СЕЙСМОПРИЕМНИК Российский патент 1997 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к сейсморазведке, а точнее, к устройствам для приема сейсмических сигналов, и может быть использовано в полевых сейсморазведочных работах.

Известный сейсмоприемник, включающий преобразователь механических колебаний в электрические, заключенный в корпус, к которому снизу присоединен установочный элемент, недостаточно надежен [1]
В процессе работы сейсмоприемник устанавливают на грунт, переносят, грузят на транспортные средства, при этом он подвергается ударам, часть из которых бывает разрушительной для преобразователя механических колебаний в электрические, так как все удары без амортизации передаются через установочный элемент на преобразователь.

Особенно существенным этот недостаток становится при выполнении работ методом ОГТ, когда приходится делать большое количество перестановок каждого сейсмоприемника, либо, когда сейсмоприемник находится слишком близко у пункта взрыва и испытывает действие ударной волны.

Наиболее близким к заявляемому объекту является принимаемый за прототип электродинамический сейсмоприемник, широко применяемый в сейсморазведке [2]
У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные признаки: наличие преобразователя механических колебаний в электрические, наличие корпуса, защищающего преобразователь от воздействия окружающей среды; наличие установочного элемента, с которым соединен корпус, служащего для жесткого соединения преобразователя с грунтом.

Недостатком прототипа, как и любого другого известного сейсмоприемника, является недостаточная надежность, обусловленная незащищенностью преобразователя от случайных ударов в процессе эксплуатации сейсмоприемника.

Указанный недостаток обусловлен тем, что установочный элемент без амортизации корпус передает на преобразователь любые случайные удары и сотрясения.

Задача состоит в повышении надежности и долговечности сейсмоприемника.

Задача решается тем, что сейсмоприемник снабжен упругим элементом, расположенным между корпусом и установочным элементом; упругий элемент служит для прижатия установочного элемента к жесткому корпусу.

Описанный признак отличает заявленное изобретение от прототипа.

Параметры упругого элемента должны быть подобраны так, чтобы сила прижатия жесткого установочного элемента к жесткому корпусу гарантировала их постоянный жесткий контакт при прохождении от грунта через установочный элемент и корпус сейсмоприемника к преобразователю самого сильного рабочего сейсмического импульса; если же импульс превышает заданный рабочий диапазон, то упругий элемент должен, сжимаясь, амортизировать импульс и тем самым ослаблять его воздействие на преобразователь.

Обычно импульсы разрушительной силы возникают при падении сейсмоприемника на твердый грунт, например, на лед или на камни и т.д. или при его соударении с препятствиями при перемещении волоком.

Физический эффект, реализуемый изобретением, состоит в уменьшении силы случайных ударов, приходящихся на преобразователь, за счет амортизации их упругим элементом.

Процесс соударения сейсмоприемника с препятствием приближенно может быть описан уравнением движения системы с одной степенью свободы (Бидерман В.Л. Прикладная теория механических колебаний. Учебное пособие для ВТУЗов. М. "Высшая школа", 1972 с.10-14).

Для составления уравнения препятствие рассматривается как абсолютно жесткий объект бесконечно большой массы; элемент сейсмоприемника, подвергающийся ударному воздействию как колеблющаяся масса m а упругий элемент как элемент упругости, обладающий коэффициентом упругости с.

Если пренебречь силами трения, то уравнение движения при соударении, т. е. от момента соприкосновения установочного элемента сейсмоприемника с препятствием, будет иметь вид

где x смещение, ускорение.

Решив это уравнение, можно получить две формулы, определяющие конструктивные параметры упругого элемента, обеспечивающие заданный эффект.

где
X_max максимальная деформация упругого элемента;
F_max максимальная сила приходящаяся на элемент преобразователя, имеющий массу m;
V₀ скорость движения корпуса сейсмоприемника относительно препятствия в момент соприкосновения корпуса с препятствием.

Из выражений (2) и (3) видно, что сила воздействия на преобразователь прямо пропорциональна корню квадратному от коэффициента упругости корпуса, а величина максимальной деформации упругого элемента обратно пропорциональна корню из коэффициента упругости.

Жесткий корпус сейсмоприемника может деформироваться при соударении на 0,1-0,5 мм, упругий элемент на 5-10 мм, при этом согласно расчету по формулам (2) и (3) максимальная сила удара, приходящаяся на преобразователь при прочих равных условиях, уменьшается в 3-10 раз, что и требуется для повышения надежности и долговечности сейсмоприемника.

