地震检波器原理与结构
五种地震检波器
五种地震检波器地震检波器是一种将机械振动转换为电信号的地震勘探专用振动传感器，是槽波地震勘探仪器中接收地震信号的个器件，它的性能会影响地震勘探结果。
煤矿井下地震信号的信噪比较低、波形场复杂、地震勘探条件复杂，因此研制针对于槽波地震勘探的检波器非常重要。
实际勘探中应用为广泛的地震检波器为动圈式地震检波器。
随着技术和方法的不断创新，检波器类型越来越丰富。
我国开展了许多针对地震检波器的应用研究和试验工作，研究了三分量MEMS地震检波器、光学地震检波器、压电式地震检波器、电化学地震检波器等新型检波器。
1、动圈式地震检波器根据资料显示，大部分槽波勘探都是使用动圈式地震检波器，它属于速度型地震检波器。
在使用动圈式地震检波器进行槽波地震探测时，经常检测到一种频率为400Hz 的形似自激振荡或感应干扰的现象。
经研究发现，它是由于两分量速度检波器中检波器芯体的高频谐振引起，术语称之为检波器二次谐振。
速度检波器的二次谐振属于机械谐振范畴，二次谐振现象在各种型号的动圈式地震检波器产品上都存在。
对于精度要求较高的槽波地震勘探而言，这种高频谐振就变得十分有害而不容忽视。
对于检波器的二次谐振现象，可以改用加速度检波器芯体，这样可以从根本上解决这个问题。
2、光学地震检波器光学地震检波器主要是利用光波敏感元件的特性研制的，根据传感机理的不同可以分为强度调制型、光纤光栅型、马赫–曾德尔干涉型、迈克尔逊干涉型、萨格纳克干涉型、法布里珀罗干涉型、光纤激光型以及光栅型等，各种类型的光纤地震检波器研究取得了不少实验室及实际应用成果。
光学检波器具有灵敏度高、安全可靠、频带宽、动态范围大、适应性强等优点。
光学检波器有较强的抗电磁干扰能力，是未来地震检波器有可能采用的主要技术之一。
但光学检波器制作工艺难度大、成本高，目前广泛应用于井下槽波地震勘探尚有难度。
3、电化学地震检波器电化学地震检波器是利用电化学原理，将振动信号转换为电信号的检波器。
近年来，通过技术改进已经成功研制了实用的电化学地震检波器，并实现了产品化。
地震勘探检波器原理和特性及问题分析.
地震勘探检波器原理和特性及问题分析2010-07-19
在地震勘探工作中,由于对检波器的原理和性能了解和认识得不够,致使在检波器的选择和使用上存在着一些不当之处,不清楚检波器的.参数与响应特性之间的关系,以及这些参数对地震信号的影响,在检波器使用和对比时往往针对性不强.为此,从检波器的振动力学原理入手,分析了位移、速度和加速度3种类型检波器的频率响应特性,并阐述了检波器不同的机电转换原理;在此基础上,深入分析了检波器的特性参数对地震信号的影响以及地震勘探对检波器性能和参数的要求.根据地震勘探中地震波冲击振动信号的特点,认为具有频率范围宽、动态范围大、失真度小、灵敏度高、检波器允差小等特点的检波器才能满足地震勘探的需要.同时,对目前检波器使用中的一些做法进行了探讨,尤其是检波器对比试验中存在的问题.综合分析认为,只有掌握了检波器的原理、性能和参数,才能正确地选择和使用检波器.
作者：吕公河 Lv Gonghe 作者单位：中国石油化工集团公司胜利石油管理局地球物理物探开发公司,山东东营,257100 刊名：石油物探 ISTIC PKU 英文刊名：GEOPHYSICAL PROSPECTING FOR PETROLEUM 年，卷(期)：
2009 48(6) 分类号：P631.4 关键词：地震检波器检波器性能特性参数振动系统机电转换原理频率响应特性seismic geophone geophone performance characteristic
parameters vibration system electro-mechanical transform principle frequency response characteristics。
光纤Bragg 光栅地震检波器是利用光栅的波长调制原理
光纤Bragg 光栅地震检波器是利用光栅的波长调制原理,即利用外界的微扰振动来改变光栅的栅距,再转化为对应的波长变化量,通过检测波长的变化来测量加速度的大小. 由图(2) 可以看出,该检波器的结构是将光纤布拉格光栅固定在弹簧片上构成的. 当地面振动时,固定于地面的检波器随之运动,检波器中的光栅与检波器外壳产生相对运动,在光电接收器件的接收面上产生运动的莫尔条纹,经处理后,以数字信号形式输出[9～13 ] .研究表明,光纤Bragg 光栅以其特有的特性(高灵敏度和大动态范围,较强的抗干扰能力和具有一定的智能作用,与大地耦合作用好,谐波失真小等) 比压电检波器(此种检波器是根据某些物质的压电效应制成的. 当沿一定方向对某些电介质施力而使其变形时,介质内部就产生极化现象.压电检波器正是利用这种压电效应,将地震波引起的压电效应转变为电信号的一种机电转换装置. ) 不仅具有高的灵敏度系数,并且动态范围也足以实现地震勘探领域的不同频率段的需求,在地质石油勘探领域具有广阔的应用前景. [17～29 ]5 结论地震检波器是地震勘探中的重要环节,地震采集数据的品质基本上取决于检波器本身的品质,埋置环境与记录数据系统的性能. 目前,数据采集的动态范围已经达到了120 dB ,所以检波器本身的动态范围越来越成为地球物理勘探技术中的首要技术要求[30～40 ] .