СЕЙСМОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2000 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к сейсморазведке и может быть использовано в поисковой и промысловой геофизике, сейсмологии, а также в вибродиагностической аппаратуре.

Известен сейсмоприемник (геофон), содержащий систему преобразования упругих колебаний в изменение интенсивности светового излучения (см. авт.св. N 1741095 A1, кл. G 01 V 1/16).

Однако известный геофон не обладает необходимой чувствительностью для выполнения сейсмических работ, которая ограничивается измерениями по модуляции интенсивности светового потока.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является сейсмоприемное устройство, содержащее корпус, два световода, первый из которых соединен с источником оптического излучения, а второй связан с фотоприемником и регистратором, инерционную массу, упругий подвес (ирисовые пружины). Пружины вставлены в корпус по внутреннему диаметру и зажаты между конусом и вкладышем (см. авт.св. N 1827657, кл. G 01 V 1/16).

Недостатками таких устройств является небольшой динамический диапазон в связи с измерениями светового потока по интенсивности, большие нелинейные искажения, ограничивающие его применение в сейсморазведке, демпфирование колебания сейсмомассы выполняется только за счет жесткости пружин что затрудняет точную настройку датчика на необходимые частотные характеристики.

Техническим результатом настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности измерений за счет увеличения динамического диапазона и уменьшения нелинейных искажений.

Технический результат достигается тем, что в сейсмоприемное устройство, включающее корпус, крышку, закрепленную в корпусе на упругом подвесе инверционную массу, световоды, источник оптического излучения, фотоприемник регистратор, вводится электродинамическая система демпфирования и фазовая волоконно-оптическая измерительная система с коррекцией многозначности отсчетов, состоящие из втулки, закрепленной на внутренней поверхности средней части корпуса, на боковой внутренней поверхности которой размещены короткозамкнутые электрические витки, а инерционная масса выполнена в виде постоянного магнита и размещена внутри втулки, первый световод, выполненный с открытым от оплетки окончанием со светопроницаемым покрытием и покрытым зеркальным покрытием торцом за исключением центральной части расположен по оси перемещения инерционной массы, на торце которой закреплены зеркала в центральной части и по сторонам симметрично оси перемещения инерционной массы, первый световод подсоединен через оптический соединитель/разветвитель и второй световод к входу первого фотоприемника, состоящего из оптического мультиплексора, двух детекторов, входы которых соединены с первым и вторым выходами оптического мультиплексора, аналого-цифровых преобразователей соединенных с выходами детекторов, при этом выходы первого фотоприемника, являющиеся выходами аналого-цифровых преобразователей, подключены к первому и второму входам микропроцессора, выход которого соединен с первым входом регистратора, второй вход регистратора через микропроцессор, аналого-цифровой преобразователь, второй фотоприемник, третий световод соединен с первой и второй входными линзами, предназначенными для приема оптического излучения, отраженного от зеркал, расположенных симметрично оси перемещения инерционной массы, второй вход соединителя/разветвителя через четвертый световод и третью входную линзу подключен к генератору оптического излучения, генерирующего две когерентные волны, источник постоянного оптического излучения через пятый световод подключен к выходным линзам для подачи излучения на зеркала, расположенные симметрично оси перемещения инерционной массы. При этом инерционная масса выполнена в виде цилиндра, а электрические витки в районе смотрового окна корпуса выходят на внешнюю сторону втулки и защищены второй крышкой.

