目录介绍：

• 1、谁能告诉我地震检波器的全部功能和特点锕。急
• 2、什么是震动传感器
• 3、地震检波器
• 4、什么是地震检波器？

谁能告诉我地震检波器的全部功能和特点锕。急

地震检波器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。 地震数据采集系统主要由传感器（又称检波器）和数字地震仪组成。检波器埋置于地面的装置，把地震波引起的地面震动转换成电讯号并通过电缆将电讯号送入地震仪;数字地震仪将接受到电讯号放大、经过模/数转换器转换成二进制数据、组织数据、存贮数据。 地震勘探是目前最常用石油勘探方法之一，它的基本原理是利用人工地震在地层中产生振动信号，根据设计要求在距离激发点不同的地方布置传感器（即地震检波器）接收振动信号，然后对接收到的振动信号进行处理、解释，根据信号的频率、振幅、速度等信息分析不同深度地层的属性、构造的形态等，从而初步判断是否有具备生油、储油条件，最后提供钻探的井位。 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。

什么是震动传感器

震动传感器是一种能够灵敏地感知地面震动的信息探测器。它是通过震动探头拾取地面振动波来探测目标的。一般将拾震器埋设在地表层，当有人员和车辆从埋设处附近经过时，拾震器就可以将目标引起的地面震动信号转化为电信号，经放大处理后发送给监控中心。震动传感器的优点：第一是灵敏度高，探测距离远。它可探测30米以内的运动人员和300米远的行驶车辆。第二是耗能少，一节电池可持续使用几个月。第三是可实施多种方式布设，如人工、空投、火炮发射等。震动传感器的缺点是只能发现目标，却无法辨别目标的性质。目前所采取的微型信息处理器震动传感器，已弥补了这个缺点。震动传感器的第二个缺点是它的探测范围与地形状况、土壤成分有关。坚硬地面下探测范围较大，松软土质处探测范围小，潮湿处几乎无法工作。

地震检波器

检波器是安置在地面、水中或井下以拾取大地振动的地震探测器或接收器，它实质是将机械振动转换为电信号的一种传感器。现代地震检波器几乎完全是动圈电磁式(用于陆地工作)和压电式(用于海洋和沼泽工作)的。这里只介绍接收纵波的垂直检波器。

(一)地震检波器的主要类型和工作原理

1.动圈式地震检波器

这类检波器结构如图3-9所示，其机电转换通过线圈相对磁铁往复运动来实现。线圈及线枢由一个弹簧系统支撑在永久磁铁的磁极间隙内，组成一个振动系统。当线圈在磁极间隙中运动时线圈切割磁力线，同时在线圈两端产生感应电势，感应电势的大小与线圈切割磁力线能量的速度成正比，也就是说，与其相对于磁铁的运动速度成正比。因此，动圈式检波器也称为速度检波器。大地作垂向运动时，磁铁随之运动，但线圈由于其惯性而趋于保持固定，使线圈和磁场之间有相对运动。对于水平的运动，线圈相对于磁铁是不动的，所以，这种检波器的输出为零。

图3-9 动圈式检波器结构图

图3-10 动磁式检波器原理示意图

2.动磁式检波器

这种检波器主要用于地震测井，因此生产的数量很少。其结构见图3-10。它是由磁铁及固定在磁铁上的线圈、弹性垫片、软铁隔板组成。地震波到达时使水压发生变化，水压变化引起软铁隔板相对磁铁发生位移，进而导致磁路的长度变化，引起磁路中磁阻差改变，磁阻变化使磁通改变，结果在线圈中产生感应电势。

3.压电式检波器

这种检波器一般用于水下一定深度接收地震波，它是用压电晶体或类似的陶瓷活化元件作为压力传感元件，当这类物质受到物理形变时(如水压力变化)，它们产生一个与瞬时水压(和地震信号有关)成正比的电压，因此，这种检波器称作压力检波器或水下检波器。

还有一种压力检波器通常安置在注满油的塑料软管内，油的作用是将水的压力变化传给检波器内的敏感元件。这类检波器包在海洋电缆(称拖缆)内。

4.涡流地震检波器

图3-11 涡流地震检波器结构图1in=2.54cm

这是日本OYO公司1984年研制成的一种新型检波器，其结构见图3-11。它是利用惯性部件和固定在机壳里的永久磁场作相对运动产生涡流，涡流又使固定在机壳里的线圈感应出电流的原理而制成。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，非磁性可运动的铜制套筒由弹簧悬挂在磁铁和线圈之间构成惯性部件。当机壳被地震振动驱动时，固定在机壳里的永久磁铁和机壳一起运动，但由弹簧悬挂着的铜制套筒因其惯性而滞后运动，于是，永久磁场和铜制套筒之间的相对运动在套筒中形成涡流，涡流的变化率引起变化的次生磁场，变化的磁场在固定的线圈中产生电动势而输出电压。

5.微机电系统检波器(MEMS)

近几年引入称为MEMS(微机电系统)的一种新检波器，亦称数字检波器。MEMS传感器是被微切削加工成微芯片的超小型检波器，与一个专用的集成电路耦合，它们实质上是微型数字加速度检波器。MEMS传感器被认为有许多超过线圈式检波器的优点，包括更好的灵敏度、瞬时动态范围、线性度、较小的电噪声和更宽的频带。它有三个正交的传感器，所以能用于多分量勘测，还能测量检波器相对地面的倾斜。

