Page 99 - 《应用声学》2023年第4期

第 42 卷 第 4 期 孙志峰等： 随钻声波测井四极子发射换能器的设计 761

逐渐向高频移动，电导值逐渐减大，换能器的最大 在两种振动模态，一个为谐振频率较低的一阶弯曲
发射电压响应逐渐升高。从图 7(c) 可以看出，不同 振动模态，另一个为谐振频率较高的三阶弯曲振动
压电陶瓷片高度的换能器位移值分布形状相似，沿 模态。金属基片厚度为2.5 mm、3.0 mm的四极子换
换能器中心点呈对称分布，中心点的振幅位移值最 能器三阶弯曲振动模态大于10 kHz。同样三阶弯曲
大，两端的位移值最小。随着压电陶瓷片厚度的增 振动模态不利于四极子测量模式，所以仅讨论金属
加，换能器的径向位移值略有减小。 基片厚度对一阶弯曲振动模态的影响。从图 8(a)、
图 8(b) 可以看出，随着金属基片厚度增大，换能器
2.3 金属基片厚度对换能器性能的影响 的一阶弯曲振动模态的谐振频率逐渐向高频移动，

考察金属基片厚度变化对换能器声学性能 电导值逐渐增大，换能器的最大发射电压响应逐渐
指标的影响。金属基片的厚度 T 分别为 1.0 mm、 升高。从图 8(c) 可以看出，不同金属基片厚度换能
1.5 mm、2.0 mm、2.5 mm、3.0 mm，其他参数见表1。 器的位移值分布形状相似，沿换能器中心点呈对称
图8所示的是不同金属基片厚度时换能器的性能变 分布，中心点的振幅位移值最大，两端的位移值最
化。从图 8(a) 可以看出，金属基片厚度为 1.0 mm、 小。随着金属基片厚度的增加，换能器的径向位移
1.5 mm、2.0 mm 的四极子换能器在 10 kHz 以下存 值逐渐减小。

0.8 150
T=1.0 mm
0.7 140
T=1.5 mm
T=2.0 mm 130
0.6
T=2.5 mm
T=3.0 mm 120
0.5 110
G/mS 0.4 TVR/dB 100
0.3 90 T=1.0 mm
80 T=1.5 mm
0.2 T=2.0 mm
70 T=2.5 mm
0.1 T=3.0 mm
60
0 50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ᮠဋ/kHz ᮠဋ/kHz
(a) ႃ࠮ྲভ (b) ԧ࠱ႃԍ־ऄ
1.4
T=1.0 mm
1.2 T=1.5 mm
T=2.0 mm
1.0 T=2.5 mm
A/(10 -5 mm) 0.6
T=3.0 mm
0.8
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
α/(°)
(c) य़ՔͯረϙѬ࣋
图 8 不同金属基片厚度时换能器的性能变化
Fig. 8 Acoustic characteristics of different metal substrate thickness
2.4 金属基片材料对换能器性能的影响 率分布在 5∼7 kHz 之间，均可以用于随钻四极子模
式测量。从图 9(a)、图9(b)可以看出，换能器的一阶
考察金属基片材料变化对换能器声学性能指
标的影响。金属基片材料分别为铜片、钢片、铝片、 弯曲振动的谐振频率从小到大依次为：铜片、铝片、
钨片，其他参数见表1。图9 所示的是不同金属基片 钢片、钨片；电导值从小变大依次为：钨片、钢片、铜
材料时换能器的性能变化。从图9(a)可以看出，4种 片、铝片。换能器的最大发射电压响应由低到高的
不同金属基片材料换能器的一阶弯曲振动谐振频 变化规律与电导值变化规律一致。从图9(c) 可以看