第二章 地震检波器

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地震检波器原理与结构

地震检波器原理与结构
检波器的微分方程: d 2 x dxt m m c kxt 0 2 dt dt
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

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

地震勘探原理总结

地震勘探原理总结

《地震勘探原理》各章节的复习要点第一章绪论(不作为考试内容)第二章地震波运动学理论§2.1 几何地震学基本概念1、基本概念,如地震子波:具有多个相位、延续60~100毫秒的稳定波形称为地震子波。

几何地震学:地震波的运动学是研究地震波,波前的空间位置与传播时间的关系,他与几何光学相似,也是引用波前,射线等几何图形来描述波的运动过程和规律,因此又叫几何地震学.地震勘探:通过人工方法激发地震波,研究地震波在地层中传播的情况,以查明地下的地质构造,力寻找油气田或其他勘探目的服务的一种物探方法.波面:介质中每一个同时开始振动的曲面。

射线:在几何地震学中,通常认为波及其能量是沿着一条“路径”从波源传到所考虑的一点P,然后又沿着那条“路径”从P点传向其他位置。

这样的假想路径称为通过P点的波线或射线。

振动图:在地震勘探中,每个检波器所记录的,便是那个检波器所在点处的地面振动,它的振动曲线习惯上叫做该点的振动图。

波剖面:在地震勘探中,通常把沿着测线画出的波形曲线叫做“波剖面”。

视速度和视波长:如果不是沿着波的传播方向而是沿着别的方向来确定波速和波长,得到的结果就不是波速和波长的真实值。

这样的结果叫做简谐波的视速度和视波长。

全反射:如果V2>V1,则有sinθ2>sinθ1,即θ2>θ1;当θ1增大到一定程度但还没到90°时,θ2已经增大到90°,这时透射波在第二种介质中沿界面“滑行”,出现了“全反射”现象,因为θ1再增大就不能出现透射波了。

雷克子波:2、基本原理反射定律:反射线位于入射平面内,反射角等于入射角,即。

透射定律:透射线也位于入射面内,入射角的正弦与透射角的正弦之比等于第一、第二两种介质中的波速之比,即Snell定律:惠更斯原理:在已知波前面(等时面)上的每一个点都可视为独立的、新的子波源,每个子波源都向各方发出新的波,称其为子波,子波以所在处的波速传播,最近的下一时刻的这些子波的包络面或线便是该时刻的波前面。

地震检波器项目可行性研究报告

地震检波器项目可行性研究报告

地震检波器项目可行性研究报告xxx有限责任公司地震检波器项目可行性研究报告目录第一章项目基本情况第二章投资背景和必要性分析第三章产业研究第四章建设规划第五章项目选址第六章土建工程研究第七章工艺技术说明第八章环境保护可行性第九章项目职业安全第十章项目风险性分析第十一章项目节能方案第十二章计划安排第十三章投资计划方案第十四章项目经济效益可行性第十五章招标方案第十六章综合结论第一章项目基本情况一、项目承办单位基本情况(一)公司名称xxx有限责任公司(二)公司简介展望未来,公司将围绕企业发展目标的实现,在“梦想、责任、忠诚、一流”核心价值观的指引下,围绕业务体系、管控体系和人才队伍体系重塑,推动体制机制改革和管理及业务模式的创新,加强团队能力建设,提升核心竞争力,努力把公司打造成为国内一流的供应链管理平台。

展望未来,公司将立足先进制造业,加强国内外技术交流合作,不断提升自主研发与生产工艺的核心技术能力,以客户服务、品质树品牌,以品牌推市场;致力成为产业的领跑者及值得信赖的合作伙伴。

随着公司近年来的快速发展,业务规模及人员规模迅速扩张,企业规模将得到进一步提升,产线的自动化,信息化水平将进一步提升,这需要公司管理流程不断调整改进,公司管理团队管理水平不断提升。

