CN1201911A - 一种地震检波器测试仪检定方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明可统一不同型号地震检波器测试仪的量值并实现可靠溯源,模拟标准检波器响应信号A₁、A₂、T、M,计算出B_t、f_n、S值,被检测试仪测出B_t、f_n、S值与标准值比较,按被检测试仪激励信号频率的256倍采样,计算标准失真度,作为检定标准值与被仪采集D参数比较,检定装置由与PC机连接的时基卡、标准信号发生卡和接口卡组成,其接口1连接的输入端,信号经采集卡2进入时基卡4处理,将处理后的信号输入标准信号发器卡3,进入接口1输出比较。

Description

一种地震检波器测试仪检定方法及其装置

本发明属于计量和检查石油地球物理勘探仪器的方法，是一种地震检波器测试仪的检定方法及其装置。

地震检波器(Geophone)是石油地球物理勘探中用量最大的一种振动速度传感器。地震检波器的技术性能是依靠地震检波器测试仪来完成的，目前，这种仪器普遍采用直流激励式方法对地震检波器的阻尼系数、自然频率、灵敏度参数进行检测，由于国内、外近年检波器和检波器测试仪的产品产地、型号和品种逐渐增加，其性能和标准的差异，造成了同一只地震检波器用不同的地震检波器测试仪测试，会得到不同的参数测试结果的现象，如A测试仪判其为合格，B测试判其为不合格，这样常常引起地震检波器用户与生产厂家的质量争议，特别重要的是，由于不能确知地震检波器的技术性能，会影响石油地震勘探采集资料的准确性，进而影响石油地震勘探资料解释的准确性和可靠性。这种现象的产生根源是这些地震检波器测试仪自身的准确性无法用常规方法和仪器和进行检定，既其量值不可溯源。

本发明的目的是解决地震检波器测试仪的计量检定方法和实用设备，统一地震检波器测试仪的量值并实现各参数的可靠溯源。

本发明附图说明如下：

图1为检波器的响应曲线示意图；

图2为地震检波器测试仪检定装置电路框图。

本发明包括检定方法和检定装置两方面内容。

本发明对Secstec-2000、SMT-100(荷兰)，ZJC-2(西安华油)，JCC-100B、JCC-100(西仪)，SST-A88(河北)等型号的地震检波器测试仪进行检定，证明解决了地震检波器测试仪的计量检定问题，统一了地震检波器测试仪精确的量值并实现各参数可溯源。

本发明系用单参数溯源、综合参数传递的方法对地震检波器测试仪进行检定，具体是：a.模拟制造标准检波器的响应信号A₁、A₂、T、M，计算出B_t、f_n、S的标准值，被检检波器测试仪对上述标准信号进行采集，测出B_t、f_n、S值与模拟制造的标准值比较检定；b.模拟制造一个频率二倍于被检检波器测试仪激励信号的失真信号，按被检的检波器测试仪激励信号频率的256倍取采样，并做1024点FFT，计算出标准失真度，以此作为检定标准值与被检的检波器测试仪采集D参数比较检定；c.选取准确度优于被检检波器测试仪电阻指标一个精度数量级的标准电阻作为检定标准，对被检检波器测试仪R参数进行比较检定。

上述各参数为：

A₁-检波器响应第一峰值(V)；

A₂-检波器响应第二峰值(V)；

M-检波器动圈质量；

T-检波器响应第一个过零时间(s)；

B_t-波器阻尼系数；

f_n-检波器自然频率；

S-检波器灵敏度；

D-检波器失真度；

R-险波器直流电阻(R_c)或绝缘电阻(R_d)。

本发明还提供如下技术方案：模拟制造标准检波器的响应信号A₁、B_t、f_n、M其值可调，模拟制造一个频率二倍于被检检波器测试仪激励信号的失真信号幅度据被检波器仪的激励信号幅度和检定点要求选择，标准电阻16个作为检定标准，20Ω～10Ω为8个，510KΩ～100MΩ为8个。

