CN104749615B - 一种地震勘探或震动测试用检波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地震勘探或震动测试用检波器，至少一对成对配置且性能一致的检波器芯体以头部对头部或底部对底部镜像安装在由非铁磁性材料制成的刚性外壳(2)内，尾锥(5)或尾座(12)与刚性外壳(2)刚性连接；构成检波器芯体为一对时，两对输出信号反相串联或反相并联形成一对输出信号作为输出信号；构成检波器芯体为两对以上时，一侧的检波器芯体的同相输出信号串联或并联形成一对输出信号，两侧的两对输出信号反相串联或反相并联形成一对输出信号作为输出信号。该检波器利用技术成熟和成本低廉的磁电式检波器芯体，基本消除了横向振动对检波器的干扰或假频现象，适用于包括槽波勘探在内的地震勘探和各种振动测试分析领域。

Description

一种地震勘探或震动测试用检波器

技术领域

本发明专利涉及一种地震勘探或震动测试用检波器，可以消除横向振动对检波器的干扰影响或假频现象，主要应用于资源、工程勘察中的地震勘探或需要振动测试的无损检测领域。

技术背景

地球物理勘探或振动测试中常用的磁电式检波器或动圈式检波器，稳定性好、技术成熟、价格低廉，而且在全球每年都有数以万计的生产量和使用量。磁电式检波器每个芯体有其固有的耦合方向，来自于该方向的振动被磁电式检波器芯体所接收；但是，在实际应用中，磁电式检波器芯体对来自垂直于其固有耦合方向的横向振动会产生较强的次生信号干扰，俗称假频现象；另外检波器安插在地面上，内装检波器芯体的上部结构体位于地面之上时，来自于地面的横向作用力也会使检波器结构体产生剪切摆动，从而使检波器芯体产生次生的信号干扰。对于每一个芯体，按要求出厂时都要测试其假频，包括油气资源地震勘探或槽波工程勘探等技术方法，类似的“振铃”干扰影响到方法的实施效果。由于干扰信号特殊，只有对内部片状弹簧片等芯体结构进行性能改进才能得到一定程度改善，但由于弹簧的必要性，根本消除这一干扰不可能，单只芯体检波器很难解决的这一难题一直困扰着地球物理界的工程技术人员。如果能够直接使用现有的磁电式检波器芯体对横向振动干扰进行压制，消除假频现象，将会起到事半功倍的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能消除横向振动干扰的地震勘探或震动测试用检波器。

为了解决上述技术问题，本发明提供的地震勘探或震动测试用检波器，至少一对成对配置且性能一致的检波器芯体以头部对头部或底部对底部镜像安装在由非铁磁性材料制成的刚性外壳内，尾锥或尾座与所述的刚性外壳刚性连接；构成所述的检波器芯体为一对时，两对输出信号反相串联或反相并联形成一对输出信号作为输出信号；构成所述的检波器芯体为两对以上时，一侧的所述的检波器芯体的同相输出信号串联或并联形成一对输出信号，两侧的两对输出信号反相串联或反相并联形成一对输出信号作为输出信号。

还包括刚性平台，所述的刚性平台设在所述的刚性外壳的中部，或所述的刚性外壳的上下底面兼作所述的刚性平台，所述的检波器芯体用护套、压垫在所述的刚性平台上连接固定，或成对的基座刚性固定在所述的刚性平台上并以所述的刚性平台为参考平面成镜像对称，成对的所述的检波器芯体以所述的刚性平台为对称平面镜像落座在所述的基座上并与所述的基座刚性连接；所述的尾锥或尾座与所述的刚性外壳或所述的刚性平台刚性连接。

