用于地震勘探的新型高精度地震检波器研究
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考核磁环检波器在＋７００Ｃ一一４０。Ｃ温度范围内 特性参数变化，在各温度测试点恒温２小时。
第２期
唐东林等：用于地震勘探的新型高精度地震检波器研究
１６５
表２不同温度下磁环检波器特性参数表（开路）
频彰（Ｈｚ）
灵敏度
（ｍｖ／ｃｍＪｓ） 阻尼
９．９
９．９
１０
１０
１０
２６．８
２７．８
２８．６
２９．３
３０．４
图５磁环检波器芯体结构
所研制的磁环检波器芯体如图６所示，将芯体、防 水帽、电缆线封装在塑料外壳里，再装上尾钉，则构成 了如图７所示用于野外勘探的磁环检波器。
图８磁环检波器特性参数测试
我们测试检波器的灵敏度、固有频率、失真度等传 感器特性参数，与目前油田广泛使用的国内外性能优 越的超级检波器的特性参数比较（如美国著名的物探 公司ＧＥＯＳＰＡＣＥ公司的２０ＤＸ、ＧＳ一３２ＣＴ；国内有代表 的西安仪器厂的ＳＮ７超级检波器）。其结果如表一 所示：
ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈ ｃｕｓｔｏｍ ＡＳＩＣ，２００２．
［５］Ｃｈｅｎ Ｃａｉｈｅ，Ｗｕ Ｂｏ，Ｄｉｎｇ Ｇｕｉｌａｎ，Ｃｕｉ Ｙｕｍｉｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ
ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈｉｐ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ－－ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｏｐｔｉ－· ｃａｌ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｓｅｉｓｍｉｃ ｇｅｏｐｈｏｎｅ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＳＰＩＥ— Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．２００２，
围之内。磁环检波器在温度从＋７０。Ｃ一一４００Ｃ范围
内变化时，各指标的误差均在所设计的±２．５％范围
内。失真度均在０．１％以下。达到了设计要求。
咖
晓田加砸扛Ｓ聊髓Ｃｌ帆 ｆ＝１０Ｈｚ
啪
＾－ｉ、，．口ｈｐ—，＿－；
∞
Ｉ
１０
１∞
１０００
ｆ／ｎｚ
图９ ＲＭ一１磁环检波器幅频特性曲线
２．２．２磁环检波器幅频特性曲线 图（６）为所设计的ＲＭ—ｌ磁环检波器幅频特性
器设计中一贯采用的轴向磁场设计法，提出一种全新 的辐向磁场设计思路，提高了气隙磁场的均匀性和磁 场强度，很好地解决了检波器灵敏度低，失真度大的难 题，所设计的磁环检波器灵敏度为ｓ＝２８０ｍｖ／ｃｍ／ｓ，失 真度ｄ＜０．０５％。
基金项目：石油天然气装备教育部重点实验室资助项目：２００６ＳＴＳ０４ 收稿Ｅｌ期：２００７一０４一１３修改稿收到日期：２００ｒ７—０６－０４ 第一作者唐东林男，博士，副教授，１９７０年１１月生
振动与冲击
２００８年第２７卷
ＮｉＣｏ磁钢，磁环采用真空粉沫冶金烧结、充磁后整体粘 结的办法解决整体充磁难的问题。用专用磁路设计软 件完成磁路和结构的优化设计。
