专利名称：用于生成宽带宽声能的装置与方法
用于生成宽带宽声能的装置与方法对相关申请的交叉引用本申请要求于2010年3月23日提交的美国临时申请序列号61/316，526的较早提交日期的利益，该申请的全部公开内容通过引用，包含于此。
背景技术：
声学测量是测量各种介质(例如地层的成分)的属性的一种重要手段。例如，对声波通过地层的速度的测量使得估计如构成地层的物质的类型和量及地层孔隙率的属性。声学传送器一般包括配置成执行振荡运动的致动器。这种振荡运行传输到声学膜片，该声学膜片进而生成声波。这种传送器一般包括致动器与膜片之间的直接耦合机制。典型的压电声学传送器包括直接附连到声学室中的声学膜片内部的压电致动器。这些传送器通常都包括形成有致动器和膜片、填充了油的声学室。这种传送器通常在其输出带宽上是 受限的，尤其是在较低频率的时候更是如此。

发明内容
一种声学传送器，包括配置成把声波传送到介质中的声学膜片；配置成响应于所施加的电信号而在轴向变形的压电致动器组件；以及位于所述压电致动器和所述声学膜片之间并且配置成响应于压电致动器的运动而向声学膜片传送压力波的高度不可压缩的弹性材料。一种用于估计穿透地层的钻孔中的属性的方法，包括传送载体通过所述钻孔；经声学传送器把声波传送到钻孔和地层中的至少一个中；以及利用声学检测器接收声波，以便估计属性。所述载体包括至少一个声学传送器，所述声学传送器包括配置成将声波传送到介质中的声学膜片；配置成响应于所施加的电信号而在轴向变形的压电致动器组件；以及位于所述压电致动器和声学膜片之间并且配置成响应于压电致动器的运动而向声学膜片传送压力波的高度不可压缩的弹性材料。


被视为发明的主旨特别是在本说明书最后的权利要求书中指出并明确地要求保护。根据以下结合附图的具体描述，本发明的上述及其它特征与优点是显而易见的，其中图I示出了地下钻井、测井、评估、勘探和/或生产系统的示例性实施方式；图2是弹性动力耦合的声学传送器的示例性实施方式的侧面横截面视图；图3是图2声学传送器的实施方式的分解透视图；图4是图2声学传送器的实施方式的分解侧视图；图5是弹性动力耦合的声学传送器的示例性实施方式的透视横截面视图；图6A-D分别是声学膜片的示例性实施方式的主侧视图、顶视图、底视图和小侧视图；图7是图6A-D的声学膜片的图示；
图8是用在声学传送器中的压电结构的透视图；图9是示出传送声波和/或估计介质属性的方法的示例性实施方式的流程图；图10是图5声学传送器的数学模型的图示；图11是显示图10的模型相对于频率的压力响应的数据图；图12是显示图10的模型在12kHz的频率下的压力响应的极坐标数据图；图13是显示图10的模型在4kHz的频率下的压力响应的极坐标数据图；图14是显示弹性动力耦合的声学传送器在12kHz的频率的压力响应的数据图；图15是显示图14的声学传送器在12kHz的频率下的压力响应的数据图；以及
图16是显示图14的声学传送器相对于频率的压力响应的数据图。
具体实施例方式在这里，描述了用于生成声能的装置与方法。声学传送器包括压电致动器组件，其间接且弹性动力耦合到声学膜片，以便通过压电器件的致动产生声学膜片特定于频率的运动。“弹性动力耦合”是指压电致动器运动通过结构弹性介质向膜片的传送。在一种实施方式中，所述结构弹性介质包括高度不可压缩的材料，例如高度不可压缩的弹性体。在一种实施方式中，压电致动器组件和膜片被用高度不可压缩的材料填充的间隙隔开。在一种实施方式中，致动器组件和膜片至少部分地设置于声学腔中并且被至少部分地用高度不可压缩的弹性体填充的腔体隔开。所述致动器组件和膜片每个都可以至少部分地设置于用高度不可压缩的材料填充的腔体中。在此所述的装置与方法呈现出在例如用于井下测井和/或随钻测井(LWD)应用的系统中非常重要的宽频率带宽声学输出特性。在一种实施方式中，致动器组件包括高频压力活塞，该活塞安装在压电结构上或者以其它方式集成到致动器组件中，以方便致动器组件与膜片之间的相互作用并且定义致动器组件与膜片之间用高度不可压缩的材料填充的内部腔体间隔。