地震检波器
五种地震检波器
五种地震检波器地震检波器是一种将机械振动转换为电信号的地震勘探专用振动传感器，是槽波地震勘探仪器中接收地震信号的个器件，它的性能会影响地震勘探结果。
煤矿井下地震信号的信噪比较低、波形场复杂、地震勘探条件复杂，因此研制针对于槽波地震勘探的检波器非常重要。
实际勘探中应用为广泛的地震检波器为动圈式地震检波器。
随着技术和方法的不断创新，检波器类型越来越丰富。
我国开展了许多针对地震检波器的应用研究和试验工作，研究了三分量MEMS地震检波器、光学地震检波器、压电式地震检波器、电化学地震检波器等新型检波器。
1、动圈式地震检波器根据资料显示，大部分槽波勘探都是使用动圈式地震检波器，它属于速度型地震检波器。
在使用动圈式地震检波器进行槽波地震探测时，经常检测到一种频率为400Hz 的形似自激振荡或感应干扰的现象。
经研究发现，它是由于两分量速度检波器中检波器芯体的高频谐振引起，术语称之为检波器二次谐振。
速度检波器的二次谐振属于机械谐振范畴，二次谐振现象在各种型号的动圈式地震检波器产品上都存在。
对于精度要求较高的槽波地震勘探而言，这种高频谐振就变得十分有害而不容忽视。
对于检波器的二次谐振现象，可以改用加速度检波器芯体，这样可以从根本上解决这个问题。
2、光学地震检波器光学地震检波器主要是利用光波敏感元件的特性研制的，根据传感机理的不同可以分为强度调制型、光纤光栅型、马赫–曾德尔干涉型、迈克尔逊干涉型、萨格纳克干涉型、法布里珀罗干涉型、光纤激光型以及光栅型等，各种类型的光纤地震检波器研究取得了不少实验室及实际应用成果。
光学检波器具有灵敏度高、安全可靠、频带宽、动态范围大、适应性强等优点。
光学检波器有较强的抗电磁干扰能力，是未来地震检波器有可能采用的主要技术之一。
但光学检波器制作工艺难度大、成本高，目前广泛应用于井下槽波地震勘探尚有难度。
3、电化学地震检波器电化学地震检波器是利用电化学原理，将振动信号转换为电信号的检波器。
近年来，通过技术改进已经成功研制了实用的电化学地震检波器，并实现了产品化。
地质勘探中的仪器设备
地质勘探中的仪器设备地质勘探是指通过不同的方法，了解地球内部结构和地下资源分布的一种科学研究。
在地质勘探的过程中，仪器设备起到了至关重要的作用。
本文将就地质勘探中的仪器设备进行介绍。
一、地震勘探仪器地震勘探是一种通过测量地球中的地震波传播和反射来获取地下结构信息的方法。
地震仪器在地震震源和检波器之间进行的数据传输起到至关重要的作用。
常见的地震勘探仪器有地震震源、地震检波器和地震记录器等。
1. 地震震源地震震源是产生人工地震波的设备，通常是由爆炸物或震源车辆组成。
地震震源的形式多样，如压电源、炸药震源和振动源等。
通过产生地震波，地震震源可以帮助勘探者测量地下岩石的速度、密度和其他物理特性。
2. 地震检波器地震检波器是用于接收地震波传播过程中的反射或折射信号的仪器。
常见的地震检波器包括地震观测井、地震阵列和地震测深仪等。
地震检波器可以将地震信号转化为电信号，为勘探者提供参考依据。
3. 地震记录器地震记录器用于记录地震信号，并将其转化为地震图像或数字数据。
地震记录器可以通过多种方式储存数据，如磁带式地震记录器、数字地震记录器和地震数据采集系统等。
地震记录器的使用可以帮助勘探者分析地下结构和探测地下资源。
二、重力测量仪器重力测量是一种利用重力场的变化来推测地下岩石质量的方法。
通过重力测量仪器，勘探者可以测量地下岩石的密度和分布情况。
重力测量仪器主要包括重力计和全球导航卫星系统（GNSS）等。
重力计可以通过测量地面上的重力加速度变化来获得地下岩石的质量信息。
GNSS可以通过测量地表的重力场变化，推断地下岩石的密度分布情况。
