地震儀器基礎(chǔ)檢波器課件

地震儀器檢波器基礎(chǔ)1可編輯課件PPT目錄地震信號（幅度、頻率）在儀器系統(tǒng)中的傳播及變化儀器完好性及儀器指標的意義地震儀器的功能塊及主要器件的比較和檢修的開發(fā)2可編輯課件PPT傳感器的物理基礎(chǔ)與應(yīng)用

“教材”給傳感器下的定義是：“能將能感受到的物理量（如力，熱，光，聲等）轉(zhuǎn)換成便于測量的量（一般是電學(xué)量）的一類元件?！边@就是說，傳感器是屬于具有功能轉(zhuǎn)換的元件。一、熱電傳感器熱電傳感器利用元件的電參量（電阻或電勢）隨溫度變化的特性來測量溫度。其中將溫度轉(zhuǎn)換成電勢變化的稱為熱電偶傳感器。將溫度轉(zhuǎn)換為電阻變化的稱為熱電阻和熱敏電阻傳感器。熱電阻傳感器一般利用純金屬（如鉑銅鐵鎳等）具有正電阻溫度系數(shù)（PTC）的特性制成的。熱敏電阻利用半導(dǎo)體材料制成。半導(dǎo)體比金屬具有更大的電阻溫度系數(shù)。半導(dǎo)體熱敏電阻又可分為正電阻溫度系數(shù)（PTC），負電阻系數(shù)（NTC），臨界電阻溫度系數(shù)（CTR）等幾種。PTC熱敏電阻一般用BaTiO3（鈦酸鋇）系列材料制成。當溫度超過某一定值時，其電阻值快速增長。主要用于各種電器設(shè)備的過熱保護，發(fā)熱源的定溫控制（如電熱蚊香的發(fā)熱元件）和用作限流元件。還可用于彩電消磁。CTR熱敏電阻利用V03（氧化釩）系列材料制作。具有在某個溫度值上電阻能急劇變化從而用作溫度開關(guān)。NTC熱敏電阻應(yīng)用廣泛。它是一種氧化物的復(fù)合燒結(jié)體。隨著溫度的升高，其電阻率反而減小。NTC熱敏電阻主要用于低溫范圍（－100℃～300℃）的溫度控制在穩(wěn)定工作狀態(tài)下，熱敏電阻除了可用來測量溫度外，還可用來測量和控制流體的流速和介質(zhì)密度等。3可編輯課件PPT二、光電傳感器教材中說：“光電傳感器是利用光敏電阻將光信號轉(zhuǎn)換成電信號”。光敏電阻也是一種半導(dǎo)體材料，其物理特性使光的照射能使電阻明顯減?。ɑ蛘哒f其電阻明顯增大）。有一種CdS光敏電阻照亮?xí)r電阻可小于2kΩ，無光照射時其電阻可大于4MΩ，而兩者相差2000多倍。光敏電阻的一個重要特性是存在一定的光波波限λ0，超過λ0的光波即使光很強，其電阻值也并不明顯下降?？梢姡挥心芰看笥趆v0＝hc／λ0的光子才能在光敏電阻中產(chǎn)生電子──空穴對，這是光電效應(yīng)基本原理的又一重要應(yīng)用。光電傳感器作為光控開關(guān)。三、其他種類傳感器還有電阻應(yīng)變式傳感器，電容式傳感器，變磁阻式傳感器，磁電式傳感器，壓電式壓磁式傳感器，霍爾傳感器等，這些傳感器都可以單獨的傳感器或幾種傳感器元件的組合，將許多非電學(xué)量（如壓力，壓強，位移，速度，加速度等力學(xué)量以及溫度等）轉(zhuǎn)換成電阻，電感，電容等電學(xué)量的變化，從而檢測出電壓，電流等易測信號加以處理和顯示。電阻式傳感器是由電阻應(yīng)變片和彈性敏感元件組合起來的傳感器。將電阻應(yīng)變片粘貼在各種彈性敏感元件上，當彈性敏感元件受到外力，力矩，壓力，位移，加速度等各種力學(xué)參數(shù)作用時，彈性敏感元件將產(chǎn)生位移，轉(zhuǎn)角，應(yīng)力和應(yīng)變。電阻應(yīng)變片則將這些力學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)換成電阻的變化。還需要把電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化。完成這種轉(zhuǎn)換功能的電路常采用直流或交流電橋。氣敏傳感器用于檢測各種氣體的成份。。上世紀60年代，利用金屬氧化物半導(dǎo)體研制出可燃氣體傳感器，以及發(fā)現(xiàn)在氣敏元件中加人少量催化金屬，可以大大改進氣敏傳感器元件性能4可編輯課件PPT轉(zhuǎn)速傳感器----就是旋轉(zhuǎn)編碼器，將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖波（5VDC)送入PLC或其它處理器進行處理。

