检波器灵敏度和阻尼的关系

1、本文论述的是检波器灭敏度、阻尼两项指标，讨论如何通过磁钢三参数测量和线圈架涡流测量控制阻尼、灵敏度的大小和匹配，以提高检波器质量一、引言为了适应高分辨率地震勘探技术发展的需要，满足与目前24位地震仪配套的要求，我厂在SN4系列检波器的基础上开发了SN7c系列检波器,其技术参数具有严格的允差±2.5%,随着阻尼、灵敏度精度的提高，也就提高了检波器的相位一致性，大大有利于地震勘探获得良好的地震记录。既要提高阻尼，灵敏度的精度，又使两者匹配，我们不仅从理论上枳累了更深的认识,而且在实际生产中获得了许多宝贵的经验。电动式地震检波器收到地震波的作用时，线圈相对磁钢作相对运动，切割磁力线，产生感

2、应电动势，其大小与相对运动速度成正比，此感应电动势即为地震检波器的输出信号。不同地层，检波器都会有不同的输出信号，输出信号能否能真实反映地层情况，很大程度上受检波器各项参数的影响，这里我们重点讨论的是检波器灵敏度、阻尼两项指标。在实际生产中遇到两者不匹配的情况下，通常的方法是，通过试脸改变磁钢格数或线圈架里厚来调节两者的匹配，但一直未解决实质问题：为什么同一格数磁钢、同一壁厚线架，这一批装出的检波器合格，卜一批装出的检波器阻尼、灵敏度相差很远，甚至用改变分流电阻调节也达不到合格。时于超级检波器的阻尼、灵敏度精度有更高要求，解决这一问题迫在眉睡。本文讨论如何通过磁钢三参数测量和线圈架涡流测量控制

3、阻尼、灵敏度的大小和匹配，以提高检波器质量。二、检波器的灵敏度和阻尼的原理1 .灵敏度：检波器磁钢与外壳被上下盖固定在一起，形成磁系统，而线圈通过柔软的弹簧片与外壳相连，当外壳跟随地面震动时，线圈由于具有惯性而滞后于外壳的运动，外克与线圈之间就有一相对位移，根据法拉第电磁感应原理可知，线圈绕组中产生的感应电动势E为：E=BL°Nu=BtlDcNv式中：B一一工作气隙磁感应强度Lo一一每匝线圈平均长度N一-工作气隙中线圈绕组的匝数v一一线圈对外壳的相对运动速度Dc一一线圈的平均直径对结构已确定的传感器，开路灵敏度为：G。=BL0N=B皿N当加上负载电阻火2时，闭路灵敏度为：R2G=-G

4、o%+&%一一线圈电阻R2一-负载电阻2 .阻尼当作用于检波器外力（地面震动）除去时，质量m由于惯性的作用不能立刻停止卜来，这种运动成为检波器固有振动，为了缩短检波器的固有振动延续时间来保证检波器有足够的分辨能力，清楚的区别到达时差很短的有效波的振动，就要有足够的阻尼，阻尼不能太大也不能太小，一般自然频率偏高的检波器阻尼系数应当大些，以达到检波器相对阻尼0./0左右的最佳阻尼。阻尼的产生是两部分力作用的结果：1）并联电阻产生的电磁阻尼力：线圈与外壳相对运动产生感应电动势，当有负载电阻时，线圈与负载形成闭路，纹圈中就有感应电流。根据楞次定律，当线圈中有电流流过时，线圈架随同线圈将受到阻止

5、其运动的电磁力EF2tt2D?N2&=BILo=BLq=-v&+&+%2）铝制线圈架受到的涡流阻尼力：铝制线圈作为一个单匝闭合线圈导体，当线圈架前地面震动相对于磁系统运动时，线圈架产生反电动势使导体中产生涡流，此电动势为：Et=BL1v=BirDcpv其中：lt一一线圈骨架平均周长Dcp一线圈骨架平均直径因为线圈中有一部分在工作间隙外边，所以骨架的有效电阻比实际电阻小:有效电阻其中：P一一线架材料的电阻率S一一线圈架壁厚Lg一一线圈架侧面在磁场中的高度（工作气隙宽度）所以涡流：涡流力Ft=Bl'pLj=Ft+Fl=BLgSrcD中+p827r2必N2由检波器运动

6、微分方程式得到：叫+B2n2D?N2/)/2mp其中h为衰减系数，m为惯性体质量三、时以上公式分析可知灵敏度与阻尼的关系:1 .影响检波器灵敏度G的参数很多，例如：、&、N、B等等，而这些参数的变化都会影响到衰减系数h：i）减小G提高，可以通过减小圈数或加大导线直径，但两种方法均使h很快下降。ii）增加/?2,G提高，但h却很快下降。涮）增加N,G和h均增加,但也使质量m增加，固有频率卜降，m增加到一定的程度,h将不能满足勘探的要求，因此N不能无限制的增加。iv）提高B,G和h均有提高，这需要提高磁钢性能，或改变磁路结构，这提高了检波器的成本。2的大小与8、线圈架厚度、线架导电率、饨铁