(三)公司经济效益分析上一年度,xxx公司实现营业收入12422.96万元,同比增长23.42%(2357.40万元)。

其中,主营业业务地震检波器生产及销售收入为10053.32万元,占营业总收入的80.93%。

根据初步统计测算,公司实现利润总额2859.54万元,较去年同期相比增长447.29万元,增长率18.54%;实现净利润2144.65万元,较去年同期相比增长429.17万元,增长率25.02%。

上年度主要经济指标二、项目概况(一)项目名称地震检波器项目(二)项目选址xxx临港经济技术开发区(三)项目用地规模项目总用地面积16594.96平方米(折合约24.88亩)。

地震勘探-检波器工作原理

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。

(11级)第二章----第三节影响地震波传播的地质因素

(11级)第二章----第三节影响地震波传播的地质因素
第二章 地震波动力学特征
第三节 影响地震波传播的地质因素
地震波被激发后,在传播过程中会收到来
自各方面的影响。如,在淤泥、厚黄土及沙漠
地区,地震有效波的能量被强烈吸收,用于勘
探的有效波能量减弱;黄土高原地区,由于水
系切割,形成谷沟交错的复杂地形,原和沟黄土与空气的接触面形成一个强波阻抗分界面,
一、表层地震地质因素
地表对地震波影响最主 要是“低速带”。因为地表 附近一般都分布着不均匀的 新沉积层和风化层,这些层 第二层: 1700~2100m/s, 的组成物质是疏松的岩石和 厚100~150m,是 粘土,所以波速非常低 充水黄土,为降 速带 (100~1000m/s)。某些地 区,在低速带与高速层之间 还有一层速度偏低的过渡区,第三层: 称为降速带,如,在陕甘地 往下是波速 3000m/s,老地层 区,从地表起有三层:
平滑度--------指界面的凹凸程度。凹面使反射 波能量集中,振幅增强;凸面会使反射波能 量分散,振幅减弱。经研究,界面的凹凸面 的直径与地震波波长之比决定散射程度,若 比值相近,散射严重;若界面直径小于波长, 散射减弱。所以可以认为,上下起伏几米的 界面认为是光滑的。(地震波波长一般为70 米~100米)
稳定性-------指反射界面的延续程度。若反射 界面断断续续,界面倾角大于 300 的陡构造 带,界面介质不均匀,强反射面等都会影响 反射波的接收。 随着技术进步,可以克服上述不利因素, 使地震勘探在许多复杂地质条件下得以进行。
因而地震波激发后,传播到黄土边沿,被反射
回来,地震记录上就出现一种叫侧面波的干扰;
地表的小山、岩性不均匀体、堤坝等随着反射波
的到达对地面做“敲击”动作,产生次生的直达
波、面波、折射波;地下极小的薄层在地震记录

第二章 地震检波器

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 。

地震检波器假频

地震检波器假频
和频率是线圈位置的函数。 线圈变形增加,假频频率降低,振幅峰值增加,交叉轴力 的敏感性亦增加。
线圈位置与振幅及频率的关系曲线
二、实验室测量假频的方法
大的振幅信号施加到检波器可以看到假频,造成线圈偏移 和促使假共振。检波器倾斜时线圈位置发生变化,倾斜的 检波器对假频的开始更敏感。
目 录
一、假频定义
在共振时相位角和敏感性发生变化,而且相位角和振幅难 以测量。 假频主要以回环噪音为特征,地滚波易激起假频。
取样率为1ms,频率180HZ,假频与抗混叠过滤器之间产生错配。
一、假频定义
以往检波器抗混叠频率为1/2-2/3Nyquist,在2ms取样 时抗混叠频率为125HZ-167HZ。在高采样率时抗混叠过 滤器频率为4/5Nyquist,可以过滤200HZ以上的频率。 弹簧设计要点: 固有频率和假频之间关系在于弹簧设计,弹簧质量系统 分为垂直和水平两种。 弹簧的垂直方向与水平方向的刚度比要适中,高假频检 波器有会存在一些弊端,如高固有频率、大的扭转、易 损坏及寿命短。 一般会在弹簧内安放微冲击阻尼器,以便弹簧释放应力 及回弹。
三、现场测试
圆形伸展和爆点方式很成功,所有迹象表明产生了假频。
在通道36出现 了假频。
三、现场测试
出现了190HZ 正弦波的叠加。
三、现场测试
两种类型的检波器都有假频,通道3采用低假频检波器记 录,通道4采用高假频检波器。
三、现场测试
高频检波器能使假频高于200HZ抗混叠过滤器。
三、现场测试
二、实验室测量假频的方法
信号的振幅很难测量。假频的振幅取决于相对轴的信号偏 频入射角。由于入射角是随机的,且弹簧的取向在检波器 外面无法显示。因此在特定的水平冲击角度下,很难测量 假频。 目前可以采用geopinger转动脉冲悬架测量,它可用于测 量检波器外壳地面的耦合,其由压电晶体组成。