地震检波器测试仪所测试的地震检波器阻尼系数、自然频率、灵敏度等参数是综合参数(间接测量量)不能直接溯源，其测试的基本参数(直接测量量)是电压，电阻和频率，这些量是可以直接溯源的。因此，只要知道电压、电阻和频率参数的测量不确定度，就可以通过不确定度合成的方法，得到阻尼系数、自然频率、灵敏度等综合参数的不确定度，实现量值溯源。

采用直流激励方法波器测试仪的工作原理是给被测检波器施加一个直流电流激励信号，测试被测检波器断电后的响应信号，根据直流激励电流和被测检波器响应信号的A₁、A₂、T值和动圈质量M，计算出被测检波器的阻尼系数、自然频率和灵敏度值，由被测检波器的响应曲线示意图(图1)所示，阻尼系数B_t、自然频率f_n、灵敏度S计算公式如下： $B_t=\frac{\ln \left|\frac{A_1}{A_2}\right|}{\sqrt{{\mathrm{\π}}^2+{\left(\ln \right|\frac{A_1}{A_2}\left|\right)}^2}}$ (1)， $f_n=\frac{1}{2T\sqrt{1-B_t^2}}----\left(2\right),$ $S=\sqrt{\frac{2\mathrm{\π}{f}_n{A}_{1}M}{I}e\frac{\mathrm{arctg}\frac{\sqrt{1-B_t^2}}{B_t^2}}{\frac{\sqrt{1-B_t^2}}{B_t}}}----\left(3\right),$ 图式中：

A₁-检波器响应第一峰值(V)；

A₂-检波器响应第二峰值(V)；

M-检波器动圈质量；

I-直流激励电流；

T-检波器响应第一个过零时间(s)；

B_t-检波器阻尼系数；

f_n-检波器自然频率；

S-检波器灵敏度；。

检波器失真度的测试，是由检波器测试仪向被测检波器施加一定标准频率的正弦信号，如f_n≤14Hz，标准信号频率为12Hz，f_n＞14Hz，标准信号频率等于被测检波器自然频率的标称值，然后采集被测波器的响应信号，并对其进行FFT计算(32点或64点)，按如下公式得出被测检波器的失真度， $D=\frac{\sqrt{V_2^2+V_3^2}}{V_1}\×100\%----\left(4\right)$ ，式中：

D失真度；

V₁-检波响应信号中的基波分量(施加的标准信号频率分量)的电压值；

V₂-检波器响应信号中的二次谐波分量电压值；

V₃-检波器响应信号中的三次谐波分量电压值。

检波器直流电阻及绝缘电阻测试，是由检波器测试仪向被测检波器施加一个标准直流电流信号I，通过测试被测检波器的响应电压V，按欧姆定律计算出其直流电阻R_c或绝缘电阻R_d值。

根据检波器测试仪检测检波器B_t、f_n、S、D、R的测试方法，确定了如下的检波器测试仪检定方法：

对B_t、f_n、S参数的检定由检定装置模拟标准检波器的响应信号(其中A₁、B_t、f_n值任意可调，M值由面板输入)。检定装置与被检定的检波器测试仪同时对标准信号进行采集，以检定装置计算出的B_t、f_n、S值为标准值，对被测检波器测试仪进行检定。

对D参数的检定由检定装置发出一个频率二倍于检波器测试仪激励信号的“参考信号”，人为造成一个失真信号(参考信号幅度根据检波器仪的激励信号幅度和检定点要求选择)，检定装置与被检定的检波器测试仪同时采集这一“失真”信号，检定装置采样频率为被检定的检波器测试仪激励信号频率的256倍，并做1024点FFT，按公式(4)计算出标准失真度，并以此作为检定标准值，对被测检波器测试仪进行D参数检定。

对R参数的检定选取准确度优于检波器测试仪电阻指标一个数量级的16个标准电阻，20Ω～10KΩ为8个，510KΩ～100MΩ为8个，作为检定标准。

本发明为实现上述目的，依地震检波器测试仪检定的方法提供一种地震检波器测试仪的检定装置，包括PC机，和与PC机连接的时基卡、信号采集卡、标准信号发生卡和输入/输出接口卡，其输入/输出接口1有与外部连接的输入端，输入/输出接口1的输出端与信号采集卡2相连，信号经信号采集卡2内的A/D转换器21、放大器22和存储器23进入时基卡4处理，时基卡4在PC机5的控制下将处理后的信号输入标准信号发器卡3，经存储器34、D/A转换器33、衰减器32和放大器31进入输入/输出接口1输出。

