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                                                检波器国内外发展现状及研究趋势
                                                检波器国内外发展现状及研究趋势
                                                随着现代工业的飞速发展,对油气资源的需求日益增加,人们正在以不断增长的速 度开发着地下的石油和天然气。随着油气勘探开发的不断深入,大型油气藏已逐步被发 现,面对的勘探目标越来越隐蔽、越来越复杂,提高勘探技术己成当务之急。 我国有大庆油田、胜利油田、大港油田等许多油田,如果你到这些油田去参观,看 到那一座座井架,一口口油井,自然会提出这样的问题:在这一望无际的大平原上,这 一个个油田是用什么办法找到的呢? 实际上要找到埋藏在地下一千多米甚至几千米的石油,的确是很不容易的。 人们在 ******生产实践中,不断的试验、总结,并引进许多其他科技领域的新技术、新成就,才 逐渐建立了一整套石油勘探的方法技术。 目前,应用于勘探石油的方法主要有三大类,分别是地质法、物探法和钻探法。 地质法是通过观察,研究出露在地面的地层、岩石,对地质资料进行分析综合,了解 一个地区有无生成石油和储存石油的条件,最后提出对该地区的含油气远景评价,指出 有利地区。这类勘探方法较为宏观,勘探区域广,而且成本较低,但往往依赖于人的经 验,精度相对较低且不稳定。 物探法是根据地质学和物理学的原理,利用电子学和信息论等许多科学技术领域的 新技术,建立起来的一种较新的石油勘探方法。 现代应用于石油勘探的主要方法有重力 勘探(利用岩石的密度差异)、磁法勘探(利用岩石的磁性差异)、电法勘探(利用岩石的电 性差异)和地震勘探(利用岩石的弹性差异)。这类勘探方法由于成本相对较低,精度也相 对较高,已成为石油勘探中最重要的方法。 钻探法是用钻机设备从地表向地下钻进成孔,直接取得地下最可靠的地质资料,进 而确定地下的构造特点及含油气情况。这类勘探方法由于能够从钻孔中不同深度处取得 岩心、矿样进行分析研究鉴别,精度自然很高。但钻井本身成本很高,勘探区域小,如 果直接盲目的大量钻井,不仅浪费成本,效率也相当低。 由于三类勘探方法各有利弊,现代石油勘探需要各种方法相互配合、协作,需要综 合分析研究各方面资料。当前的石油勘探过程一般都是首先利用地质法确定油区的大致 地理范围,再利用合适的物探法找寻油区具体位置,最后综合前两种方法得到的资料确 定井位,钻井进行进一步的勘探和开采。 而在众多物探方法中,由于精度高、成本低且能够适应各种勘探环境,地震勘探成了为当前一种最有效、最主流的方法。 地震勘探的基本原理就是通过人工方法激发地震波,地面产生振动信号并在地层中 传播,根据设计要求在距离激发点不同的地方布置传感器接收地下岩石反射到地面的振 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、构造形态等,从而初步判断该区是否具备生油、储油的条 件,并进一步提供钻探井位。 作为地震勘探的“眼睛”,位于地震勘探信息采集部分最前端的地震检波器,其重要 性不言而喻。 地震检波器是一种将机械振动信号转换为电信号的机电装置,也可以宏观 的说成是一种将机械能转换为电能的能量转换装置,它广泛应用于地震勘探与工程测量 领域。传统地震检波器按照工作原理分为动圈式(速度型)检波器、涡流式(加速度型)检 波器和压电式检波器,前两种多用于陆地勘探,后一种多用于海洋勘探。 目前,国内常 规动圈式速度检波器使用数量最多,因此对动圈式检波器的研究是勘探技术发展的必要 前提。 由于检波器使用量大,技术指标又难以控制,所以在实际的使用中故障率较高。因 此,需要专用的测试仪器在每次使用前对检波器的各项技术指标进行测试,剔除技术指 标较差和失效的地震检波器,以保证测量值******可靠,提高地震勘探质量。而要设计性 能更好的检波器测试仪器,就需要我们对现有地震检波器测试方法进行研究,在了解了 现有检波器测试仪器测试原理和算法的基础上,分析出影响检波器特性参数的测试精度 的因素,通过进一步理论计算,探索出提高测试精度的方法。 1.2检波器测试方法的发展 地震检波器如此重要,研究其测试方法的重要性不言而喻。SMT系列仪器作为主流 测试仪器,能够满足大部分测试需求,所以近年来国内外在这方面研究不是特别多。 1.2.1国内外发展现状 检波器作为一种振动传感器,地震检波器需要经常测试,传统测试方法主要有振动 台法、直流激励法和交流激励法。 振动台法是由信号发生器经功率放大器输出正弦信号到振动台动圈,使振动台台面 产生垂直或水平方向的正弦振动,使固定在振动台上的检波器产生响应,从检波器的电 压响应测试出检波器各个参数。