地震检波器原理与结构

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。

地震仪器中地震道检波器的测试原理和方法

地震仪器中地震道检波器的测试原理和方法
。 ,
地 蔑 检波器的性能 测试亦 受到许多 因素

本 文从 检 波器 的结 构 及 工 作 原理 出 发 系 统 地 阐述 了 地 震 仪 器 中对 检 波器 ( 串 ) 的测 试 原 理 和 测 试 方 法


野 外 施 工 中正 确 测 试 快 速 判 断和 排 除 检 波 器 ( 串 ) 故 障 提 高 数 据 采 集 质 t


稳 态枪 出和 暂态
器 的 自然 频 率 时 则 电 流 超 前 于 电 压 ; 只 有 当 振 荡 器 的 频 率 等 于 检 波 器 的 自然 频 率 时 两 者 才 能 重 叠 图
, , 。
,
3
是 测 量 检 波 器 阻 尼 的线 路 原 理 图
,

继 电器
吸 合 时 直 流 电压 接 通 到 检 波 器 的 线 圈 上 当 继 电 器 开启 后 线 圈 自 由振荡
,
有极 大 的帮 助

主题词
检波器
脉冲
响应
性 能 测试
。 ,
检波 器 的 结 构 及 工 作 原 理
在讨 论 地 震 道 检波 器 串 的性 能 测试 以 前 我 们 先 来 简 单 分 析一 下 检 波 器 的结 构 及 工 作 原 理 器 的 种类较 多 现 以 陆 用 动 圈检波 器 为例
, 。 。 ,

:
,
这 两 点 缺一不 可
,

因 为这 种测 定是 我
式 中 C 为临 界 阻 尼
:


们 在使 用 和 测 量 检 波器 时 进 行 数据 对 比和 判 断 其 好坏 的 依 据
(5 )

地震仪器基础检波器ppt课件

地震仪器基础检波器ppt课件
线圈通过弹簧片于软铁外壳相连,线圈又处于磁钢于软体 外壳的缝隙磁场中,工作时,软体外壳受到地震波的作用 而运动时,线圈则相对磁钢做相对运动。根据电磁感应原 理,线圈和磁钢做相对运动切割磁力线,线圈中将产生感 应电动势,且电动势的大小与相对运动速度成正比,此感 应电动势即为地震检波器的输出信号。
.
海上勘探事业部
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。
.
海上勘探事业部
一、地震检波器定义 1、地震检波器是把传到地面和水面的地震波转换成电信号的装置,它是地震仪
器野外数据采集的关键部件。 2、地震检波器串:将一组检波器以串联、并联或串并联方式连接在一起,称为
检波器串。 4、三分量(3-C)检波器:同时可接收水平、侧向和上下三个方向振动的检波器。 5、双检(2-C):由水检(压电检波器)和陆检(动圈式检波器)组成。可同时
.
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。

