石油勘探地震检波：MEMS数字检波器带来的成果

基于MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）技术的数字检波器（以下简称MEMS数字检波器）采用加速传感器，在传感器的结构和性能上与普通动圈式速度检波器有本质的不同。MEMS数字检波器在谐振频率之下工作，而常规动圈式检波器采用速度传感器，在谐振频率之上工作，这个差别使得这两种类型的检波器有着完全不同的性能和外形尺寸。MEMS数字检波器的振动拾取部分仍然是模拟传感器，在控制回路中，由特定用途的集成电路芯片（ASIC，Application Specific Integrated Circuit）将输出进行数字化。MEMS数字传感器的体积比常规传感器小得多，前者是长1cm左右、重量小于1g的硅片，后者则是长约3cm、重约75g的圆柱体。在MEMS芯片中，惯性质量和框架的残留位移只有几纳米，常规检波器的残留位移则可达2mm。

（一）频率特性

从性能上看，MEMS加速度检波器的特点表现在宽带线性振幅（图3-4）和相位响应（图3-5）上：其振幅响应在0～800Hz之间畸变不超过±1%，时间畸变不超过±20μs；就相位而言，动圈式检波器对信号存在一定的相位畸变，而MEMS加速度检波器在0～800Hz范围内的相位响应是基本相同的。

图3-4　MEMS数字检波器DSU和动圈式模拟检波器20dx的振幅特性对比

图3-5　MEMS数字检波器DSU和动圈式模拟检波器20dx的相位特性对比

MEMS数字检波器的谐振频率远远高于地震勘探的有效频带（1kHz），这个性能使其无衰减得记录10Hz以下的频率成分甚至直流信号成为可能。重力矢量技术则为灵敏度校准和倾角测量提供了可能。在常速情况下，加速度随着频率的增加而增加。当高于某一频率时，MEMS数字检波器的背景噪音要低于常规检波器与终端组合的背景噪音。(www.xing528.com)

（二）动态范围

使用MEMS数字检波器的24位记录系统的总动态范围可以高达120dB（4ms间隔采样时，最大信号4.5m/s2与背景噪音4.5μm/s2的比），畸变则小于-90dB［36］，它低于使用单个常规检波器的同一记录系统的总动态范围140dB（24位记录系统的总动态范围）。MEMS检波器的瞬时动态范围最低为90dB，优于单只常规检波器（小于70dB，可以通过检波器组合改善）。

（三）抗电磁干扰

数字检波器与常规检波器的另一个区别是数字检波器没有模拟传输部分，它由MEMS传感器与电子元器件集成，进行全数字化传输，所以理论上有更强的抗电磁干扰的能力。