检波器测试仪在磁环检波器输出端加一稳定直流，则 由于检波器悬体处于永久磁场中而受到磁场力的作 用，从而离开平衡位置，然后将所加的直流电压突然撤 去，则检波器悬体所受的磁场力突然消失，检波器悬体 以零初速作自由衰减振荡。在这一过程中，加在检波 器两端的电压为一阶跃电压，从而检波器的自由衰减 振荡输出即为阶跃响应。在阶跃响应曲线上，提取出 磁环检波器的固有频率、阻尼比、灵敏度等参数。
１检波器理论分析 １．１检波器工作原理
检波器是将地震勘探激发的地震波转换成电动势 的传感器。广泛应用于石油、地质地震勘探的检波器 为磁电动圈式结构。如图（１）所示。
图１检波器结构示意图
它包含有磁钢（１），与地面耦合的尾钉（３），将磁 钢与尾钉刚性连接在一起的外壳（２），以及由弹簧片 （４、６）悬挂在磁钢上与磁钢有相对运动的线架（５）。在 地震勘探中，从不同地层反射至地表的地震波通过与 地面耦合的尾钉引起磁钢的振动，使磁钢与线架间产 生相对运动。这种相对运动被转换成电信号输出。
表１磁环检波器与其他检波器测试参数对比
图６磁环检波器芯体
固有频率
／Ｈｚ
渤 Ｋ）
灵敏度
蝴 拇 ５
（ｍｙ／ｅｒａ／ｓ）
１０±２．５％
１０士２．５％
Ⅲ珐 “
弘殇
㈦观 ２７５±２．５％２８８ ４－２．５％ 船
ｊ％
失真度 （＜％）
阻尼 （开路）
＜毗
＜０．１
＜Ｏ．１
如ｍ ：兮
渤 ｍ ３
０．３１６±２．５％０．３±５％
５６：２５７—－２６４．
［２］汉泽西，李彪，邵嫒，郭正虹．地震检波器发展初探
［Ｊ］．石油仪器，２００６，２０（６）：１一．
［３］王辉明，宋志翔，马国庆．ＭＥＭＳ加速度传感器开发及在地 球物理勘探中的应用［Ｊ］．勘探地球物理进展，２８（３）：
２２３—－２２６．
［４］Ａｐｐｌｉｅｄ ＭＥＭＳ ＩＮＣ．ａｎ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｌｏｗ—ｎｏｉｓｅ ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ
才能 得到加强ｕ．２ Ｊ，而作为地震数据采集的地震检波 器，就必须具有高灵敏度，高分辨率，低失真度的性能。
尽管利用ＭＥＭＳ技术进行了微机电（ＭＥＭＳ）检波 器旧’４１和微光机电（ＭＯＭＥＳ）检波器＂－６１的实验研究，但 由于电磁式检波器具有性能稳定、生产工艺成熟等很 多优势，在今后相当长的时间范围内，电磁式检波器仍 将是地震勘探中的主要采集仪器，仍将被广泛研究、使 用，其研究目标是如何进一步提高检波器灵敏度、降低 失真度以满足高分辨率的精细石油勘探。
势为：
８＝一Ⅳ誓
（２）
我们取其中一匝分析，其初始时刻ｔｏ，位置戈。；移 动至位置菇，，时刻ｔ。，如图（２）所示
ｒ
由以上分析可知：增大检波器的灵敏度、降低其失 真度，关键是要使线圈工作的气隙磁场中，磁场均匀无 轴向分量，磁场强度大。为此在所设计的磁环检波器 中，以高性能辐向冲磁的ＦｅＣｏ基磁钢为磁源的磁路。 取代普通检波器中以轴向冲磁的钕铁硼磁钢为磁源的 磁路，两种检波器的磁路示意图如图３所示：
曲线： 该检波器在较宽的频带内有高的灵敏度，信号谐
波失真小，线性性好。所以设计的磁环检波器完全满 足高精度、高分辨率地震勘探的要求。
参考文献 ［１］Ａｍｄｔ Ｒａｉｎｉｅｒ，Ｍａｙｒ Ｍｉｃｈａｅｌ．Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ
Ａｌｐｉｎｅ ｓａｌｔ ｄｅｐｏｓｉｔｓ－Ａ ｃｈａｌｌｅｎｇｅ ｆｏｒ ｇｅｏｌｏｇｉｓｔｓ ａｎｄ ｇｅｏｐｈｙｓｉ— ｃｉｓｔｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｆｏｒ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２００３，
ｄ：遥萼互丑
（１）
＾０
其中Ａ。为基波幅值
Ａ。Ａ：Ａ，…Ａ。为各次谐波分量的幅值
目前业已证明哺］：Ａ。主要由磁场的非均匀分布引
起，Ａ：由弹簧的非均匀振动引起，Ａ．＞＞Ａ：，因此，除改 善弹簧结构以减少非线性影响外，我们着重研究检波
器内的电磁场。
１．２检波器的电磁场分析
设相对磁钢运动的线圈由Ⅳ匝组成，其动生电动
ＪＢ·恐叮Ｔｒ出＝０
（３）
线圈中产生的电压为：
ｇ一』、ｒ警一Ｎ（ｆＢ·Ｋ１山。一户·Ｋ１¨＝‘
Ｎ＿ｄ ｌＢ．Ｋ２霄ｒｄｘ：
＾ｒ面ｄ Ｊ加ＸｌＢ，出＝Ⅳ告ｅ１Ｂｓｉｎｏｄｘ （４）
由上式可知：ｓｉｎ０＝１时，线圈中产生的电压ｇ为最大 值，即检波器气隙磁场Ｂ的方向与线圈运动方向垂直 时，检波器有最大灵敏度，此时，气隙磁场Ｂ无轴向分 量（无菇方向分量），均匀性最好，谐波失真最小。
图４检波器气隙磁场分布对比图 结果显示：磁环检波器气隙磁场中均匀场宽（矽）
为１３ｒａｍ，磁感应强度（Ｂ）为５６０ｍＴ。与其他高精度检 波器相比（如ＧＳ一３２ＣＴ：Ｗ＝６，Ｂ＝３００ｒｏＴ），磁环检波 器的气隙场均匀更宽，磁场更强。 ２．１．２磁环检波器芯体结构设计
根据以上思路设计的磁环检波器芯体如图５所示 辐向充磁的磁钢选用磁能积高，温度系数为 －０．０４％（。Ｃ）叫的ＦｅＣｏ基磁钢，取代轴向充磁的Ａｌ—
器必须具有磁感应强度高而均匀的气隙磁场。采用辐向磁场磁路设计和检波器结构优化设计。设计中采用辐向冲磁的
ＦｅＣｏ基磁钢和专业的磁路设计软件。所设计的检波器获得了理想的气隙磁场，气隙磁场中均匀场的宽为１３ ｍｌｎ，磁感应
强度为５６０ｍＴ．所设计的检波器特性参数为：频率∥＝１０Ｈｚ ４－２．５％灵敏度：Ｓ＝２８０ｍＶ／ｃｍ／ｓ ４－２．５％阻尼：ｂ＝０．７失真
传统的高精度电磁检波器以轴向磁场设计为基 础ｒ７ｌ，其气隙磁场中的磁场强度弱，均匀性差，造成检 波器灵敏度低，失真度大。轴向磁场设计的低频高精 度检波器（，＜２０Ｈｚ），在阻尼为最佳阻尼（ｂ＝０．７）时， 较难获得高的灵敏度（ｓ＞２８０ｍｖ／ｃｍ／ｓ）和低失真度（ｄ
＜０．０５％） 本文系统分析了检波器的电磁场理论；打破检波
２磁环检波器的设计及实验结论 ２．１磁环检波器设计 ２．１．１磁路设计
万方数据
在磁环检波器中，磁场直接从磁环Ｎ极出发穿过 气隙场，在气隙场中形成均匀的磁场分布；则气隙磁场 Ｂ的方向与线圈运动方向垂直，即０＝９０。，ｓｉｎ０＝１，由 公式（４）可知：此时检波器有最大灵敏度、最小的谐波 失真。而普通检波器通过磁靴导磁，在气隙场中形成 非均匀的磁场分布，即口＜９０。，ｓｉｎ０＜ｌ，则检波器灵敏 度降低、谐波失真增大。用Ｈａｌｌ磁传感器对磁环检波 器和其他几种普通检波器气隙场测定，磁环检波器与 其他典型结构的普通检波器磁场分布对比如图４ 所示：