所述弹性动力耦合用来在较低的频率范围相对于压电致动器的运动放大声学膜片的运动，并且还在较高的频率范围显现出显著的声学输出。在此所述的装置提供了在较低的工作频率范围(例如大约2kHz)和中间工作频率范围(例如大约8kHz)放大致动器运动的能力，同时在较高的工作频率范围(例如大约12kHz)有效地传送致动器运动。参考图1，地下钻井、测井、评估、勘探和/或生产系统10的示例性实施方式包括示为设置于钻孔14中的钻柱12，其中钻孔14在地下操作过程中穿透至少一个地层16。如在此所描述的，“钻孔”或者“井孔”是指构成钻井的全部或部分的单个孔，而“地层”是指在地表下环境和钻孔周围可能遇到的各种特征与物质。钻架18或者其它结构配置成支撑和/或部署钻柱12及各种部件。在一种实施方式中，钻柱12包括例如测井工具的记录或测量工具20。在一种实施方式中，测量工具20配置成作为声学测量工具。测量工具20在图I中示为井下线缆工具，但并不限于此，并且可以与任何合适的载体一起设置。例如，钻柱12可以配置成作为包括一个或多个向下延伸到钻孔14中的管段或盘管并且包括具有钻头的底部钻具组件(BHA)的钻杆。所述工具可以配置成作为随钻测井(LWD)或者随钻测量(MWD)工具。如在此所描述的，“载体”意指可以用于传送、容纳、支撑或以其它方式方便另一设备、设备部件、设备的组合、介质和/或组件的使用的任何设备、设备部件、设备的组合、介质和/或组件。示例性的非限制载体包括盘管类型、接合管类型的钻柱或者其任意组合或者部分。其它的载体例子包括套管、线缆、线缆探头、钢丝探头、熔滴弹丸(drop shot)、钻艇、底部钻具组件及钻杆。在一种实施方式中，测量工具20包括至少一个配置成生成并传送声波的声学传送器22和至少一个配置成检测声波的声学接收器24。声学传送器配置成把声波传送到地层中，而声学接收器24配置成检测反射或以其它方式行进通过地层的波。尽管测量工具20在这里描述为井下工具，但是它也可以用在任何期望的位置，例如地面位置。此外，声学传送器22和/或声学接收器24也可以位于地面位置。另外，声学传送器可以结合到配置成使用声波生成的任何类型的工具或测量装置中，而不限于井下应用。在一种实施方式中，井下工具20、声学传送器22和/或声学接收器24配备有最终传送到地面处理单元26的传送装备。这种传送装备可以采取任何期望的形式，并且可以使用不同的传送介质和方法。连接的例子包括有线、光纤、无线连接和基于存储器的系统。参考图2-4，声学传送器30的实施方式包括由例如弹性体的高度不可压缩的材料36隔开并弹性动力稱合的压电致动器组件32和声学膜片34。在一种实施方式中，声学传送器30包括例如调谐共振结构外罩的外罩38，该外罩配置成支撑致动器组件32和膜片34并且在致动器组件32和膜片34之间形成由高度不可压缩弹性体36填充的间隔或间隙。致动器组件32可以包括方便定义致动器组件32和膜片34之间的间隙的压力活塞40。压力活塞40在弹性体介质中产生大直径的压力波，该压力波转化成声学膜片34的运动。所述高度不可压缩的材料是例如聚合物的弹性材料。在一种实施方式中，所述材料是包括硅树脂或者其它聚合物材料的弹性体。在一种实施方式中，当被压迫时，所述高度不可压缩的材料具有比水低的压缩能力。在一种实施方式中，所述高度不可压缩的材料具有至少大约2 X IO9Pa的体积模量。在图2-4所示的例子中，致动器组件32设置在外罩38中并且通过任何合适的机构固定。在这个例子中，致动器设置在配置成提供电连接的凹口 42中并且耦合到预加载适配器54，其中预加载适配器54把致动器固定到合适的位置并且在外罩38中定义致动器腔44和声学腔46。可以包括例如O环的密封机构48,在致动器腔44和声学腔46之间产生密封。在一种实施方式中，致动器腔44是在选定的压力下经填充端口 50用例如油的流体来填充的。外罩38还可以包括补偿活塞或者定位环，来调节致动器腔压力。