压电式振动装置.pdf

本发明公开了一种压电式振动装置，该装置包括：壳体、端盖子、内置凸台、压电陶瓷换能器、单芯塞子和支撑弹簧；其中，所述壳体的两端分别与一端盖子紧固连接形成腔体空间，端盖子内表面与内置凸台紧固连接；至少一个压电陶瓷换能器的两端分别钳定于内置凸台上，压电陶瓷换能器引出的正负极导线分别与两个单芯塞子相连，所述两个单芯塞子固定于壳体一端的端盖子上；两个支撑弹簧分别与两个端盖子的外表面相固定。

1.  一种压电式振动装置，其特征在于，所述装置包括：壳体、端盖 子、内置凸台、压电陶瓷换能器、单芯塞子和支撑弹簧；
其中，所述壳体的两端分别与一端盖子紧固连接形成腔体空间，端盖 子内表面与内置凸台紧固连接；
至少一个压电陶瓷换能器的两端分别钳定于内置凸台上，压电陶瓷换 能器引出的正负极导线分别与两个单芯塞子相连，所述两个单芯塞子固定 于壳体一端的端盖子上；
两个支撑弹簧分别与两个端盖子的外表面相固定。

2.  根据所述权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压电陶瓷换 能器为多个时，多个所述压电陶瓷换能器互相平行排列。

3.  根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压电陶瓷换能器 包括一个基片和至少一个压电陶瓷片。

4.  根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压电陶瓷换能器 包括一个基片和两个压电陶瓷片；
所述两个压电陶瓷片分别与所述基片的两个表面粘接；
所述两个压电陶瓷片外表面上分别引出两根导线短接作为正电极，所 述两个压电陶瓷片与基片粘接的表面上分别引出两根导线短接作为负电极。

5.  根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述压电陶瓷片采用锆 钛酸铅系列材料制成，所述基片采用铝、铜等金属材料制成。

6.  根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体作为所述装 置的辐射面，所述壳体具体为圆柱形壳体，所述圆柱形壳体的直径范围为 [50,100]mm。

7.  根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述腔体空间充满气 体或液体。

8.  根据权利要求1-6任一所述的装置，其特征在于，将两个所述压 电式振动装置上下垂直90度放置，用于测量XY正交方向的横波信号。

9.  根据权利要求1-6任一所述的装置，其特征在于，将多个所述压 电式振动装置由上而下依次排列，根据匹配的不同强度和相位的激发信号， 用于输出相控阵方式的偶极子声源。

