СЕЙСМОПРИЕМНИК Российский патент 1998 года по МПК G01V1/16 

Предлагаемое изобретение относится к разведочной геофизике и предназначено для регистрации сейсмических колебаний при сейсморазведке.

Известен сейсмоприемник, содержащий корпус, инертную массу, электромеханический преобразователь и гидравлический преобразователь, образованный поршнями разных сечений инертной массой и корпусом. Внутренний объем гидравлического преобразователя заполнен жидкостью, передающей давление инертной массы электромеханическому преобразователю, причем последний либо жестко связан с большим поршнем гидравлического преобразователя, либо выполняет эту роль, а инертная масса связана с малым поршнем гидравлического преобразователя (А.с. СССР N 642658, G 01 М 1/16, 1979).

Этот сейсмоприемник обладает хорошей чувствительностью в области низких сейсмических частот, однако имеет большой вес и малую надежность, поскольку амплитуда свободного хода малого поршня сейсмоприемника относительно корпуса не ограничена, что может привести к выходу прибора из строя при сильных ударных нагрузках в процессе его транспортировки и манипуляций в полевых условиях.

Известен сейсмоприемник, состоящий из корпуса, инертной массы, электромеханического преобразователя и гидравлического преобразователя, образованного поршнями разных сечений, инертной массой и корпусом. Гидравлический преобразователь выполнен как единое целое с установочным штырем, внутренняя полость которого заполнена тяжелой жидкостью (например, ртутью), выполняющей одновременно роль инертной массы и малого поршня. Роль большого поршня выполняет электромеханический преобразователь: внутренний объем гидравлического преобразователя заполнен легкой жидкостью, передающей давление инертной массы электромеханическому преобразователю (А.с. СССР N 642659, G 01 V 1/16, 1979).

Этот сейсмоприемник имеет меньшие габариты и вес, более широкополосен, но по тем же причинам, что и предыдущий аналог имеет малую надежность. Кроме того, он экологически опасен, поскольку разрушение корпуса прибора в поле неизбежно ведет к рассеиванию металлической ртути в окружающей среде.

Известен сейсмоприемник, содержащий корпус, инертную массу с кольцевой выемкой, упругий элемент в виде колпачковой мембраны, проходящей через центр тяжести инертной массы перпендикулярно рабочей оси сейсмоприемника, электромеханический преобразователь в виде двух оппозитно расположенных колпачковых мембран с размещенными на их плоских рабочих частях пьезоэлементами, гидропреобразователь, образованный мембранами электромеханического преобразователя, инертной массой и упругим элементом.

Все мембраны сейсмоприемника соединены между собой и с корпусом жестко и неразъемно. Внутренние объемы гидропреобразователя заполнены жидкостью. (Патент СССР SU 1794252 A3, G 01 V 1/16, 1993).

Этот сейсмоприемник имеет высокую чувствительность в широком диапазоне частот сейсмических колебаний. Однако он обладает малой надежностью, поскольку замедление свободного хода инертной массы относительно корпуса в нем достигается за счет механического контакта рабочей части упругого элемента с границами кольцевых выемок инертной массы при высоких ударных нагрузках на корпус прибора в полевых условиях, что может существенно ухудшить упругие свойства указанного элемента конструкции и даже вывести прибор из строя полностью.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является сейсмоприемник, имеющий корпус, упругий элемент, выполненный в виде двух оппозитно расположенных основных колпачковых мембран с кольцеобразными цилиндрическими буртиками, сочлененными посредством тороидального гофра с горизонтальным кольцевым плоским буртиком, инертную массу, выполненную в виде тела вращения с цилиндрическими выступами со стороны торцевых поверхностей, электромеханический преобразователь, выполненный в виде дополнительной колпачковой мембраны большей высоты, чем мембраны упругого элемента и с пьезоэлементом на внешней рабочей поверхности.

Все мембраны этого сейсмоприемника соединены между собой и с корпусом жестко и неразъемно по площади кольцевых плоских буртиков. Внутренний объем, образованный при этом мембранами упругого элемента, заключает в себе инертную массу, жестко и неразъемно связанную цилиндрическими выступами по центру с мембранами упругого элемента. Внутренний объем, образованный электромеханического преобразователя и одной из мембран упругого элемента, заполнен жидкостью и служит камерой гидропреобразователя, передающего давление инертной массы электромеханическому преобразователю. Роль большого и малого поршней играют при этом эффективные сечения указанных мембран.

Этот сейсмоприемник имеет малые габариты и вес, высокую чувствительность в широком диапазоне частот, которая практически не зависит от температуры окружающей среды.