地震检波器高教课件

地震检波器高教课件
但是尽管带电荷放大器的海上检波器比变压器耦合 式海上检波器容易接受串音干扰,但它没有因为变压 器接受干扰而产生噪声,而且便于在勘探船上测试整 个电路,因此在海上勘探中得到广泛的应用。
技术研究
17
第三节涡流式地震检波器
惯性部件和固定在 机壳里的永久磁场做相 对运动产生涡流,涡流 又使固定在机壳里的线 圈感应出电流,根据这 一原理制成涡流检波器。
技术研究
18
一、涡流检波器的传递函数
涡流检波器的运动方程为:
d2x dt 2
2h
dx dt
ω02 x
d2z dt 2
传递函数为:H (
j)
E( j) Z( j)
G
02
2 2
j2h
振幅特性为:H () H ( j)
G 2
(02 2 )2 4h22
相位特性为: ( )
arctan
2h 02 2
2.自然频率
3.灵敏度 电动式检波器输出电压是:V
G0Z
R0 RC R0
S
Z
可见,机电转换系数S越高,则检波器输出电压越大, 因此机电转换系数S也称为固有灵敏度。
4.非线性 5.绝缘电阻
技术研究
8
作业:
1.电动式检波器由哪几部分组成? 2.电动式检波器是如何将机械振动转换成电
信号的?
3.(独立)分析电动式检波器的幅频特性和 相频特性。
爱因斯坦在他的学习墙上放着法拉第的一张技术照研片究,并将其与牛顿和麦克斯韦放在一起。 1
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

物探精品课程 第二章第三节 反射波和折射波波法

物探精品课程 第二章第三节  反射波和折射波波法

室内填允物飞出去时对物体的作用力
,力的作用时间短,产生的波形是尖 脉冲形,而F2作用时间较长,产生波 形的宽度要宽些。
第三节 反射波和折射波波法
2)接收 在接收SH横波时,接收方式 和要求基本与P波相同,唯一 不同的是采用水平检波器接收
,并且多道接收时各道检波器
的埋置方向要求一致。接收与 激发详情见图2-29。
压制干扰以及观测参数选择问题。因为此时目的层深浅相差较大,
很难选取甚至不可能选取最佳时窗。
第三节 反射波和折射波波法
(三)地层构造的剖面解释和应用 地震剖面经过对比解释后,为进行地质构造解释,还必须将 其转换成深度构造剖面。同时为进行地层岩性解释,还必须将 速度资料转换成随深度变化的层速度剖面资料。在有条件的情 况下,反演出用速度表示的波阻抗剖面,以及砂泥岩剖面和孔 隙度剖面,以便于较精确地解释地层岩性和岩相的横向展布变 化。
第三节 反射波和折射波波法
如果震源位于排列中间,也就是在激发点的两边安置数目相等的检波器同时 接收,这种观测形式叫做中间激发观测系统(或叫小间放炮观测系统),如图 2-25(c)所示。 简单连续观测系统的最大特点是接收段靠近激发点,能避开折射波干涉, 便于野外施工。但受面波和声波干扰较大。
图2-25 简单连续观测系统 (a)双边激发;(b)单边激发;(c)中间激发;(d)间隔单次覆盖
第三节 反射波和折射波波法
图2-26 检波器和不同的大地耦合
1—最好耦台,埋置在挖过的地表里;2—好的偶合,埋置在挖过的地表里,相位畸变较小; 3一较好的耦合,埋置在粗扫过的地表里,振幅有衰减,相位畸变中等; 4一坏的耦合,埋置在没做任何处理的地表,振幅衰减和相位畸变均较大
图2-27
组合检波器的连接

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

地震检波器
具有压电效应的物质很多,如天然石英晶体、人工制造的压电陶瓷锆酸铅等。由于人工制造的经过极化处理 的压电陶瓷具有非常高的压电系数,为石英晶体的几百倍,所以海上用地震检波器普遍采用压电陶瓷作为敏感元 件。
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
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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。

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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 。

二、输出电压方程和固有振动⒈输出电压方程:检波器输出电压与地面运动的关系称为输出电压方程。

输出电压为dtdx G dt dx R R s R R e R R R e V c ⋅=⋅⋅=⋅=⋅+=00000对上式两边取一阶导数和二阶导数得220dt x d G dt dV =, 33022dtxd G dt V d = 将式(2-5)再取一次导数,然后将上两式代入得23200232d V dV d z h V G dt dt dtω++=- (2-6)4⒉固有振动:当地面振动已经停止时,检波器输出电压也将按一定规律随时间变化,此电压称为固有振动。

