CN219309249U - 一种非对称结构的弯曲振动换能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种非对称结构的弯曲振动换能器，在基片的上表面和下表面分别设置第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片，在上表面上预留出位于第一压电陶瓷片两侧的第一区域和第二区域，在下表面上预留出位于第二压电陶瓷片两侧的第三区域和第四区域，第三区域与第一区域、第四区域与第二区域均关于基片的水平中心截面对称，第一区域沿X轴向的长度与所述第二区域的沿X轴向的长度不同，第一区域和第三区域对应的刚度与第二区域和第四区域对应的刚度不同，以此提供非对称结构的弯曲振动换能器，可以使弯曲振动换能器提供较多本征激励峰和低频激励峰，以更好地适应疏松的浅表地层声学特性测量。

Description

一种非对称结构的弯曲振动换能器

技术领域

本实用新型申请涉及声波测井仪技术领域，具体而言，涉及一种非对称结构的弯曲振动换能器。

背景技术

声波测井仪可用来评估地下浅表地层介质的特性,声波测井仪器上装有发射和接收换能器，声波发射换能器通过供电激励驱动向地层辐射声波信号，声波信号在钻孔内、钻孔延伸的地质地层内、沿地质地层和钻孔之间的界面等区域进行传播,声波传播的速度，幅度衰减、相位变化等信息可以有效地反应出地层的各种地质特性参数，进而反应出地层的各种地质构造。

在常规的声波测井仪器中，一般使用单极子换能器，单极子换能器通常发射具有球形或圆柱形均匀分布的对称声波波前，但当单极子换能器遇到慢速地层即浅表疏松地层时，地层中的横波传播速度慢于钻孔周围流体波的速度，单极子换能器无法在慢速地层中获取地层横波慢度。而偶极子声波发射换能器可提供偶极声波能量，偶极子发射换能器在慢速地层中激励频散的弯曲模式波，该模式波在截止的低频范围内以横波速度传播，可以用来计算确定横波慢度。

偶极子换能器通常采用对称结构弯曲振动换能器，如图1所示，对称结构弯曲振动换能器150A包括对称基片102，第一对称压电陶瓷片104A位于对称基片102的上表面上，第二对称压电陶瓷片104B位于对称基片102的下表面上，第一对称压电陶瓷片104A和第二对称压电陶瓷片104B关于对称基片102的水平中心截面、竖直中心截面对称设置，即第一对称区域106A的长度与第二对称区域的长度相等。通过对第一对称压电陶瓷片104A和第二对称压电陶瓷片104B顺序激励，使对称基片102发生不同程度的弯曲振动，得到不同频率的谐振峰为偶极子发射换能器的本征激励峰。该结构偶极子发射换能器的结构特点是本征激励峰较少，不存在本征的低频激励峰，对于非常疏松的“慢速地层”和进行远探测范围测量，需要较多的本征激励峰以及低频激励峰，因此提供一种能够具有较多本征激励峰即较宽的带宽和低频激励峰，成为业内研究的热点。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供一种非对称结构的弯曲振动换能器，以解决现有技术中的偶极子发射换能器不适用于多种浅表疏松地层和远探测范围测量问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种非对称结构的弯曲振动换能器，包括：

基片；

第一压电陶瓷片，设置于所述基片的上表面，所述第一压电陶瓷片沿X轴向的长度小于所述基片沿X轴向的长度，且在所述上表面上预留出位于所述第一压电陶瓷片两侧的第一区域和第二区域；

第二压电陶瓷片，设置于所述基片的下表面，所述第二压电陶瓷片的沿X轴向的长度小于所述基片沿X轴向的长度，且在所述下表面上预留出位于所述第二压电陶瓷片两侧的第三区域和第四区域；

所述第三区域与所述第一区域关于基片的水平中心截面对称；所述第四区域与所述第二区域关于基片的水平中心截面对称；所述第一区域沿X轴向的长度与所述第二区域的沿X轴向的长度不同；

