RU2178898C1 - Сейсмоприемное устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к сейсморазведке, а также может быть использовано в вибродиагностической аппаратуре для измерения перемещения. Технический результат: повышение точности измерений перемещений инерционной массы в трех координатах путем использования дифференциальных фазовых волоконно-оптических измерительных систем относительно одной инерционной массы и гидродинамического торможения, а также уменьшение габаритов. Устройство содержит корпус, инерционную массу (сейсмомассу) в виде куба. Вершины инерционной массы связаны с корпусом посредством восьми пружин, расположенных в плоскостях диаметральных сечений инерционной массы. На гранях инерционной массы расположены зеркала, а напротив них - торцы световодов с полупрозрачными зеркалами. Световоды соединены через оптические соединители-разветвители с источником оптического когерентного излучения и оптическим мультиплексором. Мультиплексор соединен через фотоприемник с устройством определения фазы, подключенным к регистратору. 1 ил.

Description

Изобретение относится к сейсморазведке и может быть использовано в поисковой сейсморазведке в транзитных зонах, на предельном мелководье, в донных станциях, в сейсмологии, а такие в вибрационно-диагностической аппаратуре.

Известно устройство для регистрации трех компонент сейсмических колебаний (Авт. свид. 1157389, кл. G 01 V 1/16), в котором используется пьезоэлементы, расположенные между корпусом и инерционной массой, работающие на сжатие.

Недостатком этого устройства является небольшой динамический диапазон в связи с имеющимися значительными электромагнитными помехами в измерительной системе.

Известен трехкомпонентный пьезоэлектрический сейсмоакустический приемник (Авт. свид, 1719173, кл. G 01 V 1/16), содержащий корпус, инерционный элемент, три пары пьезоэлектрических пакетов, связанных армирующими шпильками с инерционной массой. Пьезоэлектрические пакеты выполнены в виде консольной балки.

Недостаток этого приемника - небольшой динамический диапазон в связи с имеющимися электромагнитными помехами, кроме того, измерение перемещения выполняется в косвенных значениях (по второй производной перемещения инерционной массы - ускорению).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является сейсмоприемное устройство (Патент РФ 2137156, кл. G 01 V 1/16), содержащее корпус, закрепленную в нем на упругом подвесе инерционную массу, зеркала, установленные на поверхности инерционной массы, световоды, один из которых снабжен на торце полупрозрачным зеркалом и подключен к входу-выходу оптического соединителя-разветвителя, второй вход которого соединен с источником оптического когерентного излучения, оптический мультиплексор, фотоприемник, устройство определения фазы, соединенное с регистратором. Устройство содержит также систему электродинамического торможения, для чего сейсмомасса выполнена в виде магнита, а на внутренней поверхности корпуса расположены короткозамкнутые витки.

Данное устройство измеряет одну компоненту перемещения инерционной массы. Для измерения трех компонент сейсмического поля используют три таких устройства, закрепленных под 90 градусов друг к другу и измеряющих х, y и z компоненты сейсмического поля. При этом демпфирование инерционной массы происходит за счет электродинамического и механического торможения, что сложно для настройки идентичности колебательных контуров и идентичности шкал измерения перемещения инерционных масс. Кроме того, габариты трехкомпонентного устройства велики.

Задачей изобретения является создание компактного сейсмоприемного устройства, обладающего высокой точностью измерений по трем координатам.

Решение данной задачи с достижением указанного технического результата обеспечивается за счет использования дифференциальных фазовых волоконно-оптических измерительных систем при одной инерционной массе, а также за счет упрощения системы демпфирования инерционной массы.

Сейсмоприемное устройство согласно изобретению содержит корпус, закрепленную в нем на упругом подвесе инерционную массу, выполненную в виде куба, упругий подвес состоит из восьми пружин, соединяющих вершины инерционной массы с корпусом и расположенных в плоскостях диаметральных сечений инерционной массы, помещенной в светопроницаемую вязкую жидкость, в центральной части каждой грани инерционной массы установлено зеркало, напротив каждого зеркала расположен торец световода, снабженный полупрозрачным зеркалом, каждый световод подключен к входу-выходу соответствующего оптического соединителя-разветвителя, вторые входы соединителей-разветвителей подключены к источнику оптического когерентного излучения, вторые выходы всех оптических соединителей-разветвителей соединены с соответствующими входами оптического мультиплексора, выход которого через фотоприемник соединен с устройством определения фазы, подключенным к регистратору.

Изобретение поясняется чертежом, где схематично изображено сейсмоприемное устройство.

