地震检波器及其发展趋势

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1、地震检波器及其发展趋势一、概念地震检波器（Seismometer）是用于地质勘探和工程测量的专用传感器，是一种将地面振动转变为电信号的传感器，或者说是将机械能转化为电能的能量转换装置，核心作用是采集地震数据。二、分类常规地震检波器有磁电、涡流、压电、压阻式;新型的有：MEMS（微电子机械系统）式得数字检波器、FBG检波器。后者与常规的相比具有高频响应好、动态范围宽、抗电磁干扰，灵敏度高的特点，因此是未来检波器发展的主流。三、特性参数阻尼；失真度；灵敏度；自然频率；线圈电阻；带宽。考虑到地震信号具有：动态范围大

2、，频率范围宽，速度变化快，背景噪音多等特点。因此就要求地震检波器具有：分辨视角广，频率响应好，线性度高，抗干扰能力强等属性。 四、常规检波器1.磁电检波器：目前陆上地震勘探普遍使用电动式检波器。（1）原理：电磁感应原理利用上、下两个线圈绕制在铝制线圈架上，组成一个惯性体，由弹簧片悬挂在永久磁铁产生的磁场中，永久磁铁与检波器外壳固定在一起。当检波器外壳随地面震动时，引起线圈相对于永久磁铁运动，两线圈产生感应电动势，随着检波器外壳振动的大小变化，感应电动势也随之变化，速度越大，感应电势也大，检波器震动时，在检波器

3、的输出端输出相应的电信号，传输给地震仪器。（2）两个线圈的接法应满足：在绕制线圈时，一个线圈正绕另一线圈反绕，并把上线圈的终端与下线圈的起端联在一起（反向连接），把上下线圈的另外两个端头做为输出端。当线圈相对磁钢运动时，由于两线圈的磁场方向相反，所以连接的两线圈的感应电势是同向相加的。对于外界磁场干扰，反向连接的两线圈的感应电势是反向抵消的，这样就提高了抗干扰能力。（3）优缺点：永磁体由于受温度、地磁影响大、易氧化且磁场不稳定，地震检波器的灵敏度低、稳定性及重复性差。现场工作量大，自然频率选择较多、需要大量的

4、检波器组合，排列复杂，强度大。实际的探测工作中,地质勘探人员需要携带大量的测量器材,特别是布设探测器阵列时,沉重的电缆和众多的探测器令人不堪负荷。而探测地点又常在深山大林之中,工作量大,同时,检波器电缆易受外界电磁场的干扰,影响数据的可靠性。 2.涡流检波器（1）原理：涡流检波器内部结构与普通电动式检波器不同，是一种加速度检波器，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，它使固定的线圈产生感生电动势和电流。（2）优缺

5、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/oct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，有利于高频信号。涡流检波器虽然能提升高频信号，但它的灵敏度与常规检波器的灵敏度相比较太低，且成本较高，在实际工作中不常使用。3.压电式检波器 （1）原理：压电式检波器在海洋地震勘探中广泛使用，这种检波器是根据某些物质的压电效应制成的。当沿着一定方向对某些电介质施力使其变形时,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

6、波引起的水压变效应转变为电信号的一种机电转换装置。 （2）实例： 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。 4.压阻式地震检波器 原理及优缺点：压阻式的地震检波器是利用特定半导体的导电性质来工作的，该类型的地震检波器灵敏度高，可以测量微小的地震波变化。其测量灵敏度受到测量原件的收缩性能的影响较大，压阻式地震检波器体积小，携带操作方便，但是该类型的地震检波器性能受到

7、温度的影响较大。 五、新型检波器背景：目前，地震勘探中大量使用的地震检波器仍然是模拟检波器，随着数字检波器的广泛使用，人们发现数字检波器能最大程度地弥补模拟检波器的缺陷，大大地提高地震采集资料的品质。 在国外的勘探市场上，国外数字检波器的实验阶段已经结束，正在逐渐大规模的推广应用，数字检波器将在未来世界石油勘探中起重要作用。目前，国内数字检波器的应用还限制在很小的范围之内。 1.MEMS（微电子机械系统）式得数字检波器 （1）ＭＥＭＳ工作原理 ＭＥＭＳ本质上是由两对固定电极和一块可移动的质量块电极构成的。实际

8、上，可移动的质量块电极和固定电极之间形成了一个电容器。当可移动的质量块电极传输重力加速度时，质量块电极就会沿轴的方向上下运动。这种运动使得两个电极之间的间隙发生了变化，从而产生了不同的电容量。 这个电容量变化的信息反馈到ＡＳＩＣ电路中，从而使ＡＳＩＣ电路产生一个配平力来阻止质量块电极运动，使质量块电极返回到零位置。因惯性的作用，质量块电极会产生振动，配平力在ＡＳＩＣ电路中被转换成一个电压来阻止质量块