渦流效應(yīng)對(duì)動(dòng)圈式地震檢波器芯體懸體質(zhì)量的影響研究

趙雨晴 霍晗勇等

摘 要：渦流效應(yīng)改變了檢波器芯體的懸體質(zhì)量，懸體質(zhì)量對(duì)檢波器性能指標(biāo)產(chǎn)生了改變。永磁體的渦流效應(yīng)以及外界環(huán)境溫度對(duì)永磁體懸體質(zhì)量改變，進(jìn)而對(duì)檢波器性能指標(biāo)產(chǎn)生影響。科研攻關(guān)永磁體材料的研發(fā)制造，確保檢波器芯體磁性強(qiáng)，受外界環(huán)境影響小，永磁體磁性能居里溫度點(diǎn)提高，溫度特性增強(qiáng)，減少控制永磁體粉化腐蝕。

關(guān)鍵詞：渦流效應(yīng)；懸體質(zhì)量；永磁體；居里溫度點(diǎn)

1 概述

由于在地震勘探施工中因各種因素的影響造成其技術(shù)性能和指標(biāo)的改變，嚴(yán)重制約了勘探質(zhì)量的提高，使得諸多先進(jìn)設(shè)備不能發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，造成設(shè)備資源的浪費(fèi)。文章通過(guò)對(duì)常規(guī)動(dòng)圈式檢波器中最具代表性的20DX-10 型檢波器的研究，提出由于渦流效應(yīng)對(duì)檢波器懸體質(zhì)量的影響，使檢波器懸體質(zhì)量的改變對(duì)其性能指標(biāo)產(chǎn)生了改變。

2 定義檢波器芯體的材料屬性

檢波器芯體涉及到的材料有硬磁材料（永磁體）、軟磁材料（磁靴和套筒）和空氣，如圖1所示。除了空氣可直接作真空處理外，其余材料都需要給出數(shù)據(jù)，下面分別討論材料的選取。

磁鋼材料的選擇：永磁體是動(dòng)圈式檢波器重要組成元件，永磁體的磁性能是否穩(wěn)定將直接影響到傳感器的精度，同時(shí)也影響檢波器的成本。實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)磁化的永久磁鐵的性能一般隨時(shí)間而變化，這是由永磁材料在淬火或鑄造后其內(nèi)部組織不均勻、內(nèi)部存在內(nèi)應(yīng)力造成的。此外，永磁體的磁性能還受其他一些因素的影響，比如，溫度、外界磁場(chǎng)以及振動(dòng)和沖擊。描述永磁體的變量有四個(gè)：內(nèi)稟矯頑力HC；剩磁Br；相對(duì)磁導(dǎo)率 Mu（μr）；極化強(qiáng)度MP。這四個(gè)變量只有兩個(gè)獨(dú)立的，在已知其中的兩個(gè)變量之后，另外兩個(gè)變量可以根據(jù)相互關(guān)系計(jì)算出來(lái)，如圖2所示。文章所選的永磁材料是相對(duì)磁導(dǎo)率Mu為1.05，剩磁Br為1.25T的磁性材料。

釹鐵硼是第三代稀土永磁材料，被稱(chēng)為“永磁王”，釹鐵硼磁性材料是釹，氧化鐵等的合金又稱(chēng)磁鋼。釹鐵硼具有極高的磁能積和矯力。

第三代稀土永磁釹鐵硼是當(dāng)代磁體中性能最強(qiáng)的永磁體，它的主要原料有稀土金屬釹29%-32.5% 金屬元素鐵 63.95-68.65% 非金屬元素硼1.1-1.2% 少量添加鏑0.6-1.2% 鈮0.3-0.5% 鋁0.3-0.5% 銅0.05-0.15%等元素 。

釹為銀白色金屬，熔點(diǎn)1024℃，密度7.004g/cm3。釹是最活潑的稀土金屬之一，在空氣中能迅速變暗，生成氧化物；在冷水中緩慢反應(yīng)，在熱水中反應(yīng)迅速。鐵是一種化學(xué)元素是最常用的金屬，它是過(guò)渡金屬的一種。鐵活潑，在高溫時(shí)，則劇烈反應(yīng)。硼的化學(xué)性質(zhì)，在高溫時(shí)硼能與許多金屬和金屬氧化物反應(yīng)，生成金屬硼化物。