三、电磁测量仪器电磁测量是一种通过测量地下岩石的电导率和介电常数来推测地下结构的方法。
电磁测量仪器主要包括电磁感应仪和电测深仪等。
电磁感应仪通过产生高频电磁场，测量地下岩石对电磁场的响应来推断地下构造。
电测深仪是一种用于探测地下电阻率的仪器，通过测量电流传输的速度和电流对电压的响应，可以推断地下岩石的电导率。
地震检波器及其发展趋势
原理及优缺点：压阻式的地震检波器是利用特定半导体的导电性质来工作的，该类型的地震检波器灵敏度高，可以测量微小的地震波变化。其测量灵敏度受到测量原件的收缩性能的影响较大，压阻式地震检波器体积小，携带操作方便，但是该类型的地震检波器性能受到温度的影响较大。
五、新型检波器
背景：目前，地震勘探中大量使用的地震检波器仍然是模拟检波器，随着数字检波器的广泛使用，人们发现数字检波器能最大程度地弥补模拟检波器的缺陷，大大地提高地震采集资料的品质。在国外的勘探市场上，国外数字检波器的实验阶段已经结束，正在逐渐大规模的推广应用，数字检波器将在未来世界石油勘探中起重要作用。目前，国内数字检波器的应用还限制在很小的范围之内。
（3）力学模型和灵敏度分析：
六、国内检波器发展
1．70年代以前：模拟纪录，道数少，频带窄（14-60Hz）、低灵敏度（3-5v/m/s）、动态范围小（30dB）、型号单一2．80年代中期：地震仪器实现了数字化，计算机数据处理技术也相继发展，更重要的是三维地震勘探、高分辨率地震勘探的出现，地震勘探领域扩大到山地、戈壁、沙漠、滩海及海上，地震检波器在性能及型号上发生了较大的变化。一大批高性能技术指标的检波器相继出现，检波器的灵敏度、自然频率、失真系数、假频等技术指标都得到较大改进，更加适用于地震勘探的需求。3．9O年代：国内部分检波器生产厂家，引进了国外的检波器生产线，经过消化吸收，其检波器技术水平达到了国际发达国家水平。随着高精度地震勘探的推广，检波器向三高（高保真、高灵敏度、高分辨）方向发展，检波器的型号和品种也越来越多，例如：不同型号超级检波器、涡流检波器、高性能压电检波器等。4.21世纪始：随着传感器技术、电子技术、计算机技术、数据传输技术等技术的发展。现在高分辨地震数据采集，要求采集的地震数据达到高精确度、高信噪比、高矢量保真度，因此这个阶段相继出现了精度更高的检波器。新型检波器发展的特点主要表现在：（1）采用新的检测原理。光纤传感技术、微电子机械传感技术、高性能压电材料、电容传感器等一批高新技术进入地震勘探检波器领域；（2）检波器内全面实现数字化，减少了信号的模拟传输部分；（3）检波器的动态范围、灵敏度、失真等部分技术指标大幅度提高，抗电磁干扰能力大幅度增强。
地震勘探-检波器工作原理
地震勘探检波器的工作原理地震检波器的理论基础地震检波器是将地表振动变为电信号的一种传感器，或者说地震检波器是把机械振动转化为电信号的机电装置，以最大的逼真度产生地面运动垂直分量的电模拟。
每一个现代地震检波器都是有机械部分和其相连的具有电负载的机电转换器所组成，地震检波器的电学部分和机械部分组成一个整体。
要求它的振幅——频率响应在有意义的频率内是线性的，相位的响应也是线性的。
根据机电转换原理，可把常用的检测器分为三类：即变磁通式（或动圈式）、变磁阻式、压电式。
由于动圈式检波器的输出电压与线圈相对磁铁的运动速度成正比，这种检波器也叫速度检波器。
我国路上地震勘探工作大部分使用变磁通式的检波器。
根据用途不同，也可把地震检波器分为地面检波器、沼泽检波器和井中检波器等。
一个振动系统，它是由一个质量M ，一个弹簧和一个阻尼器Z 组成，地震检波器的装置如图1-1所示，地震检波器的外壳安置在地面上（或沉没于井中），于是，假设外壳的运动精确地重复着地面运动，外壳上具有伸长系数K 的弹簧悬挂着称为惯性质量的重荷M ，为了使用权惯性质量的振动平静下来，惯性质量中被放在胶质液体中，当外壳和惯性质量M 产生相对位移时，在其电极上造成某个电动热E 。
