阅读说明：本技术 一种地震检波器评测方法及设计方法 (Seismic detector evaluation method and design method ) 是由 冯京川 吴淮均 于 2020-05-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及提供一种地震检波器评测方法及设计方法,地震检波器包括外壳、以及安装在外壳内的磁系统组件以及惯性系统组件；其评测方法包括：A1、根据外壳的外形尺寸,获取地震检波器的基体体积；A2、获取惯性系统组件的阻尼系数,并获取地震检波器工作在临界阻尼状态时所对应的直流电阻以及灵敏度；A3、基于换能公式Kv＝(G/(R)1/2)/V计算地震检波器的换能系数,其中G为灵敏度,R为直流电阻,V为基体体积；A4、根据换能系数以评价地震检波器的设计品质。实施本发明能够更准确的获取高品质地震检波器。(The invention relates to and provides a geophone evaluation method and a design method, wherein the geophone comprises a shell, a magnetic system component and an inertial system component which are arranged in the shell; the evaluation method comprises the following steps: a1, obtaining the volume of the base body of the geophone according to the external dimension of the shell; a2, obtaining the damping coefficient of the inertia system assembly, and obtaining the direct current resistance and the sensitivity corresponding to the geophone working in the critical damping state; a3, calculating the transduction coefficient of the geophone based on the transduction formula Kv ═ G/(R)1/2)/V, wherein G is sensitivity, R is direct current resistance, and V is matrix volume; and A4, evaluating the design quality of the geophone according to the transduction coefficient. By implementing the method, the high-quality geophone can be more accurately obtained.)

一种地震检波器评测方法及设计方法

技术领域

本发明涉及地震勘探技术领域，更具体地说，涉及一种地震检波器评测方法及设计方法。

背景技术

传统检波器磁体材料铝镍钴和稀土材料的磁化特性明显不同，磁化过程或退磁特性有显著的差别。铝镍钴磁体材料具有非线性特性，而稀土磁体材料具有线性特性，而且退磁特性的斜率几乎等于真空导磁率，其退磁特性具有直线性。稀土永磁被广泛的使用于扬声器、耳机、电机、本领域以及其他领域已有超过25年以上的历史和经验，其它领域使用稀土磁体的器件与铝镍钴磁体时代的器件比较更小型化，扁平化已经盛行。但地震勘探领域，应用稀土磁体材料，使用传统换能常数表达检波器品质，或在如此计算出的换能常数技术背景情况提高灵敏度，以显示和表达地震检波器器件信号的采集敏感度，显然是不正确和错误的。也不符合稀土磁体由于高矫顽力的特性，具有磁路计算更具线性化的特征，便于理论设计计算。而且磁体磁极面积大小对灵敏度的贡献远大于磁体长度，且线性化特性也远高于铝镍钴磁体时代。而现有的检波器设计过程中，其采用已有的换能常数计算公式进行检波器设计时，其并没有考虑稀土磁体高矫顽力的特性，其设计的检波器体积往往不合理的偏大和长径比不协调，使得检波器的品质参数不能达到绩优。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述技术缺陷，提供一种地震检波器评测方法及设计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种地震检波器评测方法，所述地震检波器包括外壳、以及安装在所述外壳内的磁系统组件以及惯性系统组件；其特征在于，包括：

A1、根据所述外壳的外形尺寸，获取所述地震检波器的基体体积；

A2、获取所述惯性系统组件的阻尼系数，并获取所述地震检波器工作在临界阻尼状态时所对应的直流电阻以及灵敏度；

A3、基于换能公式K_v＝(G/(R)1/2)/V计算所述地震检波器的换能系数，其中G为所述灵敏度，R为所述直流电阻，V为所述基体体积；

A4、根据所述换能系数以评价所述地震检波器的设计品质。

优选地，在所述步骤A3中，所述灵敏度为所述地震检波器在临界阻尼下的灵敏度，所述直流电阻为所述地震检波器在所述临界阻尼下的直流电阻。

本发明还构造一种地震检波器设计方法，包括：

B1：根据设计基体体积、设计灵敏度、设计直流电阻，基于换能公式K_v＝(G/(R)1/2)/V计算得到设计换能系数；其中，G为所述设计灵敏度，R为所述设计直流电阻，V为所述设计基体体积；

B2：将所述设计换能系数与目标换能系数比较，并根据比较结果，调整所述设计基体体积、设计灵敏度和/或设计直流电阻，直至所述设计换能系数与所述目标换能系数相匹配。

优选地，本发明的一种地震检波器设计方法包括：

在所述步骤B2中，所述将所述设计换能系数与目标换能系数比较，并根据比较结果，调整所述设计基体体积、设计灵敏度和/或设计直流电阻，包括所述比较结果不满足预设条件时，执行以下步骤：

