在聲波測井中通常使用壓電換能器作為發(fā)射器和接收器,以實現(xiàn)聲源的激發(fā)與信號的接收。本文針對壓電換能器的振動特性和聲學性能進行仿真研究,并分別模擬計算壓電換能器在電纜測井和隨鉆測井中激發(fā)的聲場。首先,對圓柱形壓電換能器進行有限元建模,研究換能器結構尺寸對換能器本征頻率的影響。分別研究在電壓激勵下,換能器在外部無耦合介質(zhì)和外部耦合介質(zhì)為水時的振動情況,并對換能器在兩種情況下的振動情況進行對比和分析。其次,研究發(fā)射換能器的頻響特性以及其激發(fā)的聲壓的指向性和衰減特性,并分析發(fā)射換能器在具體形式的脈沖電壓下激發(fā)的聲波信號。通過求解得到接收換能器的靈敏度頻率特性曲線和靈敏度級頻率特性曲線。進一步模擬發(fā)射換能器激發(fā)聲波,接收換能器接收聲波的過程,得到接收換能器具體的振動響應和接收電壓響應。最后,分別建立電纜測井和隨鉆測井的有限元模型,并計算換能器在電纜測井模型和隨鉆測井模型中激發(fā)的聲場。模擬發(fā)射換能器振動向外輻射聲波,聲波經(jīng)過地層產(chǎn)生發(fā)射波,最后接收換能器接收到聲波信號的測井過程。在此基礎上,對接收到的信號進行具體的分析,探究換能器接收到的電壓信號與換能器處的聲壓信號和位移信號的關系。分析表明:換能器... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

結構簡化圖

圓柱形壓電換能器沿半徑方向有均勻的指向性和較高的靈敏度，且結構簡單因此被廣泛用于水聲技術、超聲技術、海洋開發(fā)和地質(zhì)勘探[54]。在實際測井中也常常用圓柱形壓電換能器作為激發(fā)聲源的發(fā)射器和接收信號的接收器。本文所提到的換能器均為圓柱形壓電換能器。2.1 換能器有限元模型的建立目前市面上的圓柱形壓電換能器種類較多，但結構大致相似，換能器可以化為如圖 2-1 所示的結構模型。模型中忽略了膠結層、外部電路、封裝結構等因素其中換能器的內(nèi)層（灰色部分）為環(huán)氧樹脂，換能器的中間層（黃色部分）為電陶瓷，材料為 PZT-5H，換能器的外層、上下兩個底蓋（藍色部分）均為鋁。若忽略制作工藝、材料均勻性等因素所造成的非軸對稱影響，則換能器本結構具有軸對稱性，且在后續(xù)的研究中，換能器所受載荷和換能器的邊界條件具有軸對稱性。因此為了便于分析，可以將模型簡化為二維軸對稱模型，模型圖 2-2 所示。

127.21 80.21 84.67 0 0 080.21 127.21 84.67 0 0 084.67 84.67 117.44 0 0 0GPa0 0 0 22.99 0 00 0 0 0 22.99 00 0 0 0 0 23.47 矩陣：20 0 0 0 00 0 0 0 0 C m0 0 0 0 017.0317.0323.24 常數(shù)矩陣：1704.4 0 00 1704.4 00 0 1433.6 立換能器的有限元模型如圖 2-3 所示。

【參考文獻】：
期刊論文
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[1]單極和偶極隨鉆聲波測井理論模擬與分波傳播特性研究[D]. 鄭曉波.哈爾濱工業(yè)大學 2017
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碩士論文
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[3]隨鉆聲波測井時域有限差分模擬與鉆鋌波傳播特性研究[D]. 楊玉峰.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[4]隨鉆聲波測井的全波計算[D]. 鄭曉波.哈爾濱工業(yè)大學 2012
[5]圓柱形壓電換能器在井中激勵的聲場[D]. 王軍.哈爾濱工業(yè)大學 2007



本文編號：3277187