在地震勘探检波器中，主要应用各种感应转换器，在感应转换器中，根据电磁感应，将机械振动变成电震荡，感应机电转换器可以作为与质量M 紧密相连的线圈和与外壳相连的永久磁铁之和（或者反过来），线圈在磁铁的磁场中移动时，在线圈内就发生电动势，转换器线圈内阻在内的某个电阻Z 与转换器两极相连。
可以把地震检波器作为机电系统来研究，这里，某个激发函数()t ζ——例如外壳（地面）对固定读书系统的位移速度，作用于这个系统的输入端，在地震检波器的输出端发生从其电学部分中的负载电阻取得的某个变化的电压()t U ，地震检波器数学模型应该确定这些值之间的关系。
地震检波器的数学模型 为了建立地震检波器的运动数学模型，先讨论其中的作用力。
第4讲地震检波器及其新技术
压电传感器的等效电路
压电传感器组合的串并联
海上检波器的耦合电路
数字检波器
数字检波器的核心是MEMS (Micro Electro Mechanical System，即微电 子机械系统)技术，这种技术就是以硅材 料为基底，采用微机械加工工艺和IC工 艺加工出差动电容式微机械加速度计。 这种加速度计(数字检波器)是集微型传 感器、执行器、信号处理器以及控制电 路、接口电路、通信电路和电源为一体 的微型机电系统。
数字检波器的优点
(1)直接以电信号平衡重力变化原理来感应地 震波的振动加速度信号； (2)幅度与相位频率特性曲线在500Hz内都是平 坦的直线； (3)信号失真度低于0.003%，即瞬时动态90dB 以上； (4)传感器直接输出24位一个样点的数字信号； (5)能自动识别和校正垂直地心方向的倾斜角 度。
数字检波器结构
数字检波器工作原理
数字检波器与传统检波器的区别
数字检波器和传统检波器在原理和功能 上完全不同，传统意义上的地震检波器 是以电磁感应方式将地震(振动速度)信 号转换为模拟电信号输出，而数字检波 器是以重力平衡方式(MEMS 技术)将地震 (振动加速度)信号直接转换为高精度的 数字信号。
压电检波器
HYD-1型压电检波器
HYD-1型压电检波器 是一种压电传感器， 它具有体积小、密封 性能好、灵敏度高等 特点。水下工作深度 1米—35米，可以和美 国2512型压电检波器 互换使用。可用于海 洋、水库、河流等水 域地震勘探。
压电检波器在水中的使用
压电检波器用于海上勘探
海上检波器的接法—消除海浪干扰
陆上地震检波器 （动圈式速度检波器）
地震检波器相位曲线
地震检波器相位曲线地震检波器相位曲线：从简到繁，深入解析地震检测的基本原理一、引言地震是大自然中一种常见的现象，常常给人类的安全和生活带来巨大的威胁。
地震检测作为地震学研究的重要手段，通过监测和分析地震波的传播和特征，可为科学家和工程师提供关于地震活动的宝贵信息。
而地震检波器作为地震检测的核心装置，其性能对地震数据的准确性和可靠性具有重要影响。
本文将深入探讨地震检波器相位曲线的含义、应用以及与地震学的联系。
二、地震检波器相位曲线是什么？1. 地震检波器相位曲线是指地震信号中不同频率分量与地震波到达检波器的时间延迟之间的关系曲线。
在地震学中，频率分量通常由対数频率（log-frequency）表示，而时间延迟则以双対数坐标系表示。
该曲线可以用于描述地震信号在通过地壳、地幔等地球内部不同介质时受到的相位延迟。
三、地震检波器相位曲线的应用1. 地震定位：地震检波器相位曲线可以用来准确测定地震发源点的位置。
通过分析不同频率成分相位延迟的变化规律，可以确定地震波传播的路径和速度。
