CN107167837A - 一种双检检波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海洋OBC勘探中所使用的检波器，具体涉及一种双检检波器。由于传统双检检波器因陆地检波器和水检检波器接收原理不一致而产生输出信号存在90°相位差，导致后期数据耗时巨大。本发明针对上述问题提供一种双检检波器，包括依次设置的水检检波器、MEMS检波器、电池和线缆密封插头；MEMS检波器靠近水检检波器的一端设置第一堵头，MEMS检波器的另一端设置第二堵头；MEMS检波器包括导电片支架、万向架、万向架船体和由绝缘材料包裹的三轴MEMS芯体；导电片支架位于万向架与第一堵头之间；万向架船体通过两端的轴承联接在所述万向架上；三轴MEMS芯体设置在所述万向架船体中部。

Description

一种双检检波器

技术领域

本发明涉及一种海洋OBC勘探中所使用的检波器，具体涉及一种双检检波器。

背景技术

海底电缆(Ocean Bottom Cable，简称OBC)地震勘探的出现和发展为地震拖缆无法施工的浅水和障碍物区提供了获得高质量地震资料的技术手段，为高精度地完成油气勘探和开发地质任务、完成油气藏开采监测任务奠定了必要的技术基础。

然而，在OBC数据采集时，由于海底和海面都是较强的反射界面，随着震源激发的一个地震子波从震源位置达到海底，或者一个反射地震子波从地下到达海底，海底电缆中的检波器，感应并记录下这个反射地震子波。这个反射子波继续向上前进达到海面，受到海面的反射，然后改变方向向下传播，达到海底。海底电缆中的检波器，再一次感应并记录下这个地震子波，同时这个地震子波受到海底的反射，然后改变方向向上传播，达到海面，受到海面的反射，然后改变方向向下传播，达到海底，如此循环、重复进行。而这些原始反射地震子波的二次和后续达到，就是海水鸣震多次波(交混回响)。海水鸣震多次波是海上地震勘探数据中最大的噪声干扰。OBC勘探技术最大的难题在于不能有效地压制海水鸣震等多次波。

20世纪80年代末有人提出利用双检接收技术去除海底勘探的多次波干扰，即同一位置的陆地检波器地震数据和水中检波器地震数据两种数据分别使用陆检检波器和水检检波器记录。陆地检波器是一种质点速度检波器，记录的是质点速度变化；水中检波器是一种压力检波器，记录的是地震波产生的压力变化。传统双检检波器将陆检检波器和水检检波器两种接收装置组合在一起，即把高灵敏度磁电式检波器和海洋压电检波器合二为一。该项技术利用速度检波器和压力检波器的极性、振幅、频率等特性的差异，把速度检波器数据和压力检波器数据进行最佳比例求和，达到压制海水鸣震等多次波的目的。

陆检检波器采用动圈式速度检波，因动圈式速度检波灵敏度太低接收不到微弱信号，为了提高双检检波器的灵敏度，使其达到使用要求，通常在双检检波器内串联两只动圈机芯。在目前OBC双检检波器中应用最为广泛的就是采用两只动圈式速度检波器与压电水检检波器配合完成双检信息接收。例如中国实用新型CN 202771006 U专利文献公开的双检检波器。

但是动圈式速度检波器由于其固有的机械特征，即使串联两只动圈机芯，其性能仍然有待提高，表现为灵敏度低、信噪比不高，低频响应能力弱，一致性差的问题。

而且由于传统双检检波器因陆检检波器和水检检波器接收原理不一致(陆检检波器是一种质点速度检波器，其输出电压与感应的速度成正比；水检检波器是一种压力检波器，其输出电压与所感应压力的变化量成正比，类似于加速度传感器的方式)；而产生输出信号存在90°相位差，导致后期数据处理困难，在处理数据时需要先进行相位补偿，而这种补偿实际处理的数据量非常大，导致数据处理耗时巨大。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，而提供一种双检检波器。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种双检检波器，包括依次设置的水检检波器、MEMS检波器(MEMS是微机电系统Micro Electro Mechanical Systems的英文缩写，是一种能进行电子感应或反应的超小型化机械器件，MEMS检波器就是使用MEMS技术的检波器)、电池和线缆密封插头；上述MEMS检波器、电池和线缆密封插头安装在双检波器外金属筒的内部；上述水检检波器与双检波器外金属筒相连；上述电池与MEMS检波器连接；上述水检检波器和MEMS检波器分别通过各自的信号输出线与线缆密封插头相连；上述MEMS检波器靠近水检检波器的一端设置第一堵头，MEMS检波器的另一端设置第二堵头；上述MEMS检波器包括导电片支架、万向架、万向架船体和由绝缘材料包裹的三轴MEMS芯体；导电片支架位于万向架与第一堵头之间，导电片支架上安装导电片；万向架船体通过设在两端的轴承联接在所述万向架上；三轴MEMS芯体设置在所述万向架船体中部。

