地震勘探是目前石油、天然气、地质勘探中一种常用且十分有效的方法,地震检波器的性能优劣直接决定了地震勘探的应用前景。经过多年的油气开发,常规地震勘探已不能满足日益增长的能源需求,而制约地震勘探技术发展的瓶颈是地震勘探的“眼睛”—地震检波器。目前市场主流的地震检波器是配备固体质量块的机电类地震检波器,但由于其自身原理的限制,对于低频领域,传统机电类低频地震检波器具有内部结构十分复杂、价格昂贵、抗外界电磁干扰能力差的缺点,且基本依赖进口。MET(Molecular Electronic Transducer)地震检波器是近些年来最新的一种地震检波器,其原理是内部液态惯性体在外部振动信号激励下,内部核心敏感芯片电极处发生电化学反应,再由外部电路放大、滤波、反馈进行信号输出。与常规机电类地震检波器相比,MET地震检波器具有结构组成简单、高灵敏度等特点且对于低频信号的探测具有不可比拟的优势。本文主要针对MET地震检波器的1/f噪声特性进行研究。目前分子-电子传感技术并未成熟,由于MET地震检波器工作原理不同,在受到外部振动信号时,核心腔体内所产生的输出信号十分微弱,一旦噪声太大,则有用信号很容易被噪声所淹没。热噪声作为白噪声其值的大小受外界温度变化而变化,可由调理电路进行补偿。1/f噪声则与自身结构相关,其主要影响频带范围为0.1~80Hz,而这也是MET低频地震检波器正常工作频带范围(0.1~100Hz)。因此本文主要针对1/f噪声的研究,为MET地震检波器优化设计提供理论支撑。本文的核心内容如下所示:(1)MET地震检波器试验样机的设计制作。首先根据现有研究,制作加工本次研究所需的MET地震检波器试验样机。在参考大量文献的基础上,结合目前国内加工水平,采用LTCC工艺对核心敏感芯片进行样片制作,然后对检波器结构设计、制作进行了详细描述,完成了MET地震检波器实验机的制作。(2)MET地震检波器试验样机1/f噪声测试分析。首先分析MET地震检波器噪声组成成分,针对检波器1/f噪声特性搭建MET地震检波器低噪声测试系统,对检波器自噪声进行了测试,得到自噪声测试数据。根据噪声测试数据,通过小波变换提取实际1/f噪声数据,再由最小二乘法对MET地震检波器1/f噪声参数进行拟合估计。(3)MET地震检波器基本参数对1/f噪声的影响。本文基于核心元件的结构特性以及工作原理,通过理论推导,建立单通道内反应腔原理数学模型,通过有限元数学方法建立多物理场仿真模型。MET多物理场仿真模型,在添加相同激励情况下,该模型可全面显示核心腔体内多个物理参量的详细信息,通过积分插值函数可将带电离子电极表面分布直接转换为电流密度分布,用电流密度来表示仿真模型输出信号。输出信号包括外部激励信号和1/f噪声两个(由于热噪声与温度有关,因此在温度不变的情况下,仿真模型热噪声具有一致性,本次研究暂且认为热噪声为激励产生的信号)。然后对MET多物理场仿真模型施加相同外界激励,腔体内部传函只与浓度梯度有关,而1/f噪声与其内部带电离子对流、扩散、迁移现象有关,因此通过多物理场仿真模型输出信号大小判断其1/f噪声值的大小。基于多物理场仿真模型,进一步分析核心元件结构、电解液浓度和偏置电压等基本参数对MET地震检波器1/f噪声的影响规律,最后提供了检波器设计最优设计方案。