Из реализуемого изобретением эффекта следует, что при сохранении силы случайных ударов без изменения может быть увеличена производительность работ за счет увеличения в 3-10 раз скорости движения сейсмоприемника V₀, например, при перемещении сейсмоприемника, вмонтированного в косу волоком по профилю.

По имеющимся сведениям, совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения неизвестна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

Сущность изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат новое свойство объекта совокупность признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе, может быть многократно использована в области сейсморазведки с получением технического результата, заключающегося в уменьшении силы ударов, приходящихся на преобразователь, заключенный в жестком корпусе сейсмоприемника, обуславливающего обеспечение достижения поставленной цели повышения надежности и долговечности сейсмоприемника, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

На чертеже показан общий вид сейсмоприемника. Сейсмоприемник состоит из преобразователя механических колебаний в электрические 1, жесткого корпуса 2, установочного элемента 3, упругого элемента 4, серьги 5, жестко связанной с корпусом 2, и серьги 6, жестко связанной с установочным элементом 3. Упругий элемент 4 и серьги 5 и 6 служат для жесткого прижатия с заданным усилием установочного элемента 3 к корпусу 2. Трос-кабель 7 служит для электрического и механического соединения сейсмоприемника с косой.

Работа устройства: сейсмоприемник любым известным способом посредством троса-кабеля 7 соединен с косой, которую сматывают, грузя на транспортное средство, перевозят, выгружают, разбрасывают по профилю. При этом сейсмоприемник подвергается случайным ударам, часть из которых может быть разрушительной для преобразователя 1. Согласно изобретению удары, приходящиеся со стороны установочного элемента 3 передаются к преобразователю неискаженными, если не превышают силу предварительного сжатия упругого элемента 4, удары же большей силы ослабляются за счет сжатия упругого элемента.

После размещения косы на профиле сейсмоприемник устанавливают на грунт на установочный элемент 3 и производят возбуждение сейсмических импульсов, которые поступают к установочному элементу сейсмоприемника.

Согласно изобретению параметры упругого элемента 4 подобраны так, что при прохождении рабочего импульса контакт серьги 6 с серьгой 5 не нарушается и сейсмические импульсы без искажений передаются к преобразователю 1. Если импульс превысит заданную величину, то упругий элемент 4, сжимаясь, смягчит удар по преобразователю.

При массе сейсмоприемника 150 г упругий элемент сжат до усилия 600 г. Это значит, что ускорения величиной более чем 4 g будут смягчаться упругим элементом до величины 4-5 g (где g ускорение силы тяжести).

Для серийного сейсмоприемника СВ-20П при усилии сжатия упругого элемента 600 г и амплитуда его хода 10 мм сила ударов, приходящихся на преобразователь при соударении сейсмоприемника с жестким препятствием, будет уменьшена в 10-20 раз.

Как показывают приведенные выше расчеты, ударные нагрузки, приходящиеся на элементы сейсмоприемника, уменьшаются в несколько раз, поэтому предложенный сейсмоприемник может быть постоянно встроен в косу. При этом косу с вмонтированными приемниками можно перевозить волоком по профилю без смотки и погрузки ее на транспортное средство. Согласно научно обоснованным нормативам применения косы с постоянно вмонтированными сейсмоприемниками обеспечивает повышение производительности труда на 25% (Справочник укрупненных сметных норм на геологоразведочные работы (СУСН), вып. 3, Геофизические работы, ч. 1, сейсморазведка М. Недра, 1983, с. 8,9, табл. 1, номер нормы 3).

Использование: изобретение предназначено для ведения полевых сейсморазведочных работ. Сущность изобретения: сейсмоприемник включает преобразователь механических колебаний в электрические, заключенный в корпус, с которым соединен установочный элемент, между корпусом и установочным элементом размещен упругий элемент, который предварительно сжат с заданным усилием. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Сейсмоприемник, содержащий размещенный в жестком корпусе преобразователь механических колебаний в электрические и соединенный с жестким установочным элементом, отличающийся тем, что он дополнительно содержит упругий элемент, расположенный между корпусом и установочным элементом, при этом упругий элемент предварительно сжат с заданным усилием. 2. Сейсмоприемник по п.1, отличающийся тем, что корпус и установочный элемент соединены посредством соединенных между собой двух серег, одна из которых жестко связана с корпусом, а вторая с установочным элементом.