Однако при грубой эксплуатации прибора в полевых условиях и возможных экстремальных ударных воздействиях на корпус не исключены поломки, так как свободный ход инертной массы относительно корпуса в нем также замедляется ее механическим контактом с рабочей поверхностью мембран упругого элемента (Патент РФ 1394954 C, G 01 V 1/16, 1995).

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности сейсмоприемника.

Поставленная цель достигается тем, что в сейсмоприемнике, содержащем корпус, упругий элемент в виде двух оппозитно расположенных колпачковых мембран с буртиками, образующих замкнутый объем, в котором размещена инертная масса, выполненная в виде вращения с цилиндрическими выступами со стороны торцевых поверхностей, жестко соединенными по центру с мембранами упругого элемента, размещенный с внешней стороны одной из мембран упругого элемента, жестко соединенный с ней и образующий с ней замкнутую полость, заполненную жидкостью, электромеханический преобразователь в виде колпачковой мембраны большей высоты, чем мембраны упругого элемента, с пьезоэлементом на внешней рабочей поверхности, введен жестко соединенный с корпусом ограничитель свободного хода инертной массы, выполненный в виде выступа и имеющий ответную часть для него на поверхности инертной массы.

Кроме того, заявляется вариант сейсмоприемника, в котором ограничитель выполнен из двух полуколец, расположенных между буртиками мембран упругого элемента и жестко и неразъемно соединенных с ними и с корпусом, а инертная масса выполнена с пазом на боковой поверхности, причем ограничительное кольцо входит в этот паз в горизонтальной плоскости симметрии инертной массы с зазором.

Заявляется другой вариант выполнения ограничителя, например, в виде ряда элементов, выступающих внутрь объема, занимаемого инертной массой, имеющей на своей поверхности число ответных частей, равное числу выступов ограничителя.

Достижение указанной цепи в силу данного конструктивного отличия определяется тем, что ограничитель свободного хода при чрезмерных ударных и вибрационных нагрузках механически замыкает ее на себя и через себя на корпус, исключая таким образом возникновение запредельных деформаций на колпачковых мембранах как упругого элемента, так и электромеханического преобразователя сейсмоприемника.

На чертеже представлен общий вид предлагаемого сейсмоприемника, где 1 - корпус сейсмоприемника; 2 - основание корпуса; 3 - крышка корпуса; 4 - упругий элемент; 5, 6 - колпачковые мембраны; 7 - инертная масса; 8 - цилиндрические выступы; 9 - прямоугольный кольцевой паз; 10 - ограничительное кольцо; 11, 12 - полукольца ограничительного кольца; 13 - электромеханический преобразователь; 14 - колпачковая мембрана; 15 - пьезоэлемент; 16 - жидкость; 17 - токопроводящая спираль; 18 - проходной изолятор; 19 - антивибрационный кабель.

Инертная масса 7 посредством цилиндрических выступов 8 на ее торцевых поверхностях жестко закреплена между колпачковыми мембранами 5, 6 упругого элемента 4. В прямоугольный кольцевой паз 9 входит с вертикальным и горизонтальными зазорами ограничительное кольцо 10, составленное из двух полуколец 11, 12. Колпачковая мембрана 14 с пьезоэлементом 15 на плоской рабочей поверхности образуют электромеханический преобразователь, который вместе с мембраной 6 замыкают заполненную рабочей жидкостью 16 камеру гидропреобразователя прибора. Большим и малым поршнем гидропреобразователя служат эффективные сечения мембран 14 и 6 соответственно.

Соединенные указанным образом элементы образуют преобразовательный блок сейсмоприемника, который располагается в соответствующем посадочном месте основания корпуса 2 и завальцовывается крышкой корпуса 3, при этом создается жесткий механический контакт преобразовательного блока с корпусом 1.

Пьезоэлемент 15 электрически соединен токопроводящей спиралью 17 через проходной изолятор 18 с центральной жилой выходного антивибрационного кабеля 19, экранирующая оболочка которого электрически соединена с корпусом 1.

Работает сейсмоприемник следующим образом. При сейсмических колебаниях почвы, на которую устанавливается прибор, на малый поршень гидравлического преобразователя перемещением инертной массы 7 создается силовое воздействие пропорциональное ускорению смещения корпуса 1. Это воздействие через рабочую жидкость 16 передается большим поршнем гидропреобразователя на пьезоэлемент 15, изгибные механические напряжения которого обеспечивают пропорциональные им электрические напряжения. Последние через токопроводящую спираль 17, проходной изолятор 18 и антивибрационный кабель 19 подаются на выход сейсмоприемника.

