一种低频宽带偶极子声源的制作方法

本发明涉及声波探测仪器领域，具体涉及一种低频宽带偶极子声源。

背景技术：

1、横波远探测技术主要利用地层横波穿过裂缝、界面发育、溶洞腔壁等地质异常体时候会产生横波反射波，通过阵列记录反射横波可以对异常体进行成像。理论上利用该技术可实现对井周几米到上百米范围内的地质异常体进行成像，能够有效弥补常规横波测井技术（探测范围：井周零点几米至几米）和vsp、井间地震等探测技术（探测范围：井周数十米至数百米）之间的探测盲区，具有非常大的应用前景而受到市场的广泛关注。

2、横波远探测仪器设计方面包含一个偶极子发射声源、一组阵列接收单元和用于振动隔离的隔声体，与传统偶极子声波测井仪器几乎没有差别。但是这两种仪器所采用的工作方式却截然不同：常规横波测井仪采用的是井孔模式波成像，通过沿井孔传播的模式纵波、横波和斯通利波等模式波的时间延迟对地质构造进行成像，成像深度只有零点几米至几米的范围；横波远探测技术则利用井周地层内传播的体波横波遇到地质异常体产生的反射体波进行成像，探测深度根据发射声源能量及频率不同达到几米到上百米的范围。正是因为工作方式的不同，对于声源需求上也有很大的区别。

3、现用横波测井仪的偶极子声源需要在500hz~6khz甚至更宽的频带内均能激励出声信号，以兼顾不同地层。偶极子声源设计主要分为压电和可变磁阻方案，其中压电方案（us10393903b2、cn105221146a、cn202330735u）主要采用三叠片作为振动基元，利用不同尺寸的三叠片的多阶弯曲振动实现工作频带内的高效声辐射，以us10393903b2声源为例，分别利用两组不同尺寸三叠片的一阶及三阶弯曲振动，使声源在500hz、800hz、2700hz、4500hz等频率处具有高效声辐射，从而满足绝大部分地层的探测需求，但作为谐振发射这种设计方案的-3db带宽很窄，信号拖尾非常严重，不利于各种模式波的分离，而且声源还存在1khz以下的谐振，会产生非常强的斯通利波，影响反射波的提取，这也是该设计方案不适用于横波远探测的主要原因。可变磁阻方案（us6474439b1、us10288758b2）具有非常平坦的工作频率，但是由于其不是采用谐振发射，声源的响应不大，不能满足仪器远距离探测，而且声源同样会激励出丰富的低频成分，产生的斯通利波会掩盖掉反射横波。

4、上述介绍可以看到，现用偶极子源在探测距离、近井盲区、分辨率等方面均存在一些需要改进的地方，针对现用声源的不足，本发明拟提出一种更适应于横波远探测技术的低频宽带偶极子声源的设计方案。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提出了一种低频宽带偶极子声源，设计合理，解决了现有技术的不足，具有良好的效果。

2、为了实现发明目的，采用以下技术方案：

3、一种低频宽带偶极子声源，由低频三叠片组、中频三叠片组、高频三叠片组、安装骨架、左配重、右配重、安装螺钉和过线管构成，所述安装骨架呈圆筒状，三组三叠片组沿周向布置在安装骨架上，每组三叠片组包括四个尺寸相同的三叠片，四个三叠片组成正方形阵，沿周向均匀布置在安装骨架上；

4、通过激励三叠片的低阶弯曲振动，实现低频辐射，激励正方形阵中平行的两个三叠片同向弯曲振动，实现偶极发射，分别激励正方形阵中相互垂直的两组三叠片，实现正交发射，利用三组三叠片组产生的谐振，实现宽带发射。

5、进一步地，所述三叠片为d31极化三叠片，从上到下依次由第一压电陶瓷片、基片和第二压电陶瓷片粘接层合而成，第一和第二压电陶瓷片的极化方向相同，第一压电陶瓷片的正极和第二压电陶瓷片的负极焊接作为三叠片正极，第一压电陶瓷片的负极和第二压电陶瓷片的正极焊接作为三叠片负极；当三叠片正负极上加载交流电压时，三叠片产生低频弯曲振动。

6、进一步地，所述三叠片为d33极化三叠片，包括若干个d33极化压电陶瓷片和基片，若干个d33极化压电陶瓷片平均分成两组，分别粘接在基片的上下两侧；同侧相邻的d33极化压电陶瓷片极化方向相反；将基片上侧d33极化压电陶瓷片的正极和基片下侧d33极化压电陶瓷片的负极并联作为d33极化三叠片的正极，将基片上侧d33极化压电陶瓷片的负极和d33极化压电陶瓷片的正极并联作为d33极化三叠片的负极；当三叠片正负极上加载交流电压时，三叠片产生低频弯曲振动。

7、进一步地，所述低频三叠片组、中频三叠片组、高频三叠片组的三叠片尺寸均不相同，分别对应不同的工作频率fl、fm、fh，其中，fh＞fm＞fl。

8、进一步地，低频三叠片组包括y+方向低频三叠片a1、x+方向低频三叠片a2、y-方向低频三叠片a3、x-方向低频三叠片a4，中频三叠片组包括y+方向中频三叠片b1、x+方向中频三叠片b2、y-方向中频三叠片b3、x-方向中频三叠片b4，高频三叠片组包括y+方向高频三叠片c1、x+方向高频三叠片c2、y-方向高频三叠片c3、x-方向高频三叠片c4。

