本實(shí)用新型涉及油田勘探技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種水聽器。

背景技術(shù)：

隨著油田勘探開發(fā)的不斷深入，灘淺?？碧侥繕?biāo)轉(zhuǎn)向?qū)ふ覐?fù)雜構(gòu)造油氣藏。為此要求所采集的地震數(shù)據(jù)需要做到全方位、全頻帶采樣，在這基礎(chǔ)上從而提出了“兩寬一高”的勘探理念。所謂的兩寬一高就是指地震勘探中所要得到寬頻帶、寬方位角和高密度的地震數(shù)據(jù)。

為了得到寬頻帶的地震數(shù)據(jù)，在灘淺?？碧街芯托枰獙阉侣曅盘栟D(zhuǎn)換為電信號的水聽器的接收頻率變得更寬。但是目前灘淺海勘探使用的水聽器的頻率范圍有限，其低截止頻率點(diǎn)為10Hz，不能達(dá)到現(xiàn)在寬頻帶的要求。要滿足全頻帶采集的勘探采集理念，就必須使用低截止頻率更低的水聽器，即水聽器的低截止頻率需小于10Hz。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實(shí)用新型實(shí)施例所要解決的技術(shù)問題是提供了一種水聽器，其能夠有效降低水聽器的低截止頻率。

本實(shí)用新型實(shí)施例的具體技術(shù)方案是：

一種水聽器，所述水聽器包括：

壓電陶瓷片單元，其包括多個并聯(lián)連接的壓電陶瓷片；

變壓器，其包括初級線圈和次級線圈，所述初級線圈與所述壓電陶瓷片單元并聯(lián)連接；

阻尼電阻，其與所述次級線圈并聯(lián)連接。

在一個優(yōu)選地實(shí)施方式中，所述變壓器包括環(huán)形變壓器。

在一個優(yōu)選地實(shí)施方式中，并聯(lián)的所述壓電陶瓷片的數(shù)量至少為8個。

在一個優(yōu)選地實(shí)施方式中，所述次級線圈的兩端用于連接接收儀器。

在一個優(yōu)選地實(shí)施方式中，所述接收儀器與所述次級線圈并聯(lián)連接。

在一個優(yōu)選地實(shí)施方式中，所述初級線圈與所述次級線圈的匝數(shù)比為4。

在一個優(yōu)選地實(shí)施方式中，所述變壓器的所述初級線圈的電感量大于等于3000H。

在一個優(yōu)選地實(shí)施方式中，所述壓電陶瓷片單元的機(jī)電耦合系數(shù)大于等于80V/bar。

在一個優(yōu)選地實(shí)施方式中，所述阻尼電阻的數(shù)值為4800Ω。

在一個優(yōu)選地實(shí)施方式中，所述變壓器的所述初級線圈的電阻為330Ω，所述變壓器的所述次級線圈的電阻為150Ω。

在一個優(yōu)選地實(shí)施方式中，所述壓電陶瓷片單元的電容量大于等于360×10^-9F。

在一個優(yōu)選地實(shí)施方式中，所述水聽器的低截止頻率小于10HZ。

在一個優(yōu)選地實(shí)施方式中，所述水聽器的低截止頻率在4HZ-6HZ之間。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案具有以下顯著有益效果：

本實(shí)用新型中的水聽器利用壓電陶瓷片作為壓敏元器件，將多個壓電陶瓷片組成一個壓電陶瓷片單元，并將此壓電陶瓷片單元與變壓器作為阻抗變換器，再加上阻尼電阻等元器件。通過上述方式得到的壓電陶瓷片單元具有一個較大的電容量，其可以有效的降低水聽器的自然頻率，使得水聽器的低截止頻率可以達(dá)到5Hz以下。這樣以后，水聽器能夠?qū)τ凇皟蓪捯桓摺钡牡卣鹂碧骄哂辛己玫慕邮招Ч?/p>

附圖說明

在此描述的附圖僅用于解釋目的，而不意圖以任何方式來限制本實(shí)用新型公開的范圍。另外，圖中的各部件的形狀和比例尺寸等僅為示意性的，用于幫助對本實(shí)用新型的理解，并不是具體限定本實(shí)用新型各部件的形狀和比例尺寸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型的教導(dǎo)下，可以根據(jù)具體情況選擇各種可能的形狀和比例尺寸來實(shí)施本實(shí)用新型。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中水聽器的原理結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中壓電陶瓷單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