根据地震波的传播速度和到达时间，在地震学中可以通过三角测量方法反推地震发源点的坐标，从而实现地震的定位。
2. 地球内部结构研究：通过分析地震检波器相位曲线，可以了解地球内部不同层次的介质性质，包括界面的厚度、密度变化以及波速梯度等。
地球内部的结构信息对于研究地球演化历史、构造活动以及岩石圈和地幔的动力学行为等具有重要意义。
四、地震检波器相位曲线与地震学的联系1. 地震学是研究地震波及其在地球内部传播的学科。
地震检波器相位曲线的产生和解读正是地震学研究的重要内容之一。
通过观测和分析地震波到达时间和相位延迟的变化，可以揭示地震波的传播规律、地球内部结构以及地震活动的机制。
2. 地震检波器相位曲线也与地震学观测和解释方法密切相关。
地震学研究中经常使用的地震数据处理方法，如震相拾取、震源定位、地震层析成像等，都涉及对地震波到达时间和相位延迟的精确测量和分析。
中高频地震检波器
中高频地震检波器检波器简介中高频地震检波器是一种专门用于探测地下构造和地震活动的仪器。
它可以测量地震波的频率在1Hz到100Hz之间的部分，通俗的说就是中高频段。
相比于传统地震检波器，中高频地震检波器具有更高的分辨率和灵敏度，能够提供更精确的地震数据，是地震研究和勘探的重要工具。
检波器类型目前中高频地震检波器可以分为两种类型：纵波检波器和横波检波器。
纵波检波器纵波检波器主要用于检测纵波地震波。
它的检波器元件通常为“直杆式”，即利用杆状元件接收地震波信号并将其转换为电信号输出至计算机处理和分析。
纵波检波器的灵敏度和频响曲线不同，可以根据需要进行调整和优化。
横波检波器横波检波器则主要用于检测横波地震波。
它的检波器元件通常为“振动式”，即利用振动元件接收地震波信号并将其转换为电信号输出至计算机处理和分析。
横波检波器的结构设计和性能也不尽相同，可以根据需要进行选择。
检波器的应用中高频地震检波器主要用于以下领域：地震勘探地震勘探是利用地震波在不同介质中传播的速率不同来探测地下结构的技术。
中高频地震检波器在地震勘探中扮演着重要的角色，其高分辨率和灵敏度可以提供更精确的地震数据，帮助地质勘探人员找到更多的矿产资源。
地震研究中高频地震检波器还可以用于地震研究。
通过对地震波的检测和分析，可以确定地震发生的时间、位置、震级等重要参数，有助于深入研究地球物理学和地震学。
总结中高频地震检波器是地震研究和勘探的重要工具，具有高分辨率和灵敏度的特点，并可以检测不同类型的地震波。
在未来的地震科研和勘探中，中高频地震检波器将发挥越来越重要的作用，有望为我们揭示更多地下结构和地震信息。
第二章 地震检波器
第二章地震检波器地震检波器是把传输到地面或水中的地震波转换成电信号的机电转换装置，它是野外地震数据采集的关键部件。
第一节电动式地震检波器工作原理：当地震波到达地面引起机械振动时，线圈对磁铁作相对运动而切割磁力线，根据电磁感应原理，线圈中产生感生电动势，且感生电动势的大小与线圈和磁铁的相对运动速度成正比。
图2-1（a）电动式检波器基本结构图2-1（b）电动式检波器外形图2-2 检波器内各部分的运动关系图2-2 检波器内各部分的运动关系12一、运动方程的建立运动方程反应的是检波器线圈运动与地面运动的关系。
规定：z ——地面产生的向上位移y ——线圈框架（惯性体）的向上位移x ——线圈相对磁铁的向下位移（x ＜0），并且：y z x =+1．弹簧克服惯性体重力后的拉力K FK F kx =- （2-1）2． 线圈受到的电磁阻尼力根据法拉第电磁感应定律，线圈两端输出的电动势为dtdxs dt dx dx d n dt d ne ⋅=⋅==φφ dxd ns φ=称为机电转换系数，也叫空载灵敏度。
线圈中的感应电流为：c o e ei R R R==+式中c R 是线圈内阻，o R 是线圈负载电阻。