Положительный эффект от предлагаемого изобретения достигается следующим. Ограничительное кольцо 10 в пределах рабочего входного динамического диапазона сейсмоприемника из-за наличия горизонтальных и вертикального зазоров между ним и поверхностью прямоугольного кольцевого паза 9 в инертной массе 7 не участвует в работе прибора и никак не взаимодействует с рабочими элементами преобразовательного блока. При возникновении механических воздействий, превышающих упомянутый динамический диапазон инертная масса 7 в зависимости от направления воздействия упирается верхней, нижней или боковой гранью паза 9 в соответствующую горизонтальную или боковую поверхность ограничительного кольца 10 и полностью тормозится после чего увеличение амплитуды этого воздействия уже никак не влияет на рабочие элементы преобразовательного блока.

Таким образом, удается расширить диапазон ударных и вибрационных воздействий, не приводящих к порче прибора.

Это выгодно отличает данное конструктивное решение от прототипа и аналогов поскольку в них в подобной ситуации инертная масса взаимодействует не с ограничителем свободного хода, жестко связанным с корпусом, а с рабочими поверхностями упругих элементов преобразовательного блока, которые тормозят ее, деформируясь, и поэтому могут быть выведены из строя слишком большими внешними воздействиями.

Сравнительные испытания на ударопрочность трех выборок из 50 приборов предлагаемого сейсмоприемника и сейсмоприемников, обычно используемых в практике полевой сейсморазведки, показали, что нагрузку повышенной жесткости в 1000 ударов при частоте 40 ударов в минуту и ускорении 50 g повреждения той или иной степени выраженности были обнаружены у 10 - 20% обычных приборов, в то время как начальные параметры в выборках предлагаемых сейсмоприемников и их целостность сохранились.

Сейсмоприемник относится к разведочной геофизике и может быть использован в полевых работах, осложненных необходимостью или неизбежностью грубого обращения с приборами в процессе сейсмических наблюдений и при подготовке к ним. Техническим результатом является повышение надежности сейсмоприемника. Сущность изобретения: сейсмоприемник содержит корпус, упругий элемент в виде двух оппозитно расположенных колпачковых мембран с буртиками, образующих замкнутый объем, в котором размещена инертная масса, выполненная в виде тела вращения с цилиндрическими выступами со стороны торцевых поверхностей, жестко соединенными по центру с мембранами упругого элемента, размещенный с внешней стороны одной из мембран упругого элемента, жестко соединенный с ней и образующий с ней замкнутую полость, заполненную жидкостью, электромеханический преобразователь в виде колпачковой мембраны большей высоты, чем мембраны упругого элемента с пьезоэлементом на внешней рабочей поверхности. В сейсмоприемник введен жестко соединенный с корпусом ограничитель свободного хода инертной массы, выполненный в виде выступа и имеющий ответную часть для него на поверхности инертной массы. Ограничитель может быть выполнен в виде ограничительного кольца, составленного из двух полуколец, расположенных между буртиками мембран упругого элемента и жестко и неразъемно соединенных с ними и с корпусом, а инертная масса выполнена с пазом на боковой поверхности, причем ограничительное кольцо входит в этот паз в горизонтальной плоскости симметрии инертной массы с зазором. Ограничитель может быть выполнен, например, в виде ряда элементов, выступающих внутрь объема, занимаемого инертной массой, имеющей на своей поверхности число ответных частей, равное числу выступов ограничителя. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Сейсмоприемник, содержащий корпус, упругий элемент в виде двух оппозитно расположенных колпачковых мембран с буртиками, образующих замкнутый объем, в котором размещена инертная масса, выполненная в виде тела вращения с цилиндрическими выступами со стороны торцевых поверхностей, жестко соединенными по центру с мембранами упругого элемента, размещенный с внешней стороны одной из мембран упругого элемента, жестко соединенный с ней и образующий с ней замкнутую полость, заполненную жидкостью, электромеханический преобразователь в виде колпачковой мембраны большей высоты, чем мембраны упругого элемента, с пьезоэлементом на внешней рабочей поверхности, отличающийся тем, что в него введен жестко соединенный с корпусом ограничитель свободного хода инертной массы, выполненный в виде выступа и имеющий ответную часть для него на поверхности инертной массы. 2. Сейсмоприемник по п.1, отличающийся тем, что ограничитель выполнен в виде ограничительного кольца, составленного из двух полуколец, расположенных между буртиками мембран упругого элемента и жестко и неразъемно соединенных с ними и с корпусом, а инертная масса выполнена с пазом на боковой поверхности, причем ограничительное кольцо входит в этот паз в горизонтальной плоскости симметрии инертной массы с зазором. 3. Сейсмоприемник по п.1, отличающийся тем, что ограничитель выполнен в виде ряда элементов, выступающих внутрь объема, занимаемого инертной массой, имеющей на своей поверхности число ответных частей, равное числу выступов ограничителя.