一种短序列声波生成组件及波列测量仪器的制作方法

1.本发明涉及声波测量的技术领域，具体涉及一种短序列声波生成组件及波列测量仪器。


背景技术：

2.声波测量技术，作为一种无接触测量技术，得到广泛的应用。声波测量技术一般面临的都是比较复杂的声学环境，例如可能面临多条声波传播路径、多个反射体，或者不同的传播模式(纵波、横波或斯通利波等)，这些情况会导致在接收传感器上接收收到的波形是各种波形的叠加。而我们常常需要关注后至波的特性，例如在石油测井中，我们需要测量后至的横波，我们非常关心后至的通过水泥胶结第二界面反射的声波等等。
3.如果声波波列过长，后至波会和先至波的后半部分重叠在一起，无法识别。如果我们能有效地缩短声波波列的长度，就可以使后至波和先至波充分分离。
4.声波波列过长可能因为接收传感器频带太窄，也可能因为声波在被测介质中形成了共振回响，但是最主要和最棘手的原因还是在于发射传感器余振过大。具体的，通常发射传感器的两个电极不连接，机械能转换成电能后以电场能量的形式储存在传感器电容之中，并在后续的过程中以反压电效应的方式转换成机械能，反复循环，不能以电能的方式直接消耗。如果直接将发射传感器的正负极短路，发射传感器上产生的电能会直接驱动发射传感器的上的电感，对应机械动能，直接转换成发射传感器的机械动能，反复循环，也不能以电能的方式直接消耗。


