Page 268 - 《应用声学》2025年第3期

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钻发射换能器工作在单极模式时，各个随钻发射换 范围为 1 Hz∼30 kHz，扫描步长设置为 125 Hz。通
能器施加完全相同的电压信号，使其同相位振动， 过扫频计算即可获得不同频率的谐波激励电压驱
此时为了提高计算效率，根据模型的对称性，仅在 动下随钻发射换能器辐射的声压大小，根据式 (1)
1/16 的球形流体域里进行建模即可，计算模型如 得到随钻单极子发射换能器在无限大流体中的复
图 4所示。其中流体域的计算半径为1 m，同时为了 发射电压响应，即该换能器的离散电 -声传递函数，
模拟无限大流体，在流体域外侧还需要设置完美匹 如图 5 所示。复发射电压响应是由图 4 中距离坐标
配层(Perfectly matched layer, PML) 吸收边界，在 原点 x 轴方向上 1 m 处的声压计算而来，其中相位
钻铤无限长一端设置低反射边界条件，其余边界均 谱采用相位展开的方法进行计算 [18] 。
设置为对称边界。
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2.2 离散传递函数 z PMLծஆ᣸ႍ
谐波响应分析时在压电振子内弧面上施加 1 V
的谐波电压激励，外弧面接地，设置频率的扫描 ᨛᨿ ืʹ

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ᨛᨿ x
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图 4 无限大流体中随钻单极发射换能器的谐波响
应分析计算模型 (1/16 计算模型)
Fig. 4 Harmonic response analysis and com-
图 3 随钻发射换能器的结构示意图 putational model of the monopole transducer of
acoustic logging-while-drilling in infinite fluid do-
Fig. 3 Structure diagram of the transducer of
main(1/16 of the computational model)
acoustic logging-while-drilling
60 60
Real(S v)/(PaSmSV -1 ) -30 0 Imag(S v )/(PaSmSV -1 ) -30 0
30
30

-60 -60
0 10 20 30 0 10 20 30
f/kHz f/kHz
(a) ࠄᦊ (b) ᘿᦊ
80
0
|S v|/(PaSmSV -1 ) 40 Phase(S v )/(10 3 O) -2
60

-4
20

-8
0 -6
0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30
f/kHz f/kHz
(c) ૝ࣨ៨ (d) ᄱͯ៨
图 5 随钻单极发射换能器的离散电 -声传递函数
Fig. 5 The discrete electro-acoustic transfer function of the monopole transducer of acoustic logging-while-drilling