[发明专利]一种井壁超声压电换能器和井壁超声测井仪

权利要求书

1.一种井壁超声压电换能器，其特征在于，包括：

外壳，所述外壳上设置有正极电气连接器和负极电气连接器；

设置在所述外壳内的压电复合片，所述压电复合片的两端面分别设置有金属正电极和金属负电极，所述金属正电极连接所述正极电气连接器，所述金属负电极连接所述负极电气连接器；

设置在所述压电复合片的金属正电极一侧的匹配层组；

设置在所述压电复合片的金属负电极一侧的背衬阻尼块，所述背衬阻尼块吸收压电复合片向后辐射的超声波能量；

所述压电复合片包括树脂材料制成的基体，以及排列在所述基体内的由压电陶瓷材质切割而成的方形压电陶瓷小柱；所述方形压电陶瓷小柱沿厚度方向极化；

所述匹配层组包括连接所述金属正电极的第一匹配层、连接所述第一匹配层的第二匹配层、连接所述第二匹配层的第三匹配层以及连接所述第三匹配层的第四匹配层；

所述第一匹配层采用金刚砂与环氧树脂混合而成的材料，所述第二匹配层采用空心玻璃微珠与环氧树脂混合而成的材料，所述第三匹配层和所述第四匹配层均采用金属氧化物填充的多孔介质的材料；第一匹配层的金刚砂和环氧树脂的成分重量配比为3:1，第二匹配层的空心玻璃微珠与环氧树脂成分重量配比为2:1，第三匹配层中金属氧化物和多孔介质的成分重量配比为3:2，第四匹配层中金属氧化物和多孔介质的成分重量配比为1:1。

2.根据权利要求1所述的井壁超声压电换能器，其特征在于，所述第一匹配层的阻抗为Z_1p，第二匹配层的阻抗为Z_2p，第三匹配层的阻抗为Z_3p，第四匹配层的阻抗为Z_4p，记压电复合材料的阻抗为Z₀，传播介质的特性阻抗为Z₁，其中，Z_1p、Z_2p、Z_3p和Z_4p满足以下关系：

3.根据权利要求2所述的井壁超声压电换能器，其特征在于，所述背衬阻尼块为钨粉和聚合物混合浇铸而成，其远离所述压电复合片的一侧设置有表面凹凸不平的尖劈或圆锥型结构。

4.根据权利要求3所述的井壁超声压电换能器，其特征在于，所述外壳设置有环氧树脂层和橡胶夹层，所述环氧树脂层和所述橡胶夹层填充在所述背衬阻尼块的尖劈或圆锥型结构的一侧并固定所述背衬阻尼块；

所述外壳的外壁的周向上设置有沟槽，所述沟槽内设置有O型圈。

5.一种井壁超声测井仪，其特征在于，包括根据权利要求1至4中任一项所述的井壁超声压电换能器。

6.根据权利要求5所述的井壁超声测井仪，其特征在于，包括圆柱形的测井仪外壳，所述测井仪外壳的外壁上设置有可变径扶正器，其内部固定设置有电机，所述电机的转轴上连接所述井壁超声压电换能器；并且，所述井壁超声压电换能器对准所述井壁；

其中，所述井壁超声测井仪通过电缆下放到井下。

7.根据权利要求6所述的井壁超声测井仪，其特征在于，包括圆柱形的厚壁钻铤，所述厚壁钻铤的中部设置有水眼，其外壁上设置有螺旋扶正器；

所述井壁超声压电换能器设置在所述厚壁钻铤上，并且，所述井壁超声压电换能器对准所述井壁；

其中，所述井壁超声测井仪随钻具组合下放到井下。