Сейсмический зонд Советский патент 1983 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к приемникам сейсмических сигналов и может быть использовано для сейсмической разведки. )4:звестен пьезоэлектрический датч для измерения волн напряжений, имею щий форму цили; йрического штыря от до 5 мм длиной и 16 мм в диаметре с конусообразнь1м нижним концом. В нюхней части штыря расположена его чувствительная часть. Это часть цилиндрического корпуса, имеющая тонкую (о,5 мм) стенку (полая труба к внутренней поверхности которой жестко прикреплен пьезоэлектрически цилиндр (кольцо). Виводы от пьезоэлемента в виде коаксиального кабел внутри трубки выходят наружу в верх нем конце штыря. Штырь вводится в грунт путем забивания его на нужную глубину по верхнему торцу Щ . Однако при введении штыря в почв путем его забивания приходится прикладывать большие ударные нагрузки, что может повредить пьезоцилиндр. При ударе может нарушиться контакт пьезоцилиндра с внутренней поверхностью чувствительной части приемни ка, что приводит к потере чувствительности и у1 еньшению точности изме рений за счет ухудшения частотной характеристики в высокочастотной области. При заколачивании штыря в землю образуется нецилиндрическое отверстие, которое в разрезе имеет форму эллипса, что ухудшает контакт с почвой. От ударов уменьшается долговечность приемника в целом. Кроме того, возникают трудности от применения большого количества таких приемников с целью многоканального изучения исследуемого объекта. При измерениях в сухих, неводонасыценных или твердых породах помимо трудностей, связанных с введением штыря в среду, возникают нежелательные эффекты, обусловленные большим трением материала штыря с грунтом и сопротивлением грунта. В некоторых случаях введение штыря вообще невозможно или оно связано с быстрым разрушением сейсмоприемника. Наиболее близким к изобретению техническим решением является устрой ство, содержащее корпус с анкерной частью, снабженной винтовой нарезкой и конусообразным наконечником, и чувствительной частью, с укрепленным в ней преобразователем сигналов. Для обеспечения контакта с почвой устройство ввинчивается в нее, что позволяет избегать ударных нагрузок и повьшает надежность устройства 2j Недостатком устройства является недостаточная точность измерения из-за невозможности обеспечить плотный контакт зонда с почвой, поскольк не принято специальных мер для уплотнения почвы в зоне контакта. Кроме того, введение зонда,в почву затруднено вследствие большого трения и отсутствия нарезки в конусообразном наконечнике, что также не обеспечивает плотного контакта. Целью изобретения является увеличение точности измерений путем улучшения контакта,зонда с почвой. Поставленная цель достигается тем, что в. сейсмическом зонде, содержаидем корпус с анкерной частью, снабженной винтовой нарезкой и конусообразным наконечником, и чувствительной частью с укрепленным в ней преобразователем сигналов, чувствительная часть выполнена в виде цилиндра, диаметр которого больше среднего диаметра и меньше наружного диаметра винтовой нарезки, корпус снабжен отверстиями, расположенными выие чувствительной части и соединенными между собой каналами, а конусообразный наконечник снабжен винтовой нарезкой. На фиг. 1 представлен сейсмический зонд, разрез на фиг. 2 - то же, вариант. Устройство содержит корпус 1, каналы 2, отверстия Зв корпусе,чувствительную часть зонда 4, преобразователь 5 сигналов, например пьезоэлектрический цилиндр, винтовую нарезку 6, конусообразный наконечник 7, центральный канал 8, трубу 9 для ввинчивания зонда в землю, верхний конец трубы ввинчивания с рычагом 10, выход 11 шланга подачи жидкости и электрического кабеля, соединительную муфту 12. Устройство по другому варианту содержит корпус 13, верхнюю винто вую нарезку 14, чувствительную часть зонда 15, нихснюю винтовую нарезку 16, отверстие 17 в корпусе для слива жидкости, трубу 18 со шлангом и трубу 19 с рычагом. Поверхность почвы на фиг. 2 обозначена позицией 20. Цилиндрический корпус 1 в нижней части имеет конусообразный наконечник 7. В верхней части корпуса имеется чувствительная часть зонда 4, представлякядая собой тонкую, например мeтaJiличecкyю, стенку цилиндра, внутри которой жестко закреплен преобразователь 5 сейсмических сигналов, например, пьезоэлектрического или тензометрического типа. На корпусе по его внешней поверхности кроме чувствительной части имеется винтовая нарезка 6, которая идет до самого нижнего конца и заканчивается острием. Шаг нарезки можно подбирать в зависимости от свойств почвы, в которой проводят- ся измерения, т..