光纤布拉格光栅以其高分辨力,高信噪比,高精确度,高可靠性,为振动的测量提供了理想的技术手段. 利用光纤布拉格光栅作为检波器的敏感元件,可具有动态范围宽,抗电磁干扰,信号频带宽等特点,易于满足高精度,高分辨率的地震勘探要求. 光纤Bragg 光栅地震检波器在地震石油勘探领域,桥梁结构健康检测领域和海洋开发领域等具有广泛的应用价值,是值得研究并推广的一项新技术.[ 1 ] 陶果,多雪峰. 我国地球物理测井技术的发展与战略初探[J ] .地球物理学进,2001 ,16 (3) :98～101.[ 2 ] 阮驰,崔崧,高应俊. 光纤Bragg 光栅与石油仪器[ J ] . 石油仪器,2001 ,15 (6) :1～4.[ 3 ] 陆文凯,丁文龙,张善文,肖焕钦,赵铭海. 基于信号子空间分解的三维地震资料高分辨率处理方法[J ] . 地球物理学报,2005 ,48 (4) :896～901.[ 4 ] 陈祖传. 地球物理勘探技术的进展[ J ] . 地球物物理学进展,2000 ,10 (3) :1～19.[5 ] 张向林,郭果,刘新茹. 油气地球物理勘探技术进展[J ] . 地球物理学进展,2006 ,21 (1) :143～151.[ 6 ] Kersey A D. Fiber grating sensors [ J ] . Lightwave Technol ,1997 ,15 (8) :1442～1463.[ 7 ] Hill K O , Meltz G. Fiber Bragg Grating Technology Funda2mentals andOverviews[J ] . Journal of Lighwave Tet hnology ,1997 ,15 :1263～1274.[ 8 ] 苑立波. 光纤光栅原理和应用[J ] . 光通信技术,1998 ,22 (1) :70～72.[9 ] 梁磊,周雪芳. 新型光纤Bragg 光栅地震检波器的研究[J ] . 承德石油高等专科学校学报,2003 ,5 (1) :4～7.[ 10 ] 高华,李淑清,南忠良,陶知非,蒋诚志. 光栅地震检波器的研究[J ] . 航空精密制造技术,2003 ,39 (1) :40～42.[ 11 ] 王红落,常旭,陈传仁. 基于波动方程有限差分算法的接收函数正演与偏移[J ] . 地球物理学报,2005 ,48 (2) :415～422.[ 12 ] 袁子龙,韦丹宁,李婷婷. 高分辨率地震勘探智能程控型前置放大器的设计[J ] . 地球物理学进展,2006 ,21 (1) :300～303.[ 13 ] 姚陈. 地震三维矢量反射波场[J ] . 地球物理学进展,2006 ,21(2) :430～439 . [ 14 ] 于常青,祁晓明,朴永红,于文芹. 联合高分辨率地震和精细测井资料的剩余油气分析[ J ] . 地球物理学进展,2005 ,20 (2) :张向林,陶果. 油气井生产测井中的光纤传感技术[J ] . 地球物理学进展,2005 ,20(3) :796～800.[16 ] 周振安,刘爱英. 光纤光栅传感器用于高精度应变测量研究[J ] . 地球物理学进展,2005 ,20 (3) :864～866.[ 17 ] 陈海峰,肖立志,张元中,付建伟,赵小亮. 光纤Bragg 光栅在油气工业中的若干应用及进展[J ] . 地球物理学进展,2006 ,21(2) :572～577.[ 18 ] 陈相府,安西峰,王高伟. 浅层高分辨地震勘探在采空区勘测中的应用[J ] . 地球物理学进展,2005 ,20 (2) :437～439.[ 19 ] 徐朝繁,张先康,刘宝金,等. 高分辨折射地震资料处理方法及其应用[J ] . 地球物理学进展,2005 ,20 (4) :1052～1058.[ 20 ] 张军华,吕宁,田连玉,陆文志,钟磊. 地震资料去噪方法、技术综合评述[J ] . 地球物理学进展,2005 ,20 (4) :1083～1091.[ 21 ] 崔若飞,武旭仁,陈同俊. 煤矿地震数据管理系统的开发[J ] .地球物理学进,2005 ,20 (2) :374～376.[22 ] 周灿灿,王昌学. 水平井测井解释技术综述[J ] . 地球物理学进展,2006 ,21 1) :152～160.[ 23 ] 石建新,王延光,毕丽飞,等. 多分量地震资料处理解释技术研究[J ] . 地球物理学进展,2006 ,21 (2) :505～511.[ 24 ] 于景邨,刘志新,岳建华,刘树才. 煤矿深部开采中的地球物理技术现状及展望[ J ] .地球物理学进展,2007 ,22 ( 2) : 586 ～591.[ 25 ] 彭富清,霍立业. 海洋地球物理导航[ J ] . 地球物理学进[ 26 ] 孟庆生,楚贤峰,郭秀军,樊玉清,贾永刚. 高分辨率数据处理技术在近海工程地震勘探中的应用[ J ] . 地球物理学进展,2007 ,22 (3) :1006～1010.[27 ] 杨文采,于常青. 深层油气地球物理勘探基础研究[J ] . 地球物理学进展,2007 ,22 (4) :1238～1242.[ 28 ] 金翔龙. 海洋地球物理研究与海底探测声学技术的发展[J ] .地球物理学进展,2007 ,22 (4) :1243～1249.[29 ] 张向林,刘新茹,李健,卢涛. 