显然,该方法的测试效果依赖于振动台的性能。50年代 初,振动测量没有统一的国际标准,各国振动测试结果不一致,误差往往大于10%。不久后发明了互易测试技术,测量误差降低了一个数量级,使最低测量不确定度可以达到 0.5%。到了60年代,激光干涉技术逐渐成熟,振幅的测量可从0.2/am增加到2m,几乎 能把所有振动幅值的范围覆盖起来,使得测量******度很高,基于激光干涉仪的振动基准 装置也被很快研制出来,并获得广泛的应用。 近些年,计算机技术、电子技术和信号分 析处理技术等的发展,为振动测试技术提供了发展空间,也涌现了不少先进的自动测试 系统。同时,互易测试由于其方法繁琐,频率范围窄且难以获得好的测试结果,几乎被 淘汰了。目前,各国振动基准实验室都采用了先进的激光干涉测试法,从而使测试不确 定度大大降低。 由于振动台测试系统通常比较笨重,造价高且测试速度慢,对操作环境要求高,所 以只适合计量单位和测振仪器厂使用,而大多数的测试工作需要在野外,并不在振动台 上进行。但我们应该知道,在检波器的测试各种方法中,振动台法是最******的方法。 目前,野外完成大部分检波器测试任务的是采用检波器测试仪完成的,现代检波器 测试仪基本原理都是采用电激励法。电激励法又分为直流激励法和非直流激励法,当前 仪器主要采用直流激励法,交流激励法测试并未应用于实际仪器。 直流激励法就是给检波器提供一个恒定电流,利用断开电流时检波器的输出阻尼正 弦波的******个和第二个峰值的幅度测试检波器各个参数的方法。80年代中后期,随着以 SMT一100为代表的检波器测试仪的问世和推广,各仪器公司更普遍地采用直流激励法 测试检波器参数,这是由于直流激励法测试仪便于携带,易于现场测试,尤其适合于成 串测试。此方法利用检波器的互易性质,采用直流信号作为激励,由时间域信号进行测 定和计算。 目前市场上比较主流的检波器测试仪大多都采用直流激励法测试检波器的性 能。《直流激励法测定动圈式地震检波器灵敏度的溯源》研究分析了直流激 励法的不足,并提出了解决灵敏度溯源问题的方案。《动圈式地震检波器阻 尼系数测量方法的改进》则针对直流激励法测试仪器在O.85≤E<1时测阻尼精度不高的 问题提出了一种改进措施。 近年来,由于直流激励测试法已基本成熟,一些学者尝试改变激励信号,研究新的 测试方法。 如果我们通过信号发生器给检波器提供一个已知的交流激励信号,改变激励 信号的频率,测试检波器的输出信号和输入电流或电压,比较其幅值或相位,结合测试 系统频率特性分析出检波器特性参数,我们把这种方法叫做交流激励法。外国学者 A.L.I诅GEDOORN等的《A practical Set of Guidelines for Geophone Element Testing and Evaluation》提出了跟共振法原理较类似的比相法对检波器自然频率进行测试。《正弦扫频电激励法测量和识别动圈式检波器特性参数》提出了采用正弦扫频 电激励测量动圈式检波器特性参数的方法,该方法采用正弦扫频信号作为激励,对实测 频率响应函数进行曲线拟合并确定检波器的特性参数,该方法测试稳定性和精度都比较 好,测试系统也较简单。但在这一方法中,了满足检波器特性参数尽可能不受串联电阻 的影响,串联电阻的阻值往往比检波器的直流电阻大很多,这使得实测曲线的信噪比降 低。张改慧等的《地震检波器特性参数识别的一种新的正弦扫频恒流激励方法》对此方 法稍作改进,提出用正弦扫频恒流信号对检波器进行激励。 1.2.2国内外研究趋势 目前,从检波器测试技术来看,振动台法最******,但是测试速度慢,系统本身比较 笨重,造价较高,操作环境要求高,难以满足现场的批量测试,仅仅适合计量单位和仪 器生产厂家使用。SMT系列主流便携式检波器测试使用的激励信号均为单一的直流信 号,不能满足大阻尼检波器测试需要。而在今后的地震勘工作中,检波器动态特性的测 试工作会变得越来越重要,它会直接影响到地震勘探工作的质量。 目前,地震检波器测 试技术发展的趋势主要有以下几个方面: (1)对地震检波器的内部结构及其理论模型的深层次研究。通过理论模型研究新的检 波器动态测试的理论和测试方法,重点要研究适合实际应用的检波器测试激励方式及其 响应分析。 (2)对测试方法中算法的改进。通过对检波器现有测试模型的深入研究,分析现有算 法的测试误差,改进现有测试算法或提出新的测试算法。 (3)对计算机理论及技术的提高。随着自动控制技术与计算机技术的发展,检波器测 试技术充分利用计算机在控制和速度方面的优势,不断提高检波器测试精度和速度。目 前推出的检波器测试系统无一例外的都是采用计算芯片控制。 (4)对新技术的了解。检波器测试需要多种技术综合应用,许多新技术的出现与发展 也使检波器测试方法不断完善,如信号分析技术的发展和虚拟仪器技术的发展等。
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