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｅｄｄｙ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｇｅｏｐｈｏｎｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉ ，肌Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉ何．２００３，３７：２６０—２６３．
ｍ 址砣 ｊ ％
图７ 芯体和外壳封装后的磁环检波器
２．２磁环检波器实验结论 ２．２．１特性参数测试
磁环检波器是二阶振动传感器，对其特性的测试 采用阶跃电测法，其测试装置如图８所示。ＧＴ一７０１０
万方数据
从表１可知：磁环检波器比其他检波器的失真度 小（＜０．０５），灵敏度高（２８０ ｍｖ／ｃｍ／ｓ）。同时其指标的 误差范围小（２．５％），其综合性能优于其他检波器，精 度得到了较大提高。
（４９１９）：１—＿７． ［６］唐东林，陈才和，崔宇明，王金海．三分量光弹波导混合集
成加速度传感器［Ｊ］．光子学报，２００５，３４（７）：１０６２－－１０６５． ［７］罗福龙，易碧金，罗兰兵．地震检波器技术及应用［Ｊ］．物
探装备，２００５，１５（１）：６一１４． ［８］Ｚｈａｏ ｙｏｎｇｈｏｎｇ，Ｘｉｅ ｓｈｉｌｉｎ，Ｈｕ ｓｈｉｙｕｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｄｙｎａｍｉｃ
理想状态下，在检波器的工作频带内，检波器的输 入（由地震波产生的速度，加速度）与检波器的输出电 压成线性关系。但在实际应用中，由于气隙磁场的非 均匀性和弹簧片假频非线性影响，使检波器的输出对 输入表现为非线性响应，引起检波器的谐波失真，其失 真度为：
万方数据
第２期
唐东林等：用于地震勘探的新型高精度地震检波器研究
第２７卷第２期
振动与冲击
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫ
用于地震勘探的新型高精度地震检波器研究
唐东林，梁政，陈浩．
（西南石油大学机电工程学院，成都６１０５００）
摘 要：论述了一种新型适合高分辨率地震勘探的高灵敏度、低失真度的高精度地震检波器。为使检波器获得高
灵敏度、低失真度，对检波器内的电磁场进行了系统的研究。研究表明：要获得高灵敏度、低失真度的高精度检波器，检波
幅向充磁的磁环
轴向充磁的磁钢
（ａ）磁环检波器磁路
（ｂ）普通检波器磁路
图３磁环检波器与普通检波器磁路对比示意图
＠ｌ，＾）
‰，ｐ
图２电磁场分析示意图
Ｓ；面的方向矢为Ｋ。，面积Ｓ．、氐构成的圆柱面方 向矢为砭，圆柱面的面积为２百ｒ×缸＝２仃ｒｄｘ，由磁场 高斯定理：
Ｉ召·ｄｓLeabharlann BaiduＪＢ·Ｋｌｄｓｌ＋ＪＢ·Ｋｌｄｓｏ＋
Ｏ．２１
Ｏ．２５
０．２７
Ｏ．３ｌ
０．４１
失真度（％）０．０３
０．０３
０．０６
０．０１
０．０４
电阻（Ｑ）
３６６
３２８
３０７
３２４
３３９
从测试结果可看出：由于磁锕陛能对温度的漂移，
磁环检波器的各项指标的标称值也在变化。这在地震
勘探上是允许的，但必须达到各个检波器在不同温度
下指标的一致性，及各指标的误差必须在所设计的范
度：ｄ＜０．０５％。
关键词：检波器；磁场；灵敏度；失真度
中图分类号：ＴＰ２１２．１２
文献标识码：Ａ
高精度，高分辨率的精细石油地震勘探，要求采集 的数据必须能达到高分辨能力、高信噪比、高保真度、 高清晰度、高精确度和高可信度（六高）。只有采集到 的数据达到“六高”的要求，才能实现真正的高分辨率 数据处理，用地震勘探技术解决复杂地质目标的能力