在一种实施方式中，声学腔46至少部分地用高度不可压缩的材料36填充，使得致动器组件32和膜片34之间的间隙用高度不可压缩的材料36填充。在图4所示的例子中，声学腔44是在外罩38中形成的并且通过外罩38、膜片34、可选的预加载适配器54和压力活塞40定义。在一种实施方式中，压力活塞40配置成定义致动器组件32与膜片34之间的间隙。压力活塞40在弹性体介质中产生大直径的压力波，该压力波转化成声学膜片34的运动。压力活塞40可以具有任何适于定义致动器组件32和膜片34之间的间隔或间隙并且方便压力波通过高度不可压缩的材料传送的形状。压力活塞40可以是部分圆锥形的 形状，具有平坦的部分和圆锥形的部分，如图2-4中所示出的，或者可以如图5中所示的那样是圆盘形状，其中图5示出了声学传送器30的另选实施方式。在一种实施方式中，压力活塞具有至少为声学膜片34的直径的直径(在圆形膜片的情况下)或者至少等于膜片34的小直径的直径(在椭圆形膜片的情况下)。在一种实施方式中，活塞40具有至少为膜片34包括单元结构的部分的直径。参考图6A-D和7，在一种实施方式中，声学膜片34是具有宽频率响应的自稳定动态结构。当受到来自弹性体腔压力波的加载时，声学膜片34的动态自稳定特性使膜片34保持恒定的小表面变形。这种建于声学膜片表面上的稳定性是通过在宽工作频率范围之上的设计来保持的，例如，所述设计大大高于致动器压力活塞的共振带宽。声学膜片34包括配置成与传送声波的介质(例如位于钻孔14中的水或者流体)相互作用的声学表面56。在一种实施方式中，声学表面56是实心的(B卩，没有开口)。在一种实施方式中，膜片34包括多个结构构件58，这些结构构件用来减小膜片34的重量并增加其刚性。在一种实施方式中，结构构件58相交，以形成例如三角形的几何形状(或者单元)。在一种实施方式中，包括表面和多个结构构件的声学膜片是从一块实心材料(例如招或者钛)机加工而成的。膜片可以通常是圆形主体或者可以具有椭圆形形状，如图6A-D和7的实施方式中所示。 在一种实施方式中，膜片34形成多个小面60,例如多个成对的三对称小面。在这种实施方式中，膜片34包括与三角形单元结构兼容的成对的三对称平面小面60的混合几何形状和椭圆形声学表面区域56，来最大化膜片框架之上的硬度相对于质量分布的组合，并提升声学膜片34的动态稳定性。在一种实施方式中，膜片34包括六个平面小面60。六角形小面方案中所使用的斜度是不对称的而且定制成当在弹性动力腔体组件中耦合时把声学膜片鼓面共振频率调谐到选定的频率，例如大约IIkHz。在一种实施方式中，平面小面60关于硬度的中央区域62对称布置。该中央区域62对应于致动器压力活塞直径的大致最优偏转节点。中央区域62包括配置成与致动器的运动轴平行定位的平坦表面。致动器组件32和/或压力活塞40相对于中央区域62的间隔可以基于传送器系统的基础共振模式及工作频率范围之上的声学输出的总体大小来选择。总的来说，基础共振模式频率与总体声学输出大小都随着间隔增加而减小。除了小面设计之外，对高频输出特性有显著影响的其它因素包括声学膜片单元壁的厚度、面板厚度及边缘带厚度。压电致动器组件32包括由晶体或者其它材料制成的压电结构64，其中这些材料以当受到机械应变时产生电荷的能力(称为直接压电效应)为特征。相反，当受到电势场时，这种材料会变形，称为逆压电效应。这种材料的例子包括属于铁电族的某些陶瓷材料，例如锆钛酸铅(PZT)，其中PZT可以包括例如PbZrO3和PbTiO3的混合晶体。这些材料具有把例如应力和应变的机械量转换成电压及反过来把电压变换成机械力和位移的能力。在一种实施方式中，致动器配置成使得压电结构64的位移线性遵循所接收到的电荷(Q)，并且因此，流动的电流(I=dQ/dt)与致动器端板的速度(v=ds/dt)成比例。相应地，电流中波动的陡度(转换速率)(dl/dt)与致动器端板的加速度(a=dv/dt)成比例。