[发明专利]一种低频偶极子发射换能器

说明书

技术领域

本发明涉及声学探测领域，具体地，本发明涉及一种低频偶极子发射换能器。

背景技术

石油被称为工业的血液，如今石油及其化工制品已经融于到我们生产生活中各个角落，然而作为不可再生资源随着100多年来的开采已经面临枯竭，而且剩下的储藏开采难度和开采成本也越来越高，石油开采进入精细开采的时代。

声波能够有效地在固、液、气三相介质中长距离有效的传播。通过对声衰减、声速等声学参量的测量估算地层的孔隙度、渗透率、含水饱和度等地层性质，声波测井已经成为石油勘探等领域非常重要的测量手段。

声波在测井中的应用最早出现在20世纪50年代。声波测井最初的应用是在固井过程中的胶结质量的检测和介质声速的测量，此时的声波测井仪器结构比较简单，主要是单发双收或者双发双收，声波的波载信息的利用上也只局限于纵波的振幅和速度；70年代末发展了一种长源距声波全波列测井。仪器增加了发射换能器和接收换能器中间的距离，从而在时间轴上把波至中的纵波、横波和伪瑞利分离开来，多种声波波至为测井解释带来了丰富的素材，促进了声波测井的巨大发展，使声波测井逐渐成为主流的测井手段。

期间提出了利用斯通利波反演慢速地层中的横波，然而这种测量手段的可靠性差，再一个由于当时的声源频率比较高，斯通利波提取也很困难。到了90年代初出现了偶极子或者多极子测量地层横波，偶极子声源和四极子声源能够激励井孔产生扰曲波(Flexural wave)和扭曲波(Screw wave)，随着激励频率的降低，扰曲波和扭曲波的波速将趋近于地层的横波声速，扰曲波和扭曲波的高频极限则是逼近斯通利波的高频极限。理论分析表明无论在快速地层和慢速地层都能得到地层的横波速度。为了有效地区分开测量波序中的地层纵波和地层横波，偶极子信号需要工作在5kHz一下。

偶极子声源是偶极子横波测井仪器中的核心部件。常见的偶极子声源主要有以下几类：1、三叠片；2、动圈式；2、镶拼圆环等。然而以上几种换能器均存在着不足：三叠片通常只采用两片陶瓷而且工作的时候利用材料的1-3工作模态，在加载大电压的时候会在粘接面上产生很大的剪切应力，容易损坏器件，这些不足导致了换能器不能够实现大功率的发射；动圈式结构能够实现低频而且平坦的响应曲线，然而这种结构固有存在辐射效率低下的问题，也不能够实现大功率发射；镶拼圆环的谐振基频跟圆环的直径相关，降低换能器的设计频率需要增大换能器的直径。而现在井孔的孔径对这类结构换能器的低频化带来了切实的困难。

发明内容

本发明的目的在于，提供了一种低频偶极子发射换能器。

为实现上述发明目的，本发明提出的低频偶极子发射换能器包括：基本振子、过渡杆2、弯曲梁3、过渡梁4、摆动柱5、刚性梁6、端盖板7和水密层8；

所述的基本振子设置于刚性梁6内，由上下两个陶瓷堆1通过过渡杆2和弯曲梁3串接相连构成，该基本振子通过刚性梁6和设置在刚性梁6两端的端盖板7钳定。

所述的刚性梁6的外部依次套设摆动柱5和水密层8。

所述的过渡梁4设置于刚性梁6中部侧壁上的孔洞中，并通过该过渡梁4将弯曲梁3和摆动柱5的中部相连。

所述的陶瓷堆1由若干陶瓷片机械级联形式堆积，相邻两片陶瓷的电极方向相反。

所述的陶瓷堆1由陶瓷片采用机械级联的形式堆积而成。相邻两片陶瓷的电极方向相反，对所有陶瓷片在电路上采用并联激励。

所述的弯曲梁3由若干段圆弧梁(或者椭圆弧梁)外切而成，优选为三段，其中靠近A端的两段圆弧梁(或者椭圆弧梁)形状一致，三段圆弧梁(或者椭圆弧梁)中靠近A端的两端圆弧梁(或者椭圆弧梁)的相切点的曲率半径小于第三条圆弧梁(或者椭圆弧梁)的曲率半径，在与过渡杆2连接处，梁的切向垂直于过渡杆2的端面。

所述的摆动柱5采用模量在1e10Pa到3e11Pa之间的刚性材料设计而成。

所述的过渡梁4用于摆动柱5和弯曲梁3的刚性连接。

所述的刚性梁6和端盖板7采用模量在1e10Pa到3e11Pa之间的刚性材料设计而成，用来约束陶瓷堆1的振动，使陶瓷堆1的振动从另外一端辐射出去。

所述的刚性梁6的中间位置对称开两个小孔，用于过渡梁4的穿出。