檢波器靈敏度和阻尼的關(guān)系

1、本文論述的是檢波器滅敏度、阻尼兩項(xiàng)指標(biāo)，討論如何通過(guò)磁鋼三參數(shù)測(cè)量和線圈架渦流測(cè)量控制阻尼、靈敏度的大小和匹配，以提高檢波器質(zhì)量一、引言為了適應(yīng)高分辨率地震勘探技術(shù)發(fā)展的需要，滿(mǎn)足與目前24位地震儀配套的要求，我廠在SN4系列檢波器的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了SN7c系列檢波器,其技術(shù)參數(shù)具有嚴(yán)格的允差±2.5%,隨著阻尼、靈敏度精度的提高，也就提高了檢波器的相位一致性，大大有利于地震勘探獲得良好的地震記錄。既要提高阻尼，靈敏度的精度，又使兩者匹配，我們不僅從理論上枳累了更深的認(rèn)識(shí),而且在實(shí)際生產(chǎn)中獲得了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。電動(dòng)式地震檢波器收到地震波的作用時(shí)，線圈相對(duì)磁鋼作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，切割磁力線，產(chǎn)生感

2、應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其大小與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度成正比，此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)即為地震檢波器的輸出信號(hào)。不同地層，檢波器都會(huì)有不同的輸出信號(hào)，輸出信號(hào)能否能真實(shí)反映地層情況，很大程度上受檢波器各項(xiàng)參數(shù)的影響，這里我們重點(diǎn)討論的是檢波器靈敏度、阻尼兩項(xiàng)指標(biāo)。在實(shí)際生產(chǎn)中遇到兩者不匹配的情況下，通常的方法是，通過(guò)試臉改變磁鋼格數(shù)或線圈架里厚來(lái)調(diào)節(jié)兩者的匹配，但一直未解決實(shí)質(zhì)問(wèn)題：為什么同一格數(shù)磁鋼、同一壁厚線架，這一批裝出的檢波器合格，卜一批裝出的檢波器阻尼、靈敏度相差很遠(yuǎn)，甚至用改變分流電阻調(diào)節(jié)也達(dá)不到合格。時(shí)于超級(jí)檢波器的阻尼、靈敏度精度有更高要求，解決這一問(wèn)題迫在眉睡。本文討論如何通過(guò)磁鋼三參數(shù)測(cè)量和線圈架渦流測(cè)量控制

3、阻尼、靈敏度的大小和匹配，以提高檢波器質(zhì)量。二、檢波器的靈敏度和阻尼的原理1 .靈敏度：檢波器磁鋼與外殼被上下蓋固定在一起，形成磁系統(tǒng)，而線圈通過(guò)柔軟的彈簧片與外殼相連，當(dāng)外殼跟隨地面震動(dòng)時(shí)，線圈由于具有慣性而滯后于外殼的運(yùn)動(dòng)，外克與線圈之間就有一相對(duì)位移，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理可知，線圈繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E為：E=BL°Nu=BtlDcNv式中：B一一工作氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度Lo一一每匝線圈平均長(zhǎng)度N一-工作氣隙中線圈繞組的匝數(shù)v一一線圈對(duì)外殼的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度Dc一一線圈的平均直徑對(duì)結(jié)構(gòu)已確定的傳感器，開(kāi)路靈敏度為：G。=BL0N=B皿N當(dāng)加上負(fù)載電阻火2時(shí)，閉路靈敏度為：R2G=-G

4、o%+&%一一線圈電阻R2一-負(fù)載電阻2 .阻尼當(dāng)作用于檢波器外力（地面震動(dòng)）除去時(shí)，質(zhì)量m由于慣性的作用不能立刻停止卜來(lái)，這種運(yùn)動(dòng)成為檢波器固有振動(dòng)，為了縮短檢波器的固有振動(dòng)延續(xù)時(shí)間來(lái)保證檢波器有足夠的分辨能力，清楚的區(qū)別到達(dá)時(shí)差很短的有效波的振動(dòng)，就要有足夠的阻尼，阻尼不能太大也不能太小，一般自然頻率偏高的檢波器阻尼系數(shù)應(yīng)當(dāng)大些，以達(dá)到檢波器相對(duì)阻尼0./0左右的最佳阻尼。阻尼的產(chǎn)生是兩部分力作用的結(jié)果：1）并聯(lián)電阻產(chǎn)生的電磁阻尼力：線圈與外殼相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)有負(fù)載電阻時(shí)，線圈與負(fù)載形成閉路，紋圈中就有感應(yīng)電流。根據(jù)楞次定律，當(dāng)線圈中有電流流過(guò)時(shí)，線圈架隨同線圈將受到阻止