電流傳感器----就是電流變送器，將0-5A或更大的電流信號轉(zhuǎn)換成4——20mA或0——20mA的標準控制信號給處理器。

電壓傳感器----就是電壓變送器，將0——100V或更大的電壓信號轉(zhuǎn)換成0——10V的標準控制信號給處理器。

振動傳感器----檢測機械設(shè)備的振動，進行線性輸出或繼電器輸出。

霍爾傳感器----就是電感式的接近開關(guān)，采用霍爾原理。檢測距離不會超過10mm。輸出信號一般都是直流三線制的PNP或NPN輸出。

缸壓傳感器——就是壓力傳感器，可以輸出繼電器信號也可以是線性信號。

空氣流量傳感器——可以輸出繼電器信號或電壓、電流的線性信號。

氧傳感器——

節(jié)氣門位置傳感器

溫度傳感器——這個一般都是線性的電壓輸出。并且要配合溫控器使用5可編輯課件PPT檢波器常規(guī)反射地震勘探中接收的地震有效波的頻率范圍一般在0～300Hz之間,并要求傳感器在此頻率范圍內(nèi)對振動的響應(yīng)包括相位和振幅響應(yīng)是線性、穩(wěn)定的。對地震波而言,大地是一個非線性系統(tǒng),一般是頻率越高地震波的能量就衰減越快,這就使到達檢波器的高頻振動信號要比低頻振動信號小得多,要采用更多的疊加次數(shù)才能有效突出高頻弱小反射信號。為此就產(chǎn)生了一種幅度頻率特性與大地相反的檢波器,以便補償大地對高頻弱小信號衰減的能量,這就要加速度檢波器。6可編輯課件PPT地震勘探中實際的地震信號可以從μV級到1V以上，其動態(tài)范圍大于120dB。目前儀器記錄動態(tài)范圍已達120dB以上。然而儀器所能記錄的信號，必定是檢波器所能響應(yīng)的地震信號。通過儀器所記錄下來的地震信號的動態(tài)范圍，首先取決于檢波器本身的動態(tài)范圍眾所周知，國內(nèi)的勘探裝備現(xiàn)在幾乎全是24位高精度遙測地震儀，儀器本身的有效動態(tài)范圍已達到120dB以上(理論值140dB)，想在儀器本身提高勘探質(zhì)量難度已很大，而與之配套的地震檢波器其動態(tài)范圍。檢波器動態(tài)范圍一覽表

動態(tài)范圍(dB)

53.97

60

66.02

73.98

80

失真度（％）

0.2

0.1

0.05

0.02

0.01

目前，國內(nèi)檢波器的失真指標要求在0.2%以下，其動態(tài)范圍小于60dB，不及儀器動態(tài)范圍的一半。

可見，如何提高檢波器自身的動態(tài)范圍，已成為提高地震勘探質(zhì)量的瓶頸，雖然對提高檢波器的動態(tài)范圍到底對地震勘探質(zhì)量的能提高多少，目前沒有量的概念，但是，檢波器的動態(tài)范圍越大，其地震數(shù)據(jù)就越能真實的反應(yīng)地質(zhì)概貌，這是物探專家們的共識。所以說，低失真的檢波器是勘探業(yè)內(nèi)一直追求的檢波器。這是本系列檢波器要解決的目標之一。

7可編輯課件PPT假頻問題（理想的頻帶）

目前有用地震信號的范圍可達到250Hz。速度型地震檢波器以其原理和結(jié)構(gòu)決定其接收信號的頻帶，以10Hz檢波器為例，接收頻帶（頻率域）一般為10~1000Hz。檢波器假頻（的存在是在檢波器頻率域的高端存在某些共振頻率區(qū)間，在這一區(qū)間檢波器有可能產(chǎn)生很大的橫向振動響應(yīng)分量，這將嚴重降低檢波器輸出信號的真?zhèn)伪?，因此檢波器假頻的設(shè)計和生產(chǎn)要求假頻區(qū)間在使用的頻率范圍之外。也就是說檢波器的假頻應(yīng)在大于250Hz的某一區(qū)間。

磁感式地震檢波器由于使用彈性材料作為頻率的載體，其假頻的存在是不可避免的。但是可經(jīng)過設(shè)計提高假頻指標，檢波器假頻與失真的設(shè)計是一對矛盾體，如何在設(shè)計和工藝上保證檢波器的高假頻低失真生產(chǎn)，多年來一直是檢波器生產(chǎn)廠家努力追求和保證的目標。一般來說高自然頻率（20~100Hz）的檢波器實現(xiàn)高假頻低失真設(shè)計與生產(chǎn)相對容易一些。如何解決自然頻率為10Hz的高假頻低失真檢波器的設(shè)計和生產(chǎn)是極具代表和實用意義的課題。

8可編輯課件PPT一、地震檢波器定義1、地震檢波器是把傳到地面和水面的地震波轉(zhuǎn)換成電信號的裝置，它是地震儀器野外數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵部件。2、地震檢波器串：將一組檢波器以串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)方式連接在一起，稱為檢波器串。4、三分量（3-C）檢波器：同時可接收水平、側(cè)向和上下三個方向振動的檢波器。5、雙檢（2-C）：由水檢（壓電檢波器）和陸檢（動圈式檢波器）組成?？赏瑫r接收海地和水中信號。二、地震檢波器分類地震檢波器按應(yīng)用環(huán)境分為陸地檢波器和水中檢波器。陸地檢波器：電動式檢波器（動磁式檢波器和動圈式檢波器）、渦流式檢波器和3-C檢波器。水中檢波器：壓電檢波器、2-C檢波器和4-C檢波器。按電學(xué)原理分主要為電動式、渦流式、壓電式。按檢測的力學(xué)分主要為速度型、加速度型、壓力型。按自然頻率高低分主要為低頻（8-10hz）、中頻（28-40hz）、高頻（60-100hz）按接受地震波的震動方向分主要為接受縱波的單分量、接受縱波橫波的三分量檢波器。9可編輯課件PPT20DX-10型檢波器芯體地震檢波器的種類10可編輯課件PPT20DX-10（3×6）（3×3）沼澤線地震檢波器的種類11可編輯課件PPT20DX系列檢波器參數(shù)一覽表(注)12可編輯課件PPT

