ТРЁХКОМПОНЕНТНЫЙ СКВАЖИННЫЙ СЕЙСМОГРАФ Российский патент 2015 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в средствах регистрации горизонтальных и вертикальных колебаний грунта и в целом трех компонент колебаний (вертикальной, двух ортогональных горизонтальных), генерируемых сейсмическими волнами от естественных и искусственных источников (землетрясений, извержений вулканов, взрывов, техногенных катастроф и др.).

Известен трехкомпонентный сейсмоприемник, содержащий три ортогональных преобразователя, каждый из которых включает инерционную массу с соответствующими упругим подвесом и ортогональным датчиком, корпус, установочный узел и преобразователь колебаний в электрический сигнал [1].

При внешнем механическом воздействии на маятниковые системы они выходят из состояния равновесия и возвращаются в исходное положение, совершая колебательные движения. В дальнейшем изменяющееся в соответствии с колебаниями грунта напряжение усиливается электрическим усилителем и регистрируется самописцем или иным регистратором.

Недостатком такого сейсмографа является то, что он обладает коэффициентом усиления колебаний грунта, меньшим чем предлагаемый сейсмограф, кроме того, точность преобразования колебаний остается низкой ввиду наличия электродинамического преобразователя, фактически воспринимающего скорость движения маятника, и требуемой операции интегрирования данных для получения величины смещения грунта.

Прототипом также может служить трехкомпонентный сейсмограф, где роль инертной массы играет сборка из трех пар ортогональных пьезоэлементов [2].

Недостатком такого сейсмографа является то, что он обладает чувствительностью и коэффициентом усиления колебаний грунта, меньшими чем предлагаемый сейсмограф.

Еще одним прототипом служит трехкомпонентный сейсмограф, где в качестве инертной массы используется жидкость, заключенная в сосуд с тремя отводами, соединяющими соответственно противоположные углы сосуда, причем уровень жидкости в каждом отводе находится выше сосуда и на отводах расположены преобразователи уровня жидкости [3].

При внешнем механическом воздействии колебания уровня жидкости в отводах преобразуются в электрический сигнал, усиливается электрическим усилителем и регистрируется регистратором.

Недостатком такого сейсмографа является низкая точность преобразования колебаний из-за характерных свойств жидкости - капиллярности, смачиваемости и температурной зависимости.

Задачей изобретения является создание трехкомпонентного скважинного сейсмографа, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в увеличении коэффициента усиления колебаний грунта и повышении точности преобразования колебаний. Этот технический результат в предлагаемом трехкомпонентном скважинном сейсмографе, содержащем корпус, жестко скрепленный с грунтом, отличающемся тем, что в нем установлены на внутренней поверхности три взаимно ортогональные LCCD-матрицы и сборка из трех ортогональных лазеров, являющаяся инертной массой, установленной на закрепленном на пружинном подвесе кабеле-тросе, вертикально свисающем от опоры на поверхности Земли, причем в состоянии покоя лазерные лучи ориентированы точно по центрам LCCD-матриц и расстояние от лазеров до LCCD-матриц одинаковое, а кабель-трос не имеет контакта с корпусом и служит для удержания сборки ортогональных лазеров, подачи к ним напряжения и ориентирования сборки лазеров по сторонам света, достигается за счет применения в качестве преобразователя колебаний лазеров на инертной массе и LCCD-матриц.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображены: корпус 1; взаимно ортогональные LCCD-матрицы 2; сборка ортогональных лазеров 3, пружинный подвес 4; кабель-трос 5, опора 6, лазерный луч 7.

Устройство работает следующим образом. В положении покоя пятно луча лазера 7 находится по центру рабочего участка LCCD-матриц 2. При колебаниях грунта корпус 1 приходит в движение, а инертная масса в виде сборки ортогональных лазеров 3 выходит из положения равновесия и происходит смещение лазерных лучей 7 по LCCD-матрицам 2. Эти колебания приводят к получению на выходе LCCD-матриц 2 цифрового сигнала, который может подаваться для дальнейшей обработки в ЭВМ.

Сравнительный анализ с прототипом показал, что заявленное изобретение за счет высокой разрешающей способности LCCD-матриц и достижимого малого диаметра лазерного луча позволяет увеличить коэффициент усиления колебаний грунта и повысить точность регистрации колебаний, при этом обеспечить регистрацию колебаний в цифровом виде, чего не было в прототипе.

Следовательно, техническое решение соответствует критерию "новизна".

Кроме того, так как заявленный технический результат достигается применением всей совокупности существенных признаков, что в известной патентной и научной литературе не обнаружено на дату подачи заявки, изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Источники информации

1. Петров Ю.П. Самоустанавливающийся трехкомпонентный сейсмоприемник. Патент на изобретение №2046374, от 20.10.1995.

2. Трехкомпонентный сейсмоприемник с выходом по перемещению ВС 1313-S (зарегистрирован в государственном реестре средств измерений под №47996-11).

3. Шушлебин А.С., Лапицкий Е.А., Скуридин А.В. Сейсмограф. Патент на изобретение №2229732 от 27.05.2004.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в средствах регистрации вертикальных и горизонтальных колебаний грунта, генерируемых сейсмическими волнами от источников естественного и искусственного происхождения. В заявленном устройстве в качестве инертной массы используется сборка из трех ортогональных лазеров, установленная на закрепленном на пружинном подвесе кабеле-тросе. На внутренней поверхности корпуса расположены три взаимно ортогональные LCCD-матрицы. Причем в состоянии покоя лазерные лучи ориентированы точно по центрам LCCD-матриц, и расстояние от лазеров до LCCD-матриц одинаково. Кабель-трос не имеет контакта с корпусом и служит для удержания сборки ортогональных лазеров, подачи к ним напряжения и ориентирования сборки лазеров по сторонам света. Технический результат - повышение точности регистрации колебаний. 1 ил.

Трехкомпонентный скважинный сейсмограф, содержащий корпус, жестко скрепленный с грунтом, отличающийся тем, что в него введены три взаимно ортогональные LCCD-матрицы и сборка из трех ортогональных лазеров, представляющих собой инертную массу, установленную на закрепленном к пружинному подвесу кабеле-тросе, вертикально свисающем от опоры на поверхности Земли, причем лазерные лучи ориентированы точно по центрам LCCD-матриц на одинаковом расстоянии от лазеров до LCCD-матриц, а кабель-трос не имеет контакта с корпусом.