水听器的制作方法

本实用新型涉及油田勘探技术领域，特别涉及一种水听器。

背景技术：

随着油田勘探开发的不断深入，滩浅海勘探目标转向寻找复杂构造油气藏。为此要求所采集的地震数据需要做到全方位、全频带采样，在这基础上从而提出了“两宽一高”的勘探理念。所谓的两宽一高就是指地震勘探中所要得到宽频带、宽方位角和高密度的地震数据。

为了得到宽频带的地震数据，在滩浅海勘探中就需要将把水下声信号转换为电信号的水听器的接收频率变得更宽。但是目前滩浅海勘探使用的水听器的频率范围有限，其低截止频率点为10Hz，不能达到现在宽频带的要求。要满足全频带采集的勘探采集理念，就必须使用低截止频率更低的水听器，即水听器的低截止频率需小于10Hz。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例所要解决的技术问题是提供了一种水听器，其能够有效降低水听器的低截止频率。

本实用新型实施例的具体技术方案是：

一种水听器，所述水听器包括：

压电陶瓷片单元，其包括多个并联连接的压电陶瓷片；

变压器，其包括初级线圈和次级线圈，所述初级线圈与所述压电陶瓷片单元并联连接；

阻尼电阻，其与所述次级线圈并联连接。

在一个优选地实施方式中，所述变压器包括环形变压器。

在一个优选地实施方式中，并联的所述压电陶瓷片的数量至少为8个。

在一个优选地实施方式中，所述次级线圈的两端用于连接接收仪器。

在一个优选地实施方式中，所述接收仪器与所述次级线圈并联连接。

在一个优选地实施方式中，所述初级线圈与所述次级线圈的匝数比为4。

在一个优选地实施方式中，所述变压器的所述初级线圈的电感量大于等于3000H。

在一个优选地实施方式中，所述压电陶瓷片单元的机电耦合系数大于等于80V/bar。

在一个优选地实施方式中，所述阻尼电阻的数值为4800Ω。

在一个优选地实施方式中，所述变压器的所述初级线圈的电阻为330Ω，所述变压器的所述次级线圈的电阻为150Ω。

在一个优选地实施方式中，所述压电陶瓷片单元的电容量大于等于360×10^-9F。

在一个优选地实施方式中，所述水听器的低截止频率小于10HZ。

在一个优选地实施方式中，所述水听器的低截止频率在4HZ-6HZ之间。

本实用新型的技术方案具有以下显著有益效果：

本实用新型中的水听器利用压电陶瓷片作为压敏元器件，将多个压电陶瓷片组成一个压电陶瓷片单元，并将此压电陶瓷片单元与变压器作为阻抗变换器，再加上阻尼电阻等元器件。通过上述方式得到的压电陶瓷片单元具有一个较大的电容量，其可以有效的降低水听器的自然频率，使得水听器的低截止频率可以达到5Hz以下。这样以后，水听器能够对于“两宽一高”的地震勘探具有良好的接收效果。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。

图1为本实用新型实施例中水听器的原理结构图。

图2为本实用新型实施例中压电陶瓷单元的结构示意图。

以上附图的附图标记：

1、压电陶瓷片单元；11、压电陶瓷片；2、变压器；21、初级线圈的电阻；22、次级线圈的电阻；3、阻尼电阻；4、输入电阻。

具体实施方式

结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。

目前，水听器的低截止频率一般都是10Hz左右，由于该类水听器的电路原器件和电路原理都基本已经固定，该类电路原器件下即使调整电路原器件的参数，其组成的水听器的低截止频率都很难再继续变小。针对低频勘探的需要，申请人设计了一种新型的水听器，图1为本实用新型实施例中水听器的原理结构图，如图1所示，本申请提出了一种水听器，水听器包括：压电陶瓷片单元1，其包括多个并联连接的压电陶瓷片11；变压器2，其包括初级线圈和次级线圈，初级线圈与压电陶瓷片1并联连接；阻尼电阻3，其与次级线圈并联连接。

本水听器利用压电陶瓷片11作为压敏元器件，将多个压电陶瓷片11组成一个压电陶瓷片单元1，并将此压电陶瓷片单元1与变压器2作为阻抗变换器，再结合阻尼电阻3等元器件。通过上述方式得到的压电陶瓷片单元1具有一个较大的电容量，其可以有效的降低水听器的自然频率，使得水听器的低截止频率可以达到5Hz以下。这样以后，水听器能对够于“两宽一高”的地震勘探具有良好的接收效果。

为了进一步了解本水听器，下面将对本水听器做进一步说明和解释。图2为本实用新型实施例中压电陶瓷单元的结构示意图，请参阅图2所示，本实用新型水听器中的压电陶瓷片单元1(B)包括多个并联连接的压电陶瓷片11。压电陶瓷片11是一种电子发音元件，在两片铜制圆形电极中间放入压电陶瓷介质材料，当在两片电极上面接通交流音频信号时，压电片会根据信号的大小频率发生震动而产生相应的声音来。每一个压电陶瓷片11均采用质量优越的压电陶瓷片11，如此做的目的是为了增大其电容量，最终使得压电陶瓷片单元1具有一个较大的电容量。该压电陶瓷片单元1具有两端，其分别用于连接其它元器件。