以上附圖的附圖標(biāo)記：

1、壓電陶瓷片單元；11、壓電陶瓷片；2、變壓器；21、初級線圈的電阻；22、次級線圈的電阻；3、阻尼電阻；4、輸入電阻。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖和本實(shí)用新型具體實(shí)施方式的描述，能夠更加清楚地了解本實(shí)用新型的細(xì)節(jié)。但是，在此描述的本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，僅用于解釋本實(shí)用新型的目的，而不能以任何方式理解成是對本實(shí)用新型的限制。在本實(shí)用新型的教導(dǎo)下，技術(shù)人員可以構(gòu)想基于本實(shí)用新型的任意可能的變形，這些都應(yīng)被視為屬于本實(shí)用新型的范圍。

目前，水聽器的低截止頻率一般都是10Hz左右，由于該類水聽器的電路原器件和電路原理都基本已經(jīng)固定，該類電路原器件下即使調(diào)整電路原器件的參數(shù)，其組成的水聽器的低截止頻率都很難再繼續(xù)變小。針對低頻勘探的需要，申請人設(shè)計(jì)了一種新型的水聽器，圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中水聽器的原理結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，本申請?zhí)岢隽艘环N水聽器，水聽器包括：壓電陶瓷片單元1，其包括多個并聯(lián)連接的壓電陶瓷片11；變壓器2，其包括初級線圈和次級線圈，初級線圈與壓電陶瓷片1并聯(lián)連接；阻尼電阻3，其與次級線圈并聯(lián)連接。

本水聽器利用壓電陶瓷片11作為壓敏元器件，將多個壓電陶瓷片11組成一個壓電陶瓷片單元1，并將此壓電陶瓷片單元1與變壓器2作為阻抗變換器，再結(jié)合阻尼電阻3等元器件。通過上述方式得到的壓電陶瓷片單元1具有一個較大的電容量，其可以有效的降低水聽器的自然頻率，使得水聽器的低截止頻率可以達(dá)到5Hz以下。這樣以后，水聽器能對夠于“兩寬一高”的地震勘探具有良好的接收效果。

為了進(jìn)一步了解本水聽器，下面將對本水聽器做進(jìn)一步說明和解釋。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中壓電陶瓷單元的結(jié)構(gòu)示意圖，請參閱圖2所示，本實(shí)用新型水聽器中的壓電陶瓷片單元1(B)包括多個并聯(lián)連接的壓電陶瓷片11。壓電陶瓷片11是一種電子發(fā)音元件，在兩片銅制圓形電極中間放入壓電陶瓷介質(zhì)材料，當(dāng)在兩片電極上面接通交流音頻信號時，壓電片會根據(jù)信號的大小頻率發(fā)生震動而產(chǎn)生相應(yīng)的聲音來。每一個壓電陶瓷片11均采用質(zhì)量優(yōu)越的壓電陶瓷片11，如此做的目的是為了增大其電容量，最終使得壓電陶瓷片單元1具有一個較大的電容量。該壓電陶瓷片單元1具有兩端，其分別用于連接其它元器件。

變壓器2(T)包括初級線圈和次級線圈，變壓器2的初級線圈與次級線圈的匝數(shù)比為n:1。初級線圈與壓電陶瓷片單元1并聯(lián)連接，即初級線圈的一端與壓電陶瓷片單元1的一端連接，初級線圈的一端的另一端與壓電陶瓷片單元1的另一端連接。該變壓器2可以為環(huán)形變壓器2，選擇環(huán)形變壓器2的原因是由于環(huán)形變壓器2由于有優(yōu)良的性能價格比，且同時具有良好的輸出特性和抗干擾能力，如此可以有效提高阻抗變換效率。次級線圈具有兩端，其別用于連接其它元器件。