MP-25-250壓電檢波器FB-25-14壓電檢波器地震檢波器的種類進口海底峰國產(chǎn)海底峰

國產(chǎn)超波HJ-8C雙檢地震檢波器的種類法國進口雙檢地震檢波器的種類15可編輯課件PPT美國進口雙檢地震檢波器的種類16可編輯課件PPT電動式檢波器工作原理電動式檢波器由磁鋼、線圈、彈簧片和軟鐵外殼等組成。線圈通過彈簧片于軟鐵外殼相連，線圈又處于磁鋼于軟體外殼的縫隙磁場中，工作時，軟體外殼受到地震波的作用而運動時，線圈則相對磁鋼做相對運動。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，線圈和磁鋼做相對運動切割磁力線，線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，且電動勢的大小與相對運動速度成正比，此感應(yīng)電動勢即為地震檢波器的輸出信號。17可編輯課件PPT18可編輯課件PPT

速度型檢波器結(jié)構(gòu)與特性動圈檢波器結(jié)構(gòu)示意圖穩(wěn)定速度驅(qū)動時相對電壓輸出值1100.23571010.70.50.3h=0h=0.3h=0.5h=0.7h=1h=2110180015001200900600300h=2h=0.5h=0.7h=0.3h=1速度與電壓之間的相位值19可編輯課件PPT渦流檢波器是在磁路中增加一個高電導(dǎo)率的金屬套筒,而線圈固定,當檢波器垂向振動時,懸掛在檢波器內(nèi)磁場中的金屬套筒相對于外殼在恒定的磁場中上下振動,產(chǎn)生交變的電渦流。渦流具有雙重功能:1.對慣性體的運動提供阻尼;2.產(chǎn)生次磁場使線圈切割磁力線,進而在線圈中產(chǎn)生感生電動勢。此時,感生電動勢的大小與振動激勵信號的加速度成正比,因此,這結(jié)構(gòu)的檢波器也被稱為常規(guī)加速度檢波器。20可編輯課件PPT從特性曲線圖中可以看出,檢波器的固有頻率f0是個分界點:①當振動頻率低于檢波器的固有頻率f0時,傳感器的靈敏度隨頻率減少而快速下降.速度型檢波器以(12dB/oct衰減,加速度型檢波器按18dB/oct)衰減;②當振動頻率高于傳感器的固有頻率f0時,速度型檢波器的輸出電壓靈敏度接近為常數(shù),而加速度型檢波器以6dB/oct增加。21可編輯課件PPT模擬檢波器：檢波器技術(shù)指標

衡量地震檢波器性能指標的參數(shù)有許多，主要參數(shù)包括自然頻率、阻尼系數(shù)、靈敏度、諧波失真、容差等，相關(guān)參數(shù)包括直流電阻、阻抗、假頻、噪聲、漏電、極性以及懸體質(zhì)量、線圈最大位移、允許傾斜角度、體積和重量等。下面著重介紹地震檢波器主要技術(shù)參數(shù)的物理意義及其對地震數(shù)據(jù)采集效果的影響。22可編輯課件PPT一是自然頻率：也稱固有頻率或共振頻率，它由檢波器彈性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和材料決定。自然頻率的高低主要決定地震信號的有效起始頻率。二是靈敏度：它是檢波器對激勵（振動）響應(yīng)的敏感程度，大小取決于線圈總長度和磁場強度。該指標主要反映響應(yīng)弱小信號能力。三是失真度（畸變）：它是輸出信號諧波分量總和有效值與基波分量有效值之比的百分比。該指標決定地震信號的瞬時動態(tài)范圍。模擬檢波器：檢波器技術(shù)指標23可編輯課件PPT檢波器技術(shù)指標模擬檢波器：四是阻尼系數(shù)：阻尼系數(shù)是指檢波器并聯(lián)衰減電阻后慣性體振動衰減快慢的相對比值，它主要影響分辨相鄰反射地震波的能力。五是容差：容差表示同種型號的個體檢波器互相之間技術(shù)指標的相對差異，一般用百分比表示。雖然它不是檢波器本身的技術(shù)參數(shù)，卻直接影響地震數(shù)據(jù)的采集效果，如果檢波器的一致性差，不同檢波器接收同一信號的結(jié)果就會有不同的輸出，結(jié)果將降低地震數(shù)據(jù)采集質(zhì)量和保真度。24可編輯課件PPT地震檢波器阻尼系數(shù)分析阻尼系數(shù)：阻止慣性體振動的衰減系數(shù)?！R界阻尼：使質(zhì)量體回到平衡位置而不在其相反方向有任何偏移的它的值。相當于不產(chǎn)生“反沖”的最小阻尼量。穩(wěn)定速度驅(qū)動時相對電壓輸出值1100.23571010.70.50.3h=0h=0.3h=0.5h=0.7h=1h=225可編輯課件PPT自然頻率電動式檢波器的幅頻響應(yīng)呈現(xiàn)高通濾波器的特性，是自然頻率越低，則接收深層低頻能力越強，而壓制面波的能力越弱。為了加強高通濾波效果，數(shù)字地震儀都設(shè)置了高通濾波電路。顯而易見，檢波器的自然頻率。若選得比地震儀中的高通濾波器截止頻率還低，是沒什么意義的，而且自然頻率越低的電動式檢波器其彈簧片越軟，慣性體質(zhì)量越重，因而越易損壞。因此，在反射法地震勘探中使用的電動式檢波器的自然頻率為8、10、14Hz，更低的檢波器只用于折射法地震勘探和其它用途。26可編輯課件PPT