定义X轴向为沿所述基片的长度方向，Y轴向为沿所述基片的宽度方向，Z轴向为沿所述基片的厚度方向。

在一种实施方案中，所述第一区域和第三区域对应的刚度与所述第二区域和第四区域对应的刚度不同。

在一种实施方案中，所述第二区域内设置有槽，所述槽沿Y轴方向贯穿所述基片。

在一种实施方案中，所述第二区域内设置有孔，所述孔沿Z轴方向贯穿所述基片。

在一种实施方案中，所述第一压电陶瓷片和所述第二压电陶瓷片均通过粘合剂耦合到所述基片的上表面和的下表面。

在一种实施方案中，所述粘合剂为导电粘合剂。

在一种实施方案中，所述粘合剂为环氧树脂。

在一种实施方案中，所述基片为金属材质。

在一种实施方案中，所述基片为铝、铜、低膨胀合金、铝合金和钢中的任意一种。

在一种实施方案中，所述第一压电陶瓷片和/或第二压电陶瓷片为压电陶瓷、压电单晶、电致伸缩材料和磁致伸缩材料中的任意一种。

本实用新型中的具有的有益效果：

本发明通过在基片的上表面和下表面分别设置第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片，第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片沿X轴向的长度均小于基片沿X轴向的长度，在上表面上预留出位于第一压电陶瓷片两侧的第一区域和第二区域，在下表面上预留出位于第二压电陶瓷片两侧的第三区域和第四区域，第三区域与第一区域、第四区域与第二区域均关于基片的水平中心截面对称，第一区域沿X轴向的长度与第二区域的沿X轴向的长度不同，第一区域和第三区域对应的刚度与第二区域和第四区域对应的刚度不同，以此提供非对称结构的弯曲振动换能器，可以使弯曲振动换能器提供较多本征激励峰和低频激励峰，更好地适应疏松的浅表地层测量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为对称结构弯曲振动换能器示意图；

图2为本实用新型实施例示出的非对称结构的弯曲振动换能器示意图；

图3A本实用新型实施例示出的非对称结构的弯曲振动换能器一阶震动模式示意图；

图3B本实用新型实施例示出的非对称结构的弯曲振动换能器二阶震动模式示意图；

图3C本实用新型实施例示出的非对称结构的弯曲振动换能器三阶震动模式示意图；

图4为本实用新型实施例示出的非对称结构的弯曲振动换能器和对称结构弯曲振动换能器在水中一米处记录的声压模拟对比图。

附图标记：102、对称基片；104A、第一对称压电陶瓷片；104B、第二对称压电陶瓷片；106A、第一对称区域；106B、第二对称区域；150A、对称结构的弯曲振动换能器；350A、非对称结构的弯曲振动换能器；302、基片；304A、第一压电陶瓷片；304B、第二压电陶瓷片；306A、第一区域；306B、第二区域；307A、第三区域；307B、第四区域；308、刚度调整区域；400A、一阶震动模式；400C、二阶震动模式；400E、三阶震动模式；

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1-3C所示，定义X轴向为沿基片302的长度方向，Y轴向为沿基片302的宽度方向，Z轴向为沿基片302的厚度方向。

如图2所示，本申请实施例非对称结构的弯曲振动换能器，包括基片302；第一压电陶瓷片304A，设置于基片302的上表面，第一压电陶瓷片304A沿X轴向的长度小于基片302沿X轴向的长度，且在上表面上预留出位于第一压电陶瓷片304A两侧的第一区域306A和第二区域306B；

第二压电陶瓷片304B，设置于基片302的下表面，第二压电陶瓷片304B的沿X轴向的长度小于基片302沿X轴向的长度，且在下表面上预留出位于第二压电陶瓷片304B两侧的第三区域307A和第四区域307B；

第三区域307A与第一区域306A关于基片的水平中心截面对称，第四区域307B与第二区域306B关于基片的水平中心截面对称，第一区域306A沿X轴向的长度L1与第二区域306B的沿X轴向的长度L2不同,以此提供长度非对称结构的弯曲振动换能器。非对称结构的弯曲振动换能器在基片302振动时可形成多个不同频率的谐振峰，从而利用多个谐振峰的方式拓展带宽以更适应疏松的浅表地层测量。优选的，可通过调整第一区域306A沿X轴向的长度L1与第二区域306B的沿X轴向的长度L2长度不同的组合，以产生覆盖约400Hz-2400 Hz的所需工作频率的激励峰。

第一区域306A和第三区域对应的刚度与第二区域306B和第四区域对应的刚度不同，以此提供长度和刚度均非对称结构的弯曲振动换能器。在一种实施方案中，如图2所示，在第二区域306B的刚度调整区域308内设置有槽以调整基片的刚度，槽沿Y轴方向贯穿基片302。在一种实施方案中，在第二区域306B的刚度调整区域308内设置有孔以调整基片的刚度，孔沿Z轴方向贯穿基片302。如图3A-3C所示，采用刚度非对称结构的弯曲振动换能器，可以使基片302形成类似弹簧效应的弯曲振动，使得谐振峰向低频端移动。

