Сейсмоприемник давления Советский патент 1983 года по МПК G01V1/16 

(54) СЕЙСМОПРИЕМНИК ДАВЛЕНИЯ Изобретение относится к приемникам сейсмических сигналов и может быть использовано для сейсмической разведки. Известен сейсмоприемник давления, в котором в качестве преобразователя давления используется лазерный интерферометр, а элементом, воспринимаюидам давление, является зластичная оболочка, заполненная жидкостью, в которой проходит измерттельный луч интерферометра. Этот, прибор обладает высокой чувствительностью, достаточно ишроким частот ным диапазоном и возможностью согласования со средой. 1. Недостатком данного сейсмоприемника является ухудшение точности измерений из-за флуктуационных давлений в жидкости, зависящих от многих причин, и сложность конструкции. Наиболее близким к изобретению является сейсмоприемник давления, содержащий корпус с размещенными в нем лазерным интерфероMeTj)OM и оптически прозрачным твердотельным чувствительным злементом, в котором проходит измерительный луч лазерного интерферометра. Этот элемент для согласования со средой имеет физико-механические свойства, близкие к горным породам, а на торцах его напылены отражающие поверхности для све товых лучей. Референтное плечо интерферометра для акустической развязки выполнено в виде герметичного вакуумного канала в твердом теле 2. Недостатками данного устройства являются то, что его Чувствительность ограничена конечньши размерами чувствительного злем«ягга (оптически прозрачное твердое тело), которые не могут быть значительными. Дело в том, что чувствительность интерферометра прямо зависит от длины пути измерительного луча, т.е. от длины чувствительного элемента. Последняя выбирается из конструктивного решс нйя с возможностью проведения измерений в скважине диаметром 100-150 мм. Кроме того, значительное увеличение длины чувствительного злемента приводит к снижению надежности прибора. При использовании в качестве чувствительного злеме1гга оптически прозрачного твердого тела непросто вьшолнтъ условие однородности i/изотропност материал из которого изготовлен чувствительный элемент. Кроме того, при увеличении размеров твердого тела возникают трудности в настрой ке интерферометра и сложности напыления зеркальных поверхностей. Сложно удовлетворить для твердотельного чувствительного элемента одновременно оба условия: сделать его оптически прозрачным, и с физико-механическими свойствами близки ми к горным породам, что требует спецнального оборудования и больших материальных затрат. Цель изобретения - повышение чувствител ности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в сейсмопрнемнике давления,, содержащем корпус с размешенными в нем лазерным интер ферометром и оптически прозратаым твердотельным чувствительным элементом, последни выполнен в виде объема, заполненного непре рывным пупсом световолокон, причем промежутки волокнами заполнены вещест вом, акустическая жесткость которого соизмерима с акустической жесткостью материала световолокна. В свеюволоконном пучке проходит измерительный луч интерферрометра, референтный луч помешен в вакуумную камеру. Поскольку в том же объеме и форме чувствительного злемента может бьггь размешена очень большая длина световолокна, чувствительного к акустическим сигналам, то измерительный путь луча становится равным общей длине световолокна. Это резко (в сотни раз) повышает чувствительность. А так как пучок световолокна залш затвердевающи веществом с акустической жесткостью, соизмеримой с акустической жесткостью, световолокна, то осуществляется согласованная передача энергии сейсмических волн с малым потерями, что также повышает чувствительность измерений. На чертеже изображен сейсмоприемник дав Сейсмоприемник содержит корпус 1 спуско-подъемный трос 2 с кабелем питания, пер дачи информации и разъемом, отсек 3, содержащий лазер, фотоприемник, оптические элементы интерферометра и злектронику, отсек 4 с референтным плечом интерферометра вакуу1у1ированную камеру 5 с референтным плечом интерферометра, световолокониый пучок б, заполняющее вещество 7, зааргтный слой 8, чувствительный элемент 9 сейсмоприемника, выходной 10 и входной И концы световолоконного пучка иэмерительиого плеча интерферометра соответственно. Сейсмоприемник давления имеет корпус 1 с разъемом, кабелем для подачи питания и схема информации и для проведения спускоподъемных операций. Сейсмоприемник делится на две части: верхнюю, где расположены опуико-электронные устройства, и нижнюю, являюшуюся воспринимающим элементом. Верхняя часть состоит из двух отсеков. В отсеке 3 расположены лазер, фотоприемник, оптические элементы интерферометра, электронные узлы. В отсеке 4 имеется вакуу1мированная камера 5 с референтным плечом интерферометра. Нижняя часть сейсмоприемника, чувстзительный элемент, имеет следующую конструкцию. Измерительный луч интерферометра распространяется в непрерывном световолоконном пучке 6, имеющем входной конец 11 и выходной конец 10. Световод уложен любым способом в объеме чувствительного элемента таким образом, что занимает его полный объем и имеет форму чувствительного элемента, которая может быть разной конструкции (в данном случае сигарообразная форма) Промежутки между световолокнами 6 заполнены веществом 7. Таким образом получается твердотельный чувствительный злемент. Заполняющее вещество может быть типа различных компаундов или смол, или синтетического происхождения. Акустическая жесткость заполняющего вещег ства выбирается по возможности равной акустической жесткости материала световолокна, которое реагирует на акустические сигналы изменением своего показателя преломления, что является необходимым условием для работы интерферометра. Чувствительный элемент имеет внепшюю оболочку 8(защитный слой), которая предназначена как для предотвращения от механических повреждений, так и для согласования физикомеханических параметров материала- заполняющей массы и соответствующих свойств горных пород. В принципе, может быть подобран такой заполняющий материал, который будет удовлетворять требованиям согласования акустических сопротивлений системы световолокно - заполняющее вещество - горная порода. Нижняя часть чувствительного злемента 9 может иметь различную форму (удлииенную, конусообразную, плоскую, щарообразную и т.д.), удобную для осуществления коитакта со средой. При измерениях сейсмоприемник давления опускается в скважину, в угулбленни в почве шш втыкается в нее, что делается обычнъ1М способом. Волны давления, воздействующие на чувствительный злемент, вызывают механические напряжения в материалу, световолокна, в результате чего изменяется его

