Page 13 - 《应用声学》2020年第6期

第 39 卷 第 6 期 张超等： 单极随钻声波测井换能器感知信号类型的研究 807

1000
800 100
600
400 80
ႃԍ/V -200 0 ࣨϙ/(VSs) 60
200
-400 40
-600 20
-800
-1000 0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 5 10 15 20
௑ᫎ/ms ᮠဋ/kHz
(a) ௑۫ฉॎ (b) ᮠ۫ฉॎ
图 3 激励电压的时域和频域波形
Fig. 3 Time domain and frequency domain waveforms of excitation voltage

6 10
ᨛᨿฉ ளᤰѾฉ
ܦԍ¹దᬍЋ
3 ഷฉ ႃԍ¹దᬍЋ 5
ܦԍ/kPa 0 0 ႃԍ/V

-3 -5

-6 -10
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
௑ᫎ/ms
(a) ܦԍηՂˁႃԍηՂᄊࠫඋ

5 10
ᨛᨿฉ ͯረ¹దᬍЋ
ႃԍ¹దᬍЋ 5
ͯረ/10 -8 m 0 ഷฉ 0 ႃԍ/V
ளᤰѾฉ
2

-2
-5
-4
-10
0 1 2 3 4
௑ᫎ/ms
(b) य़ՔͯረηՂˁႃԍηՂᄊࠫඋ
图 4 有限元模型中声信号与电信号的对比
Fig. 4 Comparison of acoustic and electrical signals at the receiving transducer in FEM model

1.2 模拟结果 认为径向位移信号可以更好地反映换能器接收到
利用有限元软件中的域点探针，可拾取接收换 的电压信号，即单极随钻声波测井换能器主要感知
能器外壁中心处的电压波形、径向应力波形 (即为 的信号类型为径向位移。
换能器周围流体中的声压波形)以及位移波形。图 4 为了验证有限元计算的精度，如图 5所示，分别
为模型的钻铤外壁处的距声源最近的接收器接收 对比了声压信号和位移信号的有限元方法与实轴
到的声压和径向位移信号以及由压电陶瓷的压电 积分方法的计算波形，两种信号均含有钻铤波、横
效应激发的电压信号，3 种信号均含有钻铤波、横波 波和斯通利波。两种方法模拟的声信号波形中各波
和斯通利波，且相应模式波的到时一致，钻铤波与横 群的到时、相位以及幅值均一致，可见有限元方法
波的相位相差很小。对比可以看出 3 种信号最显著 的模拟是有效且精确的。值得说明的是，为了更好
的差别为：电压信号与径向位移信号的钻铤波幅度 地比较两种方法，在有限元模拟中未加入压电模块，
均强于斯通利波，二者波形相近；而声压信号的钻铤 只考虑波的传播过程，即以声压源作为激励，接收声
波幅度弱于斯通利波，与电压信号差距较大。因此 压信号和位移信号。