声波测井圆管状压电陶瓷换能器频响特性研究

李艳荣，韩有信．声波测井圆管状压电陶瓷换能器频响特性研究．测井技术，１９９４，１８（５）：３４０～３４４本文从声波测井圆管状压电陶瓷换能器的等效电路出发，对其频率响应特性进行了理论分析和数值模拟，并在探讨了实验测量方法的基础上，对压电陶瓷换能器的频率响应特性进行了测量。理论分析与实验测量结果都表明，对于换能器的每一振动模（包括径向振动和轴向振动），都有两个谐振频率，而不是一个。另外还提出了测量换能器谐振频率的新方法──相位关系法。     

声波测井换能器检测方法与原理分析

压电晶体换能器性能是影响声波测井仪器质量的重要因素之一。文章从压电晶体的等效电路出发，分析了用导纳圆进行压电晶体换能器性能检测的基本原理和测量方法，     

SBT声波测井换能器分析

SBT声波测井仪器的换能器是声波测井仪器的关键部件，其设计和制作过程均需要针对具体的应用条件和环境，结合偏心声源激发的声波环绕井壁的传播规律，设计相应的频率和激发方式。在制作过程中，需要解决如下关键问题：压电片的外形及其几何尺寸的设计与选择、换能器结构及其相应的机械振动模态分析、压电片电特征的估计和测量、压电片的配对、电极表面的处理、粘接材料的选择、粘接工艺等。     

压电换能器一致性对声波测井曲线影响的探讨

声波测井在油气勘探中有着非常重要的作用,其传输用的发射和接收晶体一致性对声波测井曲线具有重要的影响,换能器振动时表现出的动态电性参数由换能器的振动模态决定.文章介绍了换能器的频率特征的测量原理,并对换能器压电晶体的频率特征进行了测量,分析了压电换能器频率特征一致性差对声波测井曲线的影响.     

圆管状声波换能器瞬态过程的分析

结合石油测井的实际情况,首次从理论上对常规声波测井仪中采用的圆管状压电陶瓷声波换能器在阶跃电压、冲激电压和正弦间断电压等激励信号的作用下的瞬态过程进行了分析,推导出了在上述几种情况下圆管状压电陶瓷换能器的声源函数和谱函数,并叙述了推导结果在声皮测井中的应用。     

薄球壳换能器的电驱动信号与辐射声波之间的理论关系

分析了薄球壳压电换能器的暂态响应，建立了其等效电路，并且求出了电驱动信号与换能器的瞬时运动之间的传输函数，利用留数定理，可以对任何电驱动信号，解析地求出换能器的运动在时域与频域的暂态函数。因为薄球壳换能器向四周均匀地辐射声波，故可等效为一个无方向的点源，所以其时域与频域内的暂态函数是声波测井研究中采用的源函数的较好表示，并为建立新的声波测井机电声网络与系统分析理论奠定了基础。     

声波测井换能器激发响应实验研究

声波测井换能器的激发响应由换能器振动时所表现出来的动态阻抗和激发电路参数决定。而换能器的动态（阻抗）参数随压电晶体及其装配方式（力学边界条件）改变。为了测量换能器动态参数的影响，采用声波测井仪器常用的压电晶体和升压变压器，通过改变激发脉冲宽度和直流电压进行了实验，结果发现：在换能器两端的瞬态响应中，一共有三个二阶网络响应，分别对应于不同的频率。最低的一个影响声波测井波形的基线、与换能器主频接近的一个决定激发效率以及电路与压电晶体之间的匹配关系，是激发电路设计中比较关键的，其参数可以通过导纳圆测量仪器得到。     

声波测井压电换能器的一致性问题

针对实际生产中存在的声波测井仪器的一致性比较差 ,发射声波能量和接收灵敏度比较低等问题 ,用声波测井波动声学的原理讨论声波测井频率对声波时差和声幅测量结果的影响。对于裸眼井声波测井波形中的首波来讲 ,其速度随频率变化比较小 ,但是 ,幅度受井孔的固有频率影响 ,随频率变化比较大。这样 ,声波测井仪器的压电换能器频率的一致性是影响仪器性能、造成上述问题的主要原因。用导纳圆测量的方法给出了确定声波测井压电换能器频率一致性的具体技术。为了提高仪器的性能指标 ,提出了配对更换压电换能器的仪器检修方法。结合井内固有频率选择相应的声波测井仪器 ,可以达到增加针对性 ,减少盲目性 ,有效地提高测井成功率的目的     

薄球壳换能器的源函数来源和特性分析

本文对球状（各向同性）压电换能器的激发特性（瞬间响应），中心频率等作了详尽的理论分析和仿真模拟，并用一种模型来描述在薄球壳换能器被电压信号激发期间质点的瞬态运动行动。这个模式被称为换能器的源函数。推导出的声波函数被用来等效在声波石油测井和地质勘探的研究中所采用的无方向的点源。     

提高声波测井仪器性能的关键--换能器的频率特征

常规测井系列中，补偿声波和声波变密度测井仪器是比较重要的仪器，其性能的改进对提高测井技术水平具有重要意义。文章从裸眼和套管井内传播的声波具有明显的频率选择性出发，讨论声波测井仪器性能的改进问题，并且结合换能器的导纳圆测量结果，给出了具体的提高声波测井仪器性能的方法。即用导纳圆测量系统测量装在仪器上的换能器的主频和频带宽度，以不同地层的井内能够传播的声波的频率特征为基础选择相应的声波测井换能器或仪器。以保证在裸眼井内测量的波形中首波是以地层的纵波速度传播的，在套管井内，首波是反应固井胶结质量的套管波。     