показатель лреломле1шя, что приводит к изменению оптического путе измерительного луча шиерферометра. Так как референтный луч интенферометра акустически изолирован от воздействий сигналов, то на выходе интерферометрт имеются изменении в интерференционной картине, который регистрируется фотоприемником и преобразуется в электрический сигнал. Последний после предварительного усиления подается по кабелю питания спуско-подьемного троса 2 на регистратор. .

Положительный эффект изобретения заключается в повышений чувствительности измерений. Поскольку пучок ветоволокиа вплотную друг к другу заполняет весь объем чувствительного элемента, получается большая длина измерительного луча интерферометра. Поэтому чувствительность предлагаемого устройства может бьггь повышена в сотии раз по сравнению с однократным прохождением луча в оптически, твердом теле устройства, взятого за прЬтотип. Кроме того, согласование акустических жесткостей световолокна и заподшяюшего всшества способствует передаче сейсми, ческой эиергии без потерь, что также увеличивает чувствительность измерений. Кроме того, упрощается конструкция прибора. Нет необходимости чувствительный-элемент выполнять однородным, что затрудняет его изготовление. Нет необходимости в напылении зеркальных поверхностей я осуществлении плрскопараллельности граней больших размеров оптически прозрафюго тела. Ввод и вывод света в световолокно можно осуществить более простыми способами, повьппается надежность устройства, так как чувствительный элемент имеет более простую конструкцию, . чеЧи Прототип.

Применение сейсмоприемншса позволит проводить сейсмофизические исследования по изучению формы первичного импульса и изменения ее с расстоянием и изменением -.рейсмогеологических условий. Сейсмоприемник можно использовать при определении затухания сейсмических волн, связанных с поглощением энергии в реальных средах, определении границы между упругой и неупругой областями. Все это позволяет выявлять связи между формой волны и физико-лктологическикш свойствами геолошческих сред, что является прямыми предпосылками для решения проблемы прямых поисков месторождений нефти и газа.

Использование сейсмоприемншса давления может быть полезным в сейсмологии, прогнозировании землетрясений, в инженерно-строителных изысканиях, рудаой сейсморазведке, в регистрации ядерных взрывов и др.

Формула изобретен

и я

Сейсмоприемник давления, содержаищй корпус с размещениыми в нем,лазе|жым интерферометром и оптически прозрачном твердотельным чувствительным элементом, отличающийся тем, что, с целью повышения чувтсвительности, оптически твердотельный чувствительный элемент выполнен в виде объема, заполненного непрерывным пучком световолокои, причем промежутки между волокнами заполнены веществом, акустическая жесткость которого соизмерима с акустической жесткостью материала световолокиа.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР N 562137, кл. G 01 V 1/16, 1977.

2.Авторское свидетельство по заявке №2851996/18-25, кл. G 01 V 1/16, 1980 (прототип).