自然頻率：

它完全由系統(tǒng)本身的彈簧振子的質(zhì)量(M)和剛度(K)所決定CSG-60CJ-120DX-2820DX-10-3dB-20dB理論上：使用不同自然頻率的檢波器，只能改變信號低截頻，而每個頻率的信噪比是不會改變的。關(guān)鍵點：保證高保真度、畸變小、寬頻接收的技術(shù)指標。自然頻率分析27可編輯課件PPT隨著地震勘探向著高分辨率、寬頻帶接收發(fā)展,要求接收系統(tǒng)既能充分響應(yīng)高頻信號又能有效響應(yīng)低頻信號,體現(xiàn)在振幅譜上就是主頻部分不宜太突出,做譜平衡能得到適當?shù)念l譜比值。這就要求檢波器應(yīng)該有足夠?qū)挼念l帶,這也是多數(shù)情況下選用10Hz自然頻率檢波器的原因。但在特殊地區(qū),有時為了突出較高頻信號并有意壓制低頻大信號(如高分辨率勘探),就應(yīng)適當選擇自然頻率高(如35Hz的檢波器)。目前市場上存在的多種自然頻率的檢波器,并不是增加了用戶的選擇,相反是增加了用戶的負擔,因為這樣反而不利于檢波器的互換通用、備件材料供應(yīng)以及應(yīng)用選型。從石油地震勘探的需求來看,我們認為只保留10Hz、35Hz(或左右)兩種自然頻率的檢波器就足夠了,通常選擇10Hz,只在特殊勘探目的時選擇35Hz。28可編輯課件PPT地震檢波器的使用

1.地震檢波器串⑴地震檢波器為何要成串使用

從五十年代到七十年代，當時我們國家使用的檢波器都是單道單只，即1道1只檢波器。從七十年代中期以后，為了提高數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，我國對檢波器的使用出現(xiàn)國際化趨勢，檢波器開始組串使用，采用檢波器串通常有如下考慮：29可編輯課件PPTa.提高檢波器整體的輸出靈敏度。通過不同的串并聯(lián)形式，可以較大幅度的提高檢波器的輸出靈敏度b.使檢波器與儀器負載的阻抗更加匹配，通過不同的檢波器串并形式可以調(diào)節(jié)接到儀器端的電阻，從而使和儀器的輸入阻抗更加匹配。c.檢波器串之間可以采用不同的串并形式，從而實現(xiàn)單道上不同形式的陣列：比如形；形；形等等，更加有利于野外采用疊加，多次覆蓋，單點多重復(fù)式勘探。地震檢波器的使用30可編輯課件PPTd.壓制面波等干擾波的需要。大多數(shù)的干擾波與地面平行，檢波器串陣列中，檢波器到達各個檢波器的時間上有較大差異，這樣，各個檢波器中產(chǎn)生的感生電壓極性也會不同，從而實現(xiàn)在檢波器串中即相互抵消一部分干擾，實踐表明，檢波器串對面波的壓制作用是十分明顯的。地震檢波器的使用31可編輯課件PPT

綜上所述，出于以上考慮，檢波器實際使用時基本都是成串使用的，由于每串中有多只檢波器工作，所以研究檢波器串的使用與維護就非常有必要了。⑵地震檢波器串常見的組串形式由于在不同地區(qū)以及勘探目的的不同，對檢波器組串形式的要求也不一樣，通常情況下有如下幾種形式：a.3串3并：即3只檢波器串聯(lián)后再與其它兩串并聯(lián)。其聯(lián)線示意圖如下：地震檢波器的使用32可編輯課件PPT1地震檢波器的使用a.3串3并：即3只檢波器串聯(lián)后再與其它兩串并聯(lián)。其聯(lián)線示意圖如下：33可編輯課件PPTb.5串2并地震檢波器的使用134可編輯課件PPT地震檢波器的使用其他連接方式如3串6并、6串2并等也有類似連接。⑶地震檢波器串的指標計算不同的檢波器組串形式將產(chǎn)生不同的技術(shù)指標，基本遵循以下計算方法：a.串電阻計算：串電阻＝單只檢波器電阻×串聯(lián)數(shù)÷并聯(lián)數(shù)＋電纜電阻其中：單只檢波器電阻要考慮如下幾項影響因素。35可編輯課件PPT地震檢波器的使用I.并聯(lián)電阻影響。一般為了阻抗匹配等因素，檢波器機芯上都并聯(lián)了一定阻值的精密電阻，這樣檢波器串中的單只檢波器電阻應(yīng)該如下計算：檢波器電阻＝（線圈電阻值×并聯(lián)電阻值）÷（線圈電阻值＋并聯(lián)電阻值）以SN4-10檢波器為例：線圈電阻r=375Ω，并聯(lián)電阻1400Ω，并聯(lián)后電阻應(yīng)等于