所述的刚性平台刚性固定在所述的刚性外壳上或与所述的刚性外壳一体成型。

所述的非铁磁性材料为密度小和刚度大的铝合金、工程塑料或纤维板，以减小检波器的附加质量。

所述的检波器芯体为需要与介质表面接触的磁电式、压电式、电容式或光栅式的传感器个体或芯体。

所述的检波器芯体利用两节磁钢串接并采用镜像模式设计制作感应线圈，形成类似功能的一个独立检波器芯体，芯体与介质耦合的受力面为两节磁钢之间的对称平面。

所述的刚性外壳上设有水准泡。

采用上述技术方案的地震勘探或震动测试用检波器，与检波器芯体耦合方向一致的振动通过刚性外壳传递至刚性平台，刚性平台带动附着在其上的检波器芯体完成震动信号的采集，水平方向的振动作用到刚性平台对两传感器产生的横向振动干扰信号相互抵消。尾锥或尾座与刚性外壳或刚性平台刚性连接，用于将检波器安装在被测介质表面。使用时，相互垂直或正交的刚性平台面上可以安装配对垂直或正交的磁电式检波器芯体，构成两分量或多分量测量用检波器。检波器芯体可以是磁电式、压电式、电容式、光栅式等需要与介质表面接触的各种传感器个体或芯体。

刚性平台一侧的检波器芯体输出信号与另一侧的检波器芯体输出信号反相串联或并联形成一对输出信号作为新检波器的输出。检波器芯体对于轴向振动产生的信号为有效信号，而对于横向振动导致的检波器芯体产生的信号为干扰信号。

按照这一原理安装的检波器，还可以使用两对以上的配对磁电式检波器芯体制成，在刚性平台一侧的磁电式检波器芯体输出信号同相串联或并联形成一对输出信号，刚性平台两侧的两对输出信号反相串联或并联形成一对输出信号作为新检波器的输出。成对镜像配置的磁电式检波器芯体对于轴向振动上下两个传感器所产生的信号极性相反，但对于横向振动产生的干扰信号则极性相同，两个传感器输出信号反向并联或反向串联后的输出，理论上检波器轴向振动得到两倍增强，横向振动产生的干扰信号则相互抵消。

由于本专利无需特殊制备，直接利用市场上广泛使用的成本低廉磁电式检波器芯体进行配对组装，在检波器灵敏度得到增强的同时，理论上可以抑制横向振动带来的信号干扰，可以起到事半功倍的效果，可以在工程、油气等地震勘探领域推广应用；在岩体中安装检波器，假频信号正好出现在有效频带范围内，去掉假频后，大大改善了有效信号。双芯体检波器的质量会比单芯体检波器质量增大，从而使得其性能会受到一定影响，但该影响相比其去假频功效是次要的，双芯体还会带来近似双倍响应幅度或灵敏度补偿。