固有振动满足齐次微分方程:022022=++V dt dV h dtV d ω (2-7)①欠阻尼状态:阻尼1/0<=ωh D ,两个共轭复根为:221,201r h j h h j ωω=-±-=-± 固有振动电压为衰减正弦:)sin()(1φω+⋅⋅⋅=⋅-t e c t V t h (2-8)②过阻尼状态:1/0>=ωh D ,两个不相等的实根为:221.202r h h h ωω=-±-=-± 固有振动电压具有非周期性,且迅速衰减:)()(2221t t t h e c e c e t V ⋅-⋅⋅-⋅+⋅=ωω (2-9)③临界阻尼状态:1/0==ωh D ,两个相等的实根为:1.2r h =-(a) (b) (c)图2-3 电动式检波器的固有振动5固有振动电压处于周期振动向非周期振动过渡的状态:()12ht V e c c t -=+ (2-10)④地震勘探的垂向分辨率:垂向分辨率的严格定义是:用地震的方法可以分辨地层的最小厚度。

电动式地震检波器通常工作的欠阻尼状态,即固有振动为衰减正弦,固有振动的延迟时间为τ,则地震垂向分辨率h ∆:12h V τ∆=⋅⋅ (2-11)式中V 是波速。

很明显,为了提高分辨率,检波器固有振动延续时间应缩短,提高检波器的固有频率0ω有利于提高垂向分辨率。

三、频率响应将地面振动的速度/dZZ dt=代入输出电压方程: 22/2000222d V dV d z D V G dt dt dtωω++=- 对上式两端进行付氏变换,其传递函数表示为: ωωωωωωω022/21)()()(D j G j Z j V j H -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--==(2-12)振幅特性为:()()H H j ωω==(2-13)6振幅特性曲线具有二阶高通滤波特性,因此电动式检波器对低频面波干扰有一定的压制作用。

当210<=ωh D 时,振幅曲线出现峰值,峰值点频率p ω和峰值p G 分别为 221Dp -=ωω , 2012DD G G p -=由此可见,当阻尼增大时,尖峰减小,且向高频一边移动。

②当210>=ωh D 时, ()G ω单调上升趋并近于0G ,没有尖峰出现。

③当,h D 时210==ω()G ω曲线介于①和②两种情况的中间状态,称这种状态称为最佳阻尼,将21=D 代入(2-18)式得:()0401G H ωωω=⎛⎫+ ⎪⎝⎭(2-14)最佳阻尼时振幅特性曲线具有最大平直特性。

由于121<=D ,所以最佳阻尼处于欠阻尼状态。

图2-4 电动式检波器振幅特性 图2-5 电动式检波器相位特性第二节压电式地震检波器一、压电陶瓷的压电效应⒈电畴:压电陶瓷是铁电体的一种,属多晶压电材料,具有电畴结构。

电畴是分子自发形成的具有一定极化方向的区域,从而存在一定的电场。

⒉极化处理:在外电场的作用下,电畴的极化方向发生转动,趋向于按外电场的方向排列,从而使材料得到极化。

(a)极化处理前(b)极化处理过程中(c)极化处理后图2-7 压电陶瓷中的电畴变化示意图图2-8 束缚电荷与自由电电荷图2-9 正压电效应图2-10逆压电效应78⒊束缚电荷与自由电荷:极化处理后陶瓷内部仍存在有很强的剩余极化强度,在陶瓷片的一端出现正的束缚电荷,另一端出现负的束缚电荷。