5、其運(yùn)動(dòng)的電磁力EF2tt2D?N2&=BILo=BLq=-v&+&+%2）鋁制線圈架受到的渦流阻尼力：鋁制線圈作為一個(gè)單匝閉合線圈導(dǎo)體，當(dāng)線圈架前地面震動(dòng)相對(duì)于磁系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈架產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)使導(dǎo)體中產(chǎn)生渦流，此電動(dòng)勢(shì)為：Et=BL1v=BirDcpv其中：lt一一線圈骨架平均周長(zhǎng)Dcp一線圈骨架平均直徑因?yàn)榫€圈中有一部分在工作間隙外邊，所以骨架的有效電阻比實(shí)際電阻小:有效電阻其中：P一一線架材料的電阻率S一一線圈架壁厚Lg一一線圈架側(cè)面在磁場(chǎng)中的高度（工作氣隙寬度）所以渦流：渦流力Ft=Bl'pLj=Ft+Fl=BLgSrcD中+p827r2必N2由檢波器運(yùn)動(dòng)

6、微分方程式得到：叫+B2n2D?N2/)/2mp其中h為衰減系數(shù)，m為慣性體質(zhì)量三、時(shí)以上公式分析可知靈敏度與阻尼的關(guān)系:1 .影響檢波器靈敏度G的參數(shù)很多，例如：、&、N、B等等，而這些參數(shù)的變化都會(huì)影響到衰減系數(shù)h：i）減小G提高，可以通過(guò)減小圈數(shù)或加大導(dǎo)線直徑，但兩種方法均使h很快下降。ii）增加/?2,G提高，但h卻很快下降。涮）增加N,G和h均增加,但也使質(zhì)量m增加，固有頻率卜降，m增加到一定的程度,h將不能滿(mǎn)足勘探的要求，因此N不能無(wú)限制的增加。iv）提高B,G和h均有提高，這需要提高磁鋼性能，或改變磁路結(jié)構(gòu)，這提高了檢波器的成本。2的大小與8、線圈架厚度、線架導(dǎo)電率、飩鐵

7、和外殼導(dǎo)磁率以及并聯(lián)電阻有關(guān)：i）增加線圈架厚度，h增大ii）提高線架的導(dǎo)電率，h增大iii）加并聯(lián)電阻，或減小并聯(lián)電阻的阻值，h增大iv）提高磁鋼性能、擾鐵和外殼導(dǎo)磁率，提高了B,h增大四、在檢波器的實(shí)際生產(chǎn)中，我們根據(jù)以上的各種關(guān)系找出主要因索、次要因素，根據(jù)實(shí)際情況改變某些參數(shù)，以卜以SN7C-10HZ為例討論如何調(diào)節(jié)靈敏度、阻尼的匹配。檢波器靈敏度與阻尼都直接受B的影響，而B(niǎo)決定于磁路的結(jié)構(gòu)，SN7C-10HZ檢波器的磁路結(jié)構(gòu)與SN4-10HZ檢波器的基本一樣。2 .檢波器的磁路結(jié)構(gòu)：檢波器的外殼由優(yōu)質(zhì)低碳鋼制成，它既是磁路的一部分，又起著磁屏蔽作用，永久磁鐵的兩端壓著兩塊挽鐵，枕鐵材