(二)检波器特性及参数选择

要研究检波器的特性，就要分析检波器惯性体所受到的作用力，从理论上建立运动方程。因为篇幅有限，这里只引用其某些结论，有兴趣的读者请参阅文献。

1.阻尼系数的选择

动圈式检波器的运动方程为

地震勘探

式中:i表示检波器线圈的输出电流;h表示阻尼系数(主要与机电耦合系数及阻抗有关);ω0是自然角频率;a是有效灵敏度;u是地面位移。

令运动方程的右端项为零(即外力消失)，可得检波器的暂态响应，其通解表示检波器的固有振动(h≠ω0时)

地震勘探

式中C1和C2为常数。

由此可见，检波器固有振动的延续时间由阻尼系数h决定。当阻尼系数h等于检波器的固有频率ω0时，上式运动方程的解为i=C1exp(-ht)+C2texp(-ht)。此时，检波器的自由振动介于周期振动与非周期振动之间，惯性体再回到平衡位置后立即停止振动，具有最好的分辨力。所以，h=ω0称为临界阻尼，如图3-12c所示。当hω0时，如果令 则上述运动方程的解为i=exp(-ht)［C1exp(jω1t)+C2exp(-jω1t)］=Cexp(-ht)sin(ω1t+φ)，这时固有振动为衰减的正弦振荡，称为欠阻尼状态(图3-12a)。当hω0时，会使接收到的振动减弱甚至失真，为过阻尼情况(图3-12b)。因此，实际工作中选择

图3-12 阻尼系数与检波器固有振动的关系

2.频率特性和相位特性

在强迫振动的情况下，设地面位移为恒定的谐和振动，则定义动圈式检波器的复频率特性H(ω)为检波器输出电压频谱与地面位移速度的频谱之比，并得到

地震勘探

其振幅频率特性为

地震勘探

其相位特性为

地震勘探

以上两种特性的曲线族见图3-13。

图3-13 动圈式检波器的频率特性和相位特性

振幅频率特性曲线族以h/ω0为参数，所有曲线都从坐标原点出发，随着频率增高振幅增大，h/ω0在0.6以下时，曲线有极大值，而当ω趋于无穷时，所有曲线都趋于a值(检波器的灵敏度值)。因此，检波器具有高通滤波性质。从利用信息的角度，要求在有效波的频带范围内的各个频率分量都不受压制，即希望这个频带内检波器的振幅频率特性曲线为水平状，图3-13a中h/ω0≈0.7时就是如此，我们把h/ω0≈0.7的阻尼系数值叫做最佳阻尼。

从图3-13b可见当频率等于检波器的固有频率时，相位特性曲线族的所有曲线都集中于 处，实际工作中可利用这一特点求取检波器的固有频率。当h/ω0≈0.7时，相位特性曲线为过原点的近似直线，这时，不同频率成分有相同的延迟，使波形不产生相位失真。

固有频率、阻尼系数、灵敏度是地震检波器的重要参数，它们分别与检波器的弹簧的弹性系数、惯性体的质量、内阻及负载阻抗、机电耦合系数、摩擦系数等有关，一个合格的检波器的这些参数应与出厂时的标定值相符，实际工作中必须测定这些参数，以便确定检波器是否具有使用价值。

同样，通过建立涡流检波器的运动微分方程，可求得位移输入时涡流检波器的频率特性为

地震勘探

式中:K是机电耦合系数;M是互感系数;R是套筒的电阻;ωu为高截止频率;ω0为自然角频率;h为阻尼系数。特性曲线见图3-14。

涡流检波器的自然频率为17Hz，在20Hz以上频率响应随频率增高其灵敏度线形增大，因此可用于高分辨率地震勘探，实践证明这种检波器对于低频干扰和面波等有较强的压制能力，对强波之间的弱反射分辨较好，但总的灵敏度低于常用的动圈式检波器，对深层反射不利。

图3-14 涡流检波器的频率响应特性

什么是地震检波器？

现在大家都知道了由地下深层反射回来的地震波的能量非常非常弱，我们怎样接收和测量这种能量呢？接收微弱地震波的第一步是用灵敏度很高的地震检波器，它甚至能将其旁边一根小草的摆动所引起的振动记录下来。检波器怎样将这种微小的振动接收下来，并展示给我们看呢？还是让我们做个最简单的实验吧！首先拿一块马蹄形磁铁固定在桌面上，然后用一个接有电流计的线圈在磁铁中间来回移动。这时，我们会发现，随着线圈的移动，电流计指针也随之偏转摆动，说明电流计中有电流流过，线圈移动越快，指针摆动越大。指针摆动的大小代表了电流的强弱，也代表了线圈移动的快慢。这是因为线圈在磁场中运动时能在线圈两端产生电动势，从而有电流流动。人们就是利用这种方法使机械振动能量变成容易测量并展示出来的电能。地震勘探用的电磁型检波器正是利用这种原理制作出来的。应用这样的检波器比直接测量地面机械振动容易得多，也便于记录、放大和显示。在地面上，按一定间距埋置众多检波器，并用它来接收地震波，多重记录和处理可制作成地震剖面。在剖面上不仅能看出地层高低起伏不平，还能看到由于地壳运动形成的断层。所以地震检波器是一种将机械振动转换为电能的机电转换装置。由于各种检波器的设计不同，因而，灵敏度和频率特性也不同，所以，形成了不同的检波器型号。现在陆地用的几乎都是动圈式电磁型检波器，目前又开发了数字检波器，沼泽或海洋中使用的检波器都是压电式的，也有人将海洋地震勘探中使用的检波器称为水听器。

地震检波器

地震剖面