На фиг. 1 изображено предлагаемое сейсмоприемное устройство, на фиг.2 представлена схема нового фотоприемника.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1, закрепленную на внутренней поверхности средней часта корпуса втулку 2, на боковой внутренней поверхности которой размещены короткозамкнутые электрические витки 3 с выходом на внешнюю строну втулки 2, внутри втулки помещена цилиндрическая магнитная инерционная масса 4, удерживаемая ирисовыми пружинами 5, 6, зафиксированных крепежной пружиной 7 и регулировочными кольцами 8, на торцевой верхней стороне инертной массы закреплено в центральной части зеркало 9 и по сторонам симметрично оси перемещения инертной массы - зеркала 10, 11. Световод 12 внутри корпуса, расположенный по оси перемещения инерционной массы 4, уплотнен втулками 13, 14 и закреплен в крепежном элементе 15. Световоды 16 и 17, на торцах которых закреплены входные 18, 19 и выходные линзы 20, 21 уплотнены втулками 13, 14 и закреплены в крепежном элементе 15. Оконечность 22 световода 12 выполнена открытым от оплетки и покрытым светопроницаемым покрытием 23. Торцовая часть световода 12 покрыта полупрозрачным зеркальным покрытием 24. Световоды 12, 16, 17 защищены в корпусе сейсмо-приемника крышкой 25. Доступ к электрическим виткам осуществляется через смотровое окно 26 в корпусе 1 и крышку 27. Световод 12 через первый вход/выход соединителя/разветвителя 28 и световод 29 соединен с первым фотоприемником 30, изображенным на фиг. 2, и состоящим из оптического мультиплексора 39, подключенного через световод 29 к второму входу соединителя/разветвителя 28, из детекторов 40, входы которых соединены с выходами оптического мультиплексора 39 соответственно, из аналого-цифровых преобразователей 41, входы которых соединены с выходами детекторов 40 соответственно, а выходы соединены с первым и вторым входом микропроцессора 31 соответственно. Первый выход микропроцессора 31 соединен с регистратором 32. Световод 17 через второй фотоприемник 33 соединен с аналого-цифровым преобразователем 34, выход которого через микропроцессор 31 соединен со вторым входом регистратора 32. Второй вход соединителя/разветвителя 28 через световод 35 и входную линзу 36 соединен с генератором оптического излучения 37. Световод 16 подключен к источнику постоянного оптического излучения 38.

Устройство работает следующим образом.

Корпус сейсмоприемника устанавливается вертикально на измеряемом объекте и закрепляется с помощью резьбового соединения. Включается генератор оптического излучения 37. Генерируемые генератором оптического излучения две когерентные оптические волны Sin θ и Cos θ поступают через входную линзу 36 по световоду 35, через оптический соединитель/разветвитель 28 на световод 12. Через полупрозрачную зеркальную поверхность торцевого конца световода 12 оптический луч достигает зеркала 9, расположенного на инерционной массе 4. Отраженный от зеркала 9 луч через светопроницаемое покрытие 23 и открытую оконечность 22 световода 12 поступает по световоду 12 к оптическому соединителю/разветвителю 28, где он ответвляется и по световоду 29 поступает на мультиплексор 39, работающий на принципе разделения по типу волн, и поступает на фотоприемник 30 (фиг.2). Разделенные оптические значения по функциям Sin и Cos поступают на соответствующие детекторы 40, где они преобразуются в электрические данные и поступают на аналого-цифровые преобразователи 41. По двум значениям данных с выхода аналого-цифровых преобразователей 41 на микропроцессоре 31 определяется значение фазы и квадранта нахождения волны. Используя принцип решения квадратурных фазовых уравнений путем преобразований Фурье и Бесселя (см. Л1) определяется значение перемещения инерционной массы 4 в корпусе сейсмоприемника 1 относительно нейтрального положения при действии внешнего вертикального воздействия на корпус сейсмоприемника. Перемещение инерционной массы выражается суммой количества длин оптических воли и фазы. Результирующие цифровые данные по фазе смещения поступают с первого выхода микропроцессора на младшие разряды цифрового регистратора 32, количество которых определяется разрядной сеткой аналого-цифровых преобразователей 41 в фотоприемнике 30. Значение целых длин волн со второго выхода микропроцессора 31 поступает на старшие цифровые разряды цифрового регистратора 32.

При начальном измерении перемещения сейсмомассы необходим исходный отсчет целых длин волн световой волны относительно нейтрального состояния инертной массы. При возникновении сбойных ситуаций во время измерения сейсмических колебаний возможно возникновение многозначности отсчетов. Для установки начального отсчета положения инертной массы и устранения многозначности вводится оптическая измерительная система по интенсивности света, которая позволяет измерять перемещение инертной массы с точностью не более длины когерентных волн, формируемых генератором оптического излучения 37.

Излучаемый источником 38 постоянный по амплитуде световой поток через световод 16 и выходные линзы 20 и 21 поступает на зеркала 10 и 11. Отраженные от зеркал 10 и 11 световые лучи поступают через входные линзы 18, 19 и световод 17 на фотоприемник 33, где они преобразуются в электрическое значение, соответствующее сумме интенсивностей отраженных от зерцал 10 и 11 световых пучков. Оцифрованное значение на аналого-цифровом преобразователе 34 с точностью длины оптической измерительной волны поступает микропроцессор 31, где оно формируется как среднеарифметическое значение данных отраженных от зеркал 10 и 11 пучков, которое соответствует перемещению инерционной массы 4 по оси корпуса сейсмоприемника.

