【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地球物理探测，尤其是一种用于地震检波器的自适应温度补偿方法。具体应用于油气勘探、地震预警等多个领域，能够在不同温度条件下提供稳定、精确的地震数据。
技术介绍
1、电化学地震检波器，其结构如图1所示，是利用电化学反应将地面振动转化为电信号，具有极高的灵敏度，能够检测到微小的地面振动，广泛应用于地球物理探测。此外，电化学地震检波器的机械部分相对简单，因而机械噪声低，适合在高噪声环境中使用。然而，电化学地震检波器的性能会受到外部环境条件的严重影响，尤其是温度变化。温度变化会导致电化学反应速率和电极材料特性的变化，从而影响检波器的频率响应。
2、在不同温度条件下，电化学地震检波器的频率响应可能发生显著变化，温度变化对电化学系统的影响存在非线性关系，高频段和低频段的温度漂移不同，这种非线性影响使得在全频段内保持稳定的频率响应变得复杂，直接影响了地震数据的采集质量和可靠性。而这种影响单纯使用灵敏度补偿难以有效补偿，依然会存在严重的工作频带漂移，这也是现有的温度补偿方法往往无法实时有效地调整检波器的频率响应，导致数据的准确性和可靠性不足的主要原因。
技术实现思路
1、为了解决由温度变化所引起的这些问题，本专利技术提出了一种用于电化学地震检波器的温度自适应补偿方法，旨在实时监测频率响应的温度漂移，并通过在线调整补偿参数，实现频率响应的动态补偿。
2、本专利技术根据温度漂移的特点将电化学检波器的温度漂移分为三类，分别是低频截止频率的漂移，通频带灵敏度的漂移和高频
3、（1）针对低频截止频率的漂移，设计了可变反馈补偿器系统。根据频率响应自标定的结果，拟合开环传递特性，计算反馈系统的比例和微分系数，这些参数与预期的低频截止频率之间存在明确的关系。通过在dsp中在线更新反馈参数，实现了对低频段频率响应的精确补偿，确保系统在不同温度条件下保持稳定的低频响应。
4、（2）针对通频带灵敏度的漂移，在系统处于闭环状态下，通过频率响应自标定，获取当前温度下的闭环传递特性。根据预期的通频带灵敏度，计算灵敏度补偿参数，并在dsp中在线更新，实现对系统增益的调整，满足预期的灵敏度要求，保证通频带内的信号质量。
5、（3）针对高频截止频率的漂移问题，设计了多级串联补偿系统。通过对闭环系统的高频段频率响应进行拟合，计算补偿系统的参数。采用串联多个一阶补偿模块的方法，在线更新每个模块的时间常数和增益系数，在不影响通频带灵敏度的情况下，实现了对高频段频率响应的精确补偿，提高了高频信号的稳定性。
6、本专利技术一种用于电化学地震检波器的温度自适应补偿方法，具体包括以下步骤：
7、1、一种用于电化学地震检波器的温度自适应补偿方法，其特征在于，该方法的步骤如下：
8、1）硬件电路的构建：构建了力平衡反馈系统的硬件电路，包括：前置放大电路、ad转换器、da转换器、数字信号处理器（dsp）、线圈驱动电路、反馈线圈和反馈磁铁；反馈线圈和反馈磁铁通过电磁感应工作，由二者组成励磁致动器；
9、前置放大电路对电化学地震检波器内电化学反应腔产生的电流信号进行预处理,经过ad转换器转换，由dsp进一步处理；在dsp内部存在反馈网络，使用数字 pid 算法实现，信号通过反馈网络和第一da转换器产生反馈信号，反馈信号通过线圈驱动电路驱动励磁致动器产生反馈力，并施加到电化学反应腔上，形成力平衡反馈的闭环回路。
10、dsp 通过第二da转换器和差分信号转换器产生输出信号，提供给后续数据采集系统。由dsp的产生的内部测试信号，通过第一da转换器通过励磁致动器产生测试力信号，从而可以获得系统的频率响应特性；
11、由dsp的产生外部测试信号通过振动测试台将振动施加到电化学反应腔上，用于获取外部测试结果，以对内部测试提供基准和修正，提高内部测试的准确性；
12、所述dsp中还集成了串联的增益补偿器和多级串联补偿器，分别用于通频灵敏度和高频补偿；
13、2）切换到开环状态，利用dsp产生测试扫频信号：
14、为了进行自测试，需要将系统切换到开环模式，关闭所有反馈和补偿模块，在此状态下，系统不会受到任何反馈影响，有助于精确测量系统的固有频率响应特性。在没有外部振动信号输入的环境中，利用dsp生成测试用的正弦扫频信号 ，确保频率响应的全频段覆盖， 叠加在反馈信号上，通过第一da转换器对励磁致动器产生测试力信号，由电化学地震检波器单端输出信号，由ad转换器收集，获取频率响应的基础数据；
15、3）扫频自测试和计算温度漂移后的频率响应：
16、a、当出现温度变化后，使得系统处于开环状态，并开始内部正弦扫频，正弦扫频信号加载完成后，采集系统的单端输出信号. ，获得自测试数据，并根据自测试数据计算其温度漂移后的频率响应；
17、输入正弦扫频信号 和输出信号 的方程可以表示为如下式：
18、
19、 是励磁致动器的传递函数，是电化学腔体的传递函数， 是前置放大电路的传递函数，是反馈网络的传递函数；
20、将上述表达式改写为如下形式，得到温度漂移后的频率响应的表达式：
21、；
22、b、根据励磁致动器的温度系数对自测试得到的频率响应进行校准：
23、励磁致动器的传递函数 主要由电磁部分的传递函数决定，表示为：
24、
25、电磁部分的传递函数经简化后为：
26、
27、为系统的动态响应的线性项， 是励磁线圈的电阻， 是致动器作用物体的质量， 是磁场强度， 是励磁致动器中线圈的有效长度；
28、进一步将温度补偿引入 中，记为
29、
30、其中， 表示在 25. 时的 值， 是磁场强度的温度系数，表示温度；
31、最后由上述公式可以推导得到励磁致动器温度效应校准后的频率响应
32、；
33、的获取方法为：
34、在开环状态下，并在25℃温度下，由dsp的产生正弦扫频信号，信号通过振动测试台将振动施加到电化学反应腔上，正弦扫频信号加载完成后，采集系统的单端输出信号，并将测试的电化学地震检波器的开环频率响应传递函数记为，则励磁致动器传递函数 表示为：
35、最后通过拟合得到 的值。
36、4）根据温度漂移后的频率响应，计算并更新可变反馈补偿器：
37、计算并更新可变反馈补偿器根据如下关系式进行：
38、
39、其中 和 分别是比例和微分参数，
40、
41、
42、其中 、 和 是电化学反应腔体的传递函数的拟合系数，拟合公式为
43、
44、电化学反应腔体的传递函数根据开环状态下得到的系统的频率响应和前置放大器电路的传递本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于电化学地震检波器的温度自适应补偿方法，其特征在于，该方法的步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种用于电化学地震检波器的温度自适应...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨泓渊，李昂，郑凡，杨大鹏，张怀柱，张林行，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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