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《中国科学技术大学》 2009年
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石油勘探中的惯性传感器研究

郁专  
【摘要】: 石油是战略资源,现代社会对石油的巨大需求推动着石油勘探的快速发展,作为石油勘探主要手段的地震勘探也取得了长足的进步,主要表现为地震勘探仪器的性能指标大幅度提升以及地震资料处理和解释过程中新方法新技术的不断涌现。 地震检波器是地震勘探中用于接收和转换振动信号的传感器。作为地震勘探仪器记录地震信号的第一步,地震检波器对地震资料的品质影响很大。随着地震勘探技术的进一步发展,对地震检波器的精度要求也越来越高。地震检波器应有理想的频率响应以及足够大的动态范围,否则电子学系统再精良,也无法得到高质量地震记录数据。 目前陆上勘探使用的地震检波器通常包括动圈式检波器和新兴的MEMS数字检波器,这些检波器都属于惯性传感器的范畴。传统的动圈式检波器由于谐波失真的限制,日益成为整个勘探系统的瓶颈,必须加以改进。而基于MEMS技术的数字检波器,是地震检波器在技术层面的重大进展。这种检波器可以提供良好的线性度,除此之外,它还实现真正意义上的数字信号输出,且具有内在的、较高的矢量精度和优良的低频信号响应特性,成为地震检波器发展的主流。针对这样的趋势,本文的研究主要分成两个方面,一是传统动圈式检波器谐波失真的原理分析以及改进方法,二是结合当前MEMS技术以及工艺的进展,分析了使用MEMS技术实现地震检波器的各种方案,包括开环系统、模拟闭环系统以及数字闭环系统,在对各种方案进行线性化分析的基础上,在仿真工具中进行建模和仿真,最后给出了一个采用5阶Σ—Δ调制的数字检波器的原型。第二个方向是本文研究的重点。 物理原理是地震勘探的基础,地震检波器的设计也必须充分了解物理背景。本文第二章首先介绍了地震勘探的基本原理,描述了地震波信号的基本特点,给出了高分辨率地震勘探的定义,结合地震勘探仪的进展,给出高分辨率地震勘探对地震检波器的具体要求,并针对当前传统的动圈式检波器的缺点提出了改进的方向。 第三章从动圈式检波器的基本动力学原理出发,讨论了检波器各种参数的意义以及选择、检波器组合的作用,并结合本人参加的地震采集系统研制项目描述了动圈式检波器的在线测试。其中着重分析了检波器非线性来源,分析了磁场非均匀性和弹簧系数非线性对检波器谐波失真的贡献,针对分析结果,讨论了增大检波器阻尼对谐波失真的影响。在SIMULINK中对分析结果进行了仿真验证。 第四章首先介绍了MEMS技术的背景和原理,国外主流厂商研制的数字地震检波器的工作原理和它们之间的异同,然后详细描述了MEMS加速度计的原理和模型(包括动力学模型和电学模型),结合地震勘探对检波器的噪声要求,讨论了传感部分参数的选择依据,给出了一组折中考虑的传感参数,在此基础上选择合适的读出电路。理论分析了包含读出电路的开环系统的性质,并在PSPICE中进行仿真和验证。 第五章给出了模拟闭环系统的理论分析和仿真,详细分析了PID控制器对模拟闭环系统的影响,给出PID控制器中比例系数和微分系数的选择依据,线性分析和行为仿真均表明模拟闭环系统中惯性体的位移大大减小。 模拟闭环系统由于反馈力的非线性而具有不稳定性,因此目前问世的地震检波器均采用数字闭环反馈。第六章是本文的重点,主要讨论了基于Σ—Δ调制的数字检波器的建模和仿真。首先给出了使用传感系统做二阶Σ—Δ调制的二阶系统,通过理论分析和SIMULINK中的模型仿真,说明其由于量化噪声的原因不能达到地震勘探的要求,需要添加额外的电子学Σ—Δ调制才能达到地震勘探所要求的动态范围。针对地震勘探对数字加速度计的噪声性能和线性度的具体要求,给出了使用5阶Σ—Δ调制的系统模型以及附加的电子学参数的限制条件。使用SIMULINK对这些模型进行仿真,验证了理论分析的结果。 第七章总结了论文的主要思路:分析地震勘探队检波器的要求,分析和改进传统的动圈式检波器,研究新兴的MEMS检波器,给出了基于MEMS技术的各种方案,使用线性化理论分析各种方案,使用建模和仿真验证的手段进行验证,最后并指出今后的工作方向。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:P631.43

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【引证文献】
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1 张晓扬;;石油勘探中地质类型不同所产生的具体影响[J];科技传播;2013年06期
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2 刘晓青;基于地震波的大口径弹丸落点定位方法研究[D];南京理工大学;2014年
【参考文献】
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1 孙传友;唐美斌;;论检波器组合的连接方式[J];传感器与微系统;2007年07期