薄球壳压电换能器机电特性的数值模型

在薄球壳压电换能器等效电跌的基础上，对它的声源函数和机电瞬态特性进行了数值模拟和分析。由于薄球壳压电换能器可以均匀地向四周辐射声波，因此，它能够等效为声波测井和地震的勘探研究中所采用的无方向点源。文中所得到的结论为声波测井网络理论的物理模型建立奠定了基础。     

基于有限单元法的随钻声波测井发射、接收换能器研究

换能器是随钻声波测井仪器的关键部件之一,其性能的优劣直接影响到所接收地层回波的质量和可靠性。基于有限单元法使用大型有限元软件ANSYS对瓦片状随钻发射换能器的水平指向性以及圆片状三叠片接收换能器的灵敏度进行了研究。结果表明,四瓣瓦片状换能器组装成的随钻发射换能器单极15k激励时水平指向性近似为一圆形,四极4k激励时近似为一四叶花瓣,在指向性标准方面均满足实际要求;圆片状三叠片接收换能器灵敏度在串联时随着压电晶片厚度的增加而增大,但灵敏度起伏也增大;并联连接时接收不平稳,不宜作为接收换能器使用。     

薄球壳压电换能器机电特性的数值模拟

在薄球壳压电换能器等效电路的基础上,对它的声源函数和机电瞬态特性进行了数值模拟和分析。由于薄球壳压电技能器可以均匀地向四周辐射声波,因此,它能够等效为声波测井和地震勘探研究中所采用的无方向点源。文中所得到的结论为声波测井网络理论的物理模型建立奠定了基础。     

压力载荷对声波测井圆管换能器影响有限元分析

基于有限元方法数值分析压力载荷对声波测井圆管换能器的影响,研究不同压力条件下换能器频率响应、发射特性的变化。随着对换能器上下两底面施加压力的增加,换能器各振动模态谐振频率降低,当压力增大到一定数值某些振动模态消失,产生新的振动模态。随着压力的增加,在空气中换能器谐振频率逐渐降低,在21.82kHz谐振点处的电导值上升,在16.01kHz谐振点的电导值先升高后降低并逐渐消失,在14.64kHz谐振点处的电导值降低并逐渐消失;在流体中换能器谐振频率降低,对应的电导值均降低。随着压力的增加,换能器在流体中的发射电压响应值在高频段会上升,在低频段会先略有上升后下降。数值模拟结果可以对正确制作、装配圆管换能器起到良好的指导作用。     

三叠片型偶极声波测井换能器的有限元设计

三叠片型偶极声波测井换能器可以用来测量快速地层和慢速地层的横波速度.基于有限元方法,对三叠片型偶极发射声波换能器进行结构仿真与设计.系统探讨了换能器尺寸和结构各参量的改动对换能器频率特性和辐射特性的影响.当压电陶瓷片的厚度增加、金属基片的厚度增加,或者压电陶瓷片的长度增加时,换能器的谐振频率升高;当金属基片的长度增加时,换能器的谐振频率降低.换能器的声辐射效率随压电陶瓷片或者金属基片长度的增加而增加,随它们厚度的增加而降低.     

测井超声换能器传输特性的标准化处理

针对声波测井中超声换能器特性井的非一致性问题提出了换能顺传输特性标准化的思想，给出了标准化的计算方法，并对实际回波进行了处理。实验结果表明：经过换能器传输特性的标准化处理，能够从声波信号中消除中实际换能器自身不规整特性，有效地减少小或消除不同换能器的非一致性对所接收的声波信号的影响，使得不同能器具有相同的传输特性，从而保证不同换能器接收的声波信号具有可比性。     

换能器中心频率偏移对声波测井曲线的影响

文章推导出声波测井圆管状压电陶瓷换能器的传输函数，得出换能器有两个谐振中心频率：串联谐振中心频率和并联谐振中心频率。分析计算了谐振中心频率偏移对声波测井曲线的影响。     

声波测井技术研究进展

以声波测井换能器技术的变化为主线,分析了声波测井技术的进展以及我国在该技术领域内取得的进步.单极子声波测井技术已经成为我国成熟的声波测井技术,包括非对称声源技术在内的多极子声波测井技术已经进入产业化进程.以井下声波的定向辐射和定向接收为最主要特征的相控声波测井技术是正在研发的新一代声波测井技术,我国在此领域已经取得显著...     

提高声波测井探头发射功率的实验研究

声波测井仪器中的发射换能器发射的声功率越大，声波测井波形的幅度就越大，测井资料的质量就越有保证。从这个意义上说，最有效地激发声功率是提高声波测井仪器性能或测井资料质量的一个重要的技术手段。用在线测量的声波测井仪器的导纳圆参数可以分析发射电路与换能器的匹配情况。文章首先给出了一个动态试验结果．用小的感性负载串联到换能器的回路后，换能器发射声波的能量提高了近一倍。然后用单频的电路阻抗模型简单地分析了提高发射声功率的原因。最后通过一个计算例子指出，在某些频率，由于有相位因素的影响，加在换能器上的电压的模可以比电源电压还大。