一个或多个转换速率受控的放大器或者内部电流控制回路可以用于将输入电流波动严格地限制到致动器组件32，以减小或消除造成过高致动器加速速率的电荷的爆发。压电结构64的一个例子在图8中示出。在这个例子中，压电结构64是细长的陶瓷结构，配置成响应于大约2000V/mm的场强度而获得I. 5至I. 7%的变形。压电结构64可以利用多层陶瓷材料来制造。例如，压电结构64包括多达500层陶瓷材料，每一层是大约O. Imm厚。这些层堆叠并烧结，以便允许由仅200V的电压实现最大的位移。在一种实施方式中，机械预加载设备包括在致动器组件32中，以防止压电结构64加载拉伸应力。所述预加载设备配置成施加例如至少大约为阻滞力(FB) —半的预加载力，来稳定致动器组件32。示例性预加载力包括大约O. 5和I. OFB之间的力。控制机构也可以连接到致动器结构64，来控制致动器行程。例如，与闭环电压反馈组合的应变片可以连接到压电结构64。合适的致动器的例子包括单片分层的陶瓷致动器，具有14_X14_X20_的尺寸，一层的厚度为大约O. 1mm，最大阻滞力为大约8000N，预加载力为大约5000N。可以施加大约-50V至+200V范围的电压，来获得大约-7. 5 μ m至+30. O μ m范围内的位移。在使用当中，来自致动器组件32的运动在高度不可压缩的材料36中产生圆锥形发散的压力波，该压力波入射到自稳定动态膜片34的单元结构和背面(S卩，与声学表面56相对的表面)上。致动器压力活塞的几何形状、腔体容积的几何形状和高度不可压缩的材料的属性可以设计成产生大致一致的入射到膜片背面主要区域上的压力分布。例如，在较高频率范围(口 IOkHz)声学传送器30的声学输出的大小高度依赖于针对致动膜片表面维持刚体运动的程度。膜片背面上的压力脉冲的一致性往往对所述刚体运动起作用，并由此提高声学压力的大小。相应地，在一种实施方式中，压力活塞的表面的形状做成与所述背面(即，与膜片的声学表面相对的表面)的至少一部分的形状相符或者成比例。压力活塞的表面的形状便于在高度不可压缩的材料中生成压力波，其在背面之上是一致的。例如，压力活塞40如图2-4中所示成形，包括中央平坦的表面和外围圆锥形的表面，具有与声学膜片的 背面的至少一部分的形状成比例或者以其它方式与其总体上相符的形状。在一种实施方式中，为了造成声学膜片的显著运动，致动器压力活塞40具有足够大的表面区域，使得该表面区域在设备的工作频率范围之上随相对刚体(不变形)的运动而移动。在一种实施方式中，高性能的铍合金与特定的压力活塞结构结合使用，产生超轻但仍然非常硬的设备，以实现通过弹性体腔介质到声学膜片34中的高压力生成机制。有效地，自稳定的膜片和弹性动力耦合建立了设备的结构动力学系统，这种系统可以由操作的三个主要共振特性来表征。第一基础共振模式包括处于与致动器组件32的运动同步相位的声学膜片34的正常运动。第二共振模式(模式-2)包括声学膜片34的鼓面挠曲。第三共振模式(模式-3)包括致动器压力活塞40的鼓面挠曲。在一种实施方式中，致动器组件32和声学膜片34配置成产生共振交互效应，以增加在期望的工作频率带宽之上的能量输出。例如，对于如10-20kHz操作的高频操作，模式-2的声学膜片共振衰减(动态响应零)配置成通过特定的频率带宽导致模式-3的致动器压力活塞共振放大(动态响应极)。为了产生这种共振交互效应，膜片鼓面共振针对大约IlkHz进行动态调谐，而致动器压力活塞鼓面共振调谐到大约18kHz。这种共振组合显著地最小化了活塞膜片共振频率之上衰减的响应并且在宽的高频范围之上工作，提供非常宽和相对一致的高声学输出。这种带宽放大近似地在声学膜片的共振带宽与致动器压力活塞的共振带宽之间延伸。图9示出了用于传送声波和/或测量地层属性的方法70。方法70包括一个或多个阶段71-74。在这里方法70是结合声学传送器22、30来描述的，但方法70可以结合任意数量和配置的弹性动力耦合的声源来描述。在第一阶段71,声学传送器22、30设置在选定的位置。在一种实施方式中，该选定的位置是钻孔中的井下位置。