Геофон — это высокочувствительный преобразователь колебаний грунта, преобразующий вибрации грунта в электрические сигналы. Основные компоненты включают в себя:
- Магнитный сердечник и катушка – Электрическая катушка окружает подвешенный магнитный сердечник.
- Постоянный магнит – Магнит, установленный в корпусе, создает магнитное поле.
- Электромагнитная индукция – При движении земли корпус движется вместе с ней, а катушка стремится оставаться неподвижной. Относительное движение катушки и магнита индуцирует напряжение, пропорциональное скорости вибрации.
Этот индуцированный сигнал называется сейсмический ответ, которые сейсмологи и геофизики анализируют для изучения подземных структур.
Частотные характеристики геофонов
- Собственная частота – Частота собственных колебаний геофона (обычно ~10 Гц).
- Паразитная частота – Верхний предел, за пределами которого геофон не может производить надежные измерения (обычно ~250 Гц).
Геофоны могут отслеживать только частоты выше собственной частоты. Например:
- Исследования поверхностных волн → требуют низкочастотные геофоны (<5 Гц).
- Рефракционные исследования → обычно используют Геофоны 10–28 Гц.
- Опросы рефлексии → часто используют Геофоны 10–40 Гц.
👉 Компромисс: Низкочастотные геофоны улавливают более глубокие сигналы, но с меньшим разрешением, тогда как высокочастотные геофоны улавливают больше деталей, но на меньших глубинах.
Типы геофонов
Вертикальные геофоны
- Лучше всего подходит для исследований рефракции и поверхностных волн.
- Чувствителен к вертикальным колебаниям грунта.
Горизонтальные геофоны
- Предпочтительно для исследований отражений вблизи поверхности.
- Преимущества:
- Уменьшить интерференцию преломленных волн
- Измерьте скорость сдвиговой волны для лучшего разрешения
Многокомпонентные (3C) геофоны
- Содержат три датчика: один вертикальный и два горизонтальных (под углом 90° друг к другу).
- Запечатлейте полное 3D-движение земной поверхности.
- Распространено в HVSR (горизонтально-вертикальное спектральное отношение) и расширенные проекты мониторинга.
Всенаправленные геофоны
- Функционируют независимо от ориентации.
- Полезно в условиях, когда выравнивание датчика затруднено.
Выбор магнита для геофона
Постоянные магниты имеют решающее значение для производительности геофона, напрямую влияя чувствительность, стабильность и точность. Распространенные типы магнитов:
| Тип магнита | Преимущества | Ограничения | Использование в геофонах |
|---|---|---|---|
| АлНиКо | Высокая точность, термостабильность, экономичность | Нижний максимальный энергетический продукт | По-прежнему считается наиболее подходящим из-за стабильности и точности. |
| Самарий-кобальт (SmCo) | Высокая термостойкость, устойчивость к коррозии | Дороже | Используется в специализированных геофонах |
| Неодим (NdFeB) | Очень сильное магнитное поле, компактная конструкция | Подвержен коррозии, менее стабилен при высоких температурах | Иногда используется, но не идеально для долговременной точности. |
👉 Несмотря на успехи в разработке редкоземельных магнитов, AlNiCo остается предпочтительным выбором из-за его превосходной точности, стабильности и экономической эффективности для сейсмических применений.
Ключевые выводы
- Работа геофонов основана на электромагнитной индукции между катушками и постоянными магнитами.
- Выбор частоты зависит от типа обследования: низкая частота — для глубоких исследований, более высокая частота — для разрешения.
- Различные ориентации геофонов (вертикальная, горизонтальная, 3C, всенаправленная) служат для специализированных целей.
- Хотя NdFeB и SmCo обладают преимуществами, Магниты AlNiCo по-прежнему являются золотым стандартом для геофонов.
Добавить комментарий