检波器测试仪的震动激励系统及方法与流程

本发明涉及地震检波器测试技术领域，尤其涉及一种检波器测试仪的震动激励系统及方法。

背景技术：

地震勘探是通过人工方法激发地震波，研究地震波在低层中的传播情况，以查明地下地质结构，为寻找油气田或其他勘探目的服务的一种物探方法。在地表以人工激发地震波，在向下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与透射，在地表用检波器接收这种地震波。

检波器是地震勘探中的重要采集设备，其作用是将地震波转换成可以记录的电信号。检波器性能直接决定了整个勘探系统的性能，更影响整个地震采集资料的品质。检波器出厂时，是要经过严格的室内出厂检验的。检波器出厂检验项目涵盖电性能参数和物理参数，其中电性能参数决定了检波器接受震动信号的能力和质量，主要参数有灵敏度、频带宽度、相位、功耗、输出电阻等。

参考图1，常规的室内检波器的测试方法通常由动态信号分析仪2、振动台1、功率放大器3、被测检波器6、标准传感器5、电荷放大器4组成震动测试系统，动态信号分析仪2产生正弦扫频信号源，由功率放大器3提供足够能量，驱动振动台1按照信号源的方式产生同等幅度的频率渐变的震动信号，被测检波器6和标准传感器5接收震动信号，并转换成相应的电压信号，经动态信号分析仪2计算和描绘出被测检波器6和标准传感器5的幅频曲线以及两个幅频曲线对应频率的比值。最终计算出被测检波器的幅频响应和相位响应曲线。再配合其它设备，可以方便测试检波器的其它参数，如功耗、输出电阻等。

上述测试方法测量值准确、稳定性好，但设备规模庞大，不利于携带和运输导致野外环境下无法使用，且不能真实的反应地震波的实际采集情况，更制约野外便携使用的是测试时间周期较长。目前，加速度压电检波器已经在石油勘探领域开始大规模应用，模仿室内测试方法的野外便携式检波器快速测试仪还不成熟，其中一点就是模拟室内振动台的震动激励方式的实现方式，阻碍了检波器测试仪的发展。

常规的室内检波器的测试系统存在测试时间周期较长，其原因在于震动激发方式，如图2所示，测试系统需要的激励源频率为几赫兹到几千赫兹的正弦扫频信号源，扫频信号的产生及输出时间决定了整个测试系统的工作时间，如要测试5hz到1khz范围的检波器特性，需要时间约5分钟。一个地震勘探工程野外检波器数量一般在万只以上，显然这种激发方式是不可行的。然而能够在勘探工程施工前、施工中和施工完成后，随时监测检波器的主要性能参数，对于保证勘探工程得到顺利和高质量进行是非常必要的，如果要达到检波器的快速测试，就必须改变激励方式。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种检波器测试仪的震动激励系统及方法，能够实现模拟室内振动台激发震动，从而达到实现检波器快速测试的目的。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一方面，提供了一种检波器测试仪的震动激励系统，包括触发单元、控制单元、驱动隔离单元、电磁铁控制单元和电磁铁，所述触发单元与控制单元的输入端连接，所述驱动隔离单元与控制单元的输出端连接，所述驱动隔离单元通过电磁铁控制单元与电磁铁连接。

进一步地，所述控制单元用于在触发单元经触发后产生电磁铁控制信号；所述驱动隔离单元用于对电磁铁控制信号进行缓冲隔离处理；所述电磁铁控制单元用于接收到隔离处理后的电磁铁控制信号后控制电磁铁动作，以冲击的方式模拟野外地震信号，使待测检波器产生幅度递减的正弦波及其谐波。

进一步地，所述电磁铁控制信号包括一组方波串。

进一步地，所述一组方波串包括5个24伏高电平的方波，且相邻两个方波高电平之间间隔2秒，所述方波的宽度为100毫秒。

进一步地，所述一组方波串的占空比为0.0476。

进一步地，所述控制单元包括单片机。

进一步地，所述单片机采用芯片型号为msp430的单片机，所述触发单元包括按键，所述按键与芯片msp430的第4引脚连接。

进一步地，所述驱动隔离单元包括驱动器、光耦合器和电阻r1，所述驱动器的输入端与芯片msp430的第10引脚连接，所述光耦合器的第1引脚外接第一供电电压，所述光耦合器的第4引脚外接中点电压，所述光耦合器的第2引脚通过电阻r1与驱动器的输出端连接。

