声测井压电换能器特性分析及井孔声场模拟
发布时间：2021-07-11 02:55
在声波测井中通常使用压电换能器作为发射器和接收器,以实现声源的激发与信号的接收。本文针对压电换能器的振动特性和声学性能进行仿真研究,并分别模拟计算压电换能器在电缆测井和随钻测井中激发的声场。首先,对圆柱形压电换能器进行有限元建模,研究换能器结构尺寸对换能器本征频率的影响。分别研究在电压激励下,换能器在外部无耦合介质和外部耦合介质为水时的振动情况,并对换能器在两种情况下的振动情况进行对比和分析。其次,研究发射换能器的频响特性以及其激发的声压的指向性和衰减特性,并分析发射换能器在具体形式的脉冲电压下激发的声波信号。通过求解得到接收换能器的灵敏度频率特性曲线和灵敏度级频率特性曲线。进一步模拟发射换能器激发声波,接收换能器接收声波的过程,得到接收换能器具体的振动响应和接收电压响应。最后,分别建立电缆测井和随钻测井的有限元模型,并计算换能器在电缆测井模型和随钻测井模型中激发的声场。模拟发射换能器振动向外辐射声波,声波经过地层产生发射波,最后接收换能器接收到声波信号的测井过程。在此基础上,对接收到的信号进行具体的分析,探究换能器接收到的电压信号与换能器处的声压信号和位移信号的关系。分析表明:换能器...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
结构简化图
圆柱形压电换能器沿半径方向有均匀的指向性和较高的灵敏度，且结构简单因此被广泛用于水声技术、超声技术、海洋开发和地质勘探[54]。在实际测井中也常常用圆柱形压电换能器作为激发声源的发射器和接收信号的接收器。本文所提到的换能器均为圆柱形压电换能器。2.1 换能器有限元模型的建立目前市面上的圆柱形压电换能器种类较多，但结构大致相似，换能器可以化为如图 2-1 所示的结构模型。模型中忽略了胶结层、外部电路、封装结构等因素其中换能器的内层（灰色部分）为环氧树脂，换能器的中间层（黄色部分）为电陶瓷，材料为 PZT-5H，换能器的外层、上下两个底盖（蓝色部分）均为铝。若忽略制作工艺、材料均匀性等因素所造成的非轴对称影响，则换能器本结构具有轴对称性，且在后续的研究中，换能器所受载荷和换能器的边界条件具有轴对称性。因此为了便于分析，可以将模型简化为二维轴对称模型，模型图 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 矩阵：20 0 0 0 00 0 0 0 0 C m0 0 0 0 017.0317.0323.24 常数矩阵：1704.4 0 00 1704.4 00 0 1433.6 立换能器的有限元模型如图 2-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]声波测井压电换能器多频点阻抗匹配技术研究[J]. 苟阳,唐晓明,谭宝海,陈文轩,孙云涛,张文秀. 声学技术. 2019(01)
[2]随钻方位声波发射换能器性能数值模拟分析[J]. 陈俊圆,唐晓明,苏远大,刘玉凯,许松,庄春喜. 测井技术. 2017(03)
[3]基于有限单元法的随钻声波测井发射、接收换能器研究[J]. 李剑,关而沫,李亚敏. 国外测井技术. 2014(01)
[4]三叠片型换能器的仿真与测试[J]. 李丹,卢贵武,王东. 内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版). 2013(04)
[5]叠片型多极子阵列声波测井仪接收换能器灵敏度分析[J]. 李世平,唐炼,丛健生. 测井技术. 2012(06)
[6]基于ANSYS的小井眼偶极声波换能器有限元分析[J]. 潘福熙,苏孝勇,郭云峰,徐冰. 国外测井技术. 2012(04)
[7]孔隙地层震电测井波场分波分析[J]. 王治,胡恒山,关威,何晓. 物理学报. 2012(05)
[8]声波换能器高温测试系统温度控制方法[J]. 王旭升,鞠晓东. 科学技术与工程. 2009(07)
[9]井下大功率多极子声波换能器激励源的设计[J]. 成向阳,鞠晓东,卢俊强,乔文孝. 中国石油大学学报(自然科学版). 2007(06)
[10]声波测井技术综述[J]. 王建华. 工程地球物理学报. 2006(05)
博士论文
[1]单极和偶极随钻声波测井理论模拟与分波传播特性研究[D]. 郑晓波.哈尔滨工业大学 2017
[2]横观各向同性地层声波测井波场模拟与地层渗透率反演[D]. 何晓.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]声波测井接收换能器接收性能的影响因素研究[D]. 刘欢.中国石油大学(北京) 2016