由于束缚电荷的作用,在陶瓷片的电极面上吸附了一层来自外界的与束缚电荷量相等的自由电荷。

⒋压电陶瓷的压电效应:在陶瓷片上加一个与极化方向平行的压力F ,陶瓷片将产生压缩形变,片内的正、负束缚电荷之间距离变小,极化强度也变小。

因此,原来吸附在电极上的自由电荷,有一部分被释放,而出现放电荷现象。

当压力撤消后,陶瓷恢复原状(这是一个膨胀过程),片内的正、负电荷之间的距离变大,极化强度也变大,因此电极上又吸附一部分自由电荷而出现充电现象。

该现象称为压电效应。

设压电检波器附近的水压为P ,则压电检波器的开路输出电压为C V K P =⋅ ,K 为与材料性质及陶瓷片结构尺寸有关的常数,称为压电检波器的开路灵敏度。

二、变压器耦合式海上检波器压电陶瓷元件具有很高的输出阻抗,而地震仪的输入阻抗却相对较低,因此,(a) (b) 图2-11 压电传感器等效电路9长期以来广泛使用变压器耦合进行阻抗匹配。

等效电阻:()aL a a L d R R R R R R R +++=变压器耦合式海上检波器的传输函数为 ()ωωωωωωω02221)()(D j Gj p j V j H a -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-==(2-15)式中自然频率 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=211011R r C L ω阻尼系数 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=211021R L C r D ω 传输系数 aL a R R R r R Rr R R n K G +⋅+⋅+⋅=2122 其中: ()222r R n R +=()2212/r R n CL D d +≈令21=D 可得最佳阻尼电阻为(a) (b)图3-12 变压器耦合海上检波器及其等效电路102122/1r C L n R d -⨯=佳 n K G /0=变压器耦合式海上检波器具有二阶高通特性,其低截止频率f 0 。

三、带电荷放大器的海上检波器电荷放大器可提供低输出阻抗,并对检波器输出的信号起一定的放大作用。

电荷放大器的输出为()()11fo c ffLj cR V V j cR j cR ωωω=-⋅++传输函数为: ()()210/11/11)(ωωωωωωωj j G J P j V j H +⨯+⨯==(2-16) 其中 C R C R C KC G L f f f /1,/1,/21===ωω带电荷放大器的海上检波器的传输函数则具有二阶带通滤波器的特性,低截频为1ω,高截频为2ω,并具有G 倍的增益。

图2-13 带电荷放大器的海上检波器第三节涡流式地震检波器一、工作原理:当地震反射波到达地面时,检波器外壳被机械振动所驱动,活动铜环相对永久磁铁便产生相对运动,在活动铜环内产生涡流,涡流又产生次生的涡旋磁场,它使固定的线圈感产生感生电动势和电流。

二、特点:活动的惯性体与输出端没有电连接,可以大大提高检波器的可靠性,并且感应电动势随频率的增加按6dB/o ct斜率上升,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。

图2-14 涡流地震检波器原理示意图三、传递函数规定:z——地面产生的向上位移y——紫铜环的向上位移1112x ——铜环相对外壳有一个向下的位移(x <0),并且:y z x =+参考电动式地震检波器运动方程的建立原理,可能推出涡流式地震检波器的运动方程为:2220222d x dx d z h x dt dt dtω++= (2-17)在上式中:m H h 2=——阻尼常数,m k /0=ω——自然频率H ——电磁阻尼常数,m ——惯性体(铜环)的质量涡流I 所产生的磁通量为i φ:I C i ⋅=φφ 线圈产生的感生电动势:()i d dIe t nnC dt dtϕϕ== 涡流电流与惯性体相对永久磁场的位移速度成正比:dtdxC I i= 所以感生电动势为:2222)(dtxd G dt x d C nC te i ==φ将上述关系代入涡流检波器的运动方程得到电压方程:2420242d e de d z h e G dt dt dtω++= (2-18) 将2//2d zZ dt=(地面振动的加速度)代入(2-18)式:22//20222d e de d z h e G dt dt dtω++= (2-19)四、频率特性传递函数为:()()()22012E j G H j f f Z j j Dffωωω==''-- (2-20)13振幅特性为:()()2222002214GH f H j f f D f f ω==⎛⎫-+ ⎪⎝⎭(2-21)地面振动的加速度作为转换对象时,涡流式地震检波器具有二阶高通特性,因此它是加速度检波器的一种。

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