如图4所示，第一曲线502显示了对称结构弯曲振动换能器150A声压与频率的关系，其中二阶声学振动模式即模式2相对应的声压峰值并不能看到，第二曲线504显示了长度非对称结构的弯曲振动换能器声压与频率的关系，第三曲线506显示了长度刚度均非对称结构的弯曲振动换能器声压与频率的关系，从图4中可以看出第三曲线506中的三阶模式即模式3相比交第二曲线504共振峰值向低频端移动，在第一曲线502、第二曲线504和第三曲线506中，一阶模式即模式1的共振峰值基本保持不变，可利用二阶模式即模式2和三阶模式即模式3可以获取特定测井所需的工作频率范围，但不会显著地改变一阶模式(模式1)的位置。

第一压电陶瓷片304A和第二压电陶瓷片304B均通过粘合剂耦合到基片302的上表面和的下表面，在一种实施方案中，粘合剂为导电粘合剂；在一种实施方案中，粘合剂为环氧树脂。

基片302为金属材质，在一种实施方案中，基片302为铝、铜、低膨胀合金、铝合金和钢中的任意一种。

第一压电陶瓷片304A和/或第二压电陶瓷片304B为压电陶瓷、压电单晶、电致伸缩材料和磁致伸缩材料中的任意一种。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非对称结构的弯曲振动换能器，其特征在于，包括：

基片(302)；

第一压电陶瓷片(304A)，设置于所述基片(302)的上表面，所述第一压电陶瓷片(304A)沿X轴向的长度小于所述基片(302)沿X轴向的长度，且在所述上表面上预留出位于所述第一压电陶瓷片(304A)两侧的第一区域(306A)和第二区域(306B)；

第二压电陶瓷片(304B)，设置于所述基片(302)的下表面，所述第二压电陶瓷片(304B)的沿X轴向的长度小于所述基片(302)沿X轴向的长度，且在所述下表面上预留出位于所述第二压电陶瓷片(304B)两侧的第三区域(307A)和第四区域(307B)；

所述第三区域(307A)与所述第一区域(306A)关于基片的水平中心截面对称；所述第四区域(307B)与所述第二区域(306B)关于基片的水平中心截面对称；所述第一区域(306A)沿X轴向的长度与所述第二区域(306B)的沿X轴向的长度不同；

定义X轴向为沿所述基片(302)的长度方向，Y轴向为沿所述基片(302)的宽度方向，Z轴向为沿所述基片(302)的厚度方向。

2.根据权利要求1所述的非对称结构的弯曲振动换能器，其特征在于：所述第一区域(306A)和第三区域对应的刚度与所述第二区域(306B)和第四区域对应的刚度不同。

3.根据权利要求2所述的非对称结构的弯曲振动换能器，其特征在于：所述第二区域(306B)内设置有槽，所述槽沿Y轴方向贯穿所述基片(302)。

4.根据权利要求2所述的非对称结构的弯曲振动换能器，其特征在于：所述第二区域(306B)内设置有孔，所述孔沿Z轴方向贯穿所述基片(302)。

5.根据权利要求1所述的非对称结构的弯曲振动换能器，其特征在于：所述第一压电陶瓷片(304A)和所述第二压电陶瓷片(304B)均通过粘合剂耦合到所述基片(302)的上表面和的下表面。

6.根据权利要求5所述的非对称结构的弯曲振动换能器，其特征在于：所述粘合剂为导电粘合剂。

7.根据权利要求5所述的非对称结构的弯曲振动换能器，其特征在于：所述粘合剂为环氧树脂。

8.根据权利要求1所述的非对称结构的弯曲振动换能器，其特征在于：所述基片(302)为金属材质。

9.根据权利要求8所述的非对称结构的弯曲振动换能器，其特征在于：所述基片(302)为铝、铜、低膨胀合金、铝合金和钢中的任意一种。

10.根据权利要求1所述的非对称结构的弯曲振动换能器，其特征在于：所述第一压电陶瓷片(304A)和/或第二压电陶瓷片(304B)为压电陶瓷、压电单晶、电致伸缩材料和磁致伸缩材料中的任意一种。

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