2 李幼铭,吴永刚;我国油储地球物理学研究的现状及思考[J];地球物理学报;1997年S1期
3 云美厚;地震分辨率[J];勘探地球物理进展;2005年01期
4 曹务祥;;高空间密度采样资料分析[J];勘探地球物理进展;2006年03期
5 曹务祥;;模拟和数字检波器的资料响应特征对比分析[J];勘探地球物理进展;2007年02期
6 何正淼,宋克柱,汤家骏,王超,朱耀强,董立军;24位ADC在地震数据采集中的应用[J];数据采集与处理;2005年02期
7 俞寿朋;宽带Ricker子波[J];石油地球物理勘探;1996年05期
8 王增明;地震采集中检波器自然频率的试验分析[J];石油地球物理勘探;2003年03期
9 石金成,付小宁,冯旭东;直流激励法测量地震检波器的原理与溯源[J];石油工业技术监督;1999年03期
10 董世学,张春雨;地震检波器的性能与精确地震勘探[J];石油物探;2000年02期
【共引文献】
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1 梁小燕,胡时岳;涡流检波器阻尼机理研究[J];北方交通大学学报;2004年04期
2 孙大明,邵维;高分辨率三维地震采集技术研究[J];吉林大学学报(地球科学版);2002年04期
3 付小宁;地震检波器的模态对滑动[J];传感器技术;2002年01期
4 付小宁,李西安;地震检波器阻尼随温度变化的研究[J];传感器技术;2004年06期
5 朱德兵;王宁;黄敏;;地震勘探用压电加速度检波器频响特性分析[J];铁道科学与工程学报;2011年05期
6 甘露;甘良才;田茂;赵茂泰;;高分辨率探地雷达步进系统的研究与实现[J];电波科学学报;2008年03期
7 宗赤;;基于加速度传感器的地震检波器设计[J];单片机与嵌入式系统应用;2011年01期
8 李信富;李小凡;;地震波传播的褶积微分算子法数值模拟[J];地球科学(中国地质大学学报);2008年06期
9 袁子龙,曹广华;地震仪数据采集系统的改进[J];大庆石油学院学报;2000年04期
10 袁子龙,曹广华,李志新;频谱均衡滤波器的改进[J];大庆石油学院学报;2001年01期
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1 黄佳钰;邓焱;马洪驹;;一种基于PDA的地震检波器测试系统设计[A];第三届全国虚拟仪器大会论文集[C];2008年
2 杨贵祥;高锐;仲伯军;侯树麒;贺振华;杨振升;;单点单分量高密度地震采集技术[A];中国地球物理·2009[C];2009年
3 王宗俊;曹思远;钟涛;;基于宽带Marr子波的时频分析[A];中国地球物理学会第二十七届年会论文集[C];2011年
4 邬达理;;不同检波器类型分辨率的对比分析[A];中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集[C];2010年
5 张明振;王华忠;刘福贵;;地震波阻抗反演[A];寸丹集——庆贺刘光鼎院士工作50周年学术论文集[C];1998年
6 孙斌;郑睦凯;苗发喜;;基于数字加速度检波器实时数据采集系统的二维地震勘探方法研究[A];第三届全国煤矿机械安全装备技术发展高层论坛暨新产品技术交流会论文集[C];2012年
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2 周陆扬;辽河油田水陆过渡带高精度地震勘探关键技术研究[D];中国海洋大学;2009年
3 王春田;MEMS数字检波器采集系统技术研究[D];中国地质大学(北京);2011年
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5 孔阳;一种适用于地震勘探仪器的低运算量数字滤波器的设计与研究[D];中国科学技术大学;2011年
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7 郑静静;基于曲波变换和贝叶斯理论的储层预测方法研究[D];中国石油大学;2011年
8 聂鹏飞;地震勘探噪声压制方法研究与应用[D];吉林大学;2012年
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10 朱德兵;超浅层弹性波波振二相拟模态试验分析理论研究[D];中南大学;2002年
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1 陈赓;弹性波透地通信信号接收关键技术的研究[D];山东科技大学;2010年
2 刘丽娟;基于MEMS的地震检波器研究与设计[D];中国海洋大学;2010年
3 郭磊;近海浅层高分辨率多道地震采集与处理方法研究[D];中国海洋大学;2010年
4 朱琳;浅剖资料高精度处理与解释方法研究[D];中国海洋大学;2010年
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7 刘松;大组合接收技术在若羌地区地震勘探中的应用[D];中国地质大学(北京);2010年