在第二阶段72，电流施加到压电致动器组件32，以感应出振荡运动并且把声波从声学膜片34传送到介质中。在一种实施方式中，电流是经脉动的和/或振荡的电压信号(例如脉动的正弦电压)施加的。介质可以是任何选定类型的材料，并且在一个例子中包括地下地层的物质。在第三阶段73，通过声学检测器检测声波。在一种实施方式中，声学检测器包括如上所述弹性动力耦合到压电结构的声学膜片。在第四阶段74，所接收到的声波用于估计介质的属性。在此所述的系统与方法提供了优于现有处理方法与设备的各种优点。相对于现有技术的设备，在此所述的系统与方法允许在更宽的工作频率范围(例如，4kHz至25kHz)上生成非常高的声能水平。所述装置与方法提供了将自稳定动态膜片的独特动态特性与单片多层压电设备的高力特性有效地耦合的结构设计。高度不可压缩的材料减小了阻尼效应并 显著增加了声学输出，尤其是在较低的频率(例如，低于IOkHz)更是如此。这些及其它优点结合对在此所述装置的实施方式的性能分析的描述来说明。在水介质中对图5中所示的声学传送器的实施方式的数学模型进行频率响应分析。如以上所讨论的，声学传送器包括高度不可压缩的弹性体腔。在这个例子中，结合铝声学膜片和铝-铍合金压力活塞，导热的硅树脂弹性体用作声学腔材料。参考图10，其示出了图5的声学传送器的数学有限元模型。该声学传送器的一些特征和材料属性在表I中示出。表I
组件部件__十才枓属性 ____注释_
膜片活塞(Al) Ε=71000 ρ=277θ ν=0.32 ξ=0.05 椭圆
MPakg/m3__70mmx 85mm
弹性体腔(DOW E=0.622 p=2200 V=ξ=0.125 K=2100 MPa
SE-4430 )__MPa__kg/m3 0.49995___
压电致动器E=I 59000 p=7650 v=0,33 ξ=0.05 14mm x 14mm 乂
__MPa__kg/m3____20mm_
压力盘(AlBeMet E=193000 p=2120 v=0.17 ξ=0.05 050mm x 4mm
162)__MPa__kg/m3____
致动器配件E= 193000 p=2120 v=0.17 ξ=0.05
(AlBeMet 162) MPa_ kg/m3 ___在表I中，“E”指杨氏模量或者弹性模量，“ P ”指质量密度，“ V ”指泊松比，而“ξ”指阻尼比。高度不可压缩的弹性体材料具有大约2100MPa的体积模量。膜片具有椭圆形的形状，主直径为大约85mm,而次轴为大约70mm,而且压力活塞具有大约4mm的厚度和大约50mm的直径。压电致动器具有大约14mm X 14mm X 20mm的尺寸。
动态模拟是以直接频率响应分析的形式进行的，考虑了单个构成部件的依赖于材料的阻尼。来自耦合外部流体介质的多个物理方面包括在这些模拟中，并且设备的声学压力输出是基于声学膜片和水介质的流体结构交互来计算的。对所述声源设计进行一系列的频率响应分析，来确定压电致动器的轴向运动下的动态响应特性。动态加载在20_尺寸内沿轴施加到压电致动器。分析结果在图11-13的数据图中示出。图11示出了在各个工作频率下模型的压力响应数据80。图12和13分别包括在12kHz和4kHz工作频率下的压力响应数据82和84。图11-13指示在8kHz左右的适度阻尼共振响应和在14kHz附近稍高的共振响应。高频带宽对于刚体膜片加速呈现出适度阻尼响应，该响应可以在宽带宽之上转变成显著的声学压力。图11-13的模型与结果说明，在12kHz左右高频工作模式的稳定的膜片结构动态响应与在大约4-7kHz之间宽频范围内转化成显著声能输出的低频率共振响应组合。例如，图12和13分别示出了在12kHz和4kHz都显著的压力响应。确定系统的低频响应主要受系统的运动动态质量和弹性动力腔的有效机械硬度影响。相反，系统的高频响应主要受声 学膜片和致动器压力活塞结构动态响应特性的影响。图14-16示出了包括弹性动力耦合的压电声源的声学传送器的水箱测试的结果。