变压器2(T)包括初级线圈和次级线圈，变压器2的初级线圈与次级线圈的匝数比为n:1。初级线圈与压电陶瓷片单元1并联连接，即初级线圈的一端与压电陶瓷片单元1的一端连接，初级线圈的一端的另一端与压电陶瓷片单元1的另一端连接。该变压器2可以为环形变压器2，选择环形变压器2的原因是由于环形变压器2由于有优良的性能价格比，且同时具有良好的输出特性和抗干扰能力，如此可以有效提高阻抗变换效率。次级线圈具有两端，其别用于连接其它元器件。

与次级线圈并联连接的阻尼电阻3(Rd)，阻尼电阻3的一端与变压器2次级线圈的一端相连接，阻尼电阻3的另一端与变压器2次级线圈的另一端相连接。

该水听器中具有输出端，次级线圈的一端和另一端形成该输出端，输出端用于接入接收仪器，任何接收仪器都具有一定的电阻，因此其相当于一个输入电阻4(Ra)。

下面将对上述水听器的电路做如下分析：

在上述水听器的电路中，基于压电陶瓷片单元1的电容量、变压器2的初级线圈的电感量得到水听器的自然频率，具有计算公式如下：

$f_0\≈\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_{1}C}}---\left(1\right)$

其中，f₀表示水听器的低截止频率(即自然频率)，C表示压电陶瓷片单元1的电容量，L₁表示变压器2的初级线圈的电感量。

通过公式(1)可以看出，要降低水听器的低截止频率(自然频率)，需要增加压电陶瓷片单元1的电容量或增加变压器2初级线圈的电感量。

基于阻尼电阻3、输入电阻4、变压器2次级线圈的电阻22、变压器2初级线圈的电阻21和变压器2的初级线圈与次级线圈的匝数比得到阻尼系数，具有计算公式如下：

$D=\frac{1}{2}{\mathrm{\ω}}_0(r_{1}C+\frac{L_1}{R})---\left(2\right)$

ω₀＝2πf₀ (3)

$R=n^2(r_2+\frac{R_d{R}_a}{R_d+R_a})---\left(4\right)$

其中，D表示阻尼系数，f₀表示水听器的低截止频率(即自然频率)，C表示压电陶瓷片单元1的电容量，r₁表示变压器2初级线圈的电阻21，r₂表示变压器2次级线圈的电阻22，R_d表示阻尼电阻3，R_a表示输入电阻4，n表示变压器2的初级线圈与次级线圈的匝数比。

基于压电陶瓷片单元1的机电系数、变压器2的初级线圈与次级线圈的匝数比、变压器2初级线圈的电阻21、变压器2次级线圈的电阻22和阻尼电阻3得到当变压器2次级线圈未处于开路时水听器的灵敏度，具体计算公式如下：

$G\≈\frac{K}{n}\·\frac{R_d}{R_d+r_2+\frac{r_1}{n^2}}---\left(5\right)$

其中，G表示水听器的灵敏度，K表示压电陶瓷片单元1的机电系数，n表示变压器2的初级线圈与次级线圈的匝数比，r₁表示变压器2初级线圈的电阻21，r₂表示变压器2次级线圈的电阻22，R_d表示阻尼电阻3。

当变压器2次级线圈处于开路时，水听器的灵敏度

由公式(2)-公式(5)可以看出，水听器中的阻尼系数和灵敏度可以通过调整元器件的参数，以便达到设计需要。

下面为本实用新型的一个实施例，请参阅图1、图2所示，本实施例中的压电陶瓷片单元1(B)采用了8只并联连接的压电陶瓷片11，以使整个压电陶瓷片单元1(B)的电容量达到预定要求，变压器2也采用环形变压器2以提高阻抗变换效率。当然的，压电陶瓷片单元1(B)中的压电陶瓷片11可以大于等于8个。

在本实施例中，电路元器件参数选取如下：

压电陶瓷片单元1的电容量C＝360nF＝360×10^-9F；

变压器2的初级线圈的电感量L₁＝3000H；

阻尼电阻3R_d＝4800Ω；

变压器2的初级线圈与次级线圈的匝数比n＝4；

变压器2初级线圈的电阻21r₁＝330Ω；

变压器2次级线圈的电阻22r₂＝150Ω；

输入电阻4R_a＝20KΩ；

压电陶瓷片单元1的机电系数K＝80V/bar。

在其它实施方式中，还可以对电路元器件参数做出其它调整，例如，对变压器2的初级线圈的电感量进行调整，变压器2的初级线圈的电感量可以大于等于3000H。也可以对压电陶瓷片单元1的机电耦合系数进行调整，压电陶瓷片单元1的机电耦合系数可以大于等于80V/bar。还可以对压电陶瓷片单元1的电容量进行调整，可以使得压电陶瓷片单元1的电容量大于等于360×10^-9F。

在本实施方式中，将选取的上述参数下的电路元器件组成水听器，最终得到：

水听器的低截止频率(即自然频率)f₀≈4.8Hz；

水听器的阻尼系数D≈0.72；

水听器的灵敏度G≈19.31V/bar，(当水听器变压器2的次级线圈处于开路时G≈20V/bar)。经过对整个水听器进行封装后，再对水听器的灵敏度进行测试，测试结果为G≈15.5V/bar。

本实用新型中的水听器所需电子元器件数量少，电路连接简单，易分析，低频效果明显，可以有效的将水听器的低截止频率降到10HZ以下。如果元器件的精度更高，组合合理，水听器的低截止频率可以达到5HZ以下，大致可以达到4HZ-6HZ之间。本实施例中的水听器已经投入应用，对于“两宽一高”的地震勘探产生了良好的接收效果。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。