压电式振动装置
技术领域
本发明涉及声波测井技术领域，尤其涉及一种压电式振动装置。
背景技术
自20世纪60年代以来，各式各样的偶极子声源装置被广泛的提出和应 用。常规的声波测井偶极子声源，如贝克-阿特拉斯公司和哈里伯顿公司所采 用的压电三叠片声源装置，该压电三叠片声源装置包括的压电式振动装置是 由四片相同的长片换能器和四片相同的短片换能器分别沿周向以90度夹角中 心对称排列，四片长片换能器和四片短片换能器形成两个上下排列的换能器 阵列，相同角度位置的每片长片换能器和短片换能器在长度方向上并行排列。 之所以采用长片和短片换能器同时使用，是由于单一尺寸的压电陶瓷三叠片 换能器往往工作频率带宽有限，且由于压电陶瓷材料本身应变小的不足，很 难在低频时达到大的振幅，因而较难提高低频的辐射性能。
虽然同时采用长片和短片换能器可以通过不同模式叠加来实现整个工作 频带的拓宽，但是结构装置的空间纵向尺寸上往往比较难缩减，不利于实现 井下测量对仪器尺寸的要求。此外，由于现有技术中同一排上有四片换能器 且换能器分别沿周向以90度夹角中心对称排列，且固定于骨架上，该压电式 振动装置的辐射面只能是该四片换能器，因此对于套置在该压电式振动装置 外的外壳，其开窗角度的局限，在高频时，易产生六极子信号，从而干扰了 偶极子信号。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种压电式振动装置，该压电式振动装 置纵向尺寸较小，更有利于在井中作业，且对于套置在该压电式振动装置外 的外壳上的开窗角度可大于传统方式，从而减少六极子信号。
本发明实施例提供一种压电式振动装置，该装置包括：壳体、端盖子、 内置凸台、压电陶瓷换能器、单芯塞子和支撑弹簧；
其中，所述壳体的两端分别与一端盖子紧固连接形成腔体空间，端盖 子内表面与内置凸台紧固连接；
至少一个压电陶瓷换能器的两端分别钳定于内置凸台上，压电陶瓷换 能器引出的正负极导线分别与两个单芯塞子相连，所述两个单芯塞子固定 于壳体一端的端盖子上；
两个支撑弹簧分别与两个端盖子的外表面相固定。
进一步地，所述压电陶瓷换能器为多个时，多个所述压电陶瓷换能器 互相平行排列。
进一步地，所述压电陶瓷换能器包括一个基片和至少一个压电陶瓷片。
进一步地，所述压电陶瓷换能器包括一个基片和两个压电陶瓷片；所 述两个压电陶瓷片分别与所述基片的两个表面粘接；所述两个压电陶瓷片 外表面上分别引出两根导线短接作为正电极，所述两个压电陶瓷片与基片 粘接的表面上分别引出两根导线短接作为负电极。进一步地，所述压电陶 瓷片采用锆钛酸铅系列材料制成，所述基片采用铝、铜等金属材料制成。
进一步地，所述壳体作为所述装置的辐射面，所述壳体具体为圆柱形 壳体，所述圆柱形壳体的直径范围为[50,100]mm。
进一步地，所述腔体空间充满气体或液体。
进一步地，将两个所述压电式振动装置上下垂直90度放置，用于测 量XY正交方向的横波信号。
进一步地，将多个所述压电式振动装置由上而下依次排列，根据匹配 的不同强度和相位的激发信号，用于输出相控阵方式的偶极子声源。
通过上述方案，该压电式振动装置的至少一个所述压电陶瓷换能器的两 端分别钳定于所述内置凸台上，也就是说，该压电式振动装置内只有一排 压电陶瓷换能器，因此可以减小压电式振动装置的纵向尺寸，有利于井中 作业。另外，该压电式振动装置以壳体作为辐射面，辐射面范围更大，因 此对于套置在该压电式振动装置外的外壳上的开窗角度可大于传统方式，从 而减少六极子信号。
附图说明
图1为本发明实施例提供的压电式振动装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的压电陶瓷换能器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本 发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施 例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在 没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的 范围。
下面结合图1对本发明实施例提供的压电式振动装置进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例提供的压电式振动装置包括：壳体1、端 盖子2、内置凸台3、压电陶瓷换能器4、单芯塞子5和支撑弹簧6。
其中，壳体1的两端分别与一端盖子2紧固连接形成腔体空间，端盖 子2内表面与内置凸台3紧固连接，至少一个压电陶瓷换能器4(图1中 以两个压电陶瓷换能器4为例，本发明实施例对此不作限制)的两端分别 钳定于内置凸台3上，压电陶瓷换能器4引出的正负极导线分别与两个单 芯塞子5相连，该两个单芯塞子5固定于壳体1一端的端盖子2上，两个 支撑弹簧6分别与两个端盖子2的外表面相固定。
在使用本发明实施例提供的压电式振动装置时，壳体1由支撑弹簧6支 撑，支撑弹簧6被固定于该压电式振动装置所应用的仪器中，整个压电式振 动装置浸于井孔内的流体之中。当内部驱动振子(即压电陶瓷换能器4)被激 发振动后内部驱动振子在支撑弹簧6的支撑下，推动壳体1产生与之反向的 摆动，从而推动井孔内流体使井壁产生稳定的弯曲振动。由于内部驱动振子 直接与空气或液体接触，不会直接向井孔内辐射振动，使得整个发射声源激 发的井壁弯曲振动信号更加纯净有效。
优选地，压电陶瓷换能器4为多个时，且该多个压电陶瓷换能器4互相 平行排列，以使该压电振动装置所在的声源装置的发射电压响应得到有效提 高。
具体地，压电陶瓷换能器4包括一块基片4a和至少一个压电陶瓷片4b。 其中，基片4a和压电陶瓷片4b均为长方形，压电陶瓷片4b采用锆钛酸铅系 列材料制成，基片4a采用铝、铜等金属材料制成。
进一步地，若压电陶瓷换能器4包括一个基片4a和一个压电陶瓷片4b， 压电陶瓷片4b与基片4a的一个表面粘接，且压电陶瓷片4b外表面上引出一 根导线作为正电极，压电陶瓷片4b与基片粘接的表面上引出一根导线作为负 电极。
进一步地，若压电陶瓷换能器包括一个基片和两个压电陶瓷片，如图2 所示，两个压电陶瓷片4b分别与基片4a的两个表面粘接，两个压电陶瓷片 4b外表面上分别引出两根导线短接作为正电极，两个压电陶瓷片4b与基片 4a粘接的表面上分别引出两根导线短接作为负电极。
进一步地，若压电陶瓷换能器包括一个基片和两个以上压电陶瓷片，两 个压电陶瓷片4b分别与基片4a的两个表面粘接，其它压电陶瓷片4b分别与 粘接于基片4a表面的压电陶瓷片4b粘接，最内层的两个压电陶瓷片4b的外 表面和相粘接的压电陶瓷片的内表面相耦合并分别引出两根导线短接作为正 电极，最内层的两个压电陶瓷片4b与基片4a粘接的表面和与最内层两个压 电陶瓷片4b相邻的两片压电陶瓷片的外表面相耦合并分别引出两根导线短接 作为负电极。
优选地，壳体1具体为圆柱形壳体，可在圆柱状井孔中尽可能大的增 加辐射面积，该圆柱形壳体的直径范围为[50,100]mm。优选地，腔体空间 充满气体或液体，以使得腔体空间内压力平衡。
另外，将两个本发明实施例提供的压电式振动装置上下垂直90度放 置，可用于测量XY正交方向的横波信号，从而实现对地层各向异性信息的 测量分析。
将多个本发明实施例提供的压电式振动装置由上而下依次排列，然后 根据匹配的不同强度和相位的激发信号，可用于输出相控阵方式的偶极子 声源。
通过上述实施例可知，本发明实施例提供的压电式振动装置的至少一个 所述压电陶瓷换能器的两端分别钳定于所述内置凸台上，也就是说，该压 电式振动装置内只有一排压电陶瓷换能器，因此可以减小压电式振动装置 的纵向尺寸，有利于井中作业。另外，该压电式振动装置以壳体作为辐射 面，辐射面范围更大，因此对于套置在该压电式振动装置外的外壳上的开窗 角度可大于传统方式，从而减少六极子信号。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而 已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做 的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。