感应电流受到的电磁力L F ：dtdx R s R e s i dx d n F L ⋅-=⋅-=⋅-=2φ （2-2） 3． 铝制线圈框架受到的电磁阻尼力当圆筒形铝制线圈框架在磁场中运动时，线圈框架内将产生涡电流。
涡电流产生涡旋磁场，此涡旋磁场与永久磁场相互作用的结果也是阻止线圈框架的运3动，这种电磁阻尼力与线圈框架相对磁铁的运动速度成正比：dtdxF T μ-= (2-3) 根据牛顿第二定律，将式（2-1）、（2-2）和（2-3）相加：2222222()k L T s dxF F F k x R dtd yd z d x M M dt dtdt μ++=-⋅-+⋅⎛⎫=⋅=⋅+ ⎪⎝⎭ 即 222221dtzd x M k dt dx R s M dt x d -=+⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅+μ （2-4） 一般式 2220222dtz d x dt dx h dt x d -=++ω （2-5）MRs h 2/2+=μ——衰减系数，M K /0=ω——自然频率 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、运动方程的建立
检波器内部各组 成部分的运动关系如 右图所示。于是有：
y=z+x
1.弹簧克服惯性体重力后
的拉力FK FK kx
2.线圈受到的电磁阻尼力
FL
s2 R
dx dt
3.铝制线圈的电磁阻尼力
FT
dx dt
根据牛顿第二定律导出电动式检波器的运动方程如
信号的？
3.（独立）分析电动式检波器的幅频特性和 相频特性。
第二节 压电式地震检波器
压电效应：某些介质。当沿一定方向对其施力而使 它变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面 上便产生符号相反的电荷（作用力方向改变时，电荷的极 性也随着改变）。当外力去掉后，又重新恢复不带电的状 态，这种现象称为压电效应。
时，没有尖峰出现。
③当 D=h/ω0 1/ 2
时，刚好不出现尖峰，或 者说尖峰出现在无穷远处， 这种状态称为最佳阻尼。
D=h/ω0 1/ 2
（2）电动式检波器 的相位特性为：
φ （ ω ）＝ -arctan2Dω ω 0 ω 20-ω 2
绘出电动式检波器的 相位特性如图：
可知，φ（0）=0°， φ （ω0）=-90°， φ（∞）=180°，在ω=0、 ω0、 ∞三个 频率处，不同阻尼的电动 势检波器均有相同的相移， 而其它频率上，不同阻尼 的电动式检波器的相移是 不相同的。
压电陶瓷属于铁电体一类的物质，是人工制造 的多晶压电材料。它具有类似铁磁材料磁畴结构的 电畴结构。
这种由机械效应转变为电效应，或者由机械能转 换为电能的现象，就是正压电效应，而由电效应转变 为机械效应或者由电能转变为机械能的现象，就是逆 压电效应。
一、压电陶瓷的压电效应
压电检波器等效成一 个与电容相并联的电荷源， 如右图a示,或等效成一个电 压源，如右图b示。
地震检波器
第三章 地震检波器
第一节 电动势地震检波器
电动势地震检波器的 结构和外形如右பைடு நூலகம்示：
当地面存在机械振动时， 线圈对磁铁作相对运动切割 磁力线，根据电磁感应原理， 线圈中产生感生电动势，且 感生电动势的大小和磁铁的 相对运动速度成正比，线圈 输出的模拟电信号与地面机 械振动的速度变化规律是一 致的。
下示：
ddt22x2hddxt ω 20xddt22z
二、输出电压方程和固有振动
电动式检波器的输出电压方程为：
dd2 tV 2 2hddV t ω 2 0VG0d dt33 z