进一步地，所述电磁铁控制单元包括二极管、三极管、继电器、继电器触点、电阻r2和电阻r3；所述三极管的基极通过电阻r2与光耦合器的第3引脚，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极通过继电器外接中点电压；所述继电器触点的一端接地，另一端通过电磁铁外接第二供电电压；所述二极管的阳极连接在继电器与三极管集电极的连接线路上，所述二极管的阴极连接在继电器与中点电压的连接线路上；所述电阻r3的一端连接在电阻r2与三极管基极的连接线路上，另一端与三极管的发射极连接。

另一方面，提供了一种检波器测试仪的震动激励系统的激励方法，首先触发触发单元，然后控制单元在触发单元被触发后产生电磁铁控制信号，所述电磁铁控制信号经驱动隔离单元缓冲隔离处理后经电磁铁控制单元控制电磁铁动作，以冲击的方式模拟野外地震信号，使待测检波器产生幅度递减的正弦波及其谐波。

有益效果：与现有技术相比，本发明首先在触发单元被触发后，控制单元产生电磁铁控制信号，所述电磁铁控制信号经驱动隔离单元缓冲隔离处理后经电磁铁控制单元控制电磁铁动作，以激励冲击的方式模拟野外地震信号，使得被测检波器和标准传感器产生脉冲电压进而产生幅度递减的正弦波及其谐波，采用本发明所述震动激励系统及其震动激发方法的检波器测试仪能在10秒内得到测量值，实现检波器快速测试，较常规检测方法测试效率大幅度提高，从而节省人力，提高产能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为地震检波器测试仪的常规测试原理图；

图2为图1测试原理图中激励源的波形图；

图3本实施例提供的震动激励源系统原理框图；

图4本实施例提供的5次方波波形图；

图5为本实施例提供的震动激励源系统电路图；

图6为经过本实施例震动激励源冲击后压电检波器的输出波形。

图7为本实施例提供的震动激励源系统工作流程示意图。

图中：1-振动台、2-动态信号分析仪、3-功率放大器、4-电荷放大器、5-标准传感器、6-待测检波器。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述。

实施例

参考图3，一种检波器测试仪的震动激励系统，包括触发单元、控制单元、驱动隔离单元、电磁铁控制单元和电磁铁，所述触发单元与控制单元的输入端连接，所述驱动隔离单元与控制单元的输出端连接，所述驱动隔离单元通过电磁铁控制单元与电磁铁连接。

进一步地，参考图3，所述控制单元用于在触发单元经触发后产生电磁铁控制信号；所述驱动隔离单元用于对电磁铁控制信号进行缓冲隔离处理；所述电磁铁控制单元用于接收到隔离处理后的电磁铁控制信号后控制电磁铁动作，以冲击的方式模拟野外地震信号，使待测检波器产生幅度递减的正弦波及其谐波，进而经过频谱分析，从而得到检波器的诸多指标，本实施例所述震动激励系统仅是提供了一种用于产生检波器测试仪的震动激励方法的硬件平台，为在以后的具体地检波器指标的测量中为软件的使用搭建硬件基础。

进一步地，参考图4，所述电磁铁控制信号包括一组方波串，方波串经由后续驱动隔离单元及电磁铁控制系统控制电磁铁动作，以冲击的方式模拟野外地震信号，使检波器产生反应冲击信号的电压信号。

进一步地，参考图4，所述一组方波串包括5个24伏高电平的方波，且相邻两个方波高电平之间间隔2秒，所述方波的宽度为100毫秒，所述一组方波串的占空比为0.0476。

需要说明的是，本实施例所述一组方波串还可以包括4个或6个24伏高电平的方波，方波的次数越少，冲击波形越不稳定；次数越多，越费时间，因此本实施例优选5个24伏高电平的方波，而且方波的宽度为100毫秒，这样才能得到稳定的测量值，因为多于或少于100毫秒，得到的冲击波形则易受干扰，极不稳定。

进一步地，所述控制单元包括单片机。

进一步地，参考图5，所述单片机包括芯片型号为msp430的单片机，所述触发单元包括按键，所述按键与芯片msp430的第4引脚连接，用于通过外力触发按键，当按键被触发按下时，控制芯片msp430产生如图4所述的一组5次方波串。

需要说明的是，本实施例所述芯片msp430还包括外围电路，如外部晶振xtal，所述外部晶振xtal的第1引脚与芯片msp430的第19引脚连接，所述外部晶振xtal的第2引脚与芯片msp430的第18引脚连接，所述外部晶振xtal与芯片msp430内部的2个容值为10pf的补偿电容组成振荡器，为单片机内部集成的cpu提供时间基准，即系统时钟，用于使单片机内部的诸多模块步调一致的工作。