我国油气开发监测技术进展[J ] .地球物理学进展,2007 ,22 (4) :1360～1363.[ 30 ] 李淑清,陶知非. 未来地震检波器理论分析[ J ] . 物探装备,2003 ,13 (3) :152～156.[ 31 ] 刘光林,刘泰生,高中录,李刚,姚光凯. 地震检波器的发展方向[J ] . 勘探地球物理进展,2003 ,26 (3) :178～185.[ 32 ] 柏冠军,吴汉宁,赵希刚,王靖华. 地震资料预测薄层厚度方法研究与应用[J ] . 地球物理学进展,2006 ,21 (2) :554～558.[33 ] 张进铎. 地震解释技术现状及发展趋势[J ] . 地球物理学进展,2006 ,21 (2) :578～587.[34 ] 原宏壮,陆大卫,张辛耘,孙建孟. 测井技术新进展综述[J ] . 地球物理学进展,2005 ,20 (3) :786～795.[ 35 ] 冷元宝,朱萍玉,周杨,王送来. 基于分布式光纤传感的堤坝安全监测技术及展望[J ] . 地球物理学进展,2007 ,22 (3) :1001～1005.[ 36 ] 陈会忠. 地震信息系统发展综述[J ] . 地球物理学进展,2007 ,22 (4) :1142～1146. [ 37 ] 池顺良. 深井宽频钻孔应变地震仪与高频地震学———地震预测观测技术的发展方向,实现地震预报的希望[J ] . 地球物理学进展,2007 ,22 (4) :1164～1170.[38 ] 陆其鹄,彭克中,易碧金. 我国地球物理仪器的发展[J ] . 地球物理学进展,2007 ,22 (4) :1332～1337.[ 39 ] 赖晓玲,刁桂苓,孙译. 用近场余震观测资料研究张北地震的发震构造[J ] . 地球物理学进展,2007 ,22 (1) :63～67.[ 40 ] 张福明,查明,邵才瑞,印兴耀. 天然气的测井勘探与评价技术[J ] . 地球物理学进展,2007 ,22 (1) :179～185.。
地震报警器原理
地震报警器的原理是利用地震波和声波的传播速度不同来提前预警。
当地面发生震动时，会先产生纵波（P波），随后产生横波（S波），纵波的传播速度较快，但震动幅度较小，横波的传播速度较慢，但震动幅度较大。
地震报警器通过检测纵波和横波的时间差，可以提前预警地震的发生。
具体来说，地震报警器通常由地震检波器、信号处理系统和报警装置组成。
地震检波器负责检测地震波，并将检测到的信号传输给信号处理系统。
信号处理系统对接收到的信号进行分析和处理，提取出有关地震的信息，如地震震源、震级、烈度等，并根据设定的阈值发出报警信号。
报警装置接收到报警信号后，会触发报警器，发出报警声音或闪烁的灯光等警报信号，提醒人们采取相应的避震措施。
此外，一些现代地震报警器还具有联网功能，可以将检测到的地震信息实时传输给相关部门或机构，以便及时采取应对措施。
需要注意的是，地震报警器并不能阻止地震的发生，也不能保证在任何情况下都能及时发出准确的预警。
因此，在地震发生时，人们仍需保持冷静，采取正确的避震措施。
地震勘探-检波器工作原理
地震勘探检波器的工作原理地震检波器的理论基础地震检波器是将地表振动变为电信号的一种传感器，或者说地震检波器是把机械振动转化为电信号的机电装置，以最大的逼真度产生地面运动垂直分量的电模拟。
每一个现代地震检波器都是有机械部分和其相连的具有电负载的机电转换器所组成，地震检波器的电学部分和机械部分组成一个整体。
要求它的振幅——频率响应在有意义的频率内是线性的，相位的响应也是线性的。
根据机电转换原理，可把常用的检测器分为三类：即变磁通式（或动圈式）、变磁阻式、压电式。
由于动圈式检波器的输出电压与线圈相对磁铁的运动速度成正比，这种检波器也叫速度检波器。
我国路上地震勘探工作大部分使用变磁通式的检波器。
根据用途不同，也可把地震检波器分为地面检波器、沼泽检波器和井中检波器等。
一个振动系统，它是由一个质量M ，一个弹簧和一个阻尼器Z 组成，地震检波器的装置如图1-1所示，地震检波器的外壳安置在地面上（或沉没于井中），于是，假设外壳的运动精确地重复着地面运动，外壳上具有伸长系数K 的弹簧悬挂着称为惯性质量的重荷M ，为了使用权惯性质量的振动平静下来，惯性质量中被放在胶质液体中，当外壳和惯性质量M 产生相对位移时，在其电极上造成某个电动热E 。
在地震勘探检波器中，主要应用各种感应转换器，在感应转换器中，根据电磁感应，将机械振动变成电震荡，感应机电转换器可以作为与质量M 紧密相连的线圈和与外壳相连的永久磁铁之和（或者反过来），线圈在磁铁的磁场中移动时，在线圈内就发生电动势，转换器线圈内阻在内的某个电阻Z 与转换器两极相连。
可以把地震检波器作为机电系统来研究，这里，某个激发函数()t ζ——例如外壳（地面）对固定读书系统的位移速度，作用于这个系统的输入端，在地震检波器的输出端发生从其电学部分中的负载电阻取得的某个变化的电压()t U ，地震检波器数学模型应该确定这些值之间的关系。
地震检波器的数学模型 为了建立地震检波器的运动数学模型，先讨论其中的作用力。
地震检波器
一、运动方程的建立
检波器内部各组 成部分的运动关系如 右图所示。于是有：
y=z+x
1.弹簧克服惯性体重力后
的拉力FK FK kx
2.线圈受到的电磁阻尼力
FL
s2 R
dx dt