为了减小双检检波器的体积，采用水平放置的三轴MEMS芯体。

为了避免了万向架船体在静止时万向架船体的底部朝上，处于反向的平衡状态，导致三轴MEMS芯体检测的信号正负相反，万向架船体两端安装的轴承直径大小不同。

为了保证MEMS检波器可靠工作时间达1年以上，电池采用高能锂电池。

为了能够有效将电源电流与信号电流绝缘，包裹三轴MEMS芯体的绝缘材料采用聚甲醛材料。

为了弥补了万向架船体的中部采用聚甲醛等绝缘材料而导致质量的减轻，增加了船体在硅油中的转动灵活性，万向架船体的底部设置有硅钢或者钨钢材质的配重块。

为了增强万向架的阻尼，使安装在万向架船体上的三轴MEMS芯体很快静止，从而不影响下一次的采集，两个堵头与双检波器外金属筒形成的腔体中填充硅油。

进一步地，水检检波器包括外保护壳和设置在所述外保护壳内的压电陶瓷单元、无源阻抗匹配变压器和聚氨酯护套；所述压电陶瓷单元和无源阻抗匹配变压器设置在聚氨酯护套中并通过导线相连；所述外保护壳内填充聚氨酯胶进行密封。

进一步地，上述压电陶瓷单元采用工作在厚度伸缩模式下双面粘陶瓷的三叠片式压电陶瓷，陶瓷片采用2并2串的连接方式，上述水检检波器压电陶瓷单元为2组且并联连接。

为了有效防止意外的应力集中破坏压电陶瓷单元，外保护壳的底部设置为圆形结构。

本发明的优点：

1、MEMS检波器由于采用成熟的加速度芯片，相比于动圈检波器灵敏度更高，可靠性更强，一致性更好。由于MEMS检波器与水检检波器均为加速度信号，消除了传统双检因检波器接收原理不一致而产生输出信号存在90°相位差的问题，显著节省了信号数据的处理时间。

2、因为动圈检波器只能感应垂直方向的震动信号，需要竖直放置。本发明采用三轴MEMS芯体的MEMS检波器，这样就可以利用Z轴，使芯体可以水平放置，减小了双检检波器的体积。

3、万向架船体两端安装的轴承直径大小不同的设置，避免了在静止时万向架船体的底部朝上、处于反向的平衡状态而导致三轴MEMS芯体检测的信号正负相反的问题。

4、采用的高能锂电池能保证MEMS检波器可靠工作时间达1年以上。

5、MEMS芯体为有源传感器，需要供电，万向架船体的中部包裹三轴MEMS芯体的聚甲醛材料能够有效将电源电流与信号电流绝缘。

6、在万向架船体的底部增加了高密度的硅钢或者钨钢材质的配重块，使万向架船体底部越重，从而使其重心下移，越容易回到平衡状态。弥补了万向架船体的中部采用聚甲醛等绝缘材料而导致质量的减轻，增加了船体在硅油中的转动灵活性。

7、工作状态的检波器通常采集的是连续的震动信号，在一次震动完成后需要使传感器很快静止。在两个堵头与双检波器外金属筒形成的腔体中填充硅油，使万向架置于硅油之中，增强了万向架的阻尼；能够使安装在万向架船体上的三轴MEMS芯体很快静止，从而不影响下一次的采集。

8、采用聚氨酯护套，能最大程度将压力传递给敏感元件，防止声波的衰减。采用无源阻抗匹配变压器克服了有源阻抗匹配变压器野外使用困难的问题。

9、水检检波器采用2组压电陶瓷单元并联连接，提高了静态电容量。在保证谐振频率的前提下，电容量越大，电感量就越小，因而降低了后端匹配器的设计难度。

10、底部为圆形结构的外保护壳能够有效防止意外的应力集中破坏压电陶瓷单元。

附图说明

图1是双检检波器的剖视图；

图2是图1所示水检检波器的压电陶瓷单元连接示意图。

图中各标号的说明如下：

1—双检波器外金属筒；

11—MEMS检波器；111—导电片支架、112—万向架、113—万向架船体；114—三轴MEMS芯体；115—轴承；116—配重块；

12—电池；13—线缆密封插头；

2—第一堵头；3—第二堵头；

4—水检检波器；41—外保护壳；42—压电陶瓷单元；43—无源阻抗匹配变压器；44—聚氨酯护套。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示的一种双检检波器，包括依次设置的水检检波器4、MEMS检波器11、电池12和线缆密封插头13；MEMS检波器11、电池12和线缆密封插头13安装在双检波器外金属筒1的内部；水检检波器4与双检波器外金属筒1相连；电池12为高能锂电池12并向MEMS检波器11供电；上述水检检波器4和MEMS检波器11获得的检测信号分别通过各自的信号输出线与线缆密封插头13相连；上述MEMS检波器11靠近水检检波器4的一端设置第一堵头2，MEMS检波器11的另一端设置第二堵头3；上述第一堵头2、第二堵头3与双检波器外金属筒1形成的腔体中填充硅油。