3 渦流效應(yīng)對(duì)永磁體的影響（如圖3所示）

繞在永磁體上的雙線圈在工作時(shí)，即線圈在磁場(chǎng)中產(chǎn)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在線圈兩端產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，從而有電壓輸出。圓筒形鋁制線圈架可看作是一個(gè)單匝閉合線圈。當(dāng)線圈架隨同線圈一起在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈架將產(chǎn)生渦流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為渦流效應(yīng)，由于渦流效應(yīng)產(chǎn)生的感生電流很大，把大量電能轉(zhuǎn)化成了熱能，所以永磁體的內(nèi)部溫度會(huì)升的很高，這是一種電能的損耗，稱(chēng)為渦流損耗。

我們把單個(gè)20DX-10型檢波器的芯體放在振動(dòng)臺(tái)上，外接電流計(jì)，振動(dòng)芯體，測(cè)得感生電流的范圍在0.2A-2A之間，根據(jù)以上資料分析，無(wú)論是在收發(fā)放過(guò)程中人為因素的振動(dòng)和沖擊產(chǎn)生的感生電流，還是放炮過(guò)程中產(chǎn)生的感生電流會(huì)使永磁體的內(nèi)部發(fā)生改變，再加上外界高溫工作環(huán)境的刺激，即永磁體的內(nèi)部化學(xué)性質(zhì)將發(fā)生質(zhì)的改變，即產(chǎn)生的感生電流將會(huì)使永磁體的內(nèi)部電解，也就是說(shuō)檢波器懸體質(zhì)量的會(huì)發(fā)生質(zhì)的改變。這個(gè)我們?cè)趯?shí)際工作中也驗(yàn)證到，有時(shí)我們用萬(wàn)用表測(cè)量某個(gè)壞芯體的電阻，感覺(jué)到芯體有電流通過(guò)。好的芯體和壞的芯體的直觀比較，見(jiàn)圖4和圖5。

4 結(jié)束語(yǔ)

檢波器芯體的懸體質(zhì)量對(duì)檢波器性能指標(biāo)影響較大。在進(jìn)行檢波器性能參數(shù)測(cè)試時(shí)，輸人測(cè)試儀器的懸體質(zhì)量是否真實(shí)，直接影響檢波器的性能指標(biāo)，特別是對(duì)靈敏度的影響最為突出，若實(shí)際檢波器懸體質(zhì)量與輸人儀器的懸體質(zhì)量相差較大，得到的測(cè)試結(jié)果即不真實(shí)。由此可見(jiàn)，要保證檢波器性能參數(shù)的穩(wěn)定可靠，其中一個(gè)問(wèn)題就是要保證檢波器懸體質(zhì)量的穩(wěn)定。由于檢波器在收發(fā)放搬運(yùn)過(guò)程中，人為性因素的影響造成劇烈的撞擊，導(dǎo)致檢波器芯體上的并聯(lián)電阻斷裂或微小裂痕，也會(huì)致使阻尼系數(shù)發(fā)生改變，影響阻尼系數(shù)指標(biāo)。造成檢波器芯體電阻變大，另外粉化的檢波器芯體造成檢波器芯體電阻變小或短路。人為性因素的影響造成劇烈的撞擊，也會(huì)導(dǎo)致檢波器芯體彈簧片上下運(yùn)動(dòng)時(shí)存在著扭曲及旋轉(zhuǎn)，往往彈簧片筋的寬窄和長(zhǎng)短對(duì)失真度的影響較大，一般來(lái)講彈簧片的筋越長(zhǎng)越對(duì)失真有利，筋的寬度也是越細(xì)越好，但是當(dāng)彈簧片的筋細(xì)到一定程度時(shí)，失真度又會(huì)突然增加，這個(gè)界限值0.3mm，人為因素造成的失真度往往是處在一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，它時(shí)大時(shí)小，極其有害。

關(guān)于永磁體的渦流效應(yīng)以及外界環(huán)境溫度對(duì)永磁體懸體質(zhì)量改變，進(jìn)而對(duì)檢波器性能指標(biāo)的影響。我們可以和檢波器芯體的生產(chǎn)廠家聯(lián)手進(jìn)行科研攻關(guān)永磁體材料的研發(fā)制造，確保檢波器芯體磁性強(qiáng)，受外界環(huán)境影響小，永磁體磁性能居里溫度點(diǎn)提高，溫度特性增強(qiáng)，減少控制永磁體粉化腐蝕等。

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作者簡(jiǎn)介：趙雨晴（1971-），女，籍貫：上海，學(xué)歷：本科，職稱(chēng)：物探工程師，研究方向：物探設(shè)備。