动圈式地震检波器误差分析演示稿选编.ppt

动圈式地震检波器误差分析 ; 第一章 温度误差分析 ; 依据石油天然气行业标准SY/T 5046.1-2000 (动圈式) 地震检波器标准，检 波器在不同温度环境条件下工作时，各参 数值会随环境温度而发生变化，其参数的 温度系数见表一。 ;表一 检波器温度系数 （参比温度20℃±2.5℃） ; 环境温度对检波器技术指标的影响，如表一所示，主要是指检波器性能指标的直流电阻、阻尼、灵敏度、频率四个指标随环境温度所发生的变化。这四个指标随温度所发生的变化是由其自身材料温度特性所决定的。 ;一、直流电阻温度误差分析 ;; 直流电阻随温度变化的电阻 : ; ; 由表二可以看出选用金属膜电阻作为检波器的外并电阻，其电阻温度系数与线圈铜线温度系数相差一个数量级，目前国内外的检波器测试仪器的设计，均不考虑外并电阻的温度系数，将线圈铜线+0.39%/℃~+0.41%/℃的温度系数作为默认值植入仪器。; 实际上外并电阻温度系数的不确定性，使其难以确定一个值，考虑对并阻后检波器直流电阻的影响，在对检波器整体性能和成本影响不大的情况下，选用低温度系数和（或）大电阻外并电阻，可进一步降低外并电阻对检波器直流电阻受温度的影响。对于检波器技术指标允差很小（优于±2.5%）的检波器，用户在高温（＞40℃）或低温(＜-10℃)测试时应考虑是否有外并电阻的影响，或对生产厂家提出使用温度系数更低的外并电阻要求。消除外并电阻由于温度系数的不匹配，对低允差（±2.5%）检波器的影响，采用全开路指标的系列检波器是一种切实际的方案。 ;二、频率温度误差分析 ;材料的自然频率与材料弹性模量的关系为 （5） 式中l、d-- —— 弹性元件试样的长度和直径 k —— 常数 材料频率温度系数（βf）和材料弹性模量温度系数（βE）的关系为 （6） 式中α------- 材料线膨胀系数（1/℃），检波器用弹性材料（铍青铜）的线膨胀系数为17×10-6 /℃ ; 一般来说，弹性元件的弹性模量随温度的升高而降低，所以弹性模量温度系数（βE）为负值。弹性模量随温度而变化，必然使弹性敏感元件的刚度(k)随之发生变化。这样在相同惯性体质量的情况下，弹性元件的自然频率也必然发生相应的变化。这就是弹性元件具有频率温度系数的机理。 ;自然频率与材料刚度的关系为 （7） 式中 k —— 弹性元件的刚度，它的大小与弹性模量有着直接的关系 m —— 检波器惯性体（质量块）的质量 依据公式（4）通过实验计算检波器频率温度系数，见表三。 ;表三 检波器频率温度系数实验测试计算数据;注：以上实验测试记录，11～13；21～23号检波器使用的是不同批次弹簧片。测试仪器为SMT150。 ;三、灵敏度温度误差分析 ;灵敏度原理公式（9） （9） Bδ — 磁体提供的工作气隙磁感应强度 lo -- 每匝线圈的平均长度 Nδ -- 工作气隙中线圈绕组的匝数 ; 地震检波器永磁材料提供工作气隙的磁场。检波器的惯性体在永磁材料提供的气隙强磁场中切割磁力线产生磁感应信号输出。因此，永磁体是检波器重要部件之一，它不仅影响检波器主要技术指标和参数也影响检波器的成本。几十年来检波器使用的永磁体大多为铝镍钴磁体，随着科技发展先后出现过铁氧体、稀土钐钴和钕铁硼等新型磁体，近几年来由于钕铁硼在检波器中的应用技术日益成熟，这种材料替代铝镍钴磁体已成趋势。 ; 永磁材料的磁性能温度系数，影响着磁感应强度Bδ随温度增加而减小。铝镍钴磁体磁感应温度系数≈-0.02%/℃,钕铁硼磁体采用温度补偿办法磁感应温度系数也≈-0.02%/℃,甚至可作到明显优于-0.02%/℃，但线性度稳定性(非线性误差)略逊于铝镍钴磁体。 ; 由公式（8）、（9）可以看出，检波器开路状态下灵敏度受磁体性能温度系数影响，当检波器外并电阻时除受磁体性能温度系数影响外，还受线圈铜线电阻温度系数和外并电阻温度系数影响。 检波器外并电阻，通过前面直流电阻温度误差分析，可以认为外并金属膜电阻或温度系