MEMS检波器11包括导电片支架111、万向架112、万向架船体113和由聚甲醛材料包裹的三轴MEMS芯体114；导电片支架111位于万向架112与第一堵头2之间，导电片支架111上安装导电片；导电片是一组具有弹性的铜片，通过接触进行连接；采用导电片替代导线连接，可以保证既能电导通又不影响万向架船体113的转动。万向架船体113通过设在两端的轴承115联接在所述万向架112上；万向架船体113两端安装的轴承115直径大小不同；三轴MEMS芯体114设置在所述万向架船体113中部且水平放置。上述万向架船体113的底部设置有硅钢或者钨钢材质的配重块116。

水检检波器4包括底部为圆形结构的外保护壳41和设置在所述外保护壳41内的压电陶瓷单元42、无源阻抗匹配变压器43和聚氨酯护套44；上述压电陶瓷单元42和无源阻抗匹配变压器43设置在聚氨酯护套44中并通过导线相连；上述外保护壳41内填充聚氨酯胶进行密封。

压电陶瓷单元42采用工作在厚度伸缩模式下双面粘陶瓷的三叠片式压电陶瓷，陶瓷片采用2并2串的连接方式，上述水检检波器4压电陶瓷单元42为2组且并联连接。

如图2所示，工作在厚度伸缩模式下双面粘陶瓷的三叠片式压电陶瓷，分别在三叠片的两面引出电极线，引出后a和d相连作为水听器单元的正极，b和c相连作为水听器单元的负极。其中陶瓷片a和d的正极通过引线相连，负极通过铜基片相连，所以a和d为并联，同样的b和c之间也是并联，a、d与b、c之间整体又是串联结构，所以水检检波器压电陶瓷单元中的陶瓷片为2并2串结构。当两个陶瓷片并联时，其输出电荷和电容为一个陶瓷片输出时的两倍，输出电压不变；两个陶瓷片串联时，其输出电压为一个陶瓷片输出时的两倍，输出电荷不变，而输出电容减少一半。

Claims (10)

1.一种双检检波器，包括依次设置的水检检波器(4)、MEMS检波器(11)、电池(12)和线缆密封插头(13)；所述MEMS检波器(11)、电池(12)和线缆密封插头(13)安装在双检波器外金属筒(1)的内部；所述水检检波器(4)与所述双检波器外金属筒(1)相连；所述电池(12)与MEMS检波器(11)相连；所述水检检波器(4)和MEMS检波器(11)分别通过各自的信号输出线与线缆密封插头(13)相连；

其特征在于：

所述MEMS检波器(11)靠近水检检波器(4)的一端设置第一堵头(2)，MEMS检波器(11)的另一端设置第二堵头(3)；

所述MEMS检波器(11)包括导电片支架(111)、万向架(112)、万向架船体(113)和由绝缘材料包裹的三轴MEMS芯体(114)；

所述导电片支架(111)位于万向架(112)与第一堵头(2)之间，所述导电片支架(111)上安装导电片；

所述万向架船体(113)通过设在两端的轴承(115)联接在所述万向架(112)上；

所述三轴MEMS芯体(114)设置在所述万向架船体(113)中部。

2.根据权利要求1所述的一种双检检波器，其特征在于：所述三轴MEMS芯体(114)水平放置。

3.根据权利要求2所述的一种双检检波器，其特征在于：万向架船体(113)两端安装的轴承(115)直径大小不同。

4.根据权利要求3所述的一种双检检波器，其特征在于：所述电池(12)为高能锂电池。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种双检检波器，其特征在于：所述绝缘材料是聚甲醛材料。

6.根据权利要求5所述的一种双检检波器，其特征在于：所述万向架船体(113)的底部设置有硅钢或者钨钢材质的配重块(116)。

7.根据权利要求6所述的一种双检检波器，其特征在于：所述第一堵头(2)、第二堵头(3)与双检波器外金属筒(1)形成的腔体中填充硅油。

8.根据权利要求7所述的一种双检检波器，其特征在于：

所述水检检波器(4)包括外保护壳(41)和设置在所述外保护壳(41)内的压电陶瓷单元(42)、无源阻抗匹配变压器(43)和聚氨酯护套(44)；所述压电陶瓷单元(42)和无源阻抗匹配变压器(43)设置在聚氨酯护套(44)中并通过导线相连；所述外保护壳(41)内填充聚氨酯胶进行密封。

9.根据权利要求8所述的一种双检检波器，其特征在于：所述压电陶瓷单元(42)采用工作在厚度伸缩模式下双面粘陶瓷的三叠片式压电陶瓷，陶瓷片采用2并2串的连接方式，所述水检检波器(4)压电陶瓷单元(42)为2组且并联连接。

10.根据权利要求9所述的一种双检检波器，其特征在于：所述外保护壳(41)的底部为圆形结构。