Способ для калибровки сейсмоакустических преобразователей

Изобретение относится к геофизическим, в частности сейсмоакустическим, методам исследований и может быть использовано для калибровки характеристик сейсмоакустических преобразователей.

Известен [1] способ, где источник излучения и калиброванный преобразователь устанавливаются на поверхности калибровочного блока. Лазерный интерферометр измеряет смещение этой поверхности.

К недостаткам следует отнести низкую достоверность, т.к. не контролируется смещение рабочей поверхности преобразователя и акустический контакт его с калибровочным блоком. А также точки, где измеряется смещение лазерным интерферометром, слабо коррелируют со смещением рабочей поверхности преобразователей.

Известен также способ [2], включающий процесс приема от одного источника двух тестовых акустических сигналов двумя преобразователями и их сравнение посредством компьютера.

К недостаткам можно отнести следующее, низкая точность и достоверность измерений ввиду нестабильности характеристик источника излучения и ограничение функциональных возможностей при смене преобразователя.

Наиболее близким является способ [3], сущность которого заключается в использовании двухлучевого лазерного интерферометра для измерения линейных перемещений монолитной плиты, на которую установлен калибруемый преобразователь.

Недостатком данного способа является низкая достоверность, т.к. не контролируется смещение рабочей поверхности преобразователя и акустический контакт его с калибровочным блоком. А также точки, где измеряется смещение лазерным интерферометром слабо коррелируют со смещением рабочей поверхности преобразователей.

Заявленное решение направлено на повышение достоверности измерений и точности возбуждения.

Поставленная цель достигается тем, что используют монолитный блок с двумя отверстиями, устанавливают два - эталонный и калибруемый - сейсмоакустических преобразователя на монолитный блок центрами рабочих поверхностей на отверстия, определяют непосредственно смещение рабочих поверхностей эталонного и калибруемого сейсмоакустических преобразователей раздельно через отверстия интерференционным измерителем линейных перемещений, в качестве которых используют многолучевые оптические интерферометры, и которые акустически развязаны с монолитным блоком, в качестве излучателя используют мозаичную структуру, состоящую из нескольких пьезоэлементов, каждый мозаичный элемент фиксирован относительно других элементов на монолитном блоке, каждый элемент мозаичной структуры управляется отдельно своим сигналом от генератора, регулируя мощность излучения каждого элемента мозаичной структуры, меняют диаграмму направленности излучения всего мозаичного элемента в целом, добиваются путем регулировки диаграммы направленности одинакового смещения рабочих поверхностей эталонного и калибруемого сейсмоакустических преобразователей, после чего измеряют электрические сигналы на выходах эталонного и калибруемого сейсмоакустических преобразователей, по которым проводят калибровку.

Сущность предложенного способа заключается в следующем. Чтобы повысить достоверность, необходимо контролировать непосредственно смещение рабочей поверхности сейсмоакустических преобразователей. Любая точка поверхности, рядом с которой установлены сейсмоакустические преобразователи, смещение которой измеряют лазерные оптические интерферометры, не одно и то же, что и смещение непосредственно рабочей поверхности сейсмоакустического преобразователя, т.к. в этом случае передача механического смещения зависит от акустического контакта сейсмоакустического преобразователя с массивной плитой или основанием, силы прижатия, места установки, присоединенной массы и т.п. Во избежание этих трудно устранимых причин и с учетом низкочастотного диапазона в предлагаемом способе используют монолитный блок с двумя малыми отверстиями, на центры которых устанавливают эталонный и калибруемый сейсмоакустические преобразователи своими рабочими поверхностями. Через отверстия контролируют интерференционными измерителями линейных перемещений, непосредственно смещение рабочих поверхностей сейсмоакустических преобразователей. В качестве интерференционных измерителей линейных перемещений использование двухлучевых лазерных интерферометров, как это принято [1,3], не эффективно, т.к. сильная разбалансировка плеч такого интерферометра ведет к большим ошибкам, что снижает достоверность измерений. Поэтому использование в предлагаемом способе многолучевых оптических интерферометров вполне оправдано. Причем оба оптических интерферометра акустически развязаны с монолитным блоком, т.е. не соединены.

Источник излучения, для получения одинакового смещения на эталонный и калибруемый сейсмоакустические преобразователи, необходимо смещать по плоскости и менять степень нагрузки (прижатия), а также акустический контакт. Это вызывает дополнительные погрешности и сложности калибровки. В предложенном способе в качестве излучателя предлагается использовать мозаичную структуру, состоящую из нескольких пьезоэлементов. Причем каждый мозаичный элемент фиксирован относительно других элементов на монолитном блоке и управляется отдельно своим сигналом от генератора. Регулируя мощность излучения каждого элемента мозаичной структуры, меняют диаграмму направленности излучения всего мозаичного элемента в целом. Путем регулировки диаграммы направленности мозаичного излучателя добиваются одинакового смещения рабочих поверхностей эталонного и калибруемого сейсмоакустических преобразователей, после чего измеряют электрические сигналы на выходах эталонного и калибруемого сейсмоакустических преобразователей, по которым проводят калибровку.

Предложенный способ выгодно отличается от известных повышенной достоверностью измерений и точностью возбуждения, т.к. устранены погрешности, связанные с измерением смещения рабочих поверхностей сейсмоакустических преобразователей, выбором оптического интерферометра и мозаичного излучателя.

Литература

1. Желкобаев Ж., Календин В., Тодуа П. «Лазерная метрология акустических наносмещений». Фотоника, №5, 2009, с 14-17.

2. Стандарт США «Е076-94».

3. Владимиров Б.Г., Желкобаев Ж., Календин В.В. и др. «Способ калибровки преобразователей акустической эмиссии и устройство для его реализации». Патент РФ №2321849, 2008.