R并＝(375×1400)÷（375＋1400）＝296Ω36可編輯課件PPT地震檢波器的使用II.溫度影響。一般檢波器出廠時給出的技術(shù)指標都會標明環(huán)境溫度，這是因為隨著溫度的變化，技術(shù)指標會發(fā)生變化，電阻值的變化主要是漆包線的溫度系數(shù)引起的。一般檢波器測試儀中都設(shè)定了溫度系數(shù)，只要輸入?yún)?shù)時輸入準確的廠家給定的溫度和數(shù)據(jù)，測試時不會產(chǎn)生大的偏差。一般的檢波器電阻變化率可以參考如下計算：電阻變化率＝線圈電阻值×0.4％（漆包線溫度系數(shù)）37可編輯課件PPT地震檢波器的使用例如SN4-10檢波器為375Ω×0.4％＝1.5Ω，也就是說溫度每上升或下降1℃，檢波器電阻值將升高或降低1.5Ω。（375Ω是廠家給定的20℃時檢波器線圈的電阻值。使用時并聯(lián)1400Ω電阻）那么當環(huán)境溫度為30℃時，其電阻值應(yīng)該為：R溫=1.5×（30－20）+R并=15＋296＝301Ω38可編輯課件PPT地震檢波器的使用III.電纜的影響。檢波器組串時，會根據(jù)要求留有間距和引線，在進行串測試時，這部分電阻也要予以考慮，否則不能得到真實數(shù)據(jù)。一般由于所采用的電纜的線徑以及材料不同，其電纜電阻的阻值也有差異，在檢波器測試儀串指標的“電纜電阻”輸入選項中一般采用170Ω/km（全銅ф4.6電纜）指標即可滿足測試要求。一般估算時可以按下式估算：R纜＝[間距×（串聯(lián)數(shù)×2－1）＋引線長×2]×170÷100039可編輯課件PPT地震檢波器的使用例如5串2并SN4-10檢波器串，組距5.5米，出線5米，在環(huán)境溫度30℃時測試，其串總電阻大致為：

R總＝R溫×5÷2＋R纜＝301×5÷2＋[5.5×10＋10]×170÷1000＝764Ω對野外檢修和使用檢波器串時，電阻的計算是非常重要的，因為很多串的故障要依靠電阻值的變化來判斷。40可編輯課件PPT地震檢波器的使用b.串靈敏度的計算：

串靈敏度＝單只檢波器靈敏度*×串聯(lián)數(shù)*注：如果有并聯(lián)電阻，這里的單只檢波器靈敏度為并聯(lián)電阻后的靈敏度。其計算公式如下：

G’=G*[R2/(R1+R2)]G’——

并聯(lián)電阻后的靈敏度

G——

并聯(lián)電阻前的靈敏度

R1——

線圈電阻阻值

R2——

并聯(lián)電阻阻值例如5串2并SN4-10檢波器串，串靈敏度為28.8×[1400）÷（375＋1400）]×5＝113.6V/M/S3）、串阻尼、頻率、失真度可以認為等于單只檢波器的指標。其中阻尼值將會隨溫度變化而發(fā)生變化。41可編輯課件PPT地震檢波器的使用⑴地震檢波器的選型地震勘探過程中，由于大地的機械振動頻帶比較寬，加上砂石等的吸收作用，實際的可供采集的信號是很弱的，特別是深層的信號，如何能真實地記錄這些信號，施工前對檢波器的選型是非常重要的。一般而言，檢波器的選型遵循以下原則：a.高信噪比原則：通常情況下認為，檢波器的靈敏度越高越好，靈敏度越高，接受微弱信號的能力就越強，對高分辨率勘探來說越有好處，但是靈敏度高，對噪聲的放大作用也隨之增強，對環(huán)境的要求也越高，所以要綜合考慮，以高信噪比為原則。同時檢波器應(yīng)該具有較高的假頻和較低的失真度。42可編輯課件PPT地震檢波器的使用b.低允差原則：由于勘探方法需要，檢波器大都組串使用，這樣一條測線上的檢波器數(shù)量就很大，檢波器之間的指標差異越大，對信號的反應(yīng)狀況差別也越大，所以對于高分辨勘探來說，檢波器的指標要求允差盡量小。c.穩(wěn)定性原則：不同的勘探工區(qū)的自然環(huán)境有很大不同，對檢波器的要求也是不一樣的，如何保證檢波器在所使用的環(huán)境中保持穩(wěn)定的工作，一方面檢波器制造時會對環(huán)境的耐用性加以考慮，同時選型時也要注意，對于不同環(huán)境使用不同的檢波器。43可編輯課件PPTd.動態(tài)特性：檢波器的特性指標中，對動態(tài)范圍的要求也是要重點考慮的，直接關(guān)系到和儀器的對接和對信號的接受，目前普通檢波器的動態(tài)范圍在70分貝左右，超級檢波器能達到80分貝以上。⑵地震檢波器的擺放和埋置如前所述，檢波器在野外是成串使用的，為了能夠有效達到壓制干擾的作用，檢波器串必須嚴格按照設(shè)計要求進行擺放和埋置。應(yīng)盡量做到以下幾點:a.檢波器串與串之間，檢波器與檢波器之間，必須按照設(shè)計要求的圖形和間距進行擺放。地震檢波器的使用44可編輯課件PPTb.同一道檢波器盡量在同一水平面上擺放，這樣可以避免有效波到達同一串上的檢波器的時差影響，影響信號的接受效果。c.埋置時滿足“平”、“穩(wěn)”、“正”、“直”、“緊”的要求。這幾項要求非常重要，關(guān)系到檢波器的使用效果。檢波器一般埋置在地面30厘米以下位置，一方面可以抵抗風(fēng)動等一些環(huán)境噪聲的影響，同時可以減少強烈的直達波的影響。檢波器與大地耦合要好，形成同一個振動系統(tǒng)，否則會造成相位差，嚴重影響資料的采集和解釋。地震檢波器的使用45可編輯課件PPT地震檢波器的使用d.埋置時避免使用金屬物強烈敲擊檢波器護殼，因為強烈敲擊下，檢波器內(nèi)部會出現(xiàn)異常的沖擊，檢波器指標會出現(xiàn)異常，甚至對彈性系統(tǒng)和線圈系統(tǒng)造成致命損壞，從而導(dǎo)致檢波器報廢。⑶地震檢波器的運輸和存放隨著對檢波器的使用要求越來越高，檢波器的精度也越來越高，對使用、運輸和存放都提出了更高的要求，檢波器運輸過程中，要求做到輕拿輕放，避免從車頂?shù)雀咛幹苯尤酉虻孛?；存放時，倉庫要求干燥、通風(fēng)，野外存放時要注意避免強烈日曬，強烈日照對電纜等橡膠零件會加速老化，影響檢波器的防水性能和抗拉性能。檢波器存放時按照不同類型、不同年限分類堆放，以便于管理。46可編輯課件PPT組合檢波器一、組合檢波