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9 王琨;基于快速多项式时频变换的地震资料去噪研究[D];吉林大学;2011年
10 宋蕾;基于核主成分的维纳滤波方法在地震信号处理中的应用[D];吉林大学;2011年
【同被引文献】
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1 张永哲;爆破地震波传播特性研究[J];爆破;2000年S1期
2 黄忆龙,张金泉;爆破落地冲击地振动的试验研究[J];爆破;2003年S1期
3 王刚;王艳芬;张晓光;刘卫东;;关于离散傅里叶变换频率分辨率的讨论[J];电气电子教学学报;2006年06期
4 雷怀玉,王权,刘建军;石油勘探和资源评价系统在元宝山凹陷的应用[J];大庆石油地质与开发;1997年02期
5 朱铉;数字地震仪的发展历史及展望[J];地球物理学进展;2002年02期
6 徐志强,李乃虎,栗桂凤,肖伟;一种分布式无线数据采集系统的研制[J];电子技术;2005年02期
7 石军锋,钟先信,陈帅,邵小良;无线传感器网络结构及特点分析[J];重庆大学学报(自然科学版);2005年02期
8 王江峰;;新型物探地震检波器技术研究[J];化工管理;2013年08期
9 易登榜;;关于地震检波器新技术发展方向的探讨[J];中国石油和化工标准与质量;2011年11期
10 刘航;廖桂平;杨帆;;无线传感器网络在农业生产中的应用[J];农业网络信息;2008年11期
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1 彭文;利用石油勘探面波信息调查表层结构的方法研究[D];成都理工大学;2007年
2 唐杰;区域尺度深部探测中的人工源震源特性及信号检测研究[D];中国科学技术大学;2008年
3 谢明璞;大规模陆上地震仪器结构设计的关键技术[D];中国科学技术大学;2009年
4 郭海湘;石油储层纵向预测软硬计算融合的理论与方法研究[D];中国地质大学;2008年
5 王兵;高分辨地震勘探仪器设计研究[D];中国科学技术大学;2008年
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1 杜松旺;无线传感器网络结构与路由算法研究[D];重庆大学;2007年
2 刘金娟;无线传感器网络协议及操作系统研究[D];安徽理工大学;2009年
【二级引证文献】
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1 周艳;;石油勘探中地质类型及其特征分析[J];中国石油和化工标准与质量;2013年22期
2 李登科;刘洋;侯云飞;李晓虎;刘杰;陈先锋;;非电起爆网路无线监测系统的研究[J];武汉理工大学学报;2012年03期
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1 李建业;基于CC430的无线传感器网络节点研究与设计[D];燕山大学;2012年
2 董佳;CAN总线分析仪设计[D];华南理工大学;2012年
3 廖海桥;资源勘探信息无线数据采集系统及其路由技术研究[D];电子科技大学;2012年
4 雷建胜;多通道可变采样率采集存储技术研究与实现[D];中北大学;2013年
【二级参考文献】
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1 蒋连斌,马振轶,马恩军;检波器连接方式的选择[J];大庆石油地质与开发;1998年04期
2 吴顺和,吴邕,贺六连;检波器运动方程的解及其意义[J];大庆石油学院学报;1999年01期
3 朱铉;数字地震仪的发展历史及展望[J];地球物理学进展;2002年02期
4 杨文采;地震道的非线性混沌反演——Ⅰ.理论和数值试验[J];地球物理学报;1993年02期
5 杨文采;非线性地震道的混沌反演——Ⅱ.关于Lyapunov指数和吸引子[J];地球物理学报;1993年03期
6 杨长春,冷传波,李幼铭;适于复杂地质模型的三维射线跟踪方法[J];地球物理学报;1997年03期
7 刘家琦,刘克安,刘维国,郭宝琦,李勤学,陈道宏;微分方程反演声阻抗剖面[J];地球物理学报;1994年01期
8 李幼铭,胡健行;细胞自动机在地震波传播研究中的应用[J];地球物理学报;1995年05期
9 杨长春,刘兴材,李幼铭,刘福贵,冷传波,刘洪;地震叠前深度偏移方法流程及应用[J];地球物理学报;1996年03期
10 唐东林,陈才和,崔宇明,王金海;三分量光弹波导混合集成加速度传感器[J];光子学报;2005年07期
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1 钱荣钧;;P-SV转换波勘探和应用[J];石油地球物理勘探;1989年06期
2 姚逢昌;刘雯林;梁青;韩文杰;;横向预测技术在储层研究中的应用[J];石油地球物理勘探;1991年01期
