Самовсплывающий термоградиентограф Советский патент 1984 года по МПК G01V9/00 

Изобретение о носится к оборудованию и приборам для геофизических иссяедований дна Мирового океана и может быть использовано при измерении теплового потока через дно глубоководных акваторий. Известен термоградиентограф ТГТ-68, включакяций два датчика, закрепленные на тонком штыре или на геологической грунтовой трубке. Измерение вертикального геотермическог градиента этим прибором производится путем заглубления его в осадочную толщу t П. Основной недостаток устройства за ключается в том, что он не дает возможности из-за малого числа датчиков проследить изменение температурного градиента с глубиной и, следовательн оценить такой важный искажающий градиент фактор, как колебание приДонной температуры. Наиболее близким к изобретению является многоканальный термоградиен тограф МТГ, содержащий блок датчиков с регистратором и цилиндрический зонд, длина которого по меньшей мере в десять раз больше диаметра, соединенный с приборным контейнером регисаратора, оричем датчики в нем распределены по всей длине зонда. Электронный блок устройства размещен в герметичном контейнере, который крепится на малой геологической трубе. В качестве датчиков используются термисторы С23. Основной недостаток прототипа заключается в его низкой надежности при использовании с дрейфующего судн так как при выполаживании многокилометрового троса возможно преждевре-°. менное вьщергиваниезонда (щупа) из донных осадков или поломка его. Недостатком является также низкая производительность глубоководных измерений, так как на сматывание и н наматьшание многокилометрового троса .уходит много времени (при глубине океана 5-6 км - 3 или больше часов). Указанные недостатки снижают эффекти ность глубоководных измерений теплоп&тока в целом. Целью изобретения является повышение производительности труда при глубоководных измерениях тепловых потоков. Указанная цель достигается тем., что в самовспльшающий термоградиентограф, включающий блок датчиков с 62 регистратором и цилиндрический зонд, длина которого по меньшей мере в десять раз больше диаметра, соединенный с приборным контейнером регистратора, причем датчики распределены по всей длине цилиндрического зонда, снабжен поплавком, балластом и размыкателем балласта, а также содержит тягу и размыкатель тяги, посредством которых зонд соединен с поплавком, часовой переключатель рода работы, закрепленный на поплавке, и силовую пружину, охватывающую зонд и закрепленную на его верхней части, выполненной в виде пробки, а балласт имеет осевое отверстие, охва-. тывает зонд и выполнен с возможностью свободного Перемещения вдоль него до упора с пробкой, при этом силовая пружина опирается снизу на балласт и зафиксирована в сжатом положении размыкателем балласта, посредством которого балласт крепится к зонду, тяга прикреплена сверху к разъему электрической цепи при наличии сшш растяжения, причем элект рический разъем снабжен упругим элементом, установленным с возможностью размыкания цепи и имеющим упругую силу, меньшую силы всплытия поплавка, а часовой переключатель установлен с возможностью последовательного включения разм1якателя балласта и размыкателя тяги. Кроме того, пробка зонда самовспльюающего зонда вьшолнена в виде буферного накопителя троса, соединяющего пробку с тягой, причем разшлкатель балласта фиксщ ует в исходном положении верхнюю часть троса с возможностьк) его освобождения при срабатъшании размыкателя балласта.. На фиг. 1 представлен термограиентограф общий вид; на фиг. 2 зел разьшкателя тяги, разрез; на иг. 3 - кинематическая схема работы, ермоградиентографа. Самовсплывающий термоградиентораф (фиг. 1) состоит из поплавка 1 с устройством для поиска и обнаруения всплывшего прибора на поверхости океана, например уголкового ассивного отражателя 2, жестко содиненного с приборным контейнером егистратора 3, внутри которрго поещены электрически связанные межу собой регистратор, часовой перелючатель рода работы и источники 31 питания (не показаны). Цилиндрический зонд 4, длина которого по мень шей мере в 10 раз больше диаметра, имеет в верхней части коническую пробку 5, которая посредством тяги 6 соединена с размыкателем тя ги 7, закрепленным на нижнем конце приборного контейнера. Балласт 8 надет на зонд с возможностью свобод ного перемещения вдоль него до упор с пробкой воронкообразного гнезда 9 Внутри центральной части осевого от верстия 10 переменного сечения балласта помещена силовая пружина 11, которая внизу опирается на выступ указанного осевого отверстия 10, а вверху закреплена на пробке и зафиксирована в сжатом положении посредством размыкателя балласта, выполненного в виде болта 12, проведе ного через радиальные отверстия про ки воронкообразного ее гнезда, зафиксированного пироболтом 13 и зажимающего размякающую пружину 14. П роболт соединен кабелем 15с часовьм переключателем рода работы, с которым имеет электрическую связь также термопара 16 (или блок датчиков, распределенных по всей длине зонда) с кольцевыми выводами на поверх ности зонда и термический злемент 1 совмещенный с измерителем темпера-туры, который помещен между кольцевыми выводами термопары или отдельных датчиков. Размыкатель тяги (фиг. 2) имеет корпус 18 со сквозными отверстиями 19 и осевым отверс тием, через которое пропущен с возможностью свободного перемещения .вдоль оси шток 20, снабженный в верхней части- электропроводящей пер мычкой 21 и жестко соединенный в нижней части с исполнительным механизмом 22 (например., взрыв-болтом соединенным с тягой.- К внутренней части корпуса прикреплены посредством изоляторов 23 и 24 соответствен но упругий элемент, подтягивающий вверх электропроводящую перемычку с силой, меньшей силы положитель ной плавучести поплавка, и контакты 25 электрической цепи 26 размыкателя тяги, которая через гермоввод 27 соединена с часовым переключателем, а через гермоввод 28 - с исполнительным механизмом. Нижний торец корпуса соединен с верхним торцом исполнительного механизма посредством резинового кожуха 29, за 6 полненного, например, трансформаторным маслом 30 так же, как и сообщаюпщйся с ним посредством сквозных отверстий внутренний объем корпуса размыкателя тяги. На кинематической схеме (фиг.З) работы термоградиентографа представлены фазы свободного погружения в водной толще 31, внедрения в донные осадки 32, измерения 33, начала всплытия 34, собственно свободного всплытих1 35 и всплытия в аварийной ситуации 36. Устройство работает следукицим образом. На борту судна-носителя часовой переключатель устанавливают с задержкой выполнения первой команды, достаточной для достижения прибором дна океана и его выхода в рабочий режим. После установки часового переключателя термