上海千实：五种地震检波器

　　地震检波器是一种将机械振动转换为电信号的地震勘探专用振动传感器，是槽波地震勘探仪器中接收地震信号的个器件，它的性能会影响地震勘探结果。煤矿井下地震信号的信噪比较低、波形场复杂、地震勘探条件复杂，因此研制针对于槽波地震勘探的检波器非常重要。
　　实际勘探中应用为广泛的地震检波器为动圈式地震检波器。随着技术和方法的不断创新，检波器类型越来越丰富。我国开展了许多针对地震检波器的应用研究和试验工作，研究了三分量MEMS地震检波器、光学地震检波器、压电式地震检波器、电化学地震检波器等新型检波器。
　　1、动圈式地震检波器
　　根据资料显示，大部分槽波勘探都是使用动圈式地震检波器，它属于速度型地震检波器。在使用动圈式地震检波器进行槽波地震探测时，经常检测到一种频率为400Hz的形似自激振荡或感应干扰的现象。经研究发现，它是由于两分量速度检波器中检波器芯体的高频谐振引起，术语称之为检波器二次谐振。速度检波器的二次谐振属于机械谐振范畴，二次谐振现象在各种型号的动圈式地震检波器产品上都存在。对于精度要求较高的槽波地震勘探而言，这种高频谐振就变得十分有害而不容忽视。对于检波器的二次谐振现象，可以改用加速度检波器芯体，这样可以从根本上解决这个问题。
　　2、光学地震检波器
　　光学地震检波器主要是利用光波敏感元件的特性研制的，根据传感机理的不同可以分为强度调制型、光纤光栅型、马赫–曾德尔干涉型、迈克尔逊干涉型、萨格纳克干涉型、法布里珀罗干涉型、光纤激光型以及光栅型等，各种类型的光纤地震检波器研究取得了不少实验室及实际应用成果。光学检波器具有灵敏度高、安全可靠、频带宽、动态范围大、适应性强等优点。光学检波器有较强的抗电磁干扰能力，是未来地震检波器有可能采用的主要技术之一。但光学检波器制作工艺难度大、成本高，目前广泛应用于井下槽波地震勘探尚有难度。
　　3、电化学地震检波器
　　电化学地震检波器是利用电化学原理，将振动信号转换为电信号的检波器。近年来，通过技术改进已经成功研制了实用的电化学地震检波器，并实现了产品化。如俄罗斯莫斯科物理工艺研究所研制的电化学地震检波器，能够检测振动频率响应范围为0.005~100Hz。中国科学院电子学研究所研制的MECSS1-I与MECSS3-I型电化学检波器频率响应范围为1~70Hz，灵敏度达到100V/(m·s-1)。电化学地震检波器与其他类型检波器相比功耗非常小，频率响应范围较小，且成本较高。比较适用于频带要求窄、精度要求高的地震勘探。
　　4、电容式地震检波器
　　电容式地震检波器是根据两极板之间的距离、相互覆盖的面积、介电系数变化引起电容改变来设计的。与单电容地震检波器相比，差动电容地震检波器的灵敏度提高了一倍，相对非线性误差大大减小。由于模拟差动电容式检波器输出信号易受电磁信号干扰，已经逐渐被数字式差动电容检波器取代。MEMS数字检波器其中核心部件就是差动电容式地震检波器。
　　5、MEMS地震检波器
　　MEMS(MicroElectroMechanicalSystem)检波器是目前性能较好的三分量数字地震检波器，是以硅材料为基底，采用MEMS技术，即微电子机械系统技术加工的差动电容式地震检波器。21世纪初国外推出的VectorSeis系列和DSU系列数字地震检波器都是基于MEMS技术设计的微电子机械数字传感系统。MEMS地震检波器结构精巧，灵敏度比动圈式地震检波器高，动态范围较大，同时实现了检波器的数字化，抗干扰能力强。该类型地震检波器在实验室研制的性能效果较好，但是加工工艺为的MEMS技术，成本较高，在地震勘探过程中通常会使用几十甚至几百个检波器，因此将该类型检波器投入大型地震勘探生产实践还有一定的难度。