3 王庆海,崔占荣;试论金属矿地震勘探技术[J];物探与化探;1993年05期
4 崔若飞,朱华荣,耿力,方钢,朱芳香,戚敬华,程建远;地震多元参数综合解释煤层结构[J];煤田地质与勘探;1993年03期
5 梁光河,蔡新平;地震勘探在山东蓬家夼金矿深部预测中的应用[J];矿产与地质;2001年06期
6 凌云;塔里木盆地岩性地震勘探技术[J];中国石油勘探;2003年01期
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8 王伟;曹志勇;杨德义;李宇;;黄土塬区特殊观测系统的设计及应用[J];太原理工大学学报;2008年S2期
9 ;石油工业部在成都召开横波地震勘探方法技术讨论会[J];天然气工业;1982年03期
10 黄光远,傅国华,邱忠坊;地震勘探问题的一种新模型及其算法[J];地球物理学报;1986年05期
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1 李秀荣;孟宪德;;反射点离散性对山区地震勘探的影响[A];山东地球物理六十年[C];2009年
2 王丹;;陆上水域地震勘探采集方法研究[A];中国地球物理学会年刊2002——中国地球物理学会第十八届年会论文集[C];2002年
3 马骋;江耕;熊剑平;贾惠波;;大型地震数据采集系统的研发[A];第八届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2010年
4 王庆海;华东一;戴呈祥;;金属矿地震勘探技术探讨[A];1992年中国地球物理学会第八届学术年会论文集[C];1992年
5 刘银斌;吴如山;李幼铭;;井间地震勘探中地震波的传播和散射[A];1995年中国地球物理学会第十一届学术年会论文集[C];1995年
6 胡天跃;;一种有效消除多次反射波的方法[A];1997年中国地球物理学会第十三届学术年会论文集[C];1997年
7 王培茂;刘财;;地震勘探中联合数据压缩技术研究[A];中国地球物理学会第二十届年会论文集[C];2004年
8 周继宏;姜义亭;黄文新;;地震勘探及声波测井物理模型实验系统[A];1995年中国地球物理学会第十一届学术年会论文集[C];1995年
9 姚陈;陈祥国;;地震勘探发展与三维矢量波场[A];2001年中国地球物理学会年刊——中国地球物理学会第十七届年会论文集[C];2001年
10 吴钦宝;王真;许崇宝;;地震资料现场处理技术的应用[A];煤矿物探学术论文集(2007)[C];2007年
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1 闫雅男 郭泽清;丹山—石湍地震勘探项目野外采集工作正式开始[N];中国石化报;2009年
2 马琳;河南油田周口地区重上地震勘探[N];中国石化报;2009年
3 张芳;江汉油田今冬明春地震勘探启动[N];中国石化报;2004年
4 王斌成 韩铁;安徽局物测队物探主业实现首季开门红[N];中煤地质报;2005年
5 孙克;江苏油田年度地震勘探拉开序幕[N];中国石化报;2006年
6 孙克 刘彤举;江苏海安凹陷地震勘探进展顺利[N];中国石化报;2007年
7 李金水;地震勘探决战天山南[N];中国石化报;2007年
8 赵日月;吉林局物探公司城市地震勘探又获新突破[N];中煤地质报;2007年
9 曹莉敏;国产地震勘探软件推广应用取得进展[N];中国石油报;2008年
10 叶东蕾;我国地震勘探采集技术实现专利崛起[N];中国知识产权报;2008年
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1 田雅男;非线性二维时频峰值滤波算法在地震勘探随机噪声压制中的应用[D];吉林大学;2013年
2 周陆扬;辽河油田水陆过渡带高精度地震勘探关键技术研究[D];中国海洋大学;2009年
3 张正峰;基于高精度定位的地震勘探采集处理一体化研究[D];吉林大学;2013年
4 王俊秋;可控震源金属矿地震勘探关键技术与试验[D];吉林大学;2013年
5 胡朝元;薄煤层三维地震勘探技术[D];中国矿业大学(北京);2011年
6 吴宁;基于Trace变换理论的地震勘探资料面波及随机噪声消减算法研究[D];吉林大学;2011年
7 马仁安;基于微机的三维地震数据可视化技术研究[D];南京理工大学;2004年
8 刘彦萍;时空二维时频峰值滤波方法压制地震勘探随机噪声的研究[D];吉林大学;2013年
9 岳延波;渤海湾盆地月海合作区块地震高分辨率处理与解释应用技术研究[D];中国地质大学(北京);2006年
10 姜修道;中国大陆科学钻探工程地震资料采集处理与综合解释[D];长安大学;2004年
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1 冯国磊;煤矿盗采监测系统的示范研究[D];吉林大学;2006年
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