Устройство содержит корпус 1, кубическую инерционную массу (сейсмомассу) 2, закрепленную в центральной части корпуса на упругом подвесе, состоящем из восьми пружин 3, соединяющих вершины инерционной массы 2 массы с корпусом и расположенных в плоскостях ее диаметральных сечений. На всех гранях инерционной массы 2 в их центральных частях закреплены зеркала 4. Напротив зеркал 4 расположены торцы световодов 5, снабженные полупрозрачными зеркалами 6. Световоды 5 расположены попарно в двух перпендикулярных плоскостях, проходящих через центральную точку инерционной массы 2, и установлены в корпусе 1 с помощью сальников 7 и крышек 8. Внутрь корпуса 1 залита светопроницаемая вязкая (масляная) жидкость 9. Доступ внутрь датчика и заливка жидкости осуществляются с помощью крышки с уплотнителем 19. Источник оптического когерентного излучения (лазер) 10 соединен световодом 16 со вторыми входами соединителей-разветвителей 11, первые входы-выходы которых соединены со световодами 5. Вторые выходы оптических соединителей-разветвителей 11 соединены световодами 17 с входами оптического мультиплексора 12, выход которого световодом 18 соединен с фотоприемником 13. Выход фотоприемника 13 соединен через устройство определения фазы 14 с регистратором 15.

Устройство работает следующим образом.

Корпус 1 сейсмоприемного устройства устанавливается на измеряемом объекте. Если измерения проводятся на дне водоема, корпус выполняется с утяжеленным основанием, что необходимо для вертикальной ориентации устройства. Под действием сейсмических колебаний инерционная масса 2 получает колебательные движения относительно корпуса за счет пружин 3 в светопроницаемой вязкой жидкости 9. Генерируемые лазерным источником 10 по синусоидальному или косинусоидальному закону гармонические оптические волны подаются по световоду 16 через оптические соединители-разветвители типа 2Х2 на световоды 5. Через полупрозрачные зеркала 6 оптические лучи достигает зеркал 4, которые расположены на инерционной массе 2. Отраженные от зеркал 4 оптические лучи через полупрозрачные зеркала 6, световоды 5, оптические соединители-разветвители 11 и световоды 17 поступают на соответствующие входы оптического мультиплексора 12. Там они мультиплексируются /1/ с разделением по времени, частоте или другим признакам и по световоду 18 поступают на фотоприемник 13, где оптические данные преобразуется в электрические. Электрические данные поступают в устройство определения фазы 14, выполненное на базе микропроцессора. Здесь электрические данные оцифровываются и с использованием принципа решения квадратурных фазовых уравнений /1/ определяется трехкомпонентное дифференциальное смещение инерционной массы относительно исходного нейтрального или предыдущего положения. Длина перемещения выражается суммой количества полных фазовых циклов (длин волн) и фазы. Полученные трехкомпонентные данные запоминаются на цифровом регистраторе 15. Демпфирование колебаний инерционной массы 2 осуществляется за счет пружин 3 и светопроницаемой жидкости 9. Чувствительность и частотный диапазон датчика определяются жесткостью пружин и вязкостью светопроницаемой жидкости.

Литература
1. Multi-channel interferometric demodulator, JEFF BUSH and ALLEN CEKORICH, SPIE. vol. 3180, 02277-786 X/976, p. 19-30.

Claims (1)

1. Сейсмоприемное устройство, содержащее корпус, закрепленную в нем на упругом подвесе инерционную массу, зеркала, установленные на поверхности инерционной массы, световод с торцом, снабженным полупрозрачным зеркалом, подключенный к первому входу-выходу оптического соединителя-разветвителя, второй вход которого соединен с источником оптического когерентного излучения, оптический мультиплексор, фотоприемник, устройство определения фазы, соединенное с регистратором, отличающееся тем, что инерционная масса выполнена в виде куба, упругий подвес состоит из восьми пружин, соединяющих вершины инерционной массы с корпусом и расположенных в плоскостях диаметральных сечений инерционной массы, помещенной в светопроницаемую вязкую жидкость, в центральной части каждой грани инерционной массы установлено зеркало, напротив каждого зеркала расположен торец световода, снабженный полупрозрачным зеркалом, каждый световод подключен к первому входу-выходу соответствующего оптического соединителя-разветвителя, вторые входы соединителей-разветвителей подключены к источнику оптического когерентного излучения, вторые выходы всех оптических соединителей-разветвителей соединены с соответствующими входами мультиплексора, выход которого через фотоприемник соединен с устройством определения фазы.