B2-1、调整所述地震检波器的外壳尺寸以调整所述基体体积，以使所述设计换能系数满足所述目标换能系数。

优选地，本发明的一种地震检波器设计方法包括：在所述步骤B2-1中，还包括调整所述地震检波器的惯性系统组件。

优选地，本发明的一种地震检波器设计方法中，在所述步骤B2中，所述将所述设计换能系数与目标换能系数比较，并根据比较结果，调整所述设计基体体积、设计灵敏度和/或设计直流电阻，包括所述比较结果不满足预设条件时，执行以下步骤：

B2-2、调整所述地震检波器的磁系统组件和/或所述地震检波器的惯性系统组件，以调整所述设计灵敏度，以使所述设计换能系数满足所述目标换能系数。

优选地，本发明的一种地震检波器设计方法中，所述调整所述地震检波器的磁系统组件包括：

调整所述地震检波器的磁系统组件磁极面积和/或所述地震检波器的磁系统组件磁极面间距；

所述调整所述地震检波器的惯性系统组件包括：

调整所述惯性系统组件对应的切割磁力线和/或所述惯性系统组件的位移限位气隙。

优选地，本发明的一种地震检波器设计方法中，所述调整所述地震检波器的磁系统组件磁极面积包括调整所述地震检波器的磁系统组件直径；

所述调整所述地震检波器的磁系统组件磁极面间距包括调整所述地震检波器的磁系统组件长度。

优选地，本发明的一种地震检波器设计方法中，在所述步骤B2中，所述将所述设计换能系数与目标换能系数比较，并根据比较结果，调整所述设计基体体积、设计灵敏度和/或设计直流电阻，包括：所述比较结果不满足预设条件时，执行以下步骤：

B2-3、调整所述地震检波器的磁系统组件以调整所述设计直流电阻，以使所述设计换能系数满足所述目标换能系数。

优选地，本发明的一种地震检波器设计方法中，所述设计灵敏度为所述地震检波器在临界阻尼下的灵敏度，所述设计直流电阻为所述地震检波器在所述临界阻尼下的直流电阻。

实施本发明的一种地震检波器评测方法及设计方法，具有以下有益效果：能够更准确的获取高品质地震检波器。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一种地震检波器评测方法一实施例的程序流程图；

图2是本发明一种地震检波器设计方法一实施例的程序流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，在本发明的一种地震检波器评测方法第一实施例中，其中地震检波器包括外壳、以及安装在外壳内的磁系统组件以及惯性系统组件；该方法的具体的过程为：A1、根据外壳的外形尺寸，获取地震检波器的基体体积；A2、获取惯性系统组件的阻尼系数，并获取地震检波器工作在临界阻尼状态时所对应的直流电阻以及灵敏度；A3、基于换能公式K_v＝(G/(R)1/2)/V计算地震检波器的换能系数，其中G为灵敏度，R为直流电阻，V为基体体积；A4、根据换能系数以评价地震检波器的设计品质。通过在检波器设计过程中，获取检波器确定好的直流电阻，阻尼系数、灵敏度和尺寸参数后，基于换能公式K_v＝(G/(R)1/2)/V对检波器的换能系数进行计算，基于不同的检波器，其对应不同的参数，对不同的参数获取的对应的换能系数，可以通过该换能系数识别其中设计品质高的地震检波器，或根据对各个地震检波器的设计品质进行比较，获取比较结果。其中，在部分参数对齐的情况下，例如灵敏度一致的情况下，地震检波器的换能系数越高，其说明地震检波器的设计品质越高，其性能越好。

可选的，所述灵敏度为所述地震检波器在临界阻尼下的灵敏度，所述直流电阻为所述地震检波器在所述临界阻尼下的直流电阻。灵敏度可以为该地震检波器在临界阻尼下的灵敏度，直流电阻为该地震检波器在临界阻尼下的直流电阻。可以通过直流激励法测量计算出检波器的灵敏度，在实际工作还可以采用其他的方法测量计算检波器的灵敏度，比如振动台法、非直流激励法，通常的由于振动台设备比较笨重，结构复杂而且造价高，环境要求高，测试速度慢，适合在计量单位和生产厂家，国标规定用振动台法；相对而言，直流激励法比较简单，容易实现，特别适合野外作业场所，其适用于测量精度没有苛刻要求的场景。其直流电阻可以通过分压法测量获取直流电阻，在其他的实施例中，也可以采用其他方法进行直流电阻的测量。其中获取的灵敏度为地震检波器在临界阻尼下的灵敏度，设计直流电阻为地震检波器在临界阻尼下的直流电阻。临界阻尼的获取可以测试仪输出一个恒定电流到地震检波器线圈，使得线圈从起点提升到线圈最大行程的70％，然后断开电流，电流为0时测量线圈的输出正弦波形，按照公式计算得到检波器的阻尼系数，对阻尼系数进行归一化处理获得。