综上所述，本发明利用技术成熟和成本低廉的磁电式检波器芯体，基本消除了横向振动对检波器的干扰或假频现象，适用于包括槽波勘探在内的地震勘探和各种振动测试分析领域。

附图说明

图1是垂向分量测试检波器上下磁电式检波器芯体信号反向串联输出方式示意图。

图2是垂向分量测试检波器上下磁电式检波器芯体信号反向并联输出方式示意图。

图3是水平分量测试检波器结构简要示意图。

图4是内置磁电式检波器芯体镜像固定于刚性外壳上下底面时的检波器示意图。

图5是四对磁电式检波器芯体安装固定在同一刚性平台上的检波器俯视简图。

图6是四对磁电式检波器芯体安装固定在同一刚性平台上的检波器侧视简图。

图7是一种简易的双芯体检波器一种组合方式示意图。

图8是一种简易的双芯体检波器另一种组合方式示意图。

图9是双芯体检波器与单芯体检波器实测记录波形对比图。

图10是检波器芯体接收轴向振动受力作用示意图。

图11是检波器芯体接收横向振动受力作用示意图。

图12是检波器芯体串联组合产生输出信号的等效电路图。

图13是检波器芯体并联组合产生输出信号的等效电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

参见图1，描述了垂向分量测试检波器结构构成。其中，上下磁电式检波器芯体1信号反向串联输出方式。刚性平台3固定在刚性外壳2上，成对的基座4刚性固定在刚性平台3上并以刚性平台3为参考平面成镜像对称，成对的磁电式检波器芯体1以刚性平台3为对称平面镜像落座在基座4上并与基座4刚性连接，刚性外壳2上设有检波器外壳8，检波器的尾锥5与刚性外壳2刚性连接；在刚性平台3一侧磁电式检波器芯体1的一对输出信号与刚性平台3另一侧磁电式检波器芯体1的一对输出信号反相串联形成一对输出信号作为新检波器的输出信号，即在刚性平台3一侧磁电式检波器芯体1的磁电式检波器芯体负极6通过反相串接导线9与刚性平台3另一侧磁电式检波器芯体1的磁电式检波器芯体负极串联，在刚性平台3一侧磁电式检波器芯体1的磁电式检波器芯体正极7连接检波器信号输出导线7，刚性平台3另一侧磁电式检波器芯体1的磁电式检波器芯体正极7连接检波器信号输出导线7。尾锥5安插在被测介质表面，感受介质表面振动。

参见图2，描述了垂向分量测试检波器上下磁电式检波器芯体信号反向并联输出方式。刚性平台3固定在刚性外壳2上，成对的基座4刚性固定在刚性平台3上并以刚性平台3为参考平面成镜像对称，成对的磁电式检波器芯体1以刚性平台3为对称平面镜像落座在基座4上并与基座4刚性连接，尾座12与刚性外壳2刚性连接；在刚性平台3一侧磁电式检波器芯体1的一对输出信号与刚性平台3另一侧磁电式检波器芯体1的一对输出信号反相并联形成一对输出信号作为新检波器的输出信号。为了协助固定磁电式检波器芯体1，在上方的磁电式检波器芯体1上部用第一橡胶或弹簧垫13支护在护套顶部，在下方的磁电式检波器芯体1下部用第二橡胶或弹簧垫14支护在刚性护套底部，检波器护套顶部设有水准泡11，保证检波器垂直安装。尾座12与检波器内的刚性平台3刚性连接，现场测试时安装固定在被测介质表面，感受介质表面振动。

参见图3，描述了水平分量测试用检波器结构及使用方法。刚性平台3固定在刚性外壳2上，成对的基座4刚性固定在刚性平台3上并以刚性平台3为参考平面成镜像对称，成对的磁电式检波器芯体1以刚性平台3为对称平面镜像落座在基座4上并与基座4刚性连接，尾锥5与刚性平台3刚性连接；在刚性平台3一侧磁电式检波器芯体1的一对输出信号与刚性平台3另一侧磁电式检波器芯体1的一对输出信号反相串联或反向并联形成一对输出信号作为新检波器的输出信号。尾锥5安插在被测介质表面，感受介质表面振动。

参见图4，刚性外壳2的上下底面兼作所述的刚性平台3，成对的基座4刚性固定在刚性平台3上并以刚性外壳2水平中心面为参考平面成镜像对称，成对的磁电式检波器芯体1以刚性外壳2水平中心面为对称平面镜像落座在基座4上并与基座4刚性连接，尾锥与刚性外壳2刚性连接；在刚性外壳2一侧磁电式检波器芯体1的一对输出信号与刚性外壳2另一侧磁电式检波器芯体1的一对输出信号反相串联或反向并联形成一对输出信号作为新检波器的输出信号。尾锥安插在被测介质表面，感受介质表面振动。

参见图5和图6，描述了四对磁电式检波器芯体两两镜像安装在检波器内部的检波器结构示意图。四成对磁电式检波器芯体镜像刚性固定在刚性平台3上，尾锥5与刚性平台3刚性连接，用外罩罩住刚性平台3和磁电式检波器芯体1，尾锥5外露，用来在被测介质表面固定检波器，实现振动信号的接收。

参见图7和图8，描述了一种简易的检波器安装方式，刚性外壳2内径与磁电式检波器芯体1外径一致，刚性外壳2内省去刚性平台3，直接将一对磁电式检波器芯体1头部对头部或底部对底部镜像安装在刚性外壳2内，通过上压板15、下压板17和中间圆环或环形中隔板16压紧或格挡磁电式检波器芯体1，形成新的检波器芯体组合。