1．組合檢波的概念組合檢波就是在每一個地震道上都采用兩個以上的檢波器，按一定形式(直線或面積)安置在排列上，同時接收地震波，并把所接收到的地震信號作為某一道共同的地震信號，用這種相加的辦法可以達到增強有效波，削弱干擾波的目的。

組合檢波是利用干擾波與有效波出現(xiàn)規(guī)律的差異和傳播方向(也就是視速度)的不同來壓制干擾波的。下2、組合檢波的形式組合檢波可以分為兩種類型：

1)直線型組合檢波：即一個組合道中的各檢波器是沿測線方向直線排列布置，這種方式主要用于瑞雷面波比較大的地區(qū)。

2)面積型組合檢波：由于直線組合只能抑制直線方向的干擾波，所以野外更多地是使用面積組合，特別是工區(qū)存在多方向的干擾波時，就要采用面積組合，面積組合形式很多如圓形、方形等，一般要通過試驗來確定組合形式。47可編輯課件PPT③單邊矩形組合：

a．檢波器組合成單邊矩形。

b．中心點對準樁號A。

c．圖形應(yīng)對稱。

d．各道檢波器所組成的圖形，應(yīng)置放在測線的同一邊。④雙邊矩形組合：各串檢波器組成雙矩形。圖形對稱于測線兩邊和樁號。

1)按組合圖形和組內(nèi)距要求，埋置好檢波器串。

2)將所放檢波器串連接好。

3)選擇合適的萬用表歐姆擋位，將表筆短路，調(diào)節(jié)歐姆零旋鈕，使指針指在零位。

4)測量小線的歐姆值。

5)檢波器串阻值正確，將檢波器夾子夾在電纜線上。在電纜插頭座上再測量本道的檢波器電阻值。

6)把自己所放電纜線的插頭和相鄰的電纜線插頭插緊。

7)選擇合適的萬用表歐姆擋位，將表筆短路，調(diào)節(jié)歐姆零旋鈕，使指針指在零位。

8)測量小線的歐姆值。

9)檢波器串阻值正確，將檢波器夾子夾在電纜線上。在電纜插頭座上再測量本道的檢波器電阻值。

10)把自己所放電纜線的插頭和相鄰的電纜線插頭插緊。48可編輯課件PPT檢波器埋置在地表類型復(fù)雜多變地區(qū)，檢波器組合方式和檢波器埋置可針對不同的地表類型因地制宜分區(qū)段設(shè)計，檢波器埋置設(shè)計以保證與大地耦合良好和能夠避開環(huán)境干擾為原則。檢波器與周圍介質(zhì)之間的耦合關(guān)系是影響分辨率接收效果的一個不容忽視的因素。檢波器埋置工作主要考慮三個方面的內(nèi)容：一、保證檢波器與地面耦合良好，改善接收條件，有效接收地下反射信息；二、減少地面干擾，特別是微震等隨機干擾，提高接收信號的高頻信噪比，拓寬頻帶，提高資料分辨率；三、盡可能減少由表層引起的反射能量吸收衰減，尤其保護地下弱小反射信號，提高資料精度。為保證檢波器埋置效果，一般要采用專用工具進行埋置。進行組合接收時，應(yīng)優(yōu)選檢波器埋置位置，在保證檢波器耦合良好的基礎(chǔ)上按設(shè)計要求擺放檢波組合圖形。檢波器埋置應(yīng)達到平、穩(wěn)、正、直、緊。因障礙不能設(shè)置檢波器的道,應(yīng)核對準確樁號,并在儀器班報上注明空道及原因。平原或水陸交互帶地震采集施工檢波器組合中心要對樁號，同一道內(nèi)檢波器的組合高差應(yīng)小于2m。49可編輯課件PPT

舉例：取儀器輸入阻抗20K，檢波器等效阻尼電阻270,則最遠道與最近道的儀器輸入電壓分別為檢波器輸出的98.18%和98.69%.假定檢波器輸出電壓為1V則兩者相差：5mV(或9.4mV)大小線對檢波器阻尼和輸出信號的影響影響阻尼的因素分析50可編輯課件PPT漏電對檢波器信號的影響電纜漏電檢波器漏電—小于10%，插頭漏電51可編輯課件PPT52可編輯課件PPT模擬檢波器：檢波器的串內(nèi)組合

不管如何組合，組合后檢波器的動態(tài)范圍并沒有提高，但內(nèi)阻和阻尼系數(shù)卻發(fā)生了變化。由于受個體檢波器之間技術(shù)指標允許一定誤差的影響，組合后的檢波器串整體性能與單只檢波器的性能就存在差別，例如引起噪聲和失真加大、相位相似性和幅度一致性降低、中心頻率擺幅變寬等。因此為了平衡組合誤差，檢波器串的組合應(yīng)該盡量以一串等效于單只檢波器為佳，即串聯(lián)的個數(shù)應(yīng)盡量與并聯(lián)的次數(shù)一樣。53可編輯課件PPT檢波器與地面耦合目的

檢波器外殼直徑要大，以增強其載荷能力，提高接收高頻信號的效果；檢波器的重量要輕，以提高檢波器—地面振動系統(tǒng)的固有頻率。當?shù)乇韼r性特征垂向無變化時，不應(yīng)該加長檢波器尾錐。但是如果表面均是沙土再需要根據(jù)其相對密度情況適當加長。54可編輯課件PPT–檢波器耦合應(yīng)注意的問題

耦合的目的是使檢波器外殼的運動與地面的運動保持一致，或者精確地重復(fù)地面的運動!