Демпфирование колебаний сейсмомассы 4 выполняется за счет жесткости ирисовых пружин 5, 6 и за счет введения электродинамического торможения, осуществляемого за счет магнита 4 и короткозамкнутых электрических витков 3. Усилие (ток) электродинамического торможения настраивается количеством введения короткозамкнутых витков в процесс торможения.

При установке в данном устройстве дополнительных оптических мультиплексоров по времени, по частоте и т.д., дополнительных оптических ответвителей/разветвителей, дополнительных предлагаемых сейсмоприемников и волоконно-оптических связей формируется многоканальная сейсмическая приемная система, при этом введение предлагаемой системы устранения многозначности отсчета можно использовать одну на всю многоканальную сейсмоприемную систему.

Литература
1. Multi-channel interferometric demodulator, JEEF BUSH and ALLEN CEKORICH, SPIE. Vol. 3180, 02277-786 X/97.

Изобретение относится к сейсморазведке. Сейсмоприемное устройство содержит корпус, закрепленную в корпусе на упругом подвесе инерционную массу, световоды с входными и выходными линзами, источник оптического излучения, фотоприемник и регистратор. Отличительной особенностью является введение фазовой волоконно-оптической измерительной системы, электродинамического демпфирования, системы устранения многозначности отсчетов. Для этого первый световод, выполненный с открытым от оплетки окончанием со светопроницаемым покрытием и покрытым зеркальным покрытием торцом, за исключением центральной части, расположен по оси перемещения инерционной массы. На торце инерционной массы закреплены зеркала в центральной части и по сторонам симметрично оси ее перемещения. Первый световод подсоединен через оптический соединитель/разветвитель и второй световод к входу первого фотоприемника, выход которого подключен к первому и второму входам микропроцессора. Первый выход микропроцессора соединен с первым входом регистратора, второй вход которого через микропроцессор, аналого-цифровой преобразователь, второй фотоприемник, третий световод соединен с первой и второй входными линзами. Второй вход соединителя/разветвителя через четвертый световод и третью входную линзу подключен к генератору оптического излучения, генерирующего две когерентные волны. Источник постоянного оптического излучения через пятый световод подключен к выходным линзам. На внутренней поверхности средней части корпуса закреплена втулка, на боковой внутренней поверхности которой размещены короткозамкнутые электрические витки, а инерционная масса выполнена в виде магнита и размещена внутри втулки. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности измерений. 2 з. п.ф-лы, 2 ил.

1. Сейсмоприемное устройство, включающее корпус, крышку, закрепленную в корпусе на упругом подвесе инерционную массу, световоды, источник оптического излучения, фотоприемник, регистратор, отличающееся тем, что на внутренней поверхности средней части корпуса закреплена втулка, на боковой внутренней поверхности которой размещены короткозамкнутые электрические витки, а инерционная масса выполнена в виде постоянного магнита и размещена внутри втулки, первый световод, выполненный с открытым от оплетки окончанием со светопроницаемым покрытием и покрытым зеркальным покрытием торцом за исключением центральной части, расположен по оси перемещения инерционной массы, на торце которой закреплены зеркала в центральной части и по сторонам симметрично оси перемещения инерционной массы, первый световод подсоединен через оптический соединитель/разветвитель и второй световод к входу первого фотоприемника, состоящего из оптического мультиплексора, двух детекторов, входы которых соединены с первым и вторым выходами оптического мультиплексора, аналого-цифровых преобразователей, соединенных с выходами детекторов, при этом выходы первого фотоприемника, являющиеся выходами аналого-цифровых преобразователей, подключены к первому и второму входам микропроцессора, выход которого соединен с первым входом регистратора, второй вход регистратора через микропроцессор, аналого-цифровой преобразователь, второй фотоприемник, третий световод соединен с первой и второй входными линзами, предназначенными для приема оптического излучения, отраженного от зеркал, расположенных симметрично оси перемещения инерционной массы, второй вход соединителя/разветвителя через четвертый световод и третью входную линзу подключен к генератору оптического излучения, генерирующего две когерентные волны, источник постоянного оптического излучения через пятый световод подключен к выходным линзам для подачи излучения на зеркала, расположенные симметрично оси перемещения инерционной массы. 2. Сейсмоприемник по п.1, отличающийся тем, что инерционная масса выполнена в виде цилиндра. 3. Сейсмоприемник по п.1 или 2, отличающийся тем, что короткозамкнутые электрические витки в районе смотрового окна корпуса выходят на внешнюю сторону втулки и защищены второй крышкой.