3.铝制线圈的电磁阻尼力
FT
dx dt
根据牛顿第二定律导出电动式检波器的运动方程如
信号的？
3.（独立）分析电动式检波器的幅频特性和 相频特性。
第二节 压电式地震检波器
压电效应：某些介质。当沿一定方向对其施力而使 它变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面 上便产生符号相反的电荷（作用力方向改变时，电荷的极 性也随着改变）。当外力去掉后，又重新恢复不带电的状 态，这种现象称为压电效应。
时，没有尖峰出现。
③当 D=h/ω0 1/ 2
时，刚好不出现尖峰，或 者说尖峰出现在无穷远处， 这种状态称为最佳阻尼。
D=h/ω0 1/ 2
（2）电动式检波器 的相位特性为：
φ （ ω ）＝ -arctan2Dω ω 0 ω 20-ω 2
绘出电动式检波器的 相位特性如图：
可知，φ（0）=0°， φ （ω0）=-90°， φ（∞）=180°，在ω=0、 ω0、 ∞三个 频率处，不同阻尼的电动 势检波器均有相同的相移， 而其它频率上，不同阻尼 的电动式检波器的相移是 不相同的。
压电陶瓷属于铁电体一类的物质，是人工制造 的多晶压电材料。它具有类似铁磁材料磁畴结构的 电畴结构。
这种由机械效应转变为电效应，或者由机械能转 换为电能的现象，就是正压电效应，而由电效应转变 为机械效应或者由电能转变为机械能的现象，就是逆 压电效应。
第二章 地震检波器
第二章地震检波器地震检波器是把传输到地面或水中的地震波转换成电信号的机电转换装置，它是野外地震数据采集的关键部件。
第一节电动式地震检波器工作原理：当地震波到达地面引起机械振动时，线圈对磁铁作相对运动而切割磁力线，根据电磁感应原理，线圈中产生感生电动势，且感生电动势的大小与线圈和磁铁的相对运动速度成正比。
图2-1（a）电动式检波器基本结构图2-1（b）电动式检波器外形图2-2 检波器内各部分的运动关系图2-2 检波器内各部分的运动关系12一、运动方程的建立运动方程反应的是检波器线圈运动与地面运动的关系。
规定：z ——地面产生的向上位移y ——线圈框架（惯性体）的向上位移x ——线圈相对磁铁的向下位移（x ＜0），并且：y z x =+1．弹簧克服惯性体重力后的拉力K FK F kx =- （2-1）2． 线圈受到的电磁阻尼力根据法拉第电磁感应定律，线圈两端输出的电动势为dtdxs dt dx dx d n dt d ne ⋅=⋅==φφ dxd ns φ=称为机电转换系数，也叫空载灵敏度。
线圈中的感应电流为：c o e ei R R R==+式中c R 是线圈内阻，o R 是线圈负载电阻。
感应电流受到的电磁力L F ：dtdx R s R e s i dx d n F L ⋅-=⋅-=⋅-=2φ （2-2） 3． 铝制线圈框架受到的电磁阻尼力当圆筒形铝制线圈框架在磁场中运动时，线圈框架内将产生涡电流。
涡电流产生涡旋磁场，此涡旋磁场与永久磁场相互作用的结果也是阻止线圈框架的运3动，这种电磁阻尼力与线圈框架相对磁铁的运动速度成正比：dtdxF T μ-= (2-3) 根据牛顿第二定律，将式（2-1）、（2-2）和（2-3）相加：2222222()k L T s dxF F F k x R dtd yd z d x M M dt dtdt μ++=-⋅-+⋅⎛⎫=⋅=⋅+ ⎪⎝⎭ 即 222221dtzd x M k dt dx R s M dt x d -=+⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅+μ （2-4） 一般式 2220222dtz d x dt dx h dt x d -=++ω （2-5）MRs h 2/2+=μ——衰减系数，M K /0=ω——自然频率 。
第二章 地震检波器
第二章地震检波器地震检波器是把传输到地面或水中的地震波转换成电信号的机电转换装置，它是野外地震数据采集的关键部件。
第一节电动式地震检波器工作原理：当地震波到达地面引起机械振动时，线圈对磁铁作相对运动而切割磁力线，根据电磁感应原理，线圈中产生感生电动势，且感生电动势的大小与线圈和磁铁的相对运动速度成正比。
图2-1（a）电动式检波器基本结构图2-1（b）电动式检波器外形图2-2 检波器内各部分的运动关系图2-2 检波器内各部分的运动关系12一、运动方程的建立运动方程反应的是检波器线圈运动与地面运动的关系。
规定：z ——地面产生的向上位移y ——线圈框架（惯性体）的向上位移x ——线圈相对磁铁的向下位移（x ＜0），并且：y z x =+1．弹簧克服惯性体重力后的拉力K FK F kx =- （2-1）2． 线圈受到的电磁阻尼力根据法拉第电磁感应定律，线圈两端输出的电动势为dtdxs dt dx dx d n dt d ne ⋅=⋅==φφ dxd ns φ=称为机电转换系数，也叫空载灵敏度。
线圈中的感应电流为：c o e ei R R R==+式中c R 是线圈内阻，o R 是线圈负载电阻。
感应电流受到的电磁力L F ：dtdx R s R e s i dx d n F L ⋅-=⋅-=⋅-=2φ （2-2） 3． 铝制线圈框架受到的电磁阻尼力当圆筒形铝制线圈框架在磁场中运动时，线圈框架内将产生涡电流。