檢波器布置尾錐的長度（長≠好）：能夠滿足振動時使檢波器與地面保持緊配合。使檢波器在垂直方向的置于好的巖性層面。檢波器布置井的深度（深≠好）能夠避免高頻的干擾。能夠緊密耦合，滿足彈性剛度。小線是引進高頻干擾的主要來源之一，小線的埋置有時比檢波器埋置更重要。埋置在淺井中 -可顯著提高耦合 -減小噪音55可編輯課件PPT–野外的布置傾斜的影響

檢波器埋置的好壞（是否垂直）是影響勘探精度最為重要的因素之一！因為當檢波器布置傾斜時，使其本來不高的性能指標大大降低，主要體現(xiàn)在：

振動時摩擦系數(shù)增大，在運動速度增大時，會使阻尼引起非線性，造成輸出電壓和相位的變化，導(dǎo)致畸變。質(zhì)量體運動行程降低，使響應(yīng)的幅度降低。橫向振動響應(yīng)分量增大，嚴重降低檢波器輸出信號的真?zhèn)伪?。使彈簧片傾斜或產(chǎn)生扭曲運動，造成假頻和非線性失真。56可編輯課件PPT極淺海淤泥池航道碼頭臨港工業(yè)區(qū)真空池測線方向沼澤檢波器沼澤檢波器插沙袋沼澤檢波器插地、磚縫、綠化帶沼澤檢波器三角尾椎壓電檢波器沼澤檢波器插沙袋沼澤檢波器插地、磚縫、綠化帶大線港口碼頭航道真空、淤泥池57可編輯課件PPT三角尾椎輕壓三角尾椎重壓尖尾椎插沙袋壓沙袋尖尾椎插地三角尾椎石膏粘地在施工現(xiàn)場專門針對三解尾椎檢波器與地表接觸狀況進行了現(xiàn)場試驗，完成了系統(tǒng)的尖尾椎插地；三角尾椎石膏粘地；三角尾椎輕壓；三角尾椎重壓；尖尾椎插沙袋壓沙袋等5種形式檢波器與地表接觸狀況對比試驗。接收技術(shù)58可編輯課件PPT新港地區(qū)分布著大量沉淀池、真空池等淤泥區(qū)，檢波器無法正常插置，為改善檢波器的耦合條件，確保接收效果，現(xiàn)場進行了MP-25-250、沼澤檢波器GS-20DX、BD-25-14、DB-25-14簡裝型、淺水檢波器M1、淺水檢波器M2、壓電檢波器2512型、雙檢共8種檢波器接收效果試驗（圖34），重點對8種不同類型檢波器進行0m、0.3m、0.5m、1.0m等不同埋置深度試驗。接收技術(shù)59可編輯課件PPT數(shù)字傳感器：數(shù)字檢波器概述

數(shù)字檢波器和傳統(tǒng)檢波器在原理和功能上完全不同，傳統(tǒng)意義上的地震檢波器是以電磁感應(yīng)方式將地震（振動）信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號輸出，而數(shù)字檢波器是以重力平衡方式將地震信號的直接轉(zhuǎn)換為高精度的數(shù)字信號。數(shù)字檢波器的核心是MEMS（微電子機械系統(tǒng)）技術(shù)，這種技術(shù)就是以硅材料為基底，采用微機械加工工藝和IC工藝加工出差動電容式微機械加速度計。數(shù)字地震檢波器（傳統(tǒng)檢波器）和數(shù)字檢波器的區(qū)別？60可編輯課件PPT61可編輯課件PPT相對于傳統(tǒng)的模擬檢波器而言,基于MEMS技術(shù)的數(shù)字傳感器在技術(shù)特性上主要有以下幾點實質(zhì)性的進步:(1)直接以電信號平衡重力變化原理來感應(yīng)地震波信號。(2)幅度與相位頻率特性曲線在500Hz內(nèi)都是平坦的直線。(3)信號失真度低于01003%,即瞬時動態(tài)在90dB以上。(4)傳感器直接輸出24位一個樣點的數(shù)字信號。(5)能自動識別和校正垂直地心方向的傾斜角度。對模擬檢波器而言,它還具有故障率低、總重量和總體積小、排列布放方便、不漏電、排查故障和建立排列容易等優(yōu)點。常規(guī)速度檢波器存在的問題

1)受工作原理、工藝材料等的限制,波失真等技術(shù)指標總是達不到滿意的效果,這也是磁感應(yīng)式檢波器的瞬時動態(tài)范圍長時間沒有突破70dB的原因。

2)自然頻率檔位和串組合方式過多。自然頻率有:8Hz、10Hz、12Hz、14Hz、28Hz、30Hz5Hz、40Hz、60Hz不等;組合結(jié)構(gòu)有4×1、3×3×2、6×2不等,這就給檢波器的互換通用、備件材料供應(yīng)以及應(yīng)用選型等帶來困難。