技术实现要素：

5.基于上述表述，本发明提供了一种短序列声波生成组件及波列测量仪器，通过设置能量回收单元，通过消耗电能的方式在发射传感器振动的正半周期和/或负半周回收发射传感器内储存的能量，迫使声波发射传感器快速停振，从而使发射传感器发射出的声波波列长度大幅缩短，避免后至波和先至波的后半部分重叠，提高声波全波列测量的测量效果。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种短序列声波生成组件及波列测量仪器，包括电源单元、激发单元、声波发射单元和能量回收单元；所述声波发射单元包括发射传感器x1；所述激发单元的输入端连接所述电源单元，输出端连接所述发射传感器，用于激发所述发射传感器，使所述发射传感器振动从而发射声波；所述能量回收单元连接所述发射传感器，用于在所述发射传感器振动的过程中消耗所述发射传感器储存的电能。
7.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
8.进一步的，所述能量回收单元包括正半周期回收单元，用于在所述发射传感器x1振动的正半周期回收电能。
9.进一步的，所述正半周期回收单元包括互感器t2、开关管q2和二极管d3；
10.所述互感器t2的一次侧正极连接所述发射传感器x1的正极；所述互感器t2的一次
侧负极连接所述开关管q2的一端，并且所述开关管q2的另一端接地，所述开关管q2的栅极为控制端；
11.所述互感器t2的二次侧正极连接所述二极管d3的负极，并且所述二极管d3的正极接地；所述互感器t2的二次侧负极连接所述电源单元的输出端。
12.进一步的，所述能量回收单元包括负半周期回收单元，用于在所述发射传感器x1振动的负半周期回收电能。
13.进一步的，所述负半周期回收单元包括变压器t3、开关管q3和二极管d4；
14.所述变压器t3的一次侧正极连接所述发射传感器x1的正极；所述变压器t3的一次侧负极连接所述开关管q3的一端，并且开关管q3的另一端接地，所述开关管q3的栅极为控制端；
15.所述变压器t3的二次侧正极连接所述电源单元的输出端；所述变压器t3的二次侧负极连接所述二极管d4的负极，并且所述二极管d4的正极接地。
16.进一步的，所述激发单元包括互感器t1、开关管q1和二极管d2；
17.所述互感器t1的一次侧正极连接所述电源单元的输出端；所述互感器t1的一次侧负极连接所述开关管q1的一端，并且所述开关管q1的另一端接地，所述开关管q1的栅极为控制端；
18.所述互感器t1的二次侧和所述二极管d2串联后，正极接地，负极连接所述发射传感器x1的正极。
19.进一步的，所述激发单元还包括开关管q4；所述互感器t1的二次侧正极连接所述pmos管q4的一端，并且所述开关管q4的另一端接地；所述互感器t1的二次侧负极连接二极管d2的正极，所述二极管d2的负极连接所述发射传感器x1的正极。
20.进一步的，所述声波发射单元还包括限流电阻r1；所述限流电阻r1与所述发射传感器x1串联。
21.进一步的，所述电源单元包括电能接收端p1、二极管d1和滤波电容c1；所述二极管d1的正极连接所述电能接收端p1，负极连接所述滤波电容c1的正极，并连接所述电源单元的输出端；所述滤波电容c1的负极接地。
22.本技术还提出了一种短序列声波波列测量仪器，包括相适配的发射装置和接收装置，所述发射装置包括上述任意一项所述的短序列声波生成组件。
23.与现有技术相比，本技术的技术方案具有以下有益技术效果：
24.1、本发明通过设置能量回收单元，通过消耗电能的方式在发射传感器振动的正半周期和/或负半周回收发射传感器内储存的能量，迫使声波发射传感器快速停振，从而使发射传感器发射出的声波波列长度大幅缩短，避免后至波和先至波的后半部分重叠，提高声波全波列测量的测量效果；
25.2、通过将现有的激发单元内的变压器更换为互感器，实现对发射传感器的瞬时激发，进一步缩短发射传感器的振动时间，从而进一步缩短发射传感器的发射波列长度。
附图说明
26.图1为本发明实施例提供的一种短序列声波生成组件的结构示意图；
27.图2为本发明实施例一中短序列声波生成组件的结构示意图；
28.图3为本发明实施例二中短序列声波生成组件的结构示意图；
29.图4为本发明实施例三中短序列声波生成组件的结构示意图；
30.图5为本发明实施例四中短序列声波生成组件的结构示意图；
31.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
32.1、电源单元；2、激发单元；3、电源发射单元；4、能量回收单元；41、负半周期回收单元；42、负半周期回收单元。
具体实施方式
33.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
34.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
35.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
36.实施例一
37.一种短序列声波生成组件，包括电源单元1、激发单元2、声波发射单元3和能量回收单元4。能量回收单元4通过电能的形式消耗声波发射单元3的能量，从而使声波发射单元3的能量快速消耗，缩短声波发射单元3的发射波列长度。电源单元1、激发单元2、声波发射单元3和能量回收单元4可选用多种形式，在此不做限制。
38.其中，电源单元1包括电能接收端p1、二极管d1和滤波电容c1。二极管d1的正极连接电能接收端p1，负极作为电源单元1的输出端。并且滤波电容c1的正极连接二极管d1的负极，负极接地，用于滤波。
39.声波发射单元3包括发射传感器x1，发射传感器x1的负极接地。发射传感器x1接受电能后，由于逆压电效应开始震动，并使能量不断在电能和机械能之间转换形成震荡，并发出声波波列。
40.本实施例中，如图2所示，激发单元2仅包括开关管q1，并且本实施例中开关管q1为pmos管，开关管q1的源极连接电源单元1的输出端，并且漏极连接发射传感器x1的正极，栅极连接控制端p2。通过控制端p2控制开关管q1通断，从而控制电源单元1是否向发射传感器x1供电，以激发发射传感器x1发射声波。
41.能量回收单元4包括电阻r2，电阻r2一端连接发射传感器x1的正极，另一端接地，通过将电能转换为热能从而消耗发射传感器x1储存的能量，迫使声波发射传感器x1快速停振，从而使发射传感器x1发射出的声波波列长度大幅缩短，避免后至波和先至波的后半部分重叠，提高声波全波列测量的测量效果。
42.实施例二
43.本实施例和实施例一的区别在于，如图3所示，本实施例中，激发单元2包括变压器