另，如图2所示，本发明的一种地震检波器设计方法，包括：

B1：根据设计基体体积、设计灵敏度、设计直流电阻，基于换能公式Kv＝(G/(R)1/2)/V计算得到设计换能系数；其中，G为设计灵敏度，R为设计直流电阻，V为设计基体体积；

B2：将设计换能系数与目标换能系数比较，并根据比较结果，调整设计基体体积、设计灵敏度和/或设计直流电阻，直至设计换能系数与目标换能系数相匹配。

具体的，基于上面的地震波检波器的评测，可以在地震检波器的设计过程中基于换能公式Kv＝(G/(R)1/2)/V进行地震检波器的设计参数的优化。其具体过程为，在地震检波器的设计中，基于常规设计过程得到设计基地体积、设计灵敏度、设计直流电阻，并根据上述的各个设计值通过该换能公式设计换能系数，将该设计换能系数同目标换能系数进行比较，以确认该比较结果是否满足要求，并在该比较结果不满足要求的情况下调整设计基体体积，设计灵敏度和设计直流电阻中的一个或多个，使得通过该换能公式计算得到的设计换能系数与目标换能系数相匹配，达到目标设计要求。

可选的，在步骤B2中，将设计换能系数与目标换能系数比较，并根据比较结果，调整设计基体体积、设计灵敏度和/或设计直流电阻，包括比较结果不满足预设条件时，执行以下步骤：B2-1、调整地震检波器的外壳尺寸以调整基体体积，以使设计换能系数满足目标换能系数。

具体的，在对地震检波器的设计参数进行优化时，其可以调整地震检波器的外壳尺寸，以实现对地震检波器的基体体积的调整，基于新的设计参数获取得到新的设计换能系数，并同目标换能系数进行比较，最终获取到满足目标换能系数的地震检波器的外壳尺寸，实现对地震检波器的设计。还可以理解，在一些实施例中，可以同步调整并获取基体体积调整后的地震检波器的其他设计参数，例如对应的设计灵敏度和设计直流电阻，以进一步优化换能系数，使设计换能系数满足目标换能系数。可以理解，该调整过程可以多次微调以使设计换能系数跟接近目标换能系数。

进一步的，在调整地震检波器的外壳尺寸的同时，其可以同时调整地震检波器的惯性系统组件，通过调整该惯性系统组件及其配合的气隙以达到最佳的外壳尺寸设计。

可选的，在步骤B2中，将设计换能系数与目标换能系数比较，并根据比较结果，调整设计基体体积、设计灵敏度和/或设计直流电阻，包括比较结果不满足预设条件时，执行以下步骤：B2-2、调整所述地震检波器的磁系统组件和/或所述地震检波器的惯性系统组件，以调整所述设计灵敏度，以使所述设计换能系数满足所述目标换能系数。具体的，其还可以通过对地震检波器的磁系统组件和惯性系统组件分别调整或一起调整，以达到调整其设计灵敏度的效果，并根据调整后的设计灵敏度及设计基体体积和设计直流电阻获取得到新的设计换能系数，并同目标换能系数进行比较最终获取到满足目标换能系数的地震检波器的磁系统组件，实现对地震检波器的设计。还有一些实例中，还可以基于调整后的磁系统组件，调整并获取对应的设计基体体积和设计直流电阻，以进一步优化换能系数，使设计换能系数满足目标换能系数。可以理解，该调整过程可以多次微调以使设计换能系数跟接近目标换能系数。

可选的，调整所述地震检波器的磁系统组件包括：调整地震检波器的磁系统组件磁极面积和/或地震检波器的磁系统组件磁极面间距。具体的，磁极面积和磁极面间距在以检波器芯体整体直径和高度体现，其通过改变磁极面积和磁极面间距进行磁路设计，实现对设计灵敏度的调整，可以理解，磁极面通常可以采用圆形，但其不局限于圆形。调整地震检波器的惯性系统组件包括：调整所述惯性系统组件对应的切割磁力线和/或惯性系统组件的位移限位气隙。即对惯性系统组件的活动气隙的整理进行调整，或者对惯性系统组件在运动中的切割磁力线进行调整。