3)個體檢波器之間的性能指標一致性較差,這就會給地震信號帶來組合失真。62可編輯課件PPT63可編輯課件PPT全數(shù)字地震儀–SYSTEMIV,408DSU（注）數(shù)字儀器特點：最新數(shù)字技術(shù)（MEMS+ASIC）---調(diào)制校準的數(shù)字輸出在地震信號頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)平坦、保持常相位非常低的畸變，動態(tài)范圍大沒有電磁干擾，如高壓線或底下電纜干擾等。第一臺全數(shù)字式地震儀器SYSTEM-IV：－有線與無線混合、智能網(wǎng)絡(luò)遙測、智能電源管理。－基于RSR的站內(nèi)存儲式無線遙測具有理論上無限的道能力SERCEL:408-DSU

－內(nèi)置加速度信號發(fā)生器做內(nèi)部測試64可編輯課件PPTVectorSeis?三分量數(shù)字傳感器指標(注)I/O數(shù)字型檢波器指標輸出范圍-3gpeakoutput噪聲-<300ng/rootHz動態(tài)范圍(100HzBW)->120db線性度偏差-<+-0.1%FS頻率相應(yīng)-DCto>1500Hz總諧波失真(THD)-<0.0001%功率耗損：0.95W體積：140mmx86mmx38mm重量：450g工作溫度：-40℃~+70℃存儲溫度：-60℃~+70℃性能高性能，單點接收器，三分量數(shù)據(jù)全數(shù)字(TrueDigital

)無電路噪聲減少泄露無接線錯誤風(fēng)險(電纜連接錯誤)VOR，傾斜測量--高的野外布設(shè)效率65可編輯課件PPT

壓電檢波器壓電式檢波器在海洋地震勘探工作中大量使用。這種檢波器是根據(jù)某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)制成的。當沿一定方向?qū)δ承╇娊橘|(zhì)施力而使其變形時，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上便產(chǎn)生符號相反的電荷。當外力去掉后，又更新恢復(fù)不帶電狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。海上檢波器正是利用這種壓電效應(yīng)將地震波引起的水壓變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕囊环N機電轉(zhuǎn)換裝置。66可編輯課件PPT壓電式檢波器是以壓電傳感器為信號檢測單元的檢波器。它以某些介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ),在外力的作用下,在電介質(zhì)表面上產(chǎn)生電荷,其電荷與所受外力成正比,從而達到把機械能轉(zhuǎn)化為電量的目的。因為壓電晶體二極板間產(chǎn)生的電荷量相等,壓電晶體為高阻抗的元件,所以可將其視為一個電容器。二極板間的電壓為U=Q/Ca,可把壓電式傳感器等效為一個電源U和一個電容Ca的串聯(lián)電路。壓電傳感器會受周圍環(huán)境的溫度、電場、磁場和壓力影響。67可編輯課件PPT

實際上，在海上每一地震道并不只使用一個壓電傳感器，一般都是將多個傳感器并聯(lián)、或串并聯(lián)使用。在海上勘探過程中，由于勘探船的拖動和海浪沖擊，海上檢波器中的壓電傳感器將不斷地受到加速度的作用。由于加速度的作用，壓電元件上將受到與質(zhì)量成正比的慣性力的作用而產(chǎn)生電荷輸出。為了消除這種加速度產(chǎn)生的噪聲，海上檢波器通常做成兩個背靠背的彎曲片。當?shù)卣鹦盘栆饳z波器附近水壓變化時，兩彎曲片形變相同，產(chǎn)生相同極性的電荷彼此相加，在輸出端產(chǎn)生信號電壓。在加速度作用下，兩彎曲片形變相反，產(chǎn)生的電荷彼此抵消，在輸出端不產(chǎn)生加速度噪聲電壓。注：水中的壓力是無方向性的，所以水中的壓電檢波器無三分量，只有單分量；又因為水中不存在剪切橫波，只有脹縮形變的縱波，所以壓電檢波器都是只接受地震縱波的單分量檢波器。68可編輯課件PPT變壓器耦合式海上檢波器壓電陶瓷元件的輸出阻抗很高，而地震儀的輸入阻抗則比它低得多。因此，常使用變壓器進行阻抗匹配，為減少導(dǎo)線間的漏電作，變壓器一般靠近陶瓷元件。對于單個壓電檢波器，變壓器就放在檢波器內(nèi)，但在海洋拖纜中，往往是幾個地震檢波器組共用一個變壓器。在海上進行地震勘探時，地震儀裝在專用的地震勘探船上，如圖4-1-9所示。裝有壓電晶體地震檢波器的拖纜安裝在船的后面隨船航行，拖纜沉放于一定的水深中，水上有稱為水鳥的電纜標志。拖纜的位置由船上的雷達監(jiān)視并作記錄。船的航行一般由衛(wèi)星導(dǎo)航定位，恒速前進。震源每激發(fā)一次產(chǎn)生地震波，拖纜中的壓電晶體檢波器便接收地震波所引起的海水壓力的變化，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電模擬地震信號，由拖纜傳送到船上的地震儀中，經(jīng)儀器記錄，成為原始的地震勘探資料。69可編輯課件PPT2-C檢波器和4-C檢波器近年來，在尋找新的后備儲量日益困難的條件下，常規(guī)地震勘探（縱波激發(fā)接收）盡管迄今還發(fā)揮著重要的作用，但對一些特殊目標的成像、巖性/流體識別、裂隙檢測等卻顯得力不從心。

70可編輯課件PPT1、海上四分量勘探（M4C）作為一項可同時記錄壓縮波（P波）和剪切波（S波）的新技術(shù)越來越受到地球物理界的關(guān)注。四分量：組裝在一起的一個海底封、一個垂直檢波器、