涡电流产生涡旋磁场，此涡旋磁场与永久磁场相互作用的结果也是阻止线圈框架的运3动，这种电磁阻尼力与线圈框架相对磁铁的运动速度成正比：dtdxF T μ-= (2-3) 根据牛顿第二定律，将式（2-1）、（2-2）和（2-3）相加：2222222()k L T s dxF F F k x R dtd yd z d x M M dt dtdt μ++=-⋅-+⋅⎛⎫=⋅=⋅+ ⎪⎝⎭ 即 222221dtzd x M k dt dx R s M dt x d -=+⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅+μ （2-4） 一般式 2220222dtz d x dt dx h dt x d -=++ω （2-5）MRs h 2/2+=μ——衰减系数，M K /0=ω——自然频率 。
地震检波器
(1)电动式检波器的幅频特性如图式： ①当阻尼系数 D=h/ω0 1/ 2 时，G(ω)将出现尖峰。 ②当 D=h/ω0 1/ 2 时，没有尖峰出现。
D=h/ω0 1/ 2
③当 D=h/ω0 1/ 2
时，刚好不出现尖峰，或 者说尖峰出现在无穷远处， 这种状态称为最佳阻尼。
（2）电动式检波器 的相位特性为：
一、涡流检波器的传递函数 涡流检波器的运动方程为：
2 d 2x dx d z 2 2h ω 0 x 2 dt dt dt 2
2 E ( j ) 传递函数为： H ( j ) G 2 Z ( j ) 0 2 j 2h
振幅特性为：H ( ) H ( j )
•
压电检波器在水中的使用
压电检波器用于海上勘探
超级检波器
• 超级检波器的原理和结构与电磁感应式 检波器完全一致，区别主要在于检波器 的制造工艺和器件材料，实质上，超级 检波器就是传统检波器的改进型。
数字检波器
• 数字检波器的核心是MEMS (Micro Electro Mechanical System，即(微电子 机械系统)技术，这种技术就是以硅材料为 基底，采用微机械加工工艺和IC工艺加工 出差动电容式微机械加速度计。这种加速 度计(数字检波器)是集微型传感器、执行 器、信号处理器以及控制电路、接口电路、 通信电路和电源为一体的微型机电系统。
d x dx d z 2 2h ω 0 x 2 2 dt dt dt
二、输出电压方程和固有振动
电动式检波器的输出电压方程为：
dV dV d z 2 2h ω 0V G0 3 2 dt dt dt
2
3
电动式检波器的固有振动有三种情况：欠阻尼、过阻 尼和临界阻尼，振动波形如下页图示：
地震仪器基础检波器
•
•
海上勘探事业部
• 转速传感器----就是旋转编码器，将转速转换成脉冲波（5VDC)送入
PLC或其它处理器进行处理。 电流传感器----就是电流变送器，将0-5A或更大的电流信号转换成 4——20mA或0——20mA的标准控制信号给处理器。 电压传感器----就是电压变送器，将0——100V或更大的电压信号转 换成0——10V的标准控制信号给处理器。 振动传感器----检测机械设备的振动，进行线性输出或继电器输出。 霍尔传感器---- 就是电感式的接近开关，采用霍尔原理。检测距离 不会超过10mm。输出信号一般都是直流三线制的PNP或NPN输出。 缸压传感器——就是压力传感器，可以输出继电器信号也可以是线性 信号。 空气流量传感器——可以输出继电器信号或电压、电流的线性信号。 氧传感器 —— 节气门位置传感器 温度传感器 ——这个一般都是线性的电压输出。并且要配合温控器 使用
海上勘探事业部
• 地震勘探中实际的地震信号可以从μV级到1V以上，其动态范围大于120dB。 • •
目前仪器记录动态范围已达120dB以上。然而仪器所能记录的信号，必定是 检波器所能响应的地震信号。通过仪器所记录下来的地震信号的动态范围， 首先取决于检波器本身的动态范围 众所周知，国内的勘探装备现在几乎全是24位高精度遥测地震仪，仪器本身 的有效动态范围已达到120dB以上(理论值140dB)，想在仪器本身提高勘探质 量难度已很大，而与之配套的地震检波器其动态范围。 检波器动态范围一览表 动态范围(dB) 53.97 60 66.02 73.98 80 失真度（％） 0.2 0.1 0.05 0.02 0.01 目前，国内检波器的失真指标要求在0.2%以下，其动态范围小于60dB，不及 仪器动态范围的一半。 可见，如何提高检波器自身的动态范围，已成为提高地震勘探质量的瓶颈， 虽然对提高检波器的动态范围到底对地震勘探质量的能提高多少，目前没有 量的概念，但是，检波器的动态范围越大，其地震数据就越能真实的反应地 质概貌，这是物探专家们的共识。所以说，低失真的检波器是勘探业内一直 追求的检波器。这是本系列检波器要解决的目标之一。
高精度地震勘探磁电检波器
两个弹簧并联： k k1 k2
两弹簧选择原则：使质量块处于中间位置。
垂直放置：下面刚度的大，上面的小。
（二）阻尼系数计算
电磁阻尼（金属骨架为阻尼器）：
金属骨架在磁场中作相对运动并切割磁力线时， 感生涡流并受到磁场力的作用，力的方向与运动方向 相反。
阻尼器
阻尼器的作用：衰减自由振动，降低共振峰， 改善频率响应特性，提高测试精度。 阻尼系数与阻尼比的关系为：
线圈相对磁场作旋转运动并切割磁力线，感生电 势为： d e WBS sin WBS sin dt