可选的，在磁极面为圆形时，其调整地震检波器的磁系统组件磁极面积包括调整地震检波器的磁系统组件直径；调整地震检波器的磁系统组件磁极面间距包括调整地震检波器的磁系统组件长度。此处可以理解可以调整的设置长度和直径的比值，调整该设计灵敏度，以设计换能系数满足目标换能系数。

可选的，在步骤B2中，将设计换能系数与目标换能系数比较，并根据比较结果，调整设计基体体积、设计灵敏度和/或设计直流电阻，包括比较结果不满足预设条件时，执行以下步骤：B2-3、调整地震检波器的磁系统组件以调整设计直流电阻，以使设计换能系数满足目标换能系数。具体的，其还可以调整磁系统组件例如磁系统组件中的线圈的长度，实现对直流电阻进行调整，根据调整后的直流电阻得到满足要求的设计换能系数，还有一些实例中，还可以基于调整后的磁系统组件，调整并获取对应的设计基体体积和设计灵敏度，以进一步优化换能系数，使设计换能系数满足目标换能系数。可以理解，该调整过程可以多次微调以使设计换能系数跟接近目标换能系数。

可选的，设计灵敏度为地震检波器在临界阻尼下的灵敏度，设计直流电阻为地震检波器在临界阻尼下的直流电阻。具体的，该设计灵敏度可以为该地震检波器在临界阻尼下的灵敏度，设计直流电阻为该地震检波器在临界阻尼下的直流电阻。可以通过直流激励法测量计算出检波器的灵敏度，在实际工作还可以采用其他的方法测量计算检波器的灵敏度，比如振动台法、非直流激励法，通常的由于振动台设备比较笨重，结构复杂而且造价高，环境要求高，测试速度慢，适合在计量单位和生产厂家，国标规定用振动台法；相对而言，直流激励法比较简单，容易实现，特别适合野外作业场所，其适用于测量精度没有苛刻要求的场景。其直流电阻可以通过分压法测量获取直流电阻，在其他的实施例中，也可以采用其他方法进行直流电阻的测量，临界阻尼的获取可以测试仪输出一个恒定电流到地震检波器线圈，使得线圈从起点提升到线圈最大行程的70％，然后断开电流，电流为0时测量线圈的输出正弦波形，按照公式计算得到检波器的阻尼系数，对阻尼系数进行归一化处理获得。

对具体的实施例中，A、B、C和D为自然频率为5Hz的四组不同的地震检波器，A基于本发明的一种地震检波器设计方法进行设计得到的地震检波器，B、C、D是当前使用稀土永磁的被使用的几个地震检波器，表一是通过当前常用的换能计算公式K＝G₁/(R₁)1/2进行换能系数计算的列表，其中，G₁为灵敏度，R₁为直流电阻。这些已有技术，已经做足了磁系统的各种组合，已经做足了线圈窗口与磁系统的各种比例关系的变化，还有簧片，气隙等等关系调整。由表一可以看出换能系数和参数指标几乎相同的地震检波器基体体积却有着超过30％的差距。

表一基于现有换能计算公式地震检波器参数列表

表二是通过本发明中的换能计算公式K_v＝(G/(R)1/2)/V进行换能系数计算的列表，其中，G为临界阻尼下的灵敏度，R为临界阻尼下的直流电阻，V为地震检波器基体体积。由表二可以看出，在相同的自然频率下，本发明实施例A换能常数明显优于已有技术B、C、D。换能常数大于等于0.019，而且体积是最小的。此处的灵敏度和直流电阻使用0.7临界阻尼归一后的值。引入这个阻尼值是因为地震检波器的阻尼是受其它指标影响最多的一个参数，影响临界阻尼的参数有灵敏度、线圈电阻、弹性材料频率、惯性体质量、阻尼材料导电率、回路阻抗等参数。

表二基于本发明中的换能计算公式地震检波器参数列表

表三为调整地震检波器的磁系统组件直径和磁系统组件长度。即调整的设置长度和直径的比值。基体长径比小于等于1了。长径比的减小，意味着导入地震检波器基体体积因素，在同等体积下，地震检波器的直径增大，实现扁平化设计，可使检波器与大地的耦合效果更好，这也是导入体积因素的有益效果。

表三基于长径比改进的地震检波器参数

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。