涡流效应对动圈式地震检波器芯体悬体质量的影响研究

赵雨晴 霍晗勇等

摘 要：涡流效应改变了检波器芯体的悬体质量，悬体质量对检波器性能指标产生了改变。永磁体的涡流效应以及外界环境温度对永磁体悬体质量改变，进而对检波器性能指标产生影响。科研攻关永磁体材料的研发制造，确保检波器芯体磁性强，受外界环境影响小，永磁体磁性能居里温度点提高，温度特性增强，减少控制永磁体粉化腐蚀。

关键词：涡流效应；悬体质量；永磁体；居里温度点

1 概述

由于在地震勘探施工中因各种因素的影响造成其技术性能和指标的改变，严重制约了勘探质量的提高，使得诸多先进设备不能发挥技术优势，造成设备资源的浪费。文章通过对常规动圈式检波器中最具代表性的20DX-10 型检波器的研究，提出由于涡流效应对检波器悬体质量的影响，使检波器悬体质量的改变对其性能指标产生了改变。

2 定义检波器芯体的材料属性

检波器芯体涉及到的材料有硬磁材料（永磁体）、软磁材料（磁靴和套筒）和空气，如图1所示。除了空气可直接作真空处理外，其余材料都需要给出数据，下面分别讨论材料的选取。

磁钢材料的选择：永磁体是动圈式检波器重要组成元件，永磁体的磁性能是否稳定将直接影响到传感器的精度，同时也影响检波器的成本。实验证明，经磁化的永久磁铁的性能一般随时间而变化，这是由永磁材料在淬火或铸造后其内部组织不均匀、内部存在内应力造成的。此外，永磁体的磁性能还受其他一些因素的影响，比如，温度、外界磁场以及振动和冲击。描述永磁体的变量有四个：内禀矫顽力HC；剩磁Br；相对磁导率 Mu（μr）；极化强度MP。这四个变量只有两个独立的，在已知其中的两个变量之后，另外两个变量可以根据相互关系计算出来，如图2所示。文章所选的永磁材料是相对磁导率Mu为1.05，剩磁Br为1.25T的磁性材料。

钕铁硼是第三代稀土永磁材料，被称为“永磁王”，钕铁硼磁性材料是钕，氧化铁等的合金又称磁钢。钕铁硼具有极高的磁能积和矫力。

第三代稀土永磁钕铁硼是当代磁体中性能最强的永磁体，它的主要原料有稀土金属钕29%-32.5% 金属元素铁 63.95-68.65% 非金属元素硼1.1-1.2% 少量添加镝0.6-1.2% 铌0.3-0.5% 铝0.3-0.5% 铜0.05-0.15%等元素 。

钕为银白色金属，熔点1024℃，密度7.004g/cm3。钕是最活泼的稀土金属之一，在空气中能迅速变暗，生成氧化物；在冷水中缓慢反应，在热水中反应迅速。铁是一种化学元素是最常用的金属，它是过渡金属的一种。铁活泼，在高温时，则剧烈反应。硼的化学性质，在高温时硼能与许多金属和金属氧化物反应，生成金属硼化物。

3 涡流效应对永磁体的影响（如图3所示）

绕在永磁体上的双线圈在工作时，即线圈在磁场中产生了相对运动，在线圈两端产生感生电动势，从而有电压输出。圆筒形铝制线圈架可看作是一个单匝闭合线圈。当线圈架随同线圈一起在磁场中运动时，线圈架将产生涡流，这种现象称为涡流效应，由于涡流效应产生的感生电流很大，把大量电能转化成了热能，所以永磁体的内部温度会升的很高，这是一种电能的损耗，称为涡流损耗。

我们把单个20DX-10型检波器的芯体放在振动台上，外接电流计，振动芯体，测得感生电流的范围在0.2A-2A之间，根据以上资料分析，无论是在收发放过程中人为因素的振动和冲击产生的感生电流，还是放炮过程中产生的感生电流会使永磁体的内部发生改变，再加上外界高温工作环境的刺激，即永磁体的内部化学性质将发生质的改变，即产生的感生电流将会使永磁体的内部电解，也就是说检波器悬体质量的会发生质的改变。这个我们在实际工作中也验证到，有时我们用万用表测量某个坏芯体的电阻，感觉到芯体有电流通过。好的芯体和坏的芯体的直观比较，见图4和图5。

4 结束语

检波器芯体的悬体质量对检波器性能指标影响较大。在进行检波器性能参数测试时，输人测试仪器的悬体质量是否真实，直接影响检波器的性能指标，特别是对灵敏度的影响最为突出，若实际检波器悬体质量与输人仪器的悬体质量相差较大，得到的测试结果即不真实。由此可见，要保证检波器性能参数的稳定可靠，其中一个问题就是要保证检波器悬体质量的稳定。由于检波器在收发放搬运过程中，人为性因素的影响造成剧烈的撞击，导致检波器芯体上的并联电阻断裂或微小裂痕，也会致使阻尼系数发生改变，影响阻尼系数指标。造成检波器芯体电阻变大，另外粉化的检波器芯体造成检波器芯体电阻变小或短路。人为性因素的影响造成剧烈的撞击，也会导致检波器芯体弹簧片上下运动时存在着扭曲及旋转，往往弹簧片筋的宽窄和长短对失真度的影响较大，一般来讲弹簧片的筋越长越对失真有利，筋的宽度也是越细越好，但是当弹簧片的筋细到一定程度时，失真度又会突然增加，这个界限值0.3mm，人为因素造成的失真度往往是处在一种不稳定的状态，它时大时小，极其有害。

关于永磁体的涡流效应以及外界环境温度对永磁体悬体质量改变，进而对检波器性能指标的影响。我们可以和检波器芯体的生产厂家联手进行科研攻关永磁体材料的研发制造，确保检波器芯体磁性强，受外界环境影响小，永磁体磁性能居里温度点提高，温度特性增强，减少控制永磁体粉化腐蚀等。

参考文献

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作者简介：赵雨晴（1971-），女，籍贯：上海，学历：本科，职称：物探工程师，研究方向：物探设备。