S：每匝线圈的围成的面积 θ：线圈平面法线方向与磁场方向之间的夹角；
ω:线圈与磁场之间的相对运动角速度
两种基本类型
恒定磁通式：
工作气隙中磁通不变，线圈中的感应电势由线 圈相对永久磁铁运动并切割磁力线产生。
xt 得： ( j ) 2 x0 1 ( ) 2 j ( ) 0 0 振幅比：
xt x0
2 ( ) 0
2 ( ) 0
2 （ ） 2（ ） 1 0 0
2 2
频率特性：
xt x0
(
2 ) 0
ht
D3 D2 h 2
t h
线圈
D 2 D1 t 2
L
L 1.3(lg lp )
骨架
lg：气隙深度； lp：振动位移的峰峰值。
D1 D2 D3
三、线圈组件（骨架、线圈绕组）设计
Lf1 绕组每层匝数： W0 dw
t h
f1：有效利用系数，f1=0.95；
h 绕组层数： n dw f2
二、磁路设计
B 矫顽力Hc： 剩余磁感应强度Br： Hc Br H
地震检波器的分类及应用
地震检波器的分类及应用
地震检波器是一种用于检测地震波的传感器，它可以将地震波转化为电信号，然后通过数据采集系统记录下来。
地震检波器的分类及应用如下：
- 按频率响应范围分类：
- 宽频带地震检波器：这种检波器的频率响应范围较宽，可以检测到不同频率的地震波，适用于地震监测和研究。
- 高频地震检波器：这种检波器的频率响应范围较高，可以检测到高频地震波，适用于浅层地震勘探。
- 按使用环境分类：
- 陆地地震检波器：这种检波器适用于陆地环境，可以检测到地震波在不同介质中的传播情况。
- 海洋地震检波器：这种检波器适用于海洋环境，可以检测到地震波在海洋中的传播情况。
- 按工作原理分类：
- 压电地震检波器：这种检波器利用压电材料的压电效应，将地震波转化为电信号。
- 电磁地震检波器：这种检波器利用电磁感应原理，将地震波转化为电信号。
地震检波器在地震监测、地震勘探、地球物理研究等领域有着广泛的应用。
在地震监测中，地震检波器可以检测到地震波的到达时间、强度、频率等信息，为地震预警和地震研究提供数据支持。
在地震勘探中，地震检波器可以检测到地下不同深度的地震波，为地质勘探提供数据支持。
在地球物理研究中，地震检波器可以检测到不同类型的地震波，为地球物理研究提供数据支持。
地震检波器
涡流式
涡流式地震检波器是美国OYO公司1984年研制成的一种检波器。它是利用惯性部件和固定在机壳里的永久磁 场的相对运动产生涡流，涡流又使固定在机壳里的线圈感应出电压和电流的原理而制成的。一个固定的圆柱形磁 铁沿中央轴安装在机壳内，线圈固定地绕在永久磁铁的外面，非磁性可运动的铜环由弹簧悬挂在磁铁和线圈之间 构成惯性部件。当机壳被地面振动驱动时，固定在机壳内的永久磁铁和铜环之间的相对运动在铜环中形成涡流， 涡流的变化引起次生的变化磁场，变化的磁场在固定的线圈中产生电动势。铜环内涡流的大小与检波器外壳的运 动有关，它本质上是一种对外壳位移加速的传感器。它的结构特点是活动的惯性体，与输出端没有电连接，这就 大大提高了检波器的可靠性，并且其感应电动势随频率的增加按6dB/oct斜率上升(dB为分贝，oct为倍频程)，这 种特性可以部分补偿地震信号因大地吸收衰减而造成的高频损失。因此，用这种检波器可以提高地震勘探检波器(MEMS)是微机电机械传感器(Micro—Machined Electro Mechanical Sen—sor)的简称。 它是一种微米级的类似于集成电路的装置和工具，现已应用于工业、汽车、国防、生命科学和日常生活。MEMS技 术是从早期的汽车轮胎压力传感器到为开发气囊而进行的汽车撞毁试验以及航空电子等大冲击量检测设备而逐渐 发展而来的。
地震检波器
水中的地震波转换成电信号的机电转换装置
01 电动式
03 涡流式
目录
02 压电式 04 数字MEMS
地震检波器是把传输到地面或水中的地震波转换成电信号的机电转换装置，它是地震仪野外数据采集的关键 部件。陆上地震勘探普遍使用电动式检波器，海上地震勘探普遍采用压电式检波器。涡流检波器是20世纪80年代 发展起来的一种新型检波器，（2016年）受到与重视的是基于微机电机械传感技术（MEMS技术）的数字地震检波 器。
地震检波器原理
地震检波器原理
地震检波器可以检测地震波的原理如下：
1. 地震波的产生：当地壳发生断裂或移动时，会产生能量释放，形成地震波。
地震波分为P波、S波和表面波等类型。
2. 接收地震波：地震检波器设备安放在地面或地下，用于接收地震波的传播。
一些常见的地震检波器包括地震计、加速度计、地震传感器等。
3. 检测原理：地震波通过地震检波器的感应器，例如压电器件等，产生机械应力或电信号。
这些信号可以转化为电信号，通过放大器和滤波器处理后，被记录和分析。
4. 记录和分析：地震检波器将接收到的地震波信号转化为电信号后，在地震计或其他设备上记录下来。
这些数据可以被地震学家和地质学家用来研究地震的特性和发生地点，以及为地震预测和防灾提供重要信息。
总之，地震检波器原理是通过感应器将接收的地震波转化为电信号，通过记录和分析这些信号来研究地震的特性和预测地震风险。
地震检波器原理与结构
地震检波器原理与结构
感应器是地震检波器的核心部分，主要用来感知地面振动。
感应器通
常由一个质量较大的物体和一个灵敏度较高的传感器组成。
当地面发生振
动时，传感器会感受到振动，并将其转化为电信号。