磁电式检波器芯体1可以采用需要与介质表面接触的压电式、电容式或光栅式的传感器个体或芯体代替；或利用两节磁钢串接并采用镜像模式设计制作感应线圈，形成类似功能的一个独立检波器芯体，芯体与介质耦合的受力面为两节磁钢之间的对称平面。

参见图9，双芯体检波器与单芯体检波器实测记录波形对比图。两种检波器在同一震源下在相同位置，用地震仪的两道采用同样参数同时测量，获得两条对比记录，横坐标为记录时间，纵坐标为振幅；小框内图形为虚线所标示时刻右侧一段信号幅度放大后的图形。从图中可以看出，双芯体检波器在近似两倍增大灵敏度的同时，明显地压制了震荡现象或假频现象，从而使检波器的性能得到改善。

参见图10、图11、图12和图13，刚性平台3一侧的正向磁电式检波器芯体18输出信号与另一侧的反向磁电式检波器芯体19输出信号反相串联或并联形成一对输出信号作为新检波器的输出，标号20表示轴向振动及检波器芯体耦合方向，20表示横向振动引起的检波器芯体轴向耦合方向，22表示横向振动方向。图12和图13中，检波器芯体对于轴向振动产生的信号为有效信号23，而对于横向振动导致的检波器芯体产生的信号为干扰信号24。

参见图10、图11、图12和图13，按照这一原理安装的检波器，还可以使用两对以上的配对磁电式检波器芯体1制成，在刚性平台3一侧的磁电式检波器芯体1输出信号同相串联或并联形成一对输出信号，刚性平台3两侧的两对输出信号反相串联或并联形成一对输出信号作为新检波器的输出。成对镜像配置的磁电式检波器芯体1对于轴向振动上下两个传感器所产生的信号极性相反，但对于横向振动产生的干扰信号则极性相同，两个传感器输出信号反向并联或反向串联后的输出，理论上检波器轴向振动得到两倍增强，横向振动产生的干扰信号则相互抵消。

以上系就本发明的具体实施例加以说明，在无违本发明精神与原理之下，熟悉于此技术者尚可以做多种修饰与变更，凡此应当视为涵盖于本案申请专利范围内，在此特予声明。

Claims (5)

1.一种地震勘探或震动测试用检波器，至少一对成对配置且性能一致的检波器芯体以头部对头部或底部对底部镜像安装在由非铁磁性材料制成的刚性外壳(2)内，尾锥(5)或尾座(12)与所述的刚性外壳(2)刚性连接；构成所述的检波器芯体为一对时，两个输出信号反相串联或反相并联形成一个输出信号作为输出信号；构成所述的检波器芯体为两对以上时，一侧的所述的检波器芯体的同相输出信号串联或并联形成输出信号，两侧的输出信号反相串联或反相并联形成一个输出信号作为输出信号，其特征是：所述的检波器芯体为需要与介质表面接触的磁电式传感器芯体；还包括刚性平台(3)，所述的刚性平台(3)设在所述的刚性外壳(2)的中部；所述的检波器芯体用护套、压垫在所述的刚性平台(3)上连接固定，成对的基座(4)刚性固定在所述的刚性平台(3)上并以所述的刚性平台(3)为参考平面成镜像对称，成对的所述的检波器芯体以所述的刚性平台(3)为对称平面镜像落座在所述的基座(4)上并与所述的基座(4)刚性连接。

2.根据权利要求1所述的地震勘探或震动测试用检波器，其特征是：所述的刚性平台(3)刚性固定在所述的刚性外壳(2)上或与所述的刚性外壳(2)一体成型。

3.根据权利要求1所述的地震勘探或震动测试用检波器，其特征是：所述的非铁磁性材料为铝合金、工程塑料或纤维板。

4.根据权利要求1或2所述的地震勘探或震动测试用检波器，其特征是：所述的检波器芯体利用两节磁钢串接并采用镜像模式设计制作感应线圈，形成一个独立检波器芯体，芯体与介质耦合的受力面为两节磁钢之间的对称平面。

5.根据权利要求1或2所述的地震勘探或震动测试用检波器，其特征是：所述的刚性外壳(2)上设有水准泡(11)。