CN201460882U - 高可靠性和高稳定性声波测井低频发射换能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高可靠性和高稳定性声波测井低频发射换能器，主要包括上压电晶片和下压电晶片，上压电晶片和下压电晶片之间设有合金基板，上压电晶片与合金基板之间、下压电晶片与合金基板之间均设有电极片；上压电晶片和下压电晶片辐射面有施加预应力绑紧的玻璃布。本实用新型有益的效果是：1.克服换能器在高温、高压情况下性能变化过大对声波测井仪器的测量准确度和使用寿命的影响。2.克服了由于普通高温胶粘剂与压电晶片、金属基板的热膨胀系数不匹配，造成换能器压电晶片与金属基板脱胶后失效的缺陷。3.解决换能器压电晶片在大功率信号下易震裂和高温条件下发射效率迅速衰减、频率漂移过大的问题，提高了换能器的高温温度稳定性和使用寿命。

Description

高可靠性和高稳定性声波测井低频发射换能器

技术领域

本实用新型涉及石油地质声波测井技术领域，主要是一种高可靠性和高稳定性声波测井低频发射换能器。

背景技术

在现用技术中，偶极子或多极子阵列声波测井低频发射换能器存在175℃高温、140MPa高压条件下温度稳定性差和使用寿命短的缺点。究其原因，主要有以下几点：

1.现用声波测井低频发射换能器，使用的PZT压电晶片居里温度低Tc≤360℃，200℃相对25℃的谐振频率的变化率大，导致在175℃高温、140MPa高压条件下换能器性能变化大工作谐振频率的漂移和电容变化量过大导致与测井电源的匹配失谐，影响了声波测井仪器的测量准确度和使用寿命。

2.现用声波测井低频发射换能器，上、下两片压电晶片与金属基板间往往用普通的高温胶粘剂粘结，由于普通高温胶粘剂与压电晶片的热膨胀系数不匹配，导致声波测井换能器在25℃～175℃工作温度区间热胀冷缩步调不一致，造成换能器压电晶片与金属基板脱胶后失效。

3.现用声波测井低频发射换能器，在换能器两压电晶片间没有任何预紧力措施，导致换能器发射效率偏低和高温温度稳定性差，造成175℃、140MPa高温高压测井条件下测试信号偏小或作频率漂移，使机器不能稳定工作。

4.现用声波测井低频发射换能器，在换能器两压电晶片间没有任何预紧力措施，导致换能器压电晶片在大功率信号下震裂现象时有发生，影响换能器使用寿命。

因此，上述现有产品存在缺陷。

发明内容

本实用新型的目的正是为了克服上述技术的不足，而提供一种工作寿命较长的高可靠性和高稳定性声波测井仪器用低频发射换能器，即偶极子或多极子阵列声波测井低频发射换能器。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案：这种高可靠性和高稳定性声波测井低频发射换能器，主要包括上压电晶片和下压电晶片，上压电晶片和下压电晶片之间设有合金基板，上压电晶片与合金基板之间、下压电晶片与合金基板之间均设有电极片；上压电晶片和下压电晶片辐射面有施加预应力绑紧的玻璃布。

作为优选，所述的上压电晶片与合金基板之间、下压电晶片与合金基板之间通过胶粘剂粘结连接有电极片。

作为优选，所述的上压电晶片和下压电晶片的长度小于合金基板的长度。

作为优选，所述的上压电晶片和下压电晶片采用PLN型新型高温压电材料的矩形方板。

作为优选，所述的电极片为表面电镀银金属的铍青铜。

作为优选，所述的玻璃布为浸润环氧胶粘剂的无碱玻璃布。

作为优选，合金基板采用热膨胀系数与压电陶瓷接近的因瓦合金材料。

本实用新型有益的效果是：1.在发射换能器有源材料选型中，选用PLN型新型高温压电材料居里温度Tc＝370～380℃，机电耦和系数Kp＝0.58～0.60，200℃相对25℃的谐振频率的变化率≤3％，具有在175℃高温、140MPa高压条件下机电转换效率高和性能衰减小的优点，克服换能器在高温、高压情况下性能变化过大工作谐振频率的漂移和电容变化量过大导致与测井电源的匹配失谐对声波测井仪器的测量准确度和使用寿命的影响。2.在发射换能器胶粘剂配方设计中，通过在高温胶粘剂中添加一定比例的PZT粉料粒度D50＝0.8～1.2um和适量增韧剂组成的低膨胀系数型增韧高温胶粘剂线胀系数α＝2×10^-6℃，最高使用温度200℃，克服了由于普通高温胶粘剂与压电晶片、金属基板的热膨胀系数不匹配，导致声波测井换能器在25℃～175℃工作温度区间热胀冷缩步调不一致，造成换能器压电晶片与金属基板脱胶后失效的缺陷。3.在发射换能器结构设计中，通过在换能器两压电晶片间施加预应力措施，用带有50kN左右预紧力的浸润环氧胶粘剂的无碱玻璃布紧固，提高换能器的发射效率，解决换能器压电晶片在大功率信号下易震裂和高温条件下发射效率迅速衰减、频率漂移过大的问题，提高了换能器的高温温度稳定性和使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的主视结构示意图；