感应器的灵敏度相当
重要，因为它能够决定地震波的最小记录幅度。
记录器主要用来记录地震波传播过程中的振动情况。
记录器一般由一
个电子振动传感器和一个数据存储设备组成。
传感器会将传感器接收到的
振动信号转化为电信号，并将其传输给数据存储设备。
数据存储设备一般
是一个数字式或模拟式的存储器，可以记录地震波传播过程中的振动参数，如振幅、速度和周期等。
记录器还可以通过无线通信技术将记录的数据传
输给地震观测中心。
除了上述的基本结构，地震检波器还可以有许多其他的组成部分，如
防护外壳、天线、无线通信设备等。
防护外壳主要用来保护地震检波器免
受外界环境的影响，如风雨、灰尘和温度等。
天线用来接收或发送无线信号，以便地震检波器可以与其他设备进行通信。
无线通信设备可以使地震
检波器能够远程传输数据，方便地震观测人员对地震波的监测和分析。
综上所述，地震检波器是一种用于监测地震活动的仪器。
它的原理基
于地震波传播和能量传输的物理特性。
地震检波器主要由感应器、记录器
和电源构成，通过感知地面的振动并记录振动情况，来获取地震活动的相
关信息。
地震检波器的结构可以根据需要进行适当的调整和扩展，以满足
实际的观测需求。
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其中: x0为振动物体的绝对位移、xm为振动物体的绝对位移、Xt=xm-x0为质量 块与振动体（即检波器壳体）之间的相对位移
检波器原理 –速度型检波器结构
速度型检波器：由线架、悬浮弹簧、磁钢、磁靴及弹簧
片组成。它可以看作是由质量体 m 、弹簧 k 、和阻尼 c 构成的 二阶惯性振动系统(工作在线性区）。
检波器原理 –速度型检波器 速度型检波器（常规检波器）
■它是一种基于电磁感应原理的机电变换。这种传感器能够 实现机械能与电能的相互转换。 当导体以速度 V垂直磁场方向运动时，导体上两端产生感 生电动势u。根据棂次定律，
u=BLV(其方向由右手定则确定)。
当导体上有电流时，导体将受到磁场的电磁力 fi 的作用。 根据安培定律，不计导体本身电阻抗时：
（常规或模拟输出检波器）数据采集示意图
前
言 引言
地震检波器作为野外数据采集过程中最为关键的采
集前端装备，其性能及所采集的数据质量直接关系到地 质效果而倍受关注。随着高分辨率勘探的深入，对地震 数据采集质量提出了新的要求。特别是 宽频、高保真、 高信噪比的低成本采集要求越来越迫切。 为了满足低成本以及数据采集的高质量要求，仪器 的道数、种类也在不断的增加：有线地震仪、无线地震 仪、节点地震仪、无缆地震仪、光纤地震仪等等。道数 也是从“多道”上升到了几万道、几十万道，并且期望 百万道。
检波器原理—参数描述3
失真度（畸变） ：作为一个信号通路，对通过的信号所产生的失 真程度。定义为输出中谐波分量的总有效值与基波分量有效值之比的 百分比。失真决定了检波器的动态分辨率。
☺低失真增加了动态分辨率，有助于记录到淹没在低频强噪声 ( 如地
滚波)中的较弱高频信号；
态范围；
☺失真导致了谐波失真(亦即地震带宽内的噪声) ；低失真 = 更大的动 ☺失真代表系统整体性能，低失真提高了系统整体性能使检波器串的
灵敏度决定于机电耦合系数和负载阻抗与内阻的比值，减少线
圈的内阻R1、增大负载电阻R2。 增加线圈的圈数W、加粗线经、提高通过线圈的磁流梯度都可 以提高灵敏度。 过阻尼使灵敏度降低 , 并且在低频时比高频时降低更显著 , 欠阻 尼在共振频率区使灵敏度增大。一般取0.7倍临界阻尼。
地震检波器综述
检波器原理 –速度型检波器特性
地震检波器特性
频率特性、相位特性是以检波器 外壳运动的速度振幅来计算 当振动物体的振动频率f低于传 感器的固有频率 f0 时，传感器 的灵敏度随频率而明显变化。 当振动物体的振动频率f远高于 传感器的固有频率时，传感器 的灵敏度接近为常数。在这一 频段（传感器的频响应范围） ，传感器的输出电压与振动速 度成正比。 当振动物体的振动频率更高时 由于线圈阻抗增加，灵敏度将 随着频率的增加而下降。
典型失真降至 0.03%
检波器输出波型失真有谐波失真和毛刺失真两种基本形式。与激振频 率、能量有关。来源之一是弹簧片，弹簧片的压缩或伸长与所加的外 力不成正比导致惯性体运动速度非线性，导致输出电压非线性失真。 另外是结构中的其它（如压缩、扭转、旋转等）振动引起弹性系数非 线性，导致畸变。 ■测试方法：给检波器加一个低畸变的交流信号。计算其响应。
提高机电转换系数G，可以通过提高磁通量φ和增加线 圈圈数W。
传感器的动态特性 —二阶传感器的数学模型
二阶系统的微分方程为
二阶系统函数（拉氏传递函数）
式中 k( 静态刚度 ) 、ω0( 无阻尼固有频率 ) 、ξ( 阻尼比 ) 三个量 称为二阶传感器的特征量；
传感器的动态特性 —二阶传感器的阶跃响应
检波器的等效电路
R2 E U R1 R2
R R1 R2
R2G U X R
U X
R2 G R
α 称为检波器的有效灵敏度，它的意义是机电转换系统以速 度X＝1cm/s运动时产生的电压输出。 检波器的有效灵敏度决定于机电耦合系数和负载阻抗与内阻 的比值增大线圈圈数，加粗线经，采用强磁材料及合理设计 磁系统等可以提高仪器的灵敏度。
模拟数字混合电缆。 传输主机指令， 和采集的数据。
数传电缆或电台