对于压电致动器在瞬态脉冲群模式下的操作，获得了一系列声学测量值。施加到致动器的瞬态电压脉冲群一般包括与DC偏移叠加的五个正弦脉冲，其考虑了压电致动器设备的不对称电压限制。声学测量是在淡水中2米的深度利用离声源测试物I米远的水听器设备进行的。图14-16中所示的测试数据指示传送器的高声学输出在从小于或等于大约4kHz到远高于30kHz的频率范围之上延伸。如图14中所述，具有12kHz脉冲频率的瞬态电压波形86施加到声学传送器。如在数据图中所指示的，结果产生的跨致动器的电压88显著小于所施加的电源电压86。这是由于引入了一个串联电阻，该串联电阻被确定为是控制可能潜在地生成过多加速并损坏压电致动器的瞬态电流所必需的。在12kHz的脉冲频率下测量到的数据90指示大约I. 35psi(峰值)的声学压力是在65V (峰值-峰值)的致动器电压下由声学传送器产生的。数据96暗示在240V (峰值-峰值)的期望操作电压电平下可以预期跨致动器的大致4. 97psi (峰值)的声学输出。此外，如图15中所述，具有4kHz脉冲频率的瞬态电压波形92施加到声学传送器。如在数据图中所指示的，结果产生的跨致动器的电压94只相对于所施加的电源电压略微减小。这是由于在较低频率范围内减小的电路电流造成的。在4kHz脉冲频率测量到的数据96指示大约O. 27psi (峰值)的声学压力是在131V (峰值-峰值)的致动器电压下由原型物产生的。数据96暗示在240V (峰值-峰值)的期望操作电压电平下可以预期跨致动器的大致0.49psi (峰值)的声学输出。用于所述瞬态声学脉冲群的总供给能量是O. 657焦耳。还在大的频率范围上执行了一系列声学脉冲群测试。所测量出的声学数据98以IOOHz的频率步进从2kHz累积到20kHz，并且规格化到240V (峰值-峰值)的致动器电压。如图16中所示，该图是对分析模型的压力响应数据与频率的比较，所测量到的数据与该模型对应并且示出了宽频率范围之上显著的压力响应。为了支持这里的教导，可以使用各种分析部件，包括数字和/或模拟系统。所述系统可以具有例如处理器、存储介质、存储器、输入、输出、通信链路(有线的、无线的、脉冲泥浆(pulsed mud)、光学的或者其它)、用户接口、软件程序、信号处理器(数字的或者模拟的)及其它此类部件(例如电阻器、电容器、电感器及其它)，以本领域众所周知的若干方式中的任意一种提供对在此所公开的装置与方法的操作与分析。可以认为这些教导可以，但不必，结合存储在计算机可读介质上的一组计算机可执行指令来实现，所述计算机可读介质包括存储器(ROM、RAM)、光学的(CD-ROM)或者磁性的(盘、硬盘驱动器)或者任何其它类型，当所述指令被执行时，使计算机实现本发明的方法。除本公开内容中所描述的功能之外，这些指令还可以提供装备操作、控制、数据收集和分析及系统设计者、所有者、用户或其他此类个人认为相关的其它功能。应当认识到，有多种部件或技术可以提供某些必需或有利的功能性或特征。相应地，就像为了支持所附权利要求及其变体所需要的，这些功能和特征被认为是作为这里教导的一部分和所公开本发明的一部分固有地包括在内。尽管本发明已经参考示例性实施方式进行了描述，但是应当理解，在不背离本发 明范围的情况下，可以进行各种变化，而且可以用等价物代替其元素。此外，在不背离其实质范围的情况下，可以想到许多修改，来使特定仪器、情况或材料以适应本发明教导。因此，本发明不是要限定到所公开的、预期是执行本发明最佳模式的特定实施方式，相反，本发明将包括属于所附权利要求范围之内的所有实施方式。
权利要求
1.一种声学传送器，包括 声学膜片，配置成把声波传送到介质中； 压电致动器组件，配置成响应于所施加的电信号而在轴向变形；及 高度不可压缩的弹性材料，设置在所述压电致动器与所述声学膜片之间，并且配置成响应于所述压电致动器的运动而把压力波传送到所述声学膜片。
