Page 107 - 《应用声学》2025年第1期

第 44 卷 第 1 期 赵子萌等： 单极子声波测井探测器数值模拟优化设计 103

干扰信号多的问题，不适用于低频段，在12∼15 kHz 结合以上模拟计算结果，挑选出每种材料透声
时选择2 mm厚度最佳。 效果最好的厚度进行对比，结果如图 16 所示。从
图16 中可明显看出，在 12∼15 kHz 频率段，0.8 mm
160
150 的橡胶材料透声效果最好，2 mm 的 GFRP 材料次
140
130 ௄ܦቔ 之，其次为 2 mm 的 PEEK 材料。0.3 mm 的 304 钢
120
透声窗和 0.5 mm 的TC4材料透声窗透声效果相对
ԧ࠱־ऄ/dB 110 0.3 mm 较差，存在明显的发射响应降低点，且为生产工艺较
100
0.5 mm
90
0.8 mm
难达到的厚度，不适合用作探测器的透声窗。
80
1.5 mm
70 1.0 mm
60 2.0 mm 3 结论
50 2.5 mm
3.0 mm
40
0 4 8 12 16 20 24 28 30 通过数值模拟分析结构尺寸、透声窗材料对单
ᮠဋ/kHz
极子声波测井探测器的影响，得出以下结论：
图 14 不同厚度 PEEK 透声窗发射响应频谱 (1) 压电陶瓷圆管的厚度与内径对换能器的振
Fig. 14 Emission response spectra of PEEK transmis- 动和辐射特性具有一定的影响，当高度与内径一定
sive windows with different thicknesses 时，振动基频随着压电陶瓷圆管厚度的增大而增大，
发射响应随着圆管厚度的增加而增强；当高度与厚
160
150 度一定时，振动基频随着圆管内径的增大而减小，圆
140
130 管内径为60 mm 左右具有较强的发射响应；压电陶
瓷圆管的高度对探测器振动基频与发射响应的影
ԧ࠱־ऄ/dB 120 ௄ܦቔ 响较小。
110
0.3 mm
100
0.5 mm
90
(2) 当其他结构参数一定时，探测器内侧油腔
0.8 mm
80
1.5 mm
70 1.0 mm 腔体增大，发射响应效果逐渐增强，外侧油腔腔体对
60 2.0 mm
2.5 mm 探测器的发射响应没有明显影响。
50
3.0 mm
40 (3) 2 mm的GFRP具有良好的透声效果，是目
0 4 8 12 16 20 24 28 30
前可用作探测器透声窗的最佳材料选择。
ᮠဋ/kHz
本文研究结果可为声波测井探测器的设计与
图 15 不同厚度 GFRP 透声窗发射响应频谱
研制提供依据，有望进一步提高声波测井数据的
Fig. 15 Emission response spectra of different thick-
质量。
nesses of GFRP translucent windows
160
150 参 考 文 献
140
130 [1] 谢晨. 浅谈声波测井技术在岩土工程勘察中的应用 [J]. 城市
ԧ࠱־ऄ/dB 120 0.8 mm ൃᑛ [2] 李嘉. 基于有限元手段的压电圆管换能器设计 [J]. 电声技术,
110
建设理论研究 (电子版), 2018(2): 43.
100
90
0.3 mm 304ᨂ
80
Li Jia.
Design of piezoelectric round tube transducer
2 mm PEEK 2022, 46(8): 75–78.
70
0.8 mm ဝၕᨂ
60 based on finite element means[J]. Audio Engineering,
0.5 mm TC4
50 ௄ܦቔ 2022, 46(8): 75–78.
40 [3] 陈俊圆, 周齐志, 牛少华. 声波测井圆管型发射换能器性能的
0 4 8 12 16 20 改进方法研究 [J]. 声学与电子工程, 2019(3): 39–41.
ᮠဋ/kHz [4] 梁家宁, 莫喜平, 柴勇, 等. 短圆管换能器辐射阻抗 [J]. 应用
声学, 2021, 40(2): 303–307.
图 16 不同材料透声窗的发射响应频谱对比
Liang Jianing, Mo Xiping, Chai Yong, et al. Radiation
Fig. 16 Comparison of emission response spectra of impedance of short cylindrical transducer[J]. Journal of
acoustically transmissive windows of different materials Applied Acoustics, 2021, 40(2): 303–307.