感器,具有相同的工作原理$是一个单自由度的振动系统。根据感应振动信号的物理量不同,传感器可分为位移,速度和加速度3种类型$无论那种振动传感器都只是感应其中的一个物理量,这主要基于输出的电信号与哪个物理量成正比。地震勘探检波器作为感应振动的传感器,它与其它振动传感器具有相同的原理,是一个单自由度振动系统(图1)

 

当系统受外部振动位移函数

激励时$其运动方程为

其中

式中:Ym是******位移量
(1)式的通解为

(2)式由暂态项和稳态项两项组成$暂态项是阻尼自由振动项,随着时间增长会逐渐消失;稳态
项是随激振力持续作用而产生的,是反映传感器
响应特性的,在下面的分析中只考虑稳态解:即

式中A为传感器的动态放大系数,代表传感器的幅频响应特性, φ为传感器的初始相位,反映传感器的相频特性;l为频率比;§为阻尼比;w0为自然频率.

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