2.如权利要求I所述的声学传送器，还包括在所述声学膜片与所述压电致动器之间形成的腔体，所述腔体至少部分地用所述高度不可压缩的弹性材料填充。
3.如权利要求I所述的声学传送器，其中所述声学膜片和所述压电致动器至少部分地设置在用所述高度不可压缩的弹性材料填充的腔体中。
4.如权利要求I所述的声学传送器，其中所述高度不可压缩的材料在被压迫时具有比水低的压缩能力。
5.如权利要求I所述的声学传送器，其中所述高度不可压缩的材料具有至少大约2 X IO9Pa的体积模量。
6.如权利要求I所述的声学传送器，其中所述压电致动器组件包括压电结构和附接到该压电结构的压力活塞，所述压力活塞包括其形状大致与所述声学膜片的表面的至少一部分相符的表面。
7.如权利要求6所述的声学传送器，其中所述压力活塞的表面具有等于或者大于所述声学膜片的直径的直径。
8.如权利要求6所述的声学传送器，其中所述声学膜片调谐到第一鼓面共振，而所述压力活塞调谐到超过所述第一鼓面共振选定频率带宽的第二鼓面共振。
9.如权利要求8所述的声学传送器，其中所述第一鼓面共振是大约11kHz，而所述第二鼓面共振是大约18kHz。
10.如权利要求I所述的声学传送器，其中所述声学膜片包括实心的声学表面和设置成与所述声学表面相对并且形成几何形状的多个结构构件。
11.如权利要求I所述的声学传送器，还包括控制器，配置成施加脉动电压信号和振荡电压信号中的至少一种，以便在所述压电致动器中感应振荡运动。
12.如权利要求I所述的声学传送器，其中所述声学传送器配置成设置在地层中的钻孔中。
13.一种用于估计穿透地层的钻孔中的属性的方法，该方法包括 传送载体通过所述钻孔，所述载体包括至少一个声学传送器，所述声学传送器包括 声学膜片，配置成把声波传送到介质中； 压电致动器组件，配置成响应于所施加的电信号而在轴向变形；以及 高度不可压缩的弹性材料，设置在所述压电致动器与所述声学膜片之间，并且配置成响应于所述压电致动器的运动而把压力波传送到所述声学膜片； 经所述声学传送器把声波传送到所述钻孔和所述地层中的至少一个中；以及 利用声学检测器接收声波以估计所述属性。
14.如权利要求13所述的方法,其中所述传送声波包括施加脉动电压信号和振荡电压信号中的至少一种，以便在所述压电致动器中感应振荡运动。
15.如权利要求I所述的方法，其中所述传送器还包括在所述声学膜片与所述压电致动器之间形成的腔体，该腔体至少部分地用所述高度不可压缩的弹性材料填充。
16.如权利要求I所述的方法，其中所述声学膜片和所述压电致动器至少部分地设置在用所述高度不可压缩的弹性材料填充的腔体中。
17.如权利要求I所述的方法，其中所述压电致动器组件包括压电结构和附接到该压电结构的压力活塞，所述压力活塞包括其形状大致与所述声学膜片的表面的至少一部分相符的表面。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述压力活塞的表面具有等于或者大于所述声学膜片的直径的直径。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述声学膜片调谐到第一鼓面共振，而所述压力活塞调谐到超过所述第一鼓面共振选定频率带宽的第二鼓面共振。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述第一鼓面共振是大约11kHz，而所述第二鼓面共振是大约18kHz。
全文摘要
一种声学传送器，包括配置成把声波传送到介质中的声学膜片；配置成响应所施加的电信号而在轴向变形的压电致动器组件；及设置于所述压电致动器和声学膜片之间并且配置成响应于压电致动器的运动而把压力波传送到声学膜片的高度不可压缩的弹性材料。
文档编号G01V1/40GK102870010SQ201180021947
公开日2013年1月9日 申请日期2011年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者D·W·斯韦特 申请人:贝克休斯公司