8、料一般用導(dǎo)磁率高的純快或優(yōu)質(zhì)低碳鋼，以達(dá)到良好的聚磁效果，磁力線從永久磁鐵的一段穿過(guò)扼鐵，線圈骨架、線圈，并經(jīng)過(guò)外殼，回到微鋼的另一端，構(gòu)成一個(gè)完整的閉合磁路3 .工作氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B受那些因素影響？由漏磁系數(shù)的公式%=天Os得出dSmBmw式中Sm永久磁鋼截面積S&一一工作間隙截面積ka一一漏磁系數(shù)由上式可知，B與Sm、成正比，與56、&成反比，一般琳、已確定,提高B就要提高永久做鋼的8株活用磁導(dǎo)率更高的外殼、椀鐵材料。永久磁鋼的磁滯曲線如圖所示：8r一一剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Hc矯頑力Bm一一永久磁鋼的磁感應(yīng)強(qiáng)度Hm一一永久磁鋼的磁場(chǎng)強(qiáng)度BmHm一一最大磁能積永久做鋼的體積分與

9、4”m成正比，為了使永久磁鐵的體枳為最小，永久做鋼應(yīng)盡可能工作在最大磁能積上。我廠測(cè)最永久磁鋼磁性能的測(cè)磁機(jī)就是根據(jù)SN4系列檢波器的磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，其測(cè)量格數(shù)值是一個(gè)綜合指標(biāo)，它反映永久磁鋼最大磁能積的相對(duì)大小值。為什么格數(shù)一樣的磁鋼不一定裝出一樣的檢波器？一方面原閃是影響檢波器指標(biāo)的因素主要是他鋼的扁,，所以如果格數(shù)一樣，而明不一樣，那么情況就有變化了。比如有一批磁鋼格數(shù)測(cè)最合格，但裝出的檢波器阻尼、以敏度都偏低，也就是充不上磁，經(jīng)過(guò)抽檢三參數(shù),發(fā)現(xiàn)剩磁/低于9000高斯（正常為900010000高斯）,而矯頑力都高于1800奧斯特（正常為15004650奧斯特）以上。因此在裝配超級(jí)檢波器

10、時(shí)，每一批磁鋼不僅要測(cè)量格數(shù)，而旦要抽測(cè)磁鋼的三參數(shù)。對(duì)三參數(shù)合格的每一批磁鋼其格數(shù)數(shù)值能反映磁性能大小,格數(shù)越大，磁性能越高，B就越大。我們選取了格數(shù)202-204的磁鋼裝配出的檢波器阻尼仃大有小，可見(jiàn)線圈的渦流阻尼不一致，渦流阻尼主要與線圈架的厚度、材料的導(dǎo)電率有關(guān)，線圈架的厚度可以由機(jī)械加工保證，材料的導(dǎo)電率如何保證，線圈渦流如何測(cè)量？1995年總廠和中國(guó)金屬科學(xué)院共同研究改造的線圈架渦流測(cè)試儀，在我們經(jīng)過(guò)一年多的摸索成驗(yàn)下，使其在超級(jí)檢波器的生產(chǎn)中發(fā)揮了一定的作用。用渦流測(cè)式儀測(cè)量配好的線圈架，渦流值為600“640,有一定的離散度，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出推論：在其他半成品合格的條件下：i）

11、 202-204格數(shù)的磁鋼與渦流為618-624的線圖可以裝配出漢敏度與阻尼符合±2.5%精度要求的檢波器ii） 203格數(shù)的磁鋼與620左右的線圈可以裝出中值的檢波器。用渦流測(cè)試儀測(cè)最上卜線圈架，上架渦流值為350782,卜架渦流值為465F95.畫(huà)出分布圖其渦流值基本服從正態(tài)分布規(guī)律，由于上卜架是松配合，分別取若干只上卜.架配合起來(lái)測(cè)其渦流值，實(shí)驗(yàn)表明上架最低值與下架最低值相配渦流值為600左右,反之為640左右，所以不能隨即配對(duì)。我們按一定配對(duì)表將線圈架配對(duì)，使其100%配成渦流值616±2到624±2范圍內(nèi)，配對(duì)表如下：上線圈架下線圈架377782464-470372F76471-476364-371477-483350-356490495配對(duì)后的整個(gè)線圈架渦流值（616624）在上卜.架測(cè)量分檔過(guò)程中，仃一小部分絞架的渦流值超出了配對(duì)表中的卜.限值，如何提高這些線架的渦流值？線圈架材料是易切削含鉛鋁2011T3,線架的渦流與材料的導(dǎo)