9、进一步地，分别激励a1和a3、b1和b3、c1和c3能够形成y向偶极子声场；分别激励a2和a4、b2和b4、c2和c4能够形成x向偶极子声场；x方向的偶极子声场与y方向的偶极子声场方位正交，实现声源的正交发射。

10、进一步地，同时激励a1、c1、a2、c2、a3、c3形成y轴方向的宽带偶极声场，同时激励a2、a4、b2、b4、c2、c4形成x轴方向的宽带偶极声场。

11、本发明具有的有益效果是：

12、本发明提出的一种低频宽带偶极子声源设置低频三叠片组、中频三叠片组和高频三叠片组，产生的三个谐振基频实现声源在较宽工作频带内高效声辐射，能够实现更宽宽带、更高效的声辐射，更远的成像分辨率和更小的近井盲区。

技术特征：

1.一种低频宽带偶极子声源，其特征在于，由低频三叠片组、中频三叠片组、高频三叠片组、安装骨架、左配重、右配重、安装螺钉和过线管构成，所述安装骨架呈圆筒状，三组三叠片组沿周向布置在安装骨架上，每组三叠片组包括四个尺寸相同的三叠片，四个三叠片组成正方形阵，沿周向均匀布置在安装骨架上；

2.根据权利要求1所述的一种低频宽带偶极子声源，其特征在于，所述三叠片为d31极化三叠片，从上到下依次由第一压电陶瓷片、基片和第二压电陶瓷片粘接层合而成，第一和第二压电陶瓷片的极化方向相同，第一压电陶瓷片的正极和第二压电陶瓷片的负极焊接作为三叠片正极，第一压电陶瓷片的负极和第二压电陶瓷片的正极焊接作为三叠片负极；当三叠片正负极上加载交流电压时，三叠片产生低频弯曲振动。

3.根据权利要求1所述的一种低频宽带偶极子声源，其特征在于，所述三叠片为d33极化三叠片，包括若干个d33极化压电陶瓷片和基片，若干个d33极化压电陶瓷片平均分成两组，分别粘接在基片的上下两侧；同侧相邻的d33极化压电陶瓷片极化方向相反；将基片上侧d33极化压电陶瓷片的正极和基片下侧d33极化压电陶瓷片的负极并联作为d33极化三叠片的正极，将基片上侧d33极化压电陶瓷片的负极和d33极化压电陶瓷片的正极并联作为d33极化三叠片的负极；当三叠片正负极上加载交流电压时，三叠片产生低频弯曲振动。

4.根据权利要求1所述的一种低频宽带偶极子声源，其特征在于，所述低频三叠片组、中频三叠片组、高频三叠片组的三叠片尺寸均不相同，分别对应不同的工作频率fl、fm、fh，其中，fh＞fm＞fl。

5.根据权利要求4所述的一种低频宽带偶极子声源，其特征在于，低频三叠片组包括y+方向低频三叠片a1、x+方向低频三叠片a2、y-方向低频三叠片a3、x-方向低频三叠片a4，中频三叠片组包括y+方向中频三叠片b1、x+方向中频三叠片b2、y-方向中频三叠片b3、x-方向中频三叠片b4，高频三叠片组包括y+方向高频三叠片c1、x+方向高频三叠片c2、y-方向高频三叠片c3、x-方向高频三叠片c4。

6.根据权利要求5所述的一种低频宽带偶极子声源，其特征在于，分别激励a1和a3、b1和b3、c1和c3能够形成y向偶极子声场；分别激励a2和a4、b2和b4、c2和c4能够形成x向偶极子声场；x方向的偶极子声场与y方向的偶极子声场方位正交，实现声源的正交发射。

7.根据权利要求5所述的一种低频宽带偶极子声源，其特征在于，同时激励a1、c1、a2、c2、a3、c3形成y轴方向的宽带偶极声场，同时激励a2、a4、b2、b4、c2、c4形成x轴方向的宽带偶极声场。

技术总结
本发明公开了一种低频宽带偶极子声源，属于声波探测仪器领域，由低频三叠片组、中频三叠片组、高频三叠片组、安装骨架、左配重、右配重、安装螺钉和过线管构成，所述安装骨架呈圆筒状，三组三叠片组沿周向布置在安装骨架上，每组三叠片组包括四个尺寸相同的三叠片，四个三叠片组成正方形阵，沿周向均匀布置在安装骨架上；通过激励三叠片的低阶弯曲振动，实现低频辐射，激励正方形阵中平行的两个三叠片同向弯曲振动，实现偶极发射，分别激励正方形阵中相互垂直的两组三叠片，实现正交发射，利用三组三叠片组产生的谐振，实现宽带发射。

技术研发人员：吴柏志,戴郁郁,许孝凯,周吟秋,晁永胜,董经利,陈浩,陈德华
受保护的技术使用者：中石化经纬有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15