[2]基于有限元法的测井压电换能器仿真及井孔和地层声场模拟[D]. 王晨.哈尔滨工业大学 2015
[3]随钻声波测井时域有限差分模拟与钻铤波传播特性研究[D]. 杨玉峰.哈尔滨工业大学 2014
[4]随钻声波测井的全波计算[D]. 郑晓波.哈尔滨工业大学 2012
[5]圆柱形压电换能器在井中激励的声场[D]. 王军.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3277187
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
结构简化图
圆柱形压电换能器沿半径方向有均匀的指向性和较高的灵敏度，且结构简单因此被广泛用于水声技术、超声技术、海洋开发和地质勘探[54]。在实际测井中也常常用圆柱形压电换能器作为激发声源的发射器和接收信号的接收器。本文所提到的换能器均为圆柱形压电换能器。2.1 换能器有限元模型的建立目前市面上的圆柱形压电换能器种类较多，但结构大致相似，换能器可以化为如图 2-1 所示的结构模型。模型中忽略了胶结层、外部电路、封装结构等因素其中换能器的内层（灰色部分）为环氧树脂，换能器的中间层（黄色部分）为电陶瓷，材料为 PZT-5H，换能器的外层、上下两个底盖（蓝色部分）均为铝。若忽略制作工艺、材料均匀性等因素所造成的非轴对称影响，则换能器本结构具有轴对称性，且在后续的研究中，换能器所受载荷和换能器的边界条件具有轴对称性。因此为了便于分析，可以将模型简化为二维轴对称模型，模型图 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 矩阵：20 0 0 0 00 0 0 0 0 C m0 0 0 0 017.0317.0323.24 常数矩阵：1704.4 0 00 1704.4 00 0 1433.6 立换能器的有限元模型如图 2-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]声波测井压电换能器多频点阻抗匹配技术研究[J]. 苟阳,唐晓明,谭宝海,陈文轩,孙云涛,张文秀. 声学技术. 2019(01)
[2]随钻方位声波发射换能器性能数值模拟分析[J]. 陈俊圆,唐晓明,苏远大,刘玉凯,许松,庄春喜. 测井技术. 2017(03)
[3]基于有限单元法的随钻声波测井发射、接收换能器研究[J]. 李剑,关而沫,李亚敏. 国外测井技术. 2014(01)
[4]三叠片型换能器的仿真与测试[J]. 李丹,卢贵武,王东. 内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版). 2013(04)
[5]叠片型多极子阵列声波测井仪接收换能器灵敏度分析[J]. 李世平,唐炼,丛健生. 测井技术. 2012(06)
[6]基于ANSYS的小井眼偶极声波换能器有限元分析[J]. 潘福熙,苏孝勇,郭云峰,徐冰. 国外测井技术. 2012(04)
[7]孔隙地层震电测井波场分波分析[J]. 王治,胡恒山,关威,何晓. 物理学报. 2012(05)
[8]声波换能器高温测试系统温度控制方法[J]. 王旭升,鞠晓东. 科学技术与工程. 2009(07)
[9]井下大功率多极子声波换能器激励源的设计[J]. 成向阳,鞠晓东,卢俊强,乔文孝. 中国石油大学学报(自然科学版). 2007(06)
[10]声波测井技术综述[J]. 王建华. 工程地球物理学报. 2006(05)
博士论文
[1]单极和偶极随钻声波测井理论模拟与分波传播特性研究[D]. 郑晓波.哈尔滨工业大学 2017
[2]横观各向同性地层声波测井波场模拟与地层渗透率反演[D]. 何晓.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]声波测井接收换能器接收性能的影响因素研究[D]. 刘欢.中国石油大学(北京) 2016
[2]基于有限元法的测井压电换能器仿真及井孔和地层声场模拟[D]. 王晨.哈尔滨工业大学 2015
[3]随钻声波测井时域有限差分模拟与钻铤波传播特性研究[D]. 杨玉峰.哈尔滨工业大学 2014
[4]随钻声波测井的全波计算[D]. 郑晓波.哈尔滨工业大学 2012
[5]圆柱形压电换能器在井中激励的声场[D]. 王军.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3277187
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