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地震勘探檢波器原理和特性及分析
地震勘探檢波器原理和特性及分析

  在地震勘探中檢波器是至關重要的,它是接收地震信號的最前端環節,是直接感應大地質點振動的器件$對能否較為******地接收地震波信號起著決定性作用能否******地感應地震波在檢波器所在位置上引起的振動是由檢波器的響應特性決定的。因此系統地研究分析檢波器的特性是從事地震資料采集研究人員用好檢波器的基礎******以來,研究人員在檢波器的使用方面做了大量的工作。但由于對檢波器的原理和特性研究不夠深入。包括對一些基本的概念性的東西在檢波器使用方面還存在著一些模糊不清的做法$在實踐中
沒有相應的理論指導,這主要是因為檢波器作為振動傳感器,它所基于的振動理論與地震勘探的波動理論是不同的$盡管振動和波動都屬于彈性動力學范疇,但地震勘探工作者一般對振動力學的知識學習較少,缺乏對檢波器的深入了解$因此甚至出現了一些不合理的說法和做法。

    近年來一些有關地震勘探檢波器方面的文章。展示了許多有益的研究,但仍然存在概念不清,結論不夠******甚至誤導等問題,在做法上如進行了大量不同類型檢波器的對比即將常規檢波器,數字檢波器,磁懸浮檢波器和壓電檢波器等接收的地震記錄放在一起對比。這些地震記錄之間存在較大差異$這是必然的$而有時人們會對這些地震記錄大加品評。甚至會出現出人意料的結論。其實這是由各種類型檢波器不同的響應特性決定的。從幾種檢波器感應振動物理量的角度來看,數字檢波器是加速度檢波器$常規檢波器和磁懸浮檢波器是速度檢波器$速度檢波器與加速度檢波器在幅頻和相頻響應上存在較大差異。因此得到的地震信號頻率和相位就存在較大的不同.記錄面貌就會有較大差異。

    鑒于目前在檢波器方面的一些做法$非常有必要系統地對檢波器進行分析$以形成正確統一的認識.進一步有效地指導實踐,檢波器概括起來是由力學和電學兩部分組成:力學部分是針對振動的感應系統.電學部分是將振動信號轉換成電信號,力學部分反映的是檢波器的動態特性.電學部分大多是反映檢波器的靜態特性,不考慮一些檢波器的電路部分.只考慮機電轉換部分.通過分析檢波器的響應特性就能夠知道檢波器接收信號的特點.清楚哪種檢波器更適合所要接收的地震信號.最終針對地震信號的特點結合檢波器的特性合理地選擇和使用檢波器.
   隨著地震勘探技術及其儀器設備的發展$,地震檢波器在勘探中的作用越來越重要,人們更清楚地認識到檢波器對感應地震信號起著決定性作用,是地震勘探最關鍵的環節,因此對檢波器的重視程度明顯提高.檢波器的研制得到了長足發展,從常規檢波器到高精度檢波器,從磁懸浮壓電檢波器到光纖檢波器$甚至成立大課題組研究基于微機電系
統(MESM)技術和微光學機電系統(MOEMS)技術的地震檢波器.這些檢波器技術的發展必將對地震勘探技術的提高起到促進作用.如何使用好這些檢波器對于地震資料采集人員來說是至關重要的,不同的檢波器有著不同的特性,需要我們了解和學習這方面的知識$去正確地使用好它們.本文的意圖就在于此.


1、檢波器基本原理
1、1檢波器的力學原理
   地震勘探檢波器屬于振動傳感器,具有相同的工作原理$是一個單自由度的振動系統。根據感應振動信號的物理量不同,傳感器可分為位移,速度和加速度3種類型$無論那種振動傳感器都只是感應其中的一個物理量,這主要基于輸出的電信號與哪個物理量成正比。地震勘探檢波器作為感應振動的傳感器,它與其它振動傳感器具有相同的原理,是一個單自由度振動系統(圖1)

 

當系統受外部振動位移函數

激勵時$其運動方程為

其中

式中:Ym是******位移量
(1)式的通解為

(2)式由暫態項和穩態項兩項組成$暫態項是阻尼自由振動項,隨著時間增長會逐漸消失;穩態
項是隨激振力持續作用而產生的,是反映傳感器
響應特性的,在下面的分析中只考慮穩態解:即

式中A為傳感器的動態放大系數,代表傳感器的幅頻響應特性, φ為傳感器的初始相位,反映傳感器的相頻特性;l為頻率比;§為阻尼比;w0為自然頻率.

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