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地震检波器

/seismic geophone/
最后更新 2024-01-06
浏览 162
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地震数据接收和采集的最前端设备。主要用于检测地震波信号。

英文名称
seismic geophone
所属学科
仪器科学与技术

1906年,俄国人加利清发明了世界上第一个机电耦合检波器,由外壳、惯性体、弹簧、阻尼器及传感器构成。此后,地震检波器的结构、灵敏度及体积都发生了巨大的变化。机电信号转换结构由最早的机电型检波器演变成电磁型、电动型及压电型检波器。接收信号的特性由最初只能接收地震波垂直分量信号演变成能够接收地震波三分量信号(一个垂直分量及两个水平分量)。20世纪90年代前,在地震勘探中广泛应用的地震检波器是荷兰传感器(Sensor)公司生产的SM-24超级检波器,特点是畸变及其他指标的容差范围小。随后,美国马克(MARK)和日本欧游(OYO)公司也相继推出了UM-2、30CT等类似产品。

60年代初,中国从仿制苏联地震检波器开始走上了研制地震检波器的道路。1965年推出单重只有50克的65-1型轻便地震检波器,随后相继推出68-1型、70-1型。70年代中期研制成功测井检波器及高频、低频检波器;80年代中期引进GEOSPACE公司20DX地震检波器和SENSOR公司SN系列检波器生产技术,经过改进和发展,已形成20DX和SN系列产品。

地震检波器种类很多,但陆地地震勘探使用电磁检波器最普遍,海上地震勘探使用压力检波器最多。①电磁检波器又称动圈式检波器,是利用电磁感应原理将地面机械振动转换成感应电动势输出的一种动圈式磁电传感器,结构如图1所示。一般由线圈、支撑线圈做简谐振动的一对弹簧片,固定在金属外壳内的永久磁铁及磁靴构成。永久磁铁及磁靴组成的磁系固定在壳体中心,并在外壳和磁靴之间建立一个环形的空间磁场,线圈系统通过上下两个弹簧片悬挂在环形空间内。②压力检波器又称水下检波器,采用压电晶体或类似的陶瓷元件作为压力传感器,产生一个与瞬时水压(和地震信号有关)成正比的电压。可以证明,这个瞬时水压与地震信号所引起的水质点的速度成正比。

图1 电磁型检波器机构图图1 电磁型检波器机构图

地震检波器在工作时能够拾取地面震动波,并转化为能够被后续仪器记录系统接收的电信号参量,性能的好坏会直接影响到地震信号记录质量和地震资料解释工作。当大地震动时,磁钢和支撑体随着震动,线圈质量体由于惯性趋向于保持静止而滞后于大地的震动。因此在线圈和磁场之间就产生了相对运动,切割磁力线而产生感应电动势,输出感应电动势的大小正比于大地震动的速度,故这类检波器又称为速度型检波器。

根据检波器的工作原理,可以分为速度型检波器(如动圈式检波器、惯性式检波器、电动势检波器、磁感应式检波器、常规检波器和超级检波器等)、加速度型检波器(如涡流式检波器和动环式检波器等)、压电检波器(如水听检波器)、MEMS检波器、光纤检波器等。

可应用于地质勘探和工程测量等领域,如地震监测、地质分析、油气勘探等。由于地震信号复杂多变,同时还会混杂噪声,所以地震检波器应该具有较广的测量范围,较好的线性度和较强的抗干扰能力。

图2 地震检波器图2 地震检波器

主要技术指标见表。

地震检波器主要技术指标(4~30Hz)

参数

CDJ-Z/P4 4Hz垂直/水平检波器

CDJ-Z/P4.5 4.5Hz垂直/水平检波器

CDJ-Z/P10 10Hz垂直/水平检波器

CDJ-Z/P15 15Hz垂直/水平检波器

CDJ-Z/P28 28Hz垂直/水平检波器

CDJ-Z/P30 30Hz垂直/水平检波器

自然频率Fn(Hz)

4±10%

4.5±10%

10±5%

15±5%

28±5%

30±5%

灵敏度G(V/cm·s-1

0.28±5%

线圈电阻Rc(Ω/20℃)

365±5%

500±5%

内阻R(Ω/20℃)

345±5%

335±5%

310±5%

415±5%

阻尼系数Bt

0.7±10%

0.58±10%

0.62±10%

谐波失真D(%)

≤0.2

绝缘电阻R(MΩ)

≥20

线圈最大位移P-P(mm)

2

悬体质量M(g)

13.2

12.8

8.6

工作温度(℃)

-40~+70

重量(g)

255

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