三种超级检波器的磁路仿真分析.docx

图 1 检波器结构示意图开发设计唐晓刚 颜永安 任 强 王巧艳 李庆丽 王义江（威海双丰物探设备股份有限公司 山东 威海 图 1 检波器结构示意图 开发设计 唐晓刚 颜永安 任 强 王巧艳 李庆丽 王义江 （威海双丰物探设备股份有限公司 山东 威海） 摘 要：针对目前石油勘探领域使用的三种超级检波器的磁路进行仿真分析，为新型检波器磁路的设计提供一种新的思 路和手段。主要通过 ANSYS 软件的应用，建立有限元模型，最终完成了三种超级检波器的磁路分析，并进行了比较。 关 键 词：石油勘探; 超级检波器；仿真；有限元 中图法分类号：P631.4+36 文章编号：1004-9134(2012)05-0010-03 文献标识码：B 都类同，其中 SM24 与 32CT 的线圈绕线窗口的宽度 大于磁靴的导磁部分的宽度，SG10 的线圈绕线窗口 的宽度小于磁靴的导磁部分的宽度，也就是说，SG10 磁靴的导磁部分的宽度大于线圈绕线窗口的宽度，其 余结构部分没有本质区别。 0 引 言 目前国内外石油勘探领域广泛应用的磁电式检波 器为超级检波器，规格分别为 SM24、32CT、SG10 三 种规格；检波器的参数主要有固有频率、阻尼、灵敏 度、直流电阻、失真系数等。随着石油勘探不断向高 分辨率方向发展，对检波器的各项参数要求也越来越 高，尤其是要求检波器具备较低的失真系数，从而能 不失真地接收人工激发的地震波产生的反射信号，提 高石油勘探的分辨率。 目前三种规格的超级检波器，其工作原理都是 磁电转换原理。在线圈内部设有磁钢，磁钢上下设 有导磁的磁靴，线圈外部设有导磁的外壳。磁钢、上 下磁靴、外壳形成一个闭合的磁路，磁路经过线圈 绕线窗口，当线圈接收振动时，切割磁力线，并输 出信号。检波器的磁路设计直接影响检波器的各项 参数，尤其是检波器的失真系数，一般要求检波器 的磁路分布均匀，在线圈振动有效的行程内磁感应 强度分布恒定，这样能很好的降低失真系数，提高 检波器的品质 1、2 。 为深入分析三种超级检波器磁路设计的优劣，本 文采用 ANYSYS 软件进行建模和磁路仿真分析。 图 2 为 SM24 检波器模型图及磁路结构图，主要 为磁路部分的相关结构零件，磁路的形成为磁钢、上 下磁靴、外壳部分，其中引线端子对磁路也有影响， 所以建模时同时考虑一起建立有限元模型。以上已 提到三种超级检波器在结构和尺寸方面的差异，在 此不一一列举每一种的有限元模型，只列出 SM24 的模型。 由于检波器的结构具有对称性，为了简化有限 元分析的计算量，所以对图 2 的磁路模型进行了简 化处理，简化后的 ANSYS 磁路模型及网格划分如 图 3 所示。 1 模型简介 图 1 所示为检波器的结构示意图。图中可看出， 磁钢通过上下磁靴和外壳构成磁闭环回路，线圈位于 上下磁靴与外壳之间的磁隙内，线圈上下部分的绕线 窗口的中心线分别位于上下磁靴处，保证线圈上下振 动时均匀切割磁力线。三种规格的超级检波器的结构 第一作者简介：唐晓刚，男，1971 年生，高级工程师，1993 年毕业于山东工业大学机械设计及制造专业，现在威海双丰物探设备股份有限公司 从事石油勘探领域各种检波器的研究开发工作。邮编：264209 图 2 SM24 检波器模型图及磁路零件结构图图 3 简化后的 SM24 有限元模型及网格划分图 图 2 SM24 检波器模型图及磁路零件结构图 图 3 简化后的 SM24 有限元模型及网格划分 图 4 SM24 检波器模型上半部分磁力线分布图 图 5 SM24 检波器线圈中心区域磁场分布图 2 0 1 2 年 第 2 6 卷 第 5 期 唐晓刚等：三种超级检波器的磁路仿真分析 11 布图、检波器线圈中心区域磁场分布图。 3.1 SM24 的仿真结果 图 4 为SM24 检波器模型上半部分磁力线分布图， 图中点画线为检波器上下结构的对称面，图中可看出 磁靴侧面磁场分布均匀，对应线圈绕线窗口提供了稳 定的磁场，但引线端子存在分磁现象。 图 5 为 SM24 检波器线圈区域中心平面上的磁感 应强度分布曲线图，SM24 检波器线圈高 8.4 mm，振 动幅值为±2 mm，图中左半部分的两条虚线之间的区 域为下线圈的静态位置区域，图中右半部分的两条虚 线之间的区域为上线圈的静态位置区域，上下线圈静 态位置区域的左右部分为线圈的±2 mm 的振动区域； 最底下的曲线为径向磁场曲线，中间曲线为轴向磁场 曲线，最上面的曲线根据公式 Bsum＝sqr（t Br2＋Bz2） 得出，为综合磁场曲线，也就是说，最上面的综合磁 场曲线为检波器的工作磁场曲线，从图中可以看出， 线圈±2 mm 的振动区域在接近上下部分，其磁场分布 不均匀