图2为本实用新型的俯视结构示意图。

附图标记说明：上压电晶片1，玻璃布2，合金基板3，下压电晶片4，电极片5。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

如图所示，这种高可靠性和高稳定性声波测井低频发射换能器，主要包括上压电晶片1和下压电晶片4，上压电晶片1和下压电晶片4之间设有合金基板3，上压电晶片1与合金基板3之间、下压电晶片4与合金基板3之间通过胶粘剂粘结连接有电极片5；上压电晶片1和下压电晶片4辐射面用玻璃布2施加预应力绑紧，施加50～80kN的预紧力，构成三叠片发射换能器提高换能器的发射效率和高温稳定性。上压电晶片1和下压电晶片4的长度小于合金基板3的长度。

所述的上压电晶片1和下压电晶片4选用PLN型新型高温压电材料，居里温度Tc＝370～380℃，机电耦和系数Kp＝0.58～0.60，200℃相对25℃的谐振频率的变化率≤3％，克服了换能器在175℃高温、140MPa高压条件下因性能变化过大(工作谐振频率的漂移和电容变化量过大导致与测井电源的匹配失谐)，对声波测井仪器的测量准确度和使用寿命的影响。所述的上压电晶片1和下压电晶片4尺寸选用100～102×38×3.0mm的矩形方板，减小径向振动对厚度振动的影响，进而提高了换能器在0.8～5kHz谐振频率间的低频发射效率。

压电材料选用PLN型高温压电材料居里温度Tc＝370～380℃，机电耦和系数Kp＝0.58～0.60，200℃相对25℃的谐振频率的变化率≤3％，具有在175℃高温、140MPa高压条件下机电转换效率高和性能衰减小的优点.

所述的胶粘剂选用低膨胀系数型增韧高温胶粘剂，线胀系数α＝2×10^-6℃，最高使用温度200℃。利用胶粘剂、压电晶片和基板的热膨胀系数相近，确保换能器在声波测井高温条件下压电晶片与金属基板同步热胀冷缩，避免了换能器压电晶片与金属基板脱胶后造成换能器失效的缺陷，提高了换能器的使用寿命和可靠性。

所述的电极片5为表面电镀银金属的铍青铜，利用银金属的良好导电、导热和良好的延展性，降低换能器压电晶片和基板间的接触电阻，提高了换能器的机械品质因素，从而提高换能器的发射效率。

所述的玻璃布为浸润环氧胶粘剂的无碱玻璃布，利用无碱玻璃布的耐高温、弹性应变系数小的特点，对换能器压电晶片辐射面施加50～80kN左右的预紧力，解决了换能器压电晶片在大功率信号下易震裂和高温条件下发射效率迅速衰减、频率漂移过大的问题，提高了换能器的高温温度稳定性和使用寿命。

所述的合金基板3采用热膨胀系数与压电陶瓷接近的因瓦合金材料，线胀系数α＝1.5×10^-6℃，确保压电晶片与金属基板同步热胀冷缩，合金基板尺寸选用150～195×38×3.0mm的矩形方板，根据声波测井工作谐振频率0.5～5kHz变化范围进行尺寸修正。

除上述实施例外，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种高可靠性和高稳定性声波测井低频发射换能器，其特征在于：主要包括上压电晶片(1)和下压电晶片(4)，上压电晶片(1)和下压电晶片(4)之间设有合金基板(3)，上压电晶片(1)与合金基板(3)之间、下压电晶片(4)与合金基板(3)之间均设有电极片(5)；上压电晶片(1)和下压电晶片(4)辐射面有施加预应力绑紧的玻璃布(2)。

2.根据权利要求1所述的高可靠性和高稳定性声波测井低频发射换能器，其特征是：所述的上压电晶片(1)与合金基板(3)之间、下压电晶片(4)与合金基板(3)之间通过胶粘剂粘结连接有电极片(5)。

3.根据权利要求1或2所述的高可靠性和高稳定性声波测井低频发射换能器，其特征是：所述的上压电晶片(1)和下压电晶片(4)的长度小于合金基板(3)的长度。

4.根据权利要求1或2所述的高可靠性和高稳定性声波测井低频发射换能器，其特征是：所述的上压电晶片(1)和下压电晶片(4)采用PLN型新型高温压电材料的矩形方板。

5.根据权利要求1或2所述的高可靠性和高稳定性声波测井低频发射换能器，其特征是：所述的电极片(5)为表面电镀银金属的铍青铜。

6.根据权利要求1所述的高可靠性和高稳定性声波测井低频发射换能器，其特征是：所述的玻璃布为浸润环氧胶粘剂的无碱玻璃布。

7.根据权利要求1所述的高可靠性和高稳定性声波测井低频发射换能器，其特征是：合金基板(3)采用热膨胀系数与压电陶瓷接近的因瓦合金材料。

Images