来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些都属于本发明保护 范围。
[0052] -种主动式噪声压裂效果检测系统，如图1和图2所示，该检测系统包括电缆1、压 裂效果检测装置2、套管3、地面装置4,压裂效果检测装置2通过电缆1与地面装置7相连;其 中压裂效果检测装置2包括电子仓202、声波发射换能器205、声波接收换能器208,电子仓 202上端与电缆1相连接，压裂效果检测装置2还包括壳体201、连接管203、过线胶管204、压 电陶瓷支架206、透声管壁207、橡皮塞209、管卡210、密封架211，其中电子仓202、连接管 203、过线胶管204、声波发射换能器205、压电陶瓷支架206、透声管壁207、声波接收换能器 208、橡皮塞209、管卡210、密封架211均安装于壳体201内部，声波接收换能器208、声波发射 换能器205和电子仓202由下向上依次通过连接管203连接，声波发射换能器205与壳体201 之间由过线胶管204密封，声波接收换能器208和声波发射换能器205之间通过压电陶瓷支 架206支撑，声波接收换能器208和声波发射换能器205之间还设置有透声管璧207,在声波 接收换能器208最下方与壳体201之间依次设置橡皮塞209、管卡210和密封架211。
[0053] 如图3所示，表示了主动式噪声压裂效果检测系统的检测原理框图，声波接收换能 器208内部产生的四路电压输出信号?1、？ 2、？3、和?4分别通过各自路径送至电子仓202中，电 子仓202中的四路通道内的电路和参数完全一样，首先声波接收换能器208接收到的噪声信 号会在声波接收换能器208内部产生的一路电压信号经过通道1送至A/D转换电路中，通道1 中依次连接着前置预处理电路、低通滤波电路、可变增益放大电路、电压放大电路。A/D转换 电路和可变增益放大电路分别和由单片机控制的控制电路连接，控制电路连接有CAN总线 电路，CAN总线与数据收发模块相连，最后将处理后数据经电缆1送入地面装置4中。本文只 介绍声波接收换能器将采集到的数据经过通道1传输到A/D电路中，其他三路通道的原理与 过程均与通道1相同，在此不做一一介绍。
[0054]电子仓202主要是对声波发射换能器205提供外部电压激励和接收换能器转换的 电信号经行一系列的调整，实现井下和井上的数据传输，将井下声波接收换能器208接受到 的测井数据传输到地面装置4。电子仓202包括和声波接收换能器208相连的四个通道电路， 激励电压产生电路，和通道电路连接的A/D转换电路、控制电路，CAN总线电路，数据收发模 块;激励电压产生电路为一个单独存在用于声波发射换能器的方波脉冲激励电压的产生电 路;通道电路中包括依次连接的前置预处理电路、低通滤波电路、可变增益放大电路、电压 放大电路、A/D转换电路，前置预处理电路主要对来自声波接收换能器208接收到的微弱信 号进行一个20dB左右的放大。
[0055]声波发射换能器205由外部脉冲方波产生的激励电压作用下产生声波，首先由一 个方波脉冲电压电路对声波发射换能器205产生一个频率约为20kHz的电压激励，声波发射 换能器205在给定电压激励后发射出原始声信号，最后原始信号在套管3里和注水以后的噪 声信号混合加载在一起后被声波接收换能器208接收，声波接收换能器208把接收到的噪声 信号转换成模拟电信号，模拟电信号在经过压裂效果检测装置2中电子仓202中的滤波电路 来把声波发射换能器205发射出的原始声信号滤除，只留下井下各个方向上的噪声信号，对 噪声信号经行一系列处理后，可以较好掌握井下注水前后的压裂情况。
[0056] 声波发射换能器205内部结构示意图如图4(a)所示，声波发射换能器205包括发射 换能器压电陶瓷圆筒、发射换能器压电陶瓷圆筒基底20501、发射换能器正电极20502、发射 换能器负电极20503,发射换能器正电极20502为发射换能器压电陶瓷圆筒内壁极化后形 成，发射换能器负电极20503为发射换能器压电陶瓷圆筒外壁极化后形成，发射换能器压电 陶瓷筒内、外壁上的发射换能器压电陶瓷极化方向与发射换能器压电陶瓷圆筒的径向平 行，其中20501是发射换能器压电陶瓷圆筒基底，20502是发射换能器正电极，20503是发射 换能器负电极。如图4(b)所示，声波发射换能器压电陶瓷沿圆周内、外壁上共形成2个电极， 2个电极分别为沿压电陶瓷圆筒内设置有1个正电极和外部设置的1个负电极，将发射换能 器压电陶瓷圆筒外壁上的1个发射换能器负电极20503用导线引接出来到声波发射换能器 205的外表面，作为整个声波发射换能器205的负极，且该负电极接地，发射换能器压电陶瓷 圆筒内壁上的1个发射换能器正电极20502引出1根导线用来作为声波发射换能器205的外 部电路产生激励电压的输入端。