电动式检波器的固有振动有三种情况：欠阻尼、过阻 尼和临界阻尼，振动波形如下页图示：
三、频率响应
电动式检波器的幅频特性为：
G()H(j)
G0
1
(1022)2(2D0)22
可见电动式检波器在以地面振动速度作为输入量时，输 出电压呈现二阶高通滤波器的频率特性，因此对低频面波干 扰可以有一定的压制作用。
(1)电动式检波器的幅频特性如图式：
①当阻尼系数 D=h/ω01/ 2
时，G(ω)将出现尖峰。
②当 D=h/ω0 1/ 2
四、性能参数 1.阻尼
电动式检波器的阻尼为：
DD0Dc2M 04SM 2f0R 1
2.自然频率
3.灵敏度 电动式检波器输出电压是：
VG0ZRCR0R0
SZ
可见，机电转换系数S越高，则检波器输出电压越大， 因此机电转换系数S也称为固有灵敏度。
4.非线性 5.绝缘电阻
作业：
1.电动式检波器由哪几部分组成？ 2.电动式检波器是如何将机械振动转换成电
若压电检波器附近的水压 为P，则压电检波器的开路
输出电压为： Vc K P
式中 K—一个与压电常数成正比且与压电检波器结构 尺寸有关的常数，称为压电检波器的开路灵敏度。
二、变压器耦合式海上检波器
V0为变压器次级电压，它与仪器输入端得到的电
压Va关系为：Va
V0
Ra RL Ra
图中R为：
R
Rd (RL Ra) Rd RL Ra
传递函数为： 式中
Va(j) P(j)
(1 022)G j2D0
自然频率： 0
1
L1C (1
r1 ) R2
阻尼系数：
D
120(r1C
L1 R2
)
传输常数：
GK R2 R Ra n R2r1 Rr2 RLRa
其中 R2 n2(Rr2)
三、带电荷放大器的海上检波器
该电路传递函数为：V V0 c (1jCfjR fC )(R 1fjCRL)
第三节涡流式地震检波器
惯性部件和固定在 机壳里的永久磁场做相 对运动产生涡流，涡流 又使固定在机壳里的线 圈感应出电流，根据这 一原理制成涡流检波器。
变换后可得带电荷放大的海上检波器的 传递函数为：
V P 0((jj ))G g 1 1 1 jg 1j 12
变压器耦合海上检波器阻抗匹配较好. 但是尽管带电荷放大器的海上检波器比变压器耦合 式海上检波器容易接受串音干扰，但它没有因为变压 器接受干扰而产生噪声，而且便于在勘探船上测试整 个电路，因此在海上勘探中得到广泛的应用。
法拉第最先提出电场概念和电场线概念。更主要的是他在电化学方面（对电流所产生的化学效 应的研究）所做出的贡献。经过多次精心试验，法拉第总结了两个电解定律，这两个定律均以他的 名字命名，构成了电化学的基础。他将化学中的许多重要术语给予了通俗的名称，如阳极、阴极、 电极、离子等。
法拉第的照片在1991年至2001年时，被印在20元的英镑纸币上。南极洲的前英国实验室：法拉 第气候研究站以他为名，而电容则以法拉作为单位。此外，一莫耳的电子所含的电量（约96485库 仑）也称为法拉第常数，让世人缅怀他在电学上无与伦比的贡献。法拉第电磁感应定律陈述一随时 间改变的磁通量会创造电动势。法拉第在英国皇家研究院（Royal Institution）中任富勒里安化 学教授，并指为终身职。在所有任过此职者中，法拉第为第一个，也是最为出名的学者。
迈克尔·法拉第
迈克尔·法拉第（Michael Faraday，公元1791～公元1867）英国物理 学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。生于萨里郡纽因顿一个贫苦 铁匠家庭，仅上过小学。迈克尔·法拉第是英国著名化学家戴维的学生和助 手，他的发现奠定了电磁学的基础，是麦克思韦的先导。1831年10月17日， 法拉第首次发现电磁感应现象，在电磁学方面做出了伟大贡献。