第２期
唐东林等：用于地震勘探的新型高精度地震检波器研究
１６５
表２不同温度下磁环检波器特性参数表（开路）
频彰（Ｈｚ）
灵敏度
（ｍｖ／ｃｍＪｓ） 阻尼
９．９
９．９
１０
１０
１０
２６．８
２７．８
２８．６
２９．３
３０．４
图５磁环检波器芯体结构
所研制的磁环检波器芯体如图６所示，将芯体、防 水帽、电缆线封装在塑料外壳里，再装上尾钉，则构成 了如图７所示用于野外勘探的磁环检波器。
图８磁环检波器特性参数测试
我们测试检波器的灵敏度、固有频率、失真度等传 感器特性参数，与目前油田广泛使用的国内外性能优 越的超级检波器的特性参数比较（如美国著名的物探 公司ＧＥＯＳＰＡＣＥ公司的２０ＤＸ、ＧＳ一３２ＣＴ；国内有代表 的西安仪器厂的ＳＮ７超级检波器）。其结果如表一 所示：
ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈ ｃｕｓｔｏｍ ＡＳＩＣ，２００２．
［５］Ｃｈｅｎ Ｃａｉｈｅ，Ｗｕ Ｂｏ，Ｄｉｎｇ Ｇｕｉｌａｎ，Ｃｕｉ Ｙｕｍｉｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ
ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈｉｐ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ－－ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｏｐｔｉ－· ｃａｌ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｓｅｉｓｍｉｃ ｇｅｏｐｈｏｎｅ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＳＰＩＥ— Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．２００２，
围之内。磁环检波器在温度从＋７０。Ｃ一一４００Ｃ范围
内变化时，各指标的误差均在所设计的±２．５％范围
内。失真度均在０．１％以下。达到了设计要求。
咖
晓田加砸扛Ｓ聊髓Ｃｌ帆 ｆ＝１０Ｈｚ
啪
＾－ｉ、，．口ｈｐ—，＿－；
∞
Ｉ
１０
１∞
１０００
ｆ／ｎｚ
图９ ＲＭ一１磁环检波器幅频特性曲线
２．２．２磁环检波器幅频特性曲线 图（６）为所设计的ＲＭ—ｌ磁环检波器幅频特性
器设计中一贯采用的轴向磁场设计法，提出一种全新 的辐向磁场设计思路，提高了气隙磁场的均匀性和磁 场强度，很好地解决了检波器灵敏度低，失真度大的难 题，所设计的磁环检波器灵敏度为ｓ＝２８０ｍｖ／ｃｍ／ｓ，失 真度ｄ＜０．０５％。
基金项目：石油天然气装备教育部重点实验室资助项目：２００６ＳＴＳ０４ 收稿Ｅｌ期：２００７一０４一１３修改稿收到日期：２００ｒ７—０６－０４ 第一作者唐东林男，博士，副教授，１９７０年１１月生
振动与冲击
２００８年第２７卷
ＮｉＣｏ磁钢，磁环采用真空粉沫冶金烧结、充磁后整体粘 结的办法解决整体充磁难的问题。用专用磁路设计软 件完成磁路和结构的优化设计。