进一步地，参考图5，所述驱动隔离单元包括驱动器、光耦合器和电阻r1，所述驱动器的输入端与芯片msp430的第10引脚连接，所述光耦合器的第1引脚外接第一供电电压(在本实施例第一供电电压为5v电压)，所述光耦合器的第4引脚外接中点电压vc，所述光耦合器的第2引脚通过电阻r1与驱动器的输出端连接。

需要说明的是，参考图5，本实施例所述驱动器优选驱动芯片为74hc07的六反相驱动器，驱动芯片74hc07的输入端与芯片msp430的第10引脚连接，电磁铁控制信号必须经过驱动芯片74hc07才能控制光耦合器输入级电路，光耦合器输入级再控制输出级，依次控制后续电路，光耦前电源即第一供电电压为+5v电压，光耦后电源则为另一中点电压vc，实现了电源隔离。本实施例所述光耦合器优选型号为til117的光耦合器。

进一步地，参考图5，所述电磁铁控制单元包括二极管、三极管、继电器、继电器触点、电阻r2和电阻r3；所述三极管的基极通过电阻r2与光耦合器的第3引脚，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极通过继电器外接中点电压vc；所述继电器触点的一端接地，另一端通过电磁铁外接第二供电电压(第二供电电压在本实施例中优选24v电压)；所述二极管的阳极连接在继电器与三极管集电极的连接线路上，所述二极管的阴极连接在继电器与中点电压vc的连接线路上；所述电阻r3的一端连接在电阻r2与三极管基极的连接线路上，另一端与三极管的发射极连接。

需要说明的是，本实施例所述电磁铁控制信号优选5个24伏高电平的方波，每当方波为高电平时，三极管控制继电器闭合，电磁铁线圈两端即加24v电压，电磁铁在24v电压控制下撞击冲击检波器100毫秒，共5次，如此往复，以冲击的方式模拟野外地震信号，使待测检波器产生幅度递减的正弦波及其谐波，进而频谱分析，从而得到检波器的诸多指标。

一种检波器测试仪的震动激励系统的激励方法，首先通过外力触发触发单元，然后控制单元在触发单元被触发后产生电磁铁控制信号，所述电磁铁控制信号经驱动隔离单元缓冲隔离处理后经电磁铁控制单元控制电磁铁动作，以冲击的方式模拟野外地震信号，使待测检波器产生幅度递减的正弦波及其谐波。

参考图4，所述电磁铁控制信号包括一组方波串，所述一组方波串包括5个24伏高电平的方波，且相邻两个方波高电平之间间隔2秒，所述方波的宽度为100毫秒，所述一组方波串的占空比为0.0476。

本实施例用于通过外力触发按键，当按键被触发按下时，控制芯片msp430产生如图4所述的一组5次方波串，需要说明的是，参考图7，控制单元在按键被触发按下后产生一组5次方波串之前首先需要进行单片机的内部自检，然后判断按键是否被按下，如果按键没有被按下返回上一步骤继续判断按键是否被按下，如果按键被按下则输出100毫秒宽方波，并且判断单片机是否输出5次100毫秒宽方波，如果输出5次则返回判断按键是否被按下继续下一轮的重新检测，如果没有达到，则继续判断单片机是否输出5次100毫秒宽方波。

需要说明的是，经本专利所述激励电路冲击后，压电检波器输出波形如图6所示，当炸药在井中爆炸激发地震波时，在雷管引爆后几百微秒之内炸药便消耗完，它激发形成的地震波是一个延续时间很短(几毫秒)的尖脉冲，然后幅度值迅速减小，直至衰减为零，本实施例图6的模拟波完全可以体现出地震波的主要特征，因此图6所示波形图已较真实的、快速的体现了地震炸药的激励特点。本实施例所述单片机也可为非msp430系列单片机或其他数字信号处理单元，需要说明的是，现有技术中震动激励方法采用扫频法测试，扫频法测试下检波器在有用带宽范围内产生的波形为如图2所示的幅度不变、频率变化的正弦波，由于是从5赫兹逐步变化至1k赫兹，所以时间较长，大概需5分钟，而采用本实施例所述的冲击法得到冲击波形如图6所示，通过分析冲击波频谱，计算得到其从5赫兹至1k赫兹的波形，只需5秒，当按下按键触发控制单元，本实施例电路反应时间很快，只需几毫秒，电磁铁即可动作，冲击被测检波器，检波器将输出图6所示的波形，如此反复，间隔2秒重复1次，共5次，从按键触发到检波器输出波形累计时间只有10秒。相对于传统扫频法测试，本实施例所述震动激励方法实现了检波器的快速测试，因此采用本专利所述激励方法的地震检波器测试仪能在较短的时间内(10秒)得到测量值，实现快速测试，而前述的传统测试方法得到测量值需要5分钟，故测试效率大幅度提高，从而节省人力，提高产能。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。