劉巖

（西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院，陜西西安，710065）

0 引言

地震檢波器在地震勘探領(lǐng)域的地位非常重要，它的工作原理是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，即將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。在地震勘探中進(jìn)行檢波器的校準(zhǔn)，在生產(chǎn)中測(cè)試地震檢波器的參數(shù)信息，精準(zhǔn)測(cè)試是檢波器的基礎(chǔ)。那么，檢波器測(cè)試儀所使用的參數(shù)測(cè)試方法的研究對(duì)實(shí)際地震檢波器的生產(chǎn)和地震勘探工作都有著非常重大的意義。

動(dòng)圈式地震檢波器主要分為實(shí)驗(yàn)室計(jì)量校準(zhǔn)法以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試法。這兩種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)室計(jì)量校準(zhǔn)法相對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試法測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確度高；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試法具有測(cè)試簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，但測(cè)試的結(jié)果不準(zhǔn)確，直接影響結(jié)果。如何解決這種問(wèn)題就是本課題研究的目的所在。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

檢波器本身是一種振動(dòng)傳感器，在地震勘探過(guò)程中的作用非常重要。這里主要對(duì)振動(dòng)臺(tái)法和直流激勵(lì)法進(jìn)行介紹。

各個(gè)計(jì)量實(shí)驗(yàn)室和儀器儀表檢測(cè)單位一般都是采用振動(dòng)臺(tái)測(cè)量法，這種測(cè)量方法測(cè)量出來(lái)的參數(shù)值比較準(zhǔn)確。振動(dòng)臺(tái)測(cè)試方法的原理是輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)發(fā)生器傳送給功率放大器，然后傳到振動(dòng)臺(tái)，使振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面產(chǎn)生垂直或水平方向的正弦振動(dòng)，在振動(dòng)臺(tái)上的檢波器檢波器產(chǎn)生響應(yīng)，這個(gè)響應(yīng)將檢波器的各個(gè)參數(shù)反饋出來(lái)。在20世紀(jì)中期，振動(dòng)測(cè)量沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)國(guó)家按照自己的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，使得振動(dòng)測(cè)試結(jié)果各不相同。為了統(tǒng)一振動(dòng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)了互易測(cè)試技術(shù)，它的出現(xiàn)大大降低了測(cè)量誤差，使測(cè)量技術(shù)邁上新的臺(tái)階。20世紀(jì)60年代，出現(xiàn)了激光干涉技術(shù)，這種技術(shù)幾乎覆蓋了所有的振動(dòng)幅值范圍，測(cè)量準(zhǔn)確度大大提高。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，近年來(lái)尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)分析模擬技術(shù)和電子科學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)算法與軟件仿真等，可以精確的計(jì)算出振動(dòng)參數(shù)，將許多理論上的研究轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。

動(dòng)圈式地震檢波器是地震勘探現(xiàn)場(chǎng)主要采用的儀器，其測(cè)試一般采用直流激勵(lì)法。直流激勵(lì)方法是當(dāng)電流斷開(kāi)時(shí)，利用檢測(cè)器的輸出阻尼正弦波的第一和第二峰值的幅度向檢測(cè)器提供恒定電流，以測(cè)試檢波器的參數(shù)。20世紀(jì)80年代中后期，出現(xiàn)了SMT-100等地震檢波器，這種檢波器的使用和推廣，能使得儀器公司使用直流激勵(lì)法來(lái)測(cè)試地震檢波器的參數(shù)。這是因?yàn)橹绷骷?lì)測(cè)試儀做的簡(jiǎn)小，攜帶方便，測(cè)試速度快，尤其是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行成串測(cè)試。目前，市場(chǎng)上主要就是采用地震檢波器使用直流激勵(lì)方法來(lái)測(cè)試地震檢波器的性能。

2 動(dòng)圈式檢波器阻尼系數(shù)

動(dòng)圈式檢波器阻尼比公式為：

阻尼系數(shù)Bt較大(如大于0.6)時(shí)，A2將很小，針對(duì)這種現(xiàn)象，采用一種新的測(cè)量方法——線性擬合法，借助于數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法中的相關(guān)性分析和顯著性檢驗(yàn)，對(duì)包含的測(cè)試函數(shù)或依次進(jìn)行篩選以建立較合適的模型。該方法避免了第二個(gè)峰值過(guò)小的問(wèn)題。