检波器测试仪在磁环检波器输出端加一稳定直流，则 由于检波器悬体处于永久磁场中而受到磁场力的作 用，从而离开平衡位置，然后将所加的直流电压突然撤 去，则检波器悬体所受的磁场力突然消失，检波器悬体 以零初速作自由衰减振荡。在这一过程中，加在检波 器两端的电压为一阶跃电压，从而检波器的自由衰减 振荡输出即为阶跃响应。在阶跃响应曲线上，提取出 磁环检波器的固有频率、阻尼比、灵敏度等参数。
１检波器理论分析 １．１检波器工作原理
检波器是将地震勘探激发的地震波转换成电动势 的传感器。广泛应用于石油、地质地震勘探的检波器 为磁电动圈式结构。如图（１）所示。
图１检波器结构示意图
它包含有磁钢（１），与地面耦合的尾钉（３），将磁 钢与尾钉刚性连接在一起的外壳（２），以及由弹簧片 （４、６）悬挂在磁钢上与磁钢有相对运动的线架（５）。在 地震勘探中，从不同地层反射至地表的地震波通过与 地面耦合的尾钉引起磁钢的振动，使磁钢与线架间产 生相对运动。这种相对运动被转换成电信号输出。
表１磁环检波器与其他检波器测试参数对比
图６磁环检波器芯体
固有频率
／Ｈｚ
渤 Ｋ）
灵敏度
蝴 拇 ５
（ｍｙ／ｅｒａ／ｓ）
１０±２．５％
１０士２．５％
Ⅲ珐 “
弘殇
㈦观 ２７５±２．５％２８８ ４－２．５％ 船
ｊ％
失真度 （＜％）
阻尼 （开路）
＜毗
＜０．１
＜Ｏ．１
如ｍ ：兮
渤 ｍ ３
０．３１６±２．５％０．３±５％
５６：２５７—－２６４．
［２］汉泽西，李彪，邵嫒，郭正虹．地震检波器发展初探
［Ｊ］．石油仪器，２００６，２０（６）：１一．
［３］王辉明，宋志翔，马国庆．ＭＥＭＳ加速度传感器开发及在地 球物理勘探中的应用［Ｊ］．勘探地球物理进展，２８（３）：
２２３—－２２６．
［４］Ａｐｐｌｉｅｄ ＭＥＭＳ ＩＮＣ．ａｎ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｌｏｗ—ｎｏｉｓｅ ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ
才能 得到加强ｕ．２ Ｊ，而作为地震数据采集的地震检波 器，就必须具有高灵敏度，高分辨率，低失真度的性能。
尽管利用ＭＥＭＳ技术进行了微机电（ＭＥＭＳ）检波 器旧’４１和微光机电（ＭＯＭＥＳ）检波器＂－６１的实验研究，但 由于电磁式检波器具有性能稳定、生产工艺成熟等很 多优势，在今后相当长的时间范围内，电磁式检波器仍 将是地震勘探中的主要采集仪器，仍将被广泛研究、使 用，其研究目标是如何进一步提高检波器灵敏度、降低 失真度以满足高分辨率的精细石油勘探。
势为：
８＝一Ⅳ誓
（２）
我们取其中一匝分析，其初始时刻ｔｏ，位置戈。；移 动至位置菇，，时刻ｔ。，如图（２）所示
ｒ
由以上分析可知：增大检波器的灵敏度、降低其失 真度，关键是要使线圈工作的气隙磁场中，磁场均匀无 轴向分量，磁场强度大。为此在所设计的磁环检波器 中，以高性能辐向冲磁的ＦｅＣｏ基磁钢为磁源的磁路。 取代普通检波器中以轴向冲磁的钕铁硼磁钢为磁源的 磁路，两种检波器的磁路示意图如图３所示：
曲线： 该检波器在较宽的频带内有高的灵敏度，信号谐
波失真小，线性性好。所以设计的磁环检波器完全满 足高精度、高分辨率地震勘探的要求。
参考文献 ［１］Ａｍｄｔ Ｒａｉｎｉｅｒ，Ｍａｙｒ Ｍｉｃｈａｅｌ．Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ
Ａｌｐｉｎｅ ｓａｌｔ ｄｅｐｏｓｉｔｓ－Ａ ｃｈａｌｌｅｎｇｅ ｆｏｒ ｇｅｏｌｏｇｉｓｔｓ ａｎｄ ｇｅｏｐｈｙｓｉ— ｃｉｓｔｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｆｏｒ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２００３，
ｄ：遥萼互丑
（１）
＾０
其中Ａ。为基波幅值
Ａ。Ａ：Ａ，…Ａ。为各次谐波分量的幅值
目前业已证明哺］：Ａ。主要由磁场的非均匀分布引
起，Ａ：由弹簧的非均匀振动引起，Ａ．＞＞Ａ：，因此，除改 善弹簧结构以减少非线性影响外，我们着重研究检波
器内的电磁场。
１．２检波器的电磁场分析
设相对磁钢运动的线圈由Ⅳ匝组成，其动生电动
ＪＢ·恐叮Ｔｒ出＝０
（３）
线圈中产生的电压为：
ｇ一』、ｒ警一Ｎ（ｆＢ·Ｋ１山。一户·Ｋ１¨＝‘
Ｎ＿ｄ ｌＢ．Ｋ２霄ｒｄｘ：
＾ｒ面ｄ Ｊ加ＸｌＢ，出＝Ⅳ告ｅ１Ｂｓｉｎｏｄｘ （４）
由上式可知：ｓｉｎ０＝１时，线圈中产生的电压ｇ为最大 值，即检波器气隙磁场Ｂ的方向与线圈运动方向垂直 时，检波器有最大灵敏度，此时，气隙磁场Ｂ无轴向分 量（无菇方向分量），均匀性最好，谐波失真最小。
图４检波器气隙磁场分布对比图 结果显示：磁环检波器气隙磁场中均匀场宽（矽）
为１３ｒａｍ，磁感应强度（Ｂ）为５６０ｍＴ。与其他高精度检 波器相比（如ＧＳ一３２ＣＴ：Ｗ＝６，Ｂ＝３００ｒｏＴ），磁环检波 器的气隙场均匀更宽，磁场更强。 ２．１．２磁环检波器芯体结构设计
根据以上思路设计的磁环检波器芯体如图５所示 辐向充磁的磁钢选用磁能积高，温度系数为 －０．０４％（。Ｃ）叫的ＦｅＣｏ基磁钢，取代轴向充磁的Ａｌ—
器必须具有磁感应强度高而均匀的气隙磁场。采用辐向磁场磁路设计和检波器结构优化设计。设计中采用辐向冲磁的
ＦｅＣｏ基磁钢和专业的磁路设计软件。所设计的检波器获得了理想的气隙磁场，气隙磁场中均匀场的宽为１３ ｍｌｎ，磁感应
强度为５６０ｍＴ．所设计的检波器特性参数为：频率∥＝１０Ｈｚ ４－２．５％灵敏度：Ｓ＝２８０ｍＶ／ｃｍ／ｓ ４－２．５％阻尼：ｂ＝０．７失真
传统的高精度电磁检波器以轴向磁场设计为基 础ｒ７ｌ，其气隙磁场中的磁场强度弱，均匀性差，造成检 波器灵敏度低，失真度大。轴向磁场设计的低频高精 度检波器（，＜２０Ｈｚ），在阻尼为最佳阻尼（ｂ＝０．７）时， 较难获得高的灵敏度（ｓ＞２８０ｍｖ／ｃｍ／ｓ）和低失真度（ｄ
＜０．０５％） 本文系统分析了检波器的电磁场理论；打破检波
２磁环检波器的设计及实验结论 ２．１磁环检波器设计 ２．１．１磁路设计
万方数据
在磁环检波器中，磁场直接从磁环Ｎ极出发穿过 气隙场，在气隙场中形成均匀的磁场分布；则气隙磁场 Ｂ的方向与线圈运动方向垂直，即０＝９０。，ｓｉｎ０＝１，由 公式（４）可知：此时检波器有最大灵敏度、最小的谐波 失真。而普通检波器通过磁靴导磁，在气隙场中形成 非均匀的磁场分布，即口＜９０。，ｓｉｎ０＜ｌ，则检波器灵敏 度降低、谐波失真增大。用Ｈａｌｌ磁传感器对磁环检波 器和其他几种普通检波器气隙场测定，磁环检波器与 其他典型结构的普通检波器磁场分布对比如图４ 所示：
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｅｄｄｙ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｇｅｏｐｈｏｎｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉ ，肌Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉ何．２００３，３７：２６０—２６３．