е. нижняя часть зонда с нарезкой 6 и конусообразным наконечником 7 может быть сменной и иметь резьбовое соединение с верхней часть На корпусе выше элементов 4 и 5 имеются отверстия 3, которые соединены каналами 2 с центральным каналом 8, по которому может подаваться жидкость (ъода, минеральный раствор или даже масло). Центральный канал 8 соединяется со шлангом от внешней гидросистемы.Этот шланг вместе с электрическим кабелем проходит внутр трубы 9 л выходит наружу через выход 11 из рычага 10. Муфта 12 предназначена для соединения с регистрирующим устройством и гидросистемой. Шланг для подачи жидкости и электрический кабель могут проходить не в трубе 9 а закрепляться рядом с ней. Труба 9 и рЕлчаг 10 предназначены также для осуществления спуско- подъемных операций и для введения зонда в грунт путем вращения рычага 10 с трубой 9.Труба 9 в месте , соединения с корпусом 1 имеет резъем ное соединение и ловитель, с помощью которого можно при необходимости отсоединить трубку 9 от корпуса 1. Диаметр чувствительной части зонда (р ограничен следующими пределами: он больше среднего диаметра корпуса с нарезкой dcp и меньше ее наружного диаметра dц . Этотдиа, метральннй размер чувствительной час ти является оптимальным, обеспечивает достаточно жесткий контакт зонда с почвой и облегчает его введение в нее. Основные конструктивные узлы зонда по второму варианту такие же, как и по первому, только в верхней части корпуса 13 добавлена винтовая нарезка 14, наружный диаметр которой больше наружного диаметра винтовой нарезки 16 на величину, достаточную для сцепления нарезки 14 с грунтом. Эта величина рассчитывается для раз личных условий измерения. Нарезки 1 и 16 также могут быть заменяемыми и имеют разъемное резьбовое соединение с корпусом 13 и чувствительной частью 15. Шаг нарезки 14 равен шаг нарезки 16. Сейсмические измерения с помощью зонда производят следующим образом. Корпус 1 соединяется с трубой 9 рычагом 10 (фиг. 1) . Зонд своим конусообразным наконечником 7 втыкает в землю или вставляется в заранее пробуренный шпур меньшего диаметра .(последнее условие - для особо твер дых горных пород), после чего рычаг 10 начинают вращать с нажимом вниз, Вместе с ним вращается сейсмический зонд и плавно входит в почву. При этом чувствительная часть зонда т приходит в соприкосновение со стенками отверстия в почве, которое образуется после внедрения датчика в грунт. Поскольку диаметр чувствительной части df больше среднего dcp, а тем более внутреннего диаметра нарезки на корпусе, то часть нарезки, образованной в стенке цилиндрического отверстия в почве входящим в нее зондом, будет срезаться нижним выступом чувствительной части зонда и вминаться в стенки скважины., а чувствительная часть зонда при этом входит .в плотное соприкосновение со стенками образованной зондом скважины. Диаметр.чувствительной части зонда сделан меньше наружного диаметра нарезки для того, чтобы облегчить ввинчивание зонда в землю. Во время введения зонда и после того, как он введен на необходимую глубину, через отверстия 3 по каналам 2 и 8 от внешней гидросистемы в почву может подаваться жидкость. Слив жидкости при ввинчивании обеспечивает хорошую смазку и уменьшает трение, чем облегчает введение зонда в почву. Кроме того, когда зонд введен в почву, жидкость, находящаяся в пространстве .между стенкой 4 и почвой, создает уплотнение почвы и консолидирует разуплотненные частицы почвы. В результате, улучшается контакт зонда с почвой. После установки зонда в почве на нужной глубине через муфту 12 зонд соединяется с регистрирующим устройством. Труба 9 и рычаг 10 могут быть отсоединены с помощью ловителя от зонда. После проведения измерений зонд вывинчивается из почвы. Зонд по второму варианту работает так же, однако нарезка 14 облегчает введение зонда в почву, создавая дополнительное сцепление с ней. Преимуществом предлагаемого устройства является увеличение точности измерений за счет улучшения контакта с почвой и облегчения его введения в нее. При этом меньшие нагрузки несет преобразователь сигналов, повьииается его долговечность и уменьшаются погрешности измерений. Смачивание почвы в месте контакта с зондом улучшает условия согласования его с окружающими породами, что обеспечивает лучшие частотные характеристики сейсмоприемник - почва. Таким образом, повышается достоверность динамических измерений.

СЕЙСМИЧЕСКИЙ ЗОНД, содержащий корпус с анкерной частью, снабженной винтовой нарезкой и конусообразным наконечником, и чувствительной частью с укрепленньм в ней преобразователем сигналов, о т л ичающийся тем, что, с целью увеличения точности измерений путем улучшения контакта зонда с почвой, чувствительная часть выполнена в виде цилиндра, диаметр которого больше среднего диаметра и меньше наружного диаметра винтовой нарезки, корпус снабжен отверстиями, расположенными выше чувствительной части и соединенными между собой каналами, а конусообразный наконечник снабжен винтовой нарезкой.