以下分述本发明装置的各部分功能和主要部件。PC机5是检定装置的主控部分，可选用486通用机，主要完成标准参数设置，工作时序设置，有贮采集数据、计算检定结果。时基卡4为检定装置提供实时控制信号。特别是判定被检地震检波器测试仪的工作时序，在被检地震检波器测试仪直流激励信号断开的同时，使标准信号发生器3工作，发出标准信号。信号采集卡2负责实时准确地对地震检波器测试仪的激励信号和根本装置中标准信号发生器卡3发出的标准信号进行放大、采样和A/D转换，其结果存在数据存储器23内，卡中A/D转换器可使用KR18876。标准信号发生器卡3按所设置的标准参数和工作时序，按时发出各种标准信号，给输入/输出接口板1送被检地震检波器测试仪和本装置信号采集卡，卡中D/A转换器可使用ND569，卡中标准频率发生器可使用20M温补石英振荡器。输入/输出接口卡1接所设标准参数和工作时序，接受被检地震检波器测试仪激励信号和输出标准信号或标准电阻至被检地震检波器测试仪，它是检定装置与地震检波器测试仪之间的连接通道，卡中继电器可使用JZW-4MRJ4.553.059。

Claims (5)

1.一种地震检波器测试仪的检定方法，根据检波器测试仪检测检波器的原理和测试的标量对检波器测试仪进行检测，其特征在于：

a.模拟制造标准检波器的响应信号A₁、A₂、T、M，计算出B_t、f_n、S的标准值，被检检波器测试仪对上述标准信号进行采集，测出B_t、f_n、S值与模拟制造的标准值比较检定；

b.模拟制造一个频率二倍于被检检波器测试仪激励信号的失真信号，按被检的检波器测试仪激励信号频率的256倍取采样，并做1024点FFT，计算出标准失真度，以此作为检定标准值与被检的检波器测试仪采集D参数比较检定；

c.选取准确度优于被检检波器测试仪电阻指标一个精度数量级的标准电阻作为检定标准，对被检检波器测试仪R参数进行比较检定。上述各参数为：

A₁-检波器响应第一峰值(V)；

A₂-检波器响应第二峰值(V)；

M-检波器动圈质量；

T-检波器响应第一个过零时间(s)；

B_t-检波器阻尼系数；

f_n-检波器自然频率；

S-检波器灵敏度；

D-检波器失真度；

R-检波器直流电阻(R_c)或绝缘电阻(R_d)。

2.根据权利要求1所述的一种地震检波器测试仪的检定方法，模拟制造标准检波器的响应信号A₁、B_t、f_n、M其值可调。

3.根据权利要求1所述的一种地震检波器测试仪的检定方法，其特征在于：模拟制造一个频率二倍于被检检波器测试仪激励信号的失真信号其幅度据被检波器仪的激励信号幅度和检定点要求选择。

4.根据权利要求1所述的一种地震检波器测试仪的检定方法，其特征在于：标准电阻16个作为检定标准，20Ω～10KΩ为8个，510KΩ～100MΩ为8个。

5.一种地震检波器测试仪的检定装置，包括PC机，和与PC机连接的时基卡、信号采集卡、标准信号发生卡和输入/输出接口卡，其特征在于：输入/输出接口(1)有与外部连接的输入端，输入/输出接口(1)的输出端与信号采集卡(2)相连，信号经信号采集卡(2)内的A/D转换器(21)、放大器(22)和存储器(23)进入时基卡(4)处理，时基卡(4)在PC机(5)的控制下将处理后的信号输入标准信号发器卡(3)，经存储器(34)、D/A转换器(33)、衰减器(32)和放大器(31)进入输入/输出接口(1)输出。

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