对常规检波器输出的模拟信号进行滤波、 整形、Ａ／ＤＣ、存储、传输。 或对数字检波器输出的数字信号进行编 排、传输、存储。
SP
系统主机执行操作、采集、测试控制， 是野外采集系统的大脑；并且对采集 到的地震数据进行监视、分析、和转 储
2 t
2
（A）
式中：Bt－阻尼系数，A1－第一个峰值， A2－第二个峰值，T－第一个半周期， Fn－自然频率，G－灵敏度， G m－检波器惯性体质量， I－通过检波器线圈的直流电流。
检波器原理—分类
地震检波器—按工作原理划分可分为:
o速度型检波器
( 动圈式、惯性式、电动式、磁感应式、常规、超 级检波器)
式中ω0 传感器无阻尼固有频率；ωd 传感器有阻尼时的固有频率； ξ 传感器阻尼比， k1、k2，常数，由初始条件决定。
传感器的动态特性
二阶系统的频率响应函数
幅频特性
相频特性
传感器的动态特性
—二阶系统的频率响应曲线
二阶系统的频率响应曲线
地震检波器综述
衡量地震检波器性能指标的主要参数有：
地震检波器定义
地震检波器是一种将地面振动转变为 电信号的一种传感器，或者说地震检波器 是把机械振动转化为电信号的机械装置。 它以最大的逼真度产生地面运动垂直分量 的电模拟。每个地震检波器都是由机械部 分和与其相连的具有电负载的机电转换器 所组成。要求它的振幅－频率响应在有意 义的频率内是线性的，相位的响应是线性 的。
主要参数：自然频率、阻尼系数、灵敏度、谐波失真 、假频 相关参数：直流电阻、阻抗、噪声、漏电、极性 其它物理参数：悬体质量、线圈最大位移、允许倾斜 角度、
检波器原理 —参数描述1
地震检波器主要参数描述（含义、作用与测试）：
自然频率：检波器的共振频率。或当振动系统作无阻尼振动
时的固有频率或自然频率。
二、地震数据采集仪器技术
1、现状 2、地震检波器接口 3 、数据采集及相关指标 4 、源控制及同步
提
纲
一、地震检波器基本原理与结构
1、引言 2、电磁感应式检波器 3、压电检波器 4、光纤检波器 5、MEMS检波器 6、其它（多分量检波器等）
2016/9/9
常规或模拟输出检波器数据采集
地震信号转换为模拟电信号 并借助模拟电缆传送到A/D设备 （检波器限制了勘探的精度）
o加速度型检波器（涡流式、动环式检波器） o压敏（电）检波器（水听检波器）
o数字型MEMS检波器(低噪声MEMS 加速度计)
o数字型光纤检波器
提
纲
一、地震检波器基本原理与结构
1、引言 2、电磁感应式检波器 3、压电检波器 4、光纤检波器 5、MEMS检波器 6、其它（多分量检波器等）
2016/9/9
■测试方法：给检波器线圈加一恒定的电流，使其从起点提 升到它最大行程的70%，然后已断开电流0时刻，采集其输出 的正弦波，按公式计算。
灵敏度：检波器对激励（振动）的敏感程度。
■测试方法：给检波器线圈加一恒定的电流，使其从起点提 升到它最大行程的70%，然后已断开电流0时刻，采集其输出 的正弦波，按公式计算。
前
言 引言
接下来我们简单了解一下检波器参数描述 、 检波器的分类 。
同样，作为仪器前端的检波器无论是种类还是使用花样 也越来越多。例如：叫法上有常规检波器、高精度检波器、 数字检波器、双检波器（双检）、三分量检波器、四分量检 波器；动圈检波器、电磁感应检波器、压电检波器、光纤检 波器、MEMS检波器、石英检波器；海洋检波器、水听器、沼 泽检波器、陆地检波器、井中检波器、测井检波器、低频检 波器、高频检波器、高温检波器等等，使用上，组合方法（ 包括个数）不断变化甚至越来越多、包括埋臵井深、尾锥测 试等。使工作量越来越繁重，效果并不如人所愿。甚至使人 们产生许多误区。 因此，为提高勘探效益效果，从原理上对接收设备进行 了解和认识，才能从根本上根据不同的地质目标和作业环境 ，科学、合理地选配和使用地震检波器就显得十分重要。（ 例如埋臵、及检波器使用时间对数据采集质量的影响等）。
地震接收技术
报告人：易碧金 电 话：13931209189 E-mail：yibijin@
东方地球物理公司采集技术支持部技术交流 2016 年 07月 04日
提
纲
一、地震检波器基本原理与结构
1、引言 2、电磁感应式检波器 3、压电检波器 4、光纤检波器 5、MEMS检波器 6、其它（多分量检波器等）
检波器原理 —参数描述2
阻尼系数：对惯性体振动过程中受阻力影响，其能量逐衰减的
现象。这里指的是并联的衰减电阻与线圈组成放电回路，阻止惯 性体振动的衰减系数。 —临界阻尼：使质量体回到平衡位置而不在其相反方向有任何偏 移的它的值。相当于不产生“反冲”的最小阻尼量。习惯上给定 为值1或100%，其它的阻尼值都表示为临界阻尼的百分比。 ■测试方法：给检波器线圈加一恒定的电流，使其从起点提升到 它最大行程的 70% ，然后已断开电流 0时刻，采集其输出的正弦 波，按公式计算。
检波器原理 —输出波形、参数计算方法
检波器的输出波形如右图
阻尼系数计算公式（A）和自然频率计算公式(B)：
ln Bt A1 A2
2
A1 2 ln A2
Fn
1 2T 1 Bt
(B) 灵敏度计算公式
2mA1 Fn exp I 1 Bt2 arctan Bt 1 B Bt
二阶系统分欠阻尼系统（ ξ<1 ）、过阻尼系 统（ξ＞1）和临界阻尼系统（ξ＝1），一般传 感器为欠阻尼系统，ξ值一般在0.7左右，其响 应为