ｍ 址砣 ｊ ％
图７ 芯体和外壳封装后的磁环检波器
２．２磁环检波器实验结论 ２．２．１特性参数测试
磁环检波器是二阶振动传感器，对其特性的测试 采用阶跃电测法，其测试装置如图８所示。ＧＴ一７０１０
万方数据
从表１可知：磁环检波器比其他检波器的失真度 小（＜０．０５），灵敏度高（２８０ ｍｖ／ｃｍ／ｓ）。同时其指标的 误差范围小（２．５％），其综合性能优于其他检波器，精 度得到了较大提高。
（４９１９）：１—＿７． ［６］唐东林，陈才和，崔宇明，王金海．三分量光弹波导混合集
成加速度传感器［Ｊ］．光子学报，２００５，３４（７）：１０６２－－１０６５． ［７］罗福龙，易碧金，罗兰兵．地震检波器技术及应用［Ｊ］．物
探装备，２００５，１５（１）：６一１４． ［８］Ｚｈａｏ ｙｏｎｇｈｏｎｇ，Ｘｉｅ ｓｈｉｌｉｎ，Ｈｕ ｓｈｉｙｕｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｄｙｎａｍｉｃ
理想状态下，在检波器的工作频带内，检波器的输 入（由地震波产生的速度，加速度）与检波器的输出电 压成线性关系。但在实际应用中，由于气隙磁场的非 均匀性和弹簧片假频非线性影响，使检波器的输出对 输入表现为非线性响应，引起检波器的谐波失真，其失 真度为：
万方数据
第２期
唐东林等：用于地震勘探的新型高精度地震检波器研究
第２７卷第２期
振动与冲击
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫ
用于地震勘探的新型高精度地震检波器研究
唐东林，梁政，陈浩．
（西南石油大学机电工程学院，成都６１０５００）
摘 要：论述了一种新型适合高分辨率地震勘探的高灵敏度、低失真度的高精度地震检波器。为使检波器获得高
灵敏度、低失真度，对检波器内的电磁场进行了系统的研究。研究表明：要获得高灵敏度、低失真度的高精度检波器，检波
幅向充磁的磁环
轴向充磁的磁钢
（ａ）磁环检波器磁路
（ｂ）普通检波器磁路
图３磁环检波器与普通检波器磁路对比示意图
＠ｌ，＾）
‰，ｐ
图２电磁场分析示意图
Ｓ；面的方向矢为Ｋ。，面积Ｓ．、氐构成的圆柱面方 向矢为砭，圆柱面的面积为２百ｒ×缸＝２仃ｒｄｘ，由磁场 高斯定理：
Ｉ召·ｄｓLeabharlann BaiduＪＢ·Ｋｌｄｓｌ＋ＪＢ·Ｋｌｄｓｏ＋
Ｏ．２１
Ｏ．２５
０．２７
Ｏ．３ｌ
０．４１
失真度（％）０．０３
０．０３
０．０６
０．０１
０．０４
电阻（Ｑ）
３６６
３２８
３０７
３２４
３３９
从测试结果可看出：由于磁锕陛能对温度的漂移，
磁环检波器的各项指标的标称值也在变化。这在地震
勘探上是允许的，但必须达到各个检波器在不同温度
下指标的一致性，及各指标的误差必须在所设计的范
度：ｄ＜０．０５％。
关键词：检波器；磁场；灵敏度；失真度
中图分类号：ＴＰ２１２．１２
文献标识码：Ａ
高精度，高分辨率的精细石油地震勘探，要求采集 的数据必须能达到高分辨能力、高信噪比、高保真度、 高清晰度、高精确度和高可信度（六高）。只有采集到 的数据达到“六高”的要求，才能实现真正的高分辨率 数据处理，用地震勘探技术解决复杂地质目标的能力