Page 119 - 《应该声学》2022年第2期

第 41 卷 第 2 期 刘树键等： 偶极子声波测井仪发射声系性能快速检测方法 287

频响曲线平稳，因此可以将传声器的幅频响应特性 2.2.2 声场强度
和信号预处理器的增益特性乘积近似作为整个采 以测量波形幅度的均方根值来表征声场强度，
集装置的幅频响应特性，如图3所示。 计算公式如下：
√
∫
-15 1 2
P e = |s (t)| dt, (1)
∆T
∆T
-16 式 (1) 中，s (t) 为原始声场信号，∆T 为信号持续时
ࣨᮠ־ऄ/(dBVSPa -1 ) -18 间，P e 为声场强度。原始声场信号 s (t) 用经过通道
-17
补后的采集信号 ˜s (n)代替，并引入帕塞瓦尔定理可
以得到：
-19
v
-20
N
u
u
2
N

u
u
˜

t
t 1 ∑ 2 v 1 ∑ S (k) , (2)
P e ≈ |˜s (n)| =
-21 ᤰ᥋1 ᤰ᥋3 N N 2
ᤰ᥋2 ᤰ᥋4 n=1 k=1
-22 ˜
1000 2000 3000 4000 5000 6000 其中，N 为采样样本长度，S (k)为 ˜s (n)的N 点离散
ᮠဋ/Hz
傅里叶变换(Discrete Fourier transform, DFT)。可
图 3 采集装置幅频响应特性 以利用在频谱特征提取过程中已经得到的特定位
Fig. 3 Amplitude-frequency response characteris- 置处原始声场信号频谱，直接进行声场强度的计算。
tic curves of sound field acquisition device
2.2.3 声场空间分布对称性
将偶极子声源两个三叠片换能器的中心点连
2 声场特征提取方法
线方向定义为该偶极子声源的中心线方向。选取偶
2.1 声场特征的选取 极子声源在中心线上、距离两侧护套外表面相同距
发射功率、能量分布和声场空间分布对称性是 离处激发声场的主频信号成分间的强度相对差异
来表征该偶极子声源激发声场的空间分布对称性
评价横波远探测测井仪器发射声系性能的重要指
标：提高发射功率，可以有效地提高仪器的探测距 特征。
离；激发声场能量集中在低频段 [8−9] ，可以避免在
3 横波远探测测井仪器激发声场测试结果
井孔中激发出一阶弯曲波和高阶模式波 [10] ；声场空
间分布对称性较好时，可避免激发出较强的斯通利 针对一支横波远探测仪器开展了实验，测量了
波 [11] 。因此，在测量得到偶极子发射换能器激发的 该仪器偶极发射声系激发的声场。仪器的空间声场
声场波形后，主要分析其特定位置处的声场频谱、强 方向如图 4 所示，轴向方向指与仪器轴线相平行的
度以及周向指向性等特征。 方向；径向方向指与仪器轴线相垂直的方向；周向
方向指以仪器轴心为中心且与轴线相垂直的圆周
2.2 声场特征的提取方法
方向。
原始声场信号经过采集通道后变成电信号，信
号的强弱会受采集装置幅频特征的影响。因此在数 ևՔவՔ य़Ք ᣉՔவՔ
வՔ
据处理过程中，需要根据采集通道的幅频响应特性 ́٨
ᣉጳ
对各通道信号进行幅度补偿，以尽量还原原始声场
信号的幅度谱。

2.2.1 声源主频 图 4 空间声场方向示意图
Fig. 4 Spatial directions of sound fields
首先，对采集装置采集到的波形进行傅里叶变
换，得到其频谱。然后根据采集通道的幅频响应特 3.1 轴向方向上声场分布
性，在低频 (200 Hz ∼ 6 kHz) 范围内，对每个频率 测井仪器水平放置，偶极子声源的 X-2 朝正
点处的信号强弱进行通道特性补偿，从而得到真实 上方；采集各偶极子声源在距离仪器护套外表面
的波形频谱。最后根据该波形频谱，提取出其主频 1.3 cm 且与声源中心线相交的轴向方向辐射上的
大小。 声场波形，并提取出声场强度特征。图 5 绘制的是