與次級線圈并聯(lián)連接的阻尼電阻3(Rd)，阻尼電阻3的一端與變壓器2次級線圈的一端相連接，阻尼電阻3的另一端與變壓器2次級線圈的另一端相連接。

該水聽器中具有輸出端，次級線圈的一端和另一端形成該輸出端，輸出端用于接入接收儀器，任何接收儀器都具有一定的電阻，因此其相當(dāng)于一個輸入電阻4(Ra)。

下面將對上述水聽器的電路做如下分析：

在上述水聽器的電路中，基于壓電陶瓷片單元1的電容量、變壓器2的初級線圈的電感量得到水聽器的自然頻率，具有計(jì)算公式如下：

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

其中，f₀表示水聽器的低截止頻率(即自然頻率)，C表示壓電陶瓷片單元1的電容量，L₁表示變壓器2的初級線圈的電感量。

通過公式(1)可以看出，要降低水聽器的低截止頻率(自然頻率)，需要增加壓電陶瓷片單元1的電容量或增加變壓器2初級線圈的電感量。

基于阻尼電阻3、輸入電阻4、變壓器2次級線圈的電阻22、變壓器2初級線圈的電阻21和變壓器2的初級線圈與次級線圈的匝數(shù)比得到阻尼系數(shù)，具有計(jì)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表示阻尼系數(shù)，f₀表示水聽器的低截止頻率(即自然頻率)，C表示壓電陶瓷片單元1的電容量，r₁表示變壓器2初級線圈的電阻21，r₂表示變壓器2次級線圈的電阻22，R_d表示阻尼電阻3，R_a表示輸入電阻4，n表示變壓器2的初級線圈與次級線圈的匝數(shù)比。

基于壓電陶瓷片單元1的機(jī)電系數(shù)、變壓器2的初級線圈與次級線圈的匝數(shù)比、變壓器2初級線圈的電阻21、變壓器2次級線圈的電阻22和阻尼電阻3得到當(dāng)變壓器2次級線圈未處于開路時水聽器的靈敏度，具體計(jì)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表示水聽器的靈敏度，K表示壓電陶瓷片單元1的機(jī)電系數(shù)，n表示變壓器2的初級線圈與次級線圈的匝數(shù)比，r₁表示變壓器2初級線圈的電阻21，r₂表示變壓器2次級線圈的電阻22，R_d表示阻尼電阻3。

當(dāng)變壓器2次級線圈處于開路時，水聽器的靈敏度

由公式(2)-公式(5)可以看出，水聽器中的阻尼系數(shù)和靈敏度可以通過調(diào)整元器件的參數(shù)，以便達(dá)到設(shè)計(jì)需要。

下面為本實(shí)用新型的一個實(shí)施例，請參閱圖1、圖2所示，本實(shí)施例中的壓電陶瓷片單元1(B)采用了8只并聯(lián)連接的壓電陶瓷片11，以使整個壓電陶瓷片單元1(B)的電容量達(dá)到預(yù)定要求，變壓器2也采用環(huán)形變壓器2以提高阻抗變換效率。當(dāng)然的，壓電陶瓷片單元1(B)中的壓電陶瓷片11可以大于等于8個。

在本實(shí)施例中，電路元器件參數(shù)選取如下：

壓電陶瓷片單元1的電容量C＝360nF＝360×10^-9F；

變壓器2的初級線圈的電感量L₁＝3000H；

阻尼電阻3R_d＝4800Ω；

變壓器2的初級線圈與次級線圈的匝數(shù)比n＝4；

變壓器2初級線圈的電阻21r₁＝330Ω；

變壓器2次級線圈的電阻22r₂＝150Ω；

輸入電阻4R_a＝20KΩ；

壓電陶瓷片單元1的機(jī)電系數(shù)K＝80V/bar。

在其它實(shí)施方式中，還可以對電路元器件參數(shù)做出其它調(diào)整，例如，對變壓器2的初級線圈的電感量進(jìn)行調(diào)整，變壓器2的初級線圈的電感量可以大于等于3000H。也可以對壓電陶瓷片單元1的機(jī)電耦合系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，壓電陶瓷片單元1的機(jī)電耦合系數(shù)可以大于等于80V/bar。還可以對壓電陶瓷片單元1的電容量進(jìn)行調(diào)整，可以使得壓電陶瓷片單元1的電容量大于等于360×10^-9F。

在本實(shí)施方式中，將選取的上述參數(shù)下的電路元器件組成水聽器，最終得到：

水聽器的低截止頻率(即自然頻率)f₀≈4.8Hz；

水聽器的阻尼系數(shù)D≈0.72；

水聽器的靈敏度G≈19.31V/bar，(當(dāng)水聽器變壓器2的次級線圈處于開路時G≈20V/bar)。經(jīng)過對整個水聽器進(jìn)行封裝后，再對水聽器的靈敏度進(jìn)行測試，測試結(jié)果為G≈15.5V/bar。

本實(shí)用新型中的水聽器所需電子元器件數(shù)量少，電路連接簡單，易分析，低頻效果明顯，可以有效的將水聽器的低截止頻率降到10HZ以下。如果元器件的精度更高，組合合理，水聽器的低截止頻率可以達(dá)到5HZ以下，大致可以達(dá)到4HZ-6HZ之間。本實(shí)施例中的水聽器已經(jīng)投入應(yīng)用，對于“兩寬一高”的地震勘探產(chǎn)生了良好的接收效果。

在本申請的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。

本說明書中的各個實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可。

上述實(shí)施例只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。