CN105673002A - 一种低频单极发射换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低频单极发射换能器，由4片一致的弯张换能器元件及1个总成骨架组成，通过4片对称布置的弯张换能器元件安装结构实现低频单极声源；外圆表面铣钻四个均布方形的凹面平台；分别将4个弯张发射换能器固定骨架外圆的凹面平台上；在电气连接方式上，每个弯张换能器元件的压电陶瓷作为元件的正极，金属基板作为元件的负极。本发明有益的效果：弯张换能器元件为三叠片式弯张发射换能器单元，用于形成偶极声源，安装的弯张换能器使用非对称布置。该低频单极声源利用该弯张换能器单元的低频特性，通过4片对称布置的弯张换能器单元安装方式实现低频单极声源，简便地实现了测井所需的低频单极声源。
Description
技术领域
本发明涉及声波发射换能器，主要涉及一种低频单极发射换能器。
背景技术
在目前的测井中，国内外大部分采用宽频带的发射换能器来同时激励地层的纵波、横波及斯通利波。该方法较为简单，但为后续的信号处理带来较大的难度，同时使仪器对不同地层的适用性降低。而使用单独的斯通利波激发能有效的解决上述问题。由于井孔中的纵、横、及斯通利波在频带响应上存在差异，斯通利波对低频激励源(100～2.5kHz)响应高，而纵波横波在该频带内响应较低，因此使用该频段的低频单极激励源能较好形成斯通利波激励源。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术中存在的问题，而提供一种低频单极发射换能器。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种低频单极发射换能器，该换能器由4片完一致的弯张换能器元件及1个总成骨架组成，单片的弯张发射换能器元件能产生1个偶极场，其1阶模态谐振频率在2.0kHz，通过4片对称布置的弯张换能器元件安装结构实现低频单极声源；总成骨架中间的通孔用于存放弯张发射换能器引线以及仪器内部过线，外圆表面铣钻四个均布方形的凹面平台，平台底部铣钻方形孔，形成镂空结构；用螺钉分别将4个弯张发射换能器固定骨架外圆的凹面平台上；在电气连接方式上，每个弯张换能器元件的压电陶瓷作为元件的正极，金属基板作为元件的负极，整个低频单极发射换能器将所有4片弯张换能器元件的正极连接在一起作为换能器的正极；将4片弯张换能器元件的负极连接在一起作为换能器的负极。
所述的总成骨架采用密度较大硬质合金金属。
本发明的有益效果为：弯张换能器元件为三叠片式弯张发射换能器单元，用于形成偶极声源，形成偶极声源时，安装的弯张换能器使用非对称布置。该低频单极声源利用该弯张换能器单元的低频特性，通过4片对称布置的弯张换能器单元安装方式实现低频单极声源，简便地实现了测井所需的低频单极声源。
附图说明
图1为本发明的安装方式横截面示意图。
图2为本发明的立体结构示意图1。
图3为本发明的立体结构示意图2。
图4为该低频单极发射换能器安装在仪器上，仪器激励后测量得到的特性图。
附图标记说明：弯张换能器元件1，总成骨架2，金属基板3，压电陶瓷4，通孔5，凹面平台6，螺钉7。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：
如图所示，这种低频单极发射换能器，该换能器由4片完一致的弯张换能器元件1及1个总成骨架2组成，单片的弯张发射换能器元件能产生1个偶极场，其1阶模态谐振频率在2.0kHz左右，目前该弯张发射换能器元件主要用于形成偶极发射换能器，其安装方式横截面见图1b所示，其中，X1与X2同时工作形成X方向的偶极场，Y1与Y2同时工作形成Y方向的偶极场。而本发明则利用弯张发射换能器元件的1阶模态谐振频率与需要的斯通利波激励频率接近的特性，使用不同的安装方式(其安装方式横截面见图1a所示，通过4片对称布置的弯张换能器元件1安装结构)从而使用和偶极一致的弯张振动元件，实现了与偶极场不同类型的单极声源。从而极大简化低频斯通利波声源的设计难度，同时有效降低了仪器生产的发射换能器库存种类。
发明使用了与偶极发射总成骨架类似的骨架。总成骨架2由采用密度较大硬质合金金属，中间的通孔5用于存放弯张发射换能器引线以及仪器内部过线，外圆表面铣钻四个均布方形的凹面平台6，平台底部铣钻方形孔，形成镂空结构(见图2)。用螺钉7分别将4个弯张发射换能器固定骨架外圆的凹面平台6上(见图3)。
在电气连接方式上，每个弯张换能器元件1的压电陶瓷4作为元件的正极，金属基板3作为元件的负极，整个低频单极发射换能器将所有4片弯张换能器元件1的正极连接在一起作为换能器的正极；将4片弯张换能器元件1的负极连接在一起作为换能器的负极。
在该发射换能器的正负极之间加载驱动信号时，如果4片弯张发射元件具有较好的一致性时，换能器的4片弯张发射元件将以相同的幅度向外辐射胀缩波，从而达到产生低频单极声源的目的。
图4为该低频单极发射换能器安装在仪器上，仪器激励后测量得到的特性图。其中图4a为仪器的信号频谱图，图4b为仪器的周向指向性图。仪器低频单极的信号的瞬间声源级达到140dB。从上述特性图及后续的实井测试验证，该换能器完全满足声波测井中低频斯通利波激励声源要求。
声波测井中，斯通利波应用在渗透率反演等方面占据重要作用。测井中斯通利波对低频(100～2.5kHz)声源响应较高，对高频响应低，因此要单独激励斯通利波要求声源必须为低频单极声源。
本发明利用了目前测井中偶极声源常用的三叠片式弯张发射换能器的低频特性，使用与测井偶极声源一致的骨架总成与弯张发射换能器单元，采用与偶极非对称安装方式不同的对称安装方式与接线方式，较为简便地实现了一种低频单极测井声源。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种低频单极发射换能器，其特征在于：该换能器由4片完一致的弯张换能器元件(1)及1个总成骨架(2)组成，单片的弯张发射换能器元件能产生1个偶极场，其1阶模态谐振频率在2.0kHz，通过4片对称布置的弯张换能器元件(1)安装结构实现低频单极声源；总成骨架(2)中间的通孔(5)用于存放弯张发射换能器引线以及仪器内部过线，外圆表面铣钻四个均布方形的凹面平台(6)，平台底部铣钻方形孔，形成镂空结构；用螺钉(7)分别将4个弯张发射换能器固定骨架外圆的凹面平台(6)上；在电气连接方式上，每个弯张换能器元件(1)的压电陶瓷(4)作为元件的正极，金属基板(3)作为元件的负极，整个低频单极发射换能器将所有4片弯张换能器元件(1)的正极连接在一起作为换能器的正极；将4片弯张换能器元件(1)的负极连接在一起作为换能器的负极。
2.根据权利要求1所述的低频单极发射换能器，其特征在于：所述的总成骨架(2)采用密度较大硬质合金金属。
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