7、和外壳导磁率以及并联电阻有关：i）增加线圈架厚度，h增大ii）提高线架的导电率，h增大iii）加并联电阻，或减小并联电阻的阻值，h增大iv）提高磁钢性能、扰铁和外壳导磁率，提高了B,h增大四、在检波器的实际生产中，我们根据以上的各种关系找出主要因索、次要因素，根据实际情况改变某些参数，以卜以SN7C-10HZ为例讨论如何调节灵敏度、阻尼的匹配。检波器灵敏度与阻尼都直接受B的影响，而B决定于磁路的结构，SN7C-10HZ检波器的磁路结构与SN4-10HZ检波器的基本一样。2 .检波器的磁路结构：检波器的外壳由优质低碳钢制成，它既是磁路的一部分，又起着磁屏蔽作用，永久磁铁的两端压着两块挽铁，枕铁材

8、料一般用导磁率高的纯快或优质低碳钢，以达到良好的聚磁效果，磁力线从永久磁铁的一段穿过扼铁，线圈骨架、线圈，并经过外壳，回到微钢的另一端，构成一个完整的闭合磁路3 .工作气隙中的磁感应强度B受那些因素影响？由漏磁系数的公式%=天Os得出dSmBmw式中Sm永久磁钢截面积S&一一工作间隙截面积ka一一漏磁系数由上式可知，B与Sm、成正比，与56、&成反比，一般琳、已确定,提高B就要提高永久做钢的8株活用磁导率更高的外壳、椀铁材料。永久磁钢的磁滞曲线如图所示：8r一一剩余磁感应强度Hc矫顽力Bm一一永久磁钢的磁感应强度Hm一一永久磁钢的磁场强度BmHm一一最大磁能积永久做钢的体积分与

9、4”m成正比，为了使永久磁铁的体枳为最小，永久做钢应尽可能工作在最大磁能积上。我厂测最永久磁钢磁性能的测磁机就是根据SN4系列检波器的磁路结构设计的，其测量格数值是一个综合指标，它反映永久磁钢最大磁能积的相对大小值。为什么格数一样的磁钢不一定装出一样的检波器？一方面原闪是影响检波器指标的因素主要是他钢的扁,，所以如果格数一样，而明不一样，那么情况就有变化了。比如有一批磁钢格数测最合格，但装出的检波器阻尼、以敏度都偏低，也就是充不上磁，经过抽检三参数,发现剩磁/低于9000高斯（正常为900010000高斯）,而矫顽力都高于1800奥斯特（正常为15004650奥斯特）以上。因此在装配超级检波器

10、时，每一批磁钢不仅要测量格数，而旦要抽测磁钢的三参数。对三参数合格的每一批磁钢其格数数值能反映磁性能大小,格数越大，磁性能越高，B就越大。我们选取了格数202-204的磁钢装配出的检波器阻尼仃大有小，可见线圈的涡流阻尼不一致，涡流阻尼主要与线圈架的厚度、材料的导电率有关，线圈架的厚度可以由机械加工保证，材料的导电率如何保证，线圈涡流如何测量？1995年总厂和中国金属科学院共同研究改造的线圈架涡流测试仪，在我们经过一年多的摸索成验下，使其在超级检波器的生产中发挥了一定的作用。用涡流测式仪测量配好的线圈架，涡流值为600“640,有一定的离散度，通过大量实验得出推论：在其他半成品合格的条件下：i）

11、 202-204格数的磁钢与涡流为618-624的线图可以装配出汉敏度与阻尼符合±2.5%精度要求的检波器ii） 203格数的磁钢与620左右的线圈可以装出中值的检波器。用涡流测试仪测最上卜线圈架，上架涡流值为350782,卜架涡流值为465F95.画出分布图其涡流值基本服从正态分布规律，由于上卜架是松配合，分别取若干只上卜.架配合起来测其涡流值，实验表明上架最低值与下架最低值相配涡流值为600左右,反之为640左右，所以不能随即配对。我们按一定配对表将线圈架配对，使其100%配成涡流值616±2到624±2范围内，配对表如下：上线圈架下线圈架377782464-470372F76471-476364-371477-483350-356490495配对后的整个线圈架涡流值（616624）在上卜.架测量分档过程中，仃一小部分绞架的涡流值超出了配对表中的卜.限值，如何提高这些线架的涡流值？线圈架材料是易切削含铅铝2011T3,线架的涡流与材料的导