Результат интеллектуальной деятельности: Сейсмоакустический преобразователь

Изобретение относится к геофизике, в частности к сейсмоакустическим исследованиям, и может быть использовано для получения прогностических характеристик при контроле трещинообразования в массиве горных пород.

Известно (Патент РФ №2009529, 1994 г., прототип) устройство скважинный датчик для геофизических исследований, содержащее активный элемент, размещенный в эластичной оболочке, которая заполнена жидкостью, устройство для фиксации эластичной оболочки. К недостаткам следует отнести, во-первых, нетехнологичность, т.к. часто оболочка приходит в негодность и подлежит замене, во-вторых, нет никаких измерений и результатов по поводу оценок установки датчика, что подтверждает низкую достоверность проводимых измерений.

Известно также (Патент РФ №1689903, 1991 г., прототип) устройство скважинный геофон, содержащее цилиндрический корпус - контейнер с трубчатым хвостовиком и пружиной, чувствительный и контролирующий элементы, распорный и регулирующий узлы. Основными недостатками являются: первое, невозможность оценить контакт с объектом; второе, - низкая достоверность, т.к. измерения косвенные.

Технической задачей, на решение которой направленно заявленное изобретение, является повышение достоверности приема сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно в корпусе на крышке сейсмоакустического преобразователя установлены электрический разъем, платы предварительного усилителя и волоконно-оптического лазерного интерферометра, причем последний размещен в акустически развязывающем элементе, а также в корпусе установлены демпфер и головка волоконно-оптического интерферометра, причем приемоизлучающий активный элемент и демпфер выполнены в виде кольца и установлены соответственно на дно корпуса, которое имеет малое отверстие в центре, головка волоконно-оптического лазерного интерферометра установлена в отверстие дна корпуса и соединено с помощью оптического волокна с волоконно-оптическим лазерным интерферометром.

Сейсмоакустический преобразователь состоит из следующих элементов (фиг. 1): цилиндрический корпус 1, выполненный из металлического сплава; приемоизлучающий активный элемент 2, выполненный, например, из пьезокерамики ЦТС-19; демпфер 3, обычно выполненный из бронзы или латуни; плата 4 предварительного усилителя, работающего в диапазоне выбранных частот; блок 5 волоконно-оптического лазерного интерферометра; головка 6 волоконно-оптического лазерного интерферометра; одномодовое оптическое волокно 7; акустически развязывающий элемент 8; крышка корпуса 9; электрический разъем 10; объект 12. Рабочая поверхность 11 сейсмоакустического преобразователя имеет концентрично расположенное малое отверстие. Также в виде колец выполнены приемоизлучающий активный элемент 2 и демпфер 3.

На дне корпуса 1 с внутренней стороны установлен приемоизлучающий элемент 2 и жестко соединенный с ним демпфер 3. Платы предварительного усилителя 4 и волоконно-оптического лазерного интерферометра 5 закреплены на крышке корпуса 9, причем плата 5 волоконно-оптического лазерного интерферометра установлена в специальном акустически развязывающем элементе 8. Головка 6 волоконно-оптического лазерного интерферометра установлена в отверстии дна корпуса, но не касаясь объекта, и она вместе с одномодовым оптическим волокном 7 и платой 5 волоконно-оптического лазерного интерферометра акустически развязаны с рабочей поверхностью 11 сейсмоакустического преобразователя.

Изготовленный вариант размещался в корпусе диаметром 40 мм и высотой 63 мм. Приемоизлучающий элемент 2, выполненный из пьезокерамики ЦТС-19, и демпфер 3 изготовлены в виде колец и жестко закреплены в корпусе 1 посредством отдельного крепежа. Головка 6 волоконно-оптического лазерного интерферометра выполнена из одномодового оптического волокна 7 типа G652 с диаметром волокна около 8 мкм, размещалась в отверстии диаметром 1,5 мм рабочей поверхности 11, не касаясь объекта 12 и корпуса 1.

Работает сейсмоакустический преобразователь следующим образом. Сейсмоакустический преобразователь устанавливают на объект 12 так, чтобы его рабочая поверхность имела хороший контакт с ним. От качества контакта рабочей поверхности с объектом зависит и чувствительность, и точность проводимого измерения или контроля. Собственно этот сейсмоакустический преобразователь и предназначен именно для такого контроля, т.е. контроля качества установки сейсмоакустического преобразователя.

После установки сейсмоакустического преобразователя на объект излучают акустический сигнал посредством приемоизлучающего элемента 2 в объект 12 и одновременно измеряют амплитуду возбуждающего сигнала и амплитуду смещения поверхности объекта посредством головки 6 волоконно-оптического лазерного интерферометра. Так как в обоих случаях имеем дело с электрическим сигналом, то вполне допустимо измерять амплитуду сигнала возбуждения на генераторе и амплитуду преобразованного механического смещения в электрический сигнал на выходе волоконно-оптического лазерного интерферометра 5. По отношению этих сигналов можно судить о качестве установки сейсмоакустического преобразователя на объект. В эксперименте значение возбуждающего сигнала с генератора менялось в пределах 5-47 В, а сигнала с выхода волоконно-оптического лазерного интерферометра 5 0,9-1,23 В. Подбором электронных схем можно изменить пределы сигналов с выхода волоконно-оптического лазерного интерферометра 5 и возбуждения. После того, как будет достигнуто оптимальное соотношение сигналов, сейсмоакустический преобразователь готов к работе, т.е. может принимать информационные сигналы, распространяющиеся в объекте. Оптимальное соотношение достигается, в том числе, путем изменения акустического контакта сейсмоакустического преобразователя, а также его ориентации вокруг оси.