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：
数字检波器工作原理
数字检波器与传统检波器的区别
• 数字检波器和传统检波器在原理和功能上 完全不同，传统意义上的地震检波器是以 电磁感应方式将地震(振动速度)信号转换 为模拟电信号输出，而数字检波器是以重 力平衡方式(MEMS 技术)将地震(振动加速 度)信号直接转换为高精度的数字信号。
数字检波器的优点
G 2
2 (0 2 ) 2 4h 2 2
2h 相位特性为： ( ) arctan 2 0 2
二、涡流式地震检波器的主要技术指标（见课本）
结论：涡流检波器能提升高频信号，但它的 灵敏度与常规检波器的灵敏度相比较太低，大约 低50倍左右。
作业
1.独立分析压电式检波器的工作原理。 2.涡流检波器工作原理分析，并了解它与电 动式检波器相比较有哪些优缺点？
2Dω ω0 φ （ω ）＝-arctan 2 2 ω0 -ω
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。
四、地震检波器的分类
• • • • • • • • • • • • 从使用环境分有： 陆上检波器 沼泽检波器 海上检波器 从工作原理分有： 动圈式检波器（常规检波器和超级检波器） 压电检波器 数字传感器(数字检波器) 按输出信号所跟踪的物理量分有： 速度检波器 加速度检波器 压力检波器
陆上地震检波器 （动圈式速度检波器）
d L
传递函数为：
Va ( j ) P ( j )
G
2 0 0 (1 2 ) j 2 D
式中
自然频率：
0
1 r L1C (1 1 ) R2
阻尼系数：
L1 1 D 0 (r ) 1C 2 R2
传输常数 r1 R r2 RL Ra
(1)直接以电信号平衡重力变化原理来感应地 震波的振动加速度信号； (2)幅度与相位频率特性曲线在800Hz内都是平 坦的直线； (3)信号失真度低于0.003%，即瞬时动态100dB 以上； (4)抗电磁干扰能力强，传感器直接输出24位一 个样点的数字信号； (5)能自动识别和校正垂直地心方向的倾斜角 度。
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
dx 3.铝制线圈的电磁阻尼力 FT dt
s 2 dx FL R dt
根据牛顿第二定律导出电动式检波器的运动方程如 下示： 2 2
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。
一、压电陶瓷的压电效应
压电检波器等效成一 个与电容相并联的电荷源， 如右图a示,或等效成一个电 压源，如右图b示。
若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
检波器的埋置
检波器组合——检波器串
m
检波器组合的连接方式
涡流检波器（加速度检波器）
压电检波器
HYD-1型压电检波器
HYD-1型压电检波器 • 是一种压电传感器， 它具有体积小、密封 性能好、灵敏度高等 特点。水下工作深度 • 1米—35米，可以和美 国2512型压电检波器 互换使用。可用于海 洋、水库、河流等水 域地震勘探。
R2 n2 (R r2 )
三、带电荷放大器的海上检波器
jCR f V0 该电路传递函数为： Vc (1 jC f R f )(1 jCRL )
变换后可得带电荷放大的海上检波器的 传递函数为：
V0 ( j ) 1 1 G P( j ) 1 1 j 1 j 2
迈克尔·法拉第（Michael Faraday，公元1791～公元1867）英国物理
学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。生于萨里郡纽因顿一个贫苦
铁匠家庭，仅上过小学。迈克尔·法拉第是英国著名化学家戴维的学生和助 手，他的发现奠定了电磁学的基础，是麦克思韦的先导。 1831年10月17日， 法拉第首次发现电磁感应现象，在电磁学方面做出了伟大贡献。 法拉第最先提出电场概念和电场线概念。更主要的是他在电化学方面（对电流所产生的化学效 应的研究）所做出的贡献。经过多次精心试验，法拉第总结了两个电解定律，这两个定律均以他的 名字命名，构成了电化学的基础。他将化学中的许多重要术语给予了通俗的名称，如阳极、阴极、 电极、离子等。 法拉第的照片在1991年至2001年时，被印在20元的英镑纸币上。南极洲的前英国实验室：法拉 第气候研究站以他为名，而电容则以法拉作为单位。此外，一莫耳的电子所含的电量（约 96485库 仑）也称为法拉第常数，让世人缅怀他在电学上无与伦比的贡献。法拉第电磁感应定律陈述一随时 间改变的磁通量会创造电动势。法拉第在英国皇家研究院（Royal Institution ）中任富勒里安化 学教授，并指为终身职。在所有任过此职者中，法拉第为第一个，也是最为出名的学者。 爱因斯坦在他的学习墙上放着法拉第的一张照片，并将其与牛顿和麦克斯韦放在一起。
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。
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。 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。
变压器耦合海上检波器阻抗匹配较好. 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。
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。
第三章 地震检波器
第一节 电动势地震检波器
电动势地震检波器的 结构和外形如右图示： 当地面存在机械振动时， 线圈对磁铁作相对运动切割 磁力线，根据电磁感应原理， 线圈中产生感生电动势，且 感生电动势的大小和磁铁的 相对运动速度成正比，线圈 输出的模拟电信号与地面机 械振动的速度变化规律是一 致的。
迈克尔·法拉第
四、性能参数 1.阻尼 电动式检波器的阻尼为：
S2 1 D D0 Dc 2M 0 4 Mf 0 R
2.自然频率 3.灵敏度 电动式检波器输出电压是： V G0 Z
R0 S Z RC R0
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
三、频率响应
电动式检波器的幅频特性为：
G ( ) H ( j )
G0 02 2 0 2 (1 2 ) (2 D )
1 2
可见电动式检波器在以地面振动速度作为输入量时，输 出电压呈现二阶高通滤波器的频率特性，因此对低频面波干 扰可以有一定的压制作用。
V K P
式中 K—一个与压电常数成正比且与压电检波器结构 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
V0为变压器次级电压，它与仪器输入端得到的电 压Va关系为： Ra 图中R为： R ( R
Va V0
RL Ra
Ra ) R Rd RL Ra