地球物理勘探中新型地震檢波器的研究

（中國地震局地球物理勘探中心 河南鄭州450000）

（中國地震局地球物理勘探中心 河南鄭州450000）

針對常規地震檢波器諧波失真度高、靈敏度低的問題，研究了地球物理勘探中一種新型磁環地震檢波器。從地震檢波器的工作原理出發，探討了新型磁環地震檢波器的設計和實驗，通過研究表明，新型磁環地震檢波器能夠很好滿足地球物理勘探高精度、低諧波失真度的要求。

地球物理勘探地震檢波器精度諧波失真

0 前言

地震檢波器是地球物理勘探中采集地震數據的重要儀器，其必須要有著較高的精度和較低的諧波失真度。傳統的地震檢波器有著氣隙磁場強度弱、均勻性差的缺點，其諧波失真度較高，使得在實際應用的過程中，檢波器的靈敏度較差，容易導致檢測結果失真，因此有必要研究一種高精度、低失真度的新型地震檢波器。本文以輻向磁場設計思路為基礎，提出了一種新型磁環地震檢波器，旨在為地球物理勘探中高精度檢波器的研發提供參考。

1 地震檢波器工作原理概述

從本質上來講，地震檢波器屬于傳感器，其能夠將地震勘探激發的地震波轉換為電動勢。地震檢波器在地球物理勘探中有著重要的應用，其主要采用磁電動圈式結構，在地震勘探的過程中，不同地層會向地表反射地震波，地震波傳遞到地面會通過尾燈導致磁鋼振動，磁鋼和線架在振動作用下會產生相對運動，相對運動則會轉換為電信號輸出，從而完成地震波向電動勢的轉換[1]。

在理想的工作狀態下，檢波器工作頻帶內其輸出和輸入呈現線性關系，檢波器的輸入指的是地震波的速度和加速度輸入，檢波器的輸出指的是電壓輸出。但在檢波器的實際應用過程中，其會受到彈簧片假頻非線性以及氣隙磁場不均勻的影響，從而導致諧波失真[2]。因此，不僅要對彈簧結構進行改善，消除假頻非線性影響，同時要對檢波器電磁場內部氣隙磁場進行研究，消除氣隙磁場不均勻的影響。

2 新型磁環地震檢波器的設計及實驗

2.1 新型磁環地震檢波器的設計

2.1.1 磁路設計分析

要想提升地震檢波器的靈敏度和準確度，避免諧波失真，保證檢波器氣隙磁場的均勻至關重要，磁場在軸向上不能出現分量，同時強度要大。因此在磁路設計的過程中，采用高性能輻向充磁的FeCo基磁鋼，將FeCo基磁鋼作為磁源磁路，以此來取代傳統檢波器的釹鐵磁鋼。

在新型磁環檢波器中，磁場從磁環N極出發，之后穿過氣隙場，從而形成均勻的氣隙磁場分布，磁場的方向與線圈運動方向垂直，此時檢波器的靈敏度最大，諧波失真度最小[3]。對于普通檢波器來說，其主要通過磁靴進行導磁，因此在氣隙場中形成的磁場并非均勻分布，磁場方向與線圈的運動方向并不垂直，其檢波器靈敏度會降低，諧波的失真度會增加。用Hall磁傳感器對新型磁環檢波器和常規檢波器的磁場分布進行測定，通過對比發現，新型磁環檢波器的氣隙磁場均勻場寬度為13毫米，磁場強度為560mT，而常規檢波器的均勻磁場寬度為6毫米，磁場強度為300mT。由此可見，相較于常規檢波器來說，新型磁環檢波器的氣隙磁場均勻更寬，其磁場強度更強。

2.1.2 新型磁環檢波器芯體結構設計

新型磁環檢波器芯體結構設計，磁鋼選用FeCo基磁鋼，其溫度系數為-0.04%每攝氏度，其磁能積較高，取代傳統軸向充磁磁鋼，針對磁環充磁難的問題，采用真空粉末冶金燒結、充磁之后整體性粘結的辦法來進行解決，通過此路設計軟件來對磁路和芯體結構進行優化設計[4]。在塑料外殼中，封裝芯體、電纜線以及防水帽，之后在塑料外殼外裝設尾燈，則構成了用于地球物理勘探的新型磁環地震檢波器。

2.2 新型磁環地震檢波器的實驗

2.2.1 特性參數的測試結果

新型磁環地震檢波器屬于二階振動傳感器的范疇，因此主要采用階躍電測法來測試檢波器的性能參數，在新型磁環檢波器的輸出端，用檢波器測試儀增加一個穩定電流，檢波器的懸體處于永久磁場中，在電流的作用下，檢波器的懸體會受到磁場力的作用，從平衡位置離開，之后快速車墊檢波器測試儀提供的穩定直流，此時檢波器懸體會突然失去磁場力的作用，從而作自由衰減振動。在整個過程總，新型磁環檢波器兩端的電壓為一階躍電壓，因此，檢波器懸體的自由衰減振蕩輸出的響應為階躍響應，之后生成階躍響應曲線，從曲線中能夠提取出新型磁環檢波器的參數，例如固有頻率、靈敏度以及阻尼比等檢波器參數都能夠在階躍曲線中提取出來[5]。根據測試結果表明，新型磁環檢波器的諧波失真度值在0.05以下，遠遠小于常規地震檢波器的諧波失真度，新型磁環檢波器的靈敏度為280/mv/cm/s，大于其他常規地震檢波器的靈敏度，且誤差范圍相較于常規地震檢波器縮小了2.5%，由此可見，相較于常規地震檢波器來說，新型磁環檢波器的性能更加優良。

2.2.2 新型磁環檢波器幅頻特性曲線分析

圖1為新型磁環地震檢波器的幅頻特性曲線，從曲線中可以看出，新型磁環檢波器在寬頻帶內的靈敏度較高，諧波失真度較小，線性明顯，而地球物理勘探中對精度以及分辨率的要求較高，由此可見，新型磁環地震檢波器能夠很好的滿足地球物理勘探的要求。

圖1 新型磁環檢波器幅頻特性曲線

3 結論

綜上所述，本文研究了一種用于地球物理勘探的新型磁環地震檢波器，井檢測，其精度較高，諧波失真度較低，符合地球物理勘探對精度及分辨率的要求。

[1]唐東林,梁政,陳浩.用于地震勘探的新型高精度地震檢波器研究 [J].振動與沖擊, 2008.

[2]劉升虎,邢亞敏.一種壓電加速度地震檢波器的設計與研究 [J].傳感器與微系統, 2007.

[3]譚紹泉,余欽范,徐錦璽,劉泰生,秦豹,何京國.新型陸用壓電檢波器在灘淺海地區地震勘探中的應用及效果 [J].石油物探,2004.

地球物理勘探中新型地震檢波器的研究

■侯黎華

P315[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-228-1

侯黎華（1979～）男，大專，助工，研究方向為地球物理物理勘察。