[0057] 声波接收换能器208内部结构示意图如图5所示，图5(a)中表示了声波接收换能器 208由一个接收换能器压电陶瓷圆筒和覆盖在接收换能器压电陶瓷圆筒内、外壁上沿圆周 方向设置的多个银电极矩形条组成，接收换能器压电陶瓷圆筒由接收换能器压电陶瓷圆筒 基底20801、绝缘压电陶片组成，银电极矩形条为极化后分别形成的8个正负电极。其中 20801是接收换能器压电陶瓷圆筒基底，20802是接收换能器正电极，20803是接收换能器压 电陶瓷圆筒电极之间的绝缘带，20804是接收换能器负电极。各银电极等间距覆盖在接收换 能器压电陶瓷圆筒内、外壁上，接收换能器压电陶瓷圆筒内、外壁上对应的银电极连接在一 起，各银电极之间的接收换能器压电陶瓷极化方向与接收换能器压电陶瓷圆筒的径向平 行，各银电极之间的接收换能器压电陶瓷极化形成接收换能器正电极和接收换能器负电 极，接收换能器正电极与接收换能器负电极沿接收换能器压电陶瓷圆筒圆周方向交替间隔 设置。银电极均通过丝网印刷形成，且沿接收换能器压电陶瓷圆筒内外分别设置为4个接收 换能器正电极和4个接收换能器负电极，并相互绝缘，如图5(b)所示。将接收换能器压电陶 瓷圆筒外壁上的4个接收换能器负电极连接在一起后作为整个换能器的负极，接收换能器 压电陶瓷圆筒内壁上的4个接收换能器正电极分别引出四根导线作为四路输出信号 Pl、p2、 P3、和P4,利用这四路电压输出信号可以得到相互正交的两路信号Vx、vy和一路声压信号P。
[0058] 将如上所获得的四路电压相加就可以的到总的声压信号P，利用位于X轴方向上的 声压信号？1和?3,通过两点的声压差利用声压梯度求得水平方向上的振速 Vx，同理声压信 号p2和P4两点的声压差利用声压梯度可以求得y轴方向的振速vy，然后在地面装置4中通过 设置不同的电子旋转角度Φ来控制换能器波束方向以接收不同方向上的声波信号，可以同 时合成在任意方位的指向性图，从而实现换能器在井下同时获得不同方位的声波信号。
[0059] 下面具体介绍怎么利用获得的四路电压信号获得两路不同方向上的振速信号Vx、 Vy和一路声压信号P。获得水平方向声压Pi和P3以及和垂直方向的声压P2和P4后，利用声压梯 度与振速的关系来获得在水平方向的振速Vx和垂直方向上振速Vy，一路声压信号P。
[0060] 目标声场振速和声压关系：
[0061 ]式中，P为介质密度，v为振速，p为声压。贝冰平方向上的振速vx、垂直方向的振速vy 和总的电压信号P可以用如下公式表示：
[0062]电压信号 P:P = P1+P2+P3+P4;
[0065] 这样通过四路电压信号Pl、p2、P3和P4我们就能获得相互正交的两路信号Vx、 Vy和一 路声压信号P。
[0066] 本发明的声波接收换能器指向性的合成原理是：
[0067] 当波达方向为Θ的声场平面波入射到声波接收传感器上，我们可以通过声波接收 换能器208获得相互正交的两个振速分量vx、vy和一个声场中声压信号P，此时产生的输出可 以表示为：
[0068] Xv(t) = [l，U]P(t)
[0069] 其中，Xv(t) = [P(t)，vx(t)，Vy(t) ]T，U= [sin9，cos9]T
[0070] U为与波达方向有关的单位方向向量。
[0071] 利用声压与振速的不同组合利用三角函数关系可以获得不同的指向性图。当利用 声压与振速组合为
丨的时候，我们可以得到类似具有蝌蚪形的指向性图。
[0072] 在地面装置4中引入一个旋转角度Φ的时候，就可以控制波束在二维空间的旋转。 令：
[0073] vc(t) =vx(t)cosit+Vy(t)sinit = x(t)cos(9s-i])),
[0074] vs(t) = -vx(t)sinit+Vy(t)cosit = x(t)sin(9s-i])),
[0075] Vc；(tWPVs(t)具有偶极子指向性，只要通过改变不同的Φ值，即可控制波束Vc；(t)和 vs(t)在水平面的旋转。
[0076] 把声压和振速的乘积定义为瞬时声强流：
[0077] I(t) =p(t)v(t)
[0078] 那么电子旋转声矢量角度传感器输出向量：
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