針對(duì)測(cè)試過(guò)程中，給檢波器一個(gè)正弦脈沖，檢波器本身的原因或者是外界干擾問(wèn)題，測(cè)得的波形會(huì)產(chǎn)生“毛刺”，“毛刺”的產(chǎn)生是過(guò)零時(shí)間不定造成的。在計(jì)算過(guò)程中，會(huì)造成誤差過(guò)零時(shí)間不定，產(chǎn)生零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，會(huì)直接影響到檢測(cè)的準(zhǔn)確性與可靠性，這就需要更改測(cè)試方法來(lái)消除誤差。

3 動(dòng)圈式檢波器靈敏度

3.1 振動(dòng)臺(tái)測(cè)試法

3.2 電模擬測(cè)試法

下式就是檢波器靈敏度G的計(jì)算公式：

靈敏度的測(cè)量結(jié)果有其局限性，靈敏度的值離不開(kāi)阻尼系數(shù)和自然頻率，若前兩項(xiàng)結(jié)果誤差大，將直接導(dǎo)致靈敏度的計(jì)算誤差增大。

直流激勵(lì)法測(cè)量檢波器靈敏度的值的根本是：必須消除這種測(cè)量方法所固有的方法誤差，（1）當(dāng)動(dòng)圈真正開(kāi)始回落時(shí)，求出此時(shí)的激勵(lì)電流I0值；（2）剔除放電脈沖對(duì)阻尼振蕩曲線的影響。

軟測(cè)量是一種很好的消除這種測(cè)量方法固有的誤差的方法。軟測(cè)量是一種新興技術(shù)，其基本思想是通過(guò)數(shù)學(xué)使用難以檢測(cè)的量有密切相關(guān)且易于檢測(cè)的量（以下稱(chēng)為輔助變量），通過(guò)模型運(yùn)行分析，得到主變量的估算值。

4 動(dòng)圈式檢波器假頻

測(cè)試假頻可采用旋轉(zhuǎn)激振或水平激振方式。

實(shí)驗(yàn)室這種檢測(cè)假頻的測(cè)試方法只是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試總結(jié)的一種方法，測(cè)試結(jié)果沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)得到的數(shù)據(jù)。因此，根據(jù)相關(guān)學(xué)者研究現(xiàn)狀，找出可行的測(cè)試方案。對(duì)假頻測(cè)試方法分析，測(cè)出其準(zhǔn)確性尤為重要。

圖2 測(cè)試方法

假頻在實(shí)際地震勘探過(guò)程中不可避免，如何消除假頻的影響尤為重要。羅亦銀等在《地震檢波器偽信號(hào)及假頻的探討》中對(duì)假頻信號(hào)進(jìn)行了探討，并提出一些假頻測(cè)量方法模型。但都沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)。如何解決假頻測(cè)量準(zhǔn)確性，需要找尋新的方法。

5 總結(jié)

本文旨在對(duì)現(xiàn)有動(dòng)圈式地震檢波器參數(shù)測(cè)試方法現(xiàn)狀進(jìn)行分析，找出在測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的一些不可避免的問(wèn)題，如阻尼系數(shù)過(guò)大，測(cè)試誤差增大，試采用線性擬合法來(lái)減小誤差；測(cè)阻尼波形如何消除“毛刺”；直流激勵(lì)法如何消除固有誤差；如何消除假頻的影響等。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).地震檢波器.SY5046—91[M].石油工業(yè)出版社.

[2]石金成等.直流激勵(lì)法測(cè)量地震檢波器的原理和溯源[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,1999 (3).

[3]付小寧,石金成,馮旭東等.直流激勵(lì)法測(cè)定動(dòng)圈式檢波器靈敏度的溯源性研究[J].西安礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),1998,18(3).

[4]丁偉,張家田.地震勘探檢波器的理論與應(yīng)用[M].西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社,2006.

[5]Geophone Response Equations and Their Application.Technical Information No. 100-G, AMF Geo Space.