t1和开关管q1，并且本实施例中的开关管q1为nmos管。变压器t1的一次侧正极连接电源单元的输出端。变压器t1的一次侧负极连接开关管q1的漏极，并且开关管q1的源极接地，开关管q1的栅极连接控制端p2。变压器t1的二次侧正极连接发射传感器x1的正极，负极接地。
44.通过控制端p2控制开关管q1开通时，变压器t1的一次侧通电，从而通过变压器t2的二次侧激发发射传感器x1。
45.另外，能量回收单元4包括正半周期回收单元41。正半周期回收单元41包括互感器t2、开关管q2和二极管d3，本实施例中的开关管q2为nmos管。互感器t2的一次侧正极连接发射传感器x1的正极。互感器t2的一次侧负极连接开关管q2的漏极，并且开关管q2的源极接地，开关管q2的栅极连接控制端p2。互感器t2的二次侧正极连接二极管d3的负极，并且二极管d3的正极接地。互感器t2的二次侧负极连接电源单元1的输出端。
46.发射传感器x1的振动处于正半周期时，通过控制端p3控制开关管q2开通，此时发射传感器x1内的能量通过电能的形式转移至互感器t2的一次绕组中，并在通过控制端p3控制开关管q2关断后，通过互感器t2的二次侧将能量放出，从而实现能量的消耗。
47.实施例一的能量回收单元4通过将电能转换为热能从而消耗发射传感器x1储存的能量，迫使声波发射传感器x1快速停振。本实施例二的能量回收单元4通过将发射传感器x1内的能量通过电能的形式转移至互感器t2的一次绕组中，并在通过控制端p3控制开关管q2关断后，通过互感器t2的二次侧将能量放出，从而实现能量的消耗。
48.因此，无论是以电能的形式快速消耗，还是转移发射传感器x1上的能量，或其他能够使发射传感器x1上的能量快速消失的结构，都在本发明的保护范围内。
49.实施例三
50.本实施例和实施例二的区别在于，如图4所示，本实施例中，激发单元2包括互感器t1、开关管q1和二极管d2。另外，本技术的能量回收单元4还包括正半周期回收单元41和负半周期回收单元42。正半周期回收单元41包括互感器t2、开关管q2和二极管d3。负半周期回收单元42包括互感器t3、开关管q3和二极管d4。
51.本实施例中，开关管q1、开关管q2和开关管q3均为igbt。相比与mos管，igbt的击穿电压高且工作电流大，耐压且更加便于控制。
52.互感器t1的一次侧正极连接电源单元的输出端。互感器t1的一次侧负极连接开关管q1的发射极，并且开关管q1的集电极接地，开关管q1的栅极连接控制端p2。互感器t1的二次侧和二极管d2串联后，正极接地，负极连接发射传感器x1的正极。
53.通过控制端p2控制开关管开通后，来自电源单元1的电能被储存于互感器t1的一次绕组中。在通过控制端p2控制开关管q1关断后，互感器t1一次绕组中的电能通过互感器t1的二次侧瞬间放出，从而对发射传感器进行瞬间激发。
54.互感器t2的一次侧正极连接发射传感器x1的正极。互感器t2的一次侧负极连接开关管q2的发射极，并且开关管q2的集电极接地，开关管q2的栅极连接控制端p2。互感器t2的二次侧正极连接二极管d3的负极，并且二极管d3的正极接地。互感器t2的二次侧负极连接电源单元1的输出端。
55.发射传感器x1的振动处于正半周期时，通过控制端p3控制开关管q2开通，此时发射传感器x1内的能量通过电能的形式转移至互感器t2的一次绕组中，并在通过控制端p3控制开关管q2关断后，通过互感器t2的二次侧将能量放出，从而实现能量的消耗。
56.互感器t3的一次侧正极连接发射传感器x1的负极。互感器t3的一次侧负极连接开关管q3的发射极，并且开关管q3的集电极接地，开关管q3的栅极连接控制端p6。互感器t3的二次侧正极连接二极管d3的负极，并且二极管d3的正极接地。互感器t3的二次侧负极连接电源单元1的输出端。
57.发射传感器x1的振动处于负半周期时，通过控制端p6控制开关管q3开通，此时发射传感器x1内的能量通过电能的形式转移至互感器t3的一次绕组中，并在通过控制端p6控制开关管q3关断后，通过互感器t3的二次侧将能量放出，从而在发射传感器x1振动的负半周期也能实现能量的消耗，进一步缩短发射传感器x1的发射波列长度。
58.相应的，本技术的声波发射单元3还包括二极管d5和二极管d6。发射传感器x1的负极通过二极管d5接地，具体的，二极管d5的正极接地，负极连接发射传感器x1的负极。二极管d6的正极接地，负极连接发射传感器x1的正极。通过设置二极管d5和二极管d6，确保在发射传感器x1的振动的正半周期和负半周期中，电流能够通过正负半周期回收单元41或负半周期回收单元42。
59.另外，本实施例通过将现有的激发单元2内的变压器更换为互感器t1，实现对发射传感器x1的瞬时激发，进一步缩短发射传感器x1的振动时间，从而进一步缩短发射传感器x1的发射波列长度。
60.实施例四
61.本实施例与实施例三的区别在于，如图5所示，本实施例中，激发单元还包括开关管q4，本市实施例中，开关管q4为pmos管。互感器t1的二次侧正极连接开关管q4的漏极，并且开关管q4的源极接地，开关管q4的栅极连接控制端p7。互感器t1的二次侧负极连接二极管d2的正极，二极管d2的负极连接发射传感器x1的正极。
62.通过控制端p7控制开关管q4开通或关断，和二极管d2一同阻止电流在互感器t1的二次侧反向流动，能够确保关断开关管q3前，能量储存于互感器t1的一次绕组内而不通过二次侧放出。
63.另外，本实施例的负半周期回收单元42包括变压器t3、开关管q3和二极管d4，本实施例中的开关管q3为pmos管。变压器t3的一次侧正极连接发射传感器x1的正极。变压器t3的一次侧负极连接开关管q3的漏极，并且开关管q3的源极接地，开关管q3的栅极连接控制端p6。变压器t3的二次侧正极连接电源单元1的输出端。变压器t3的二次侧负极连接二极管d4的负极，并且二极管d4的正极接地。
64.由于已经通过正半周期回收单元41消耗了发射传感器x1的大部分能量，不许担心瞬间电流或电压过大。因此，在发射传感器x1振动的负半周期内，可通过控制端p7控制pmos管q3开通，从而将发射传感器x1的能量逐渐通过变压器t3的二次侧持续放出并消耗。
65.本实施例的声波发射单元3该包括限流电阻r1，限流电阻r1和发射传感器x1串联。
66.实施例五
67.一种短序列声波波列测量仪器，包括相适配的发射装置和接收装置，所述发射装置包括上述任意一个实施例所述的短序列声波生成组件。
68.由于发射装置发出的声波波列更短，能够避免接收装置接收到的后至波和先至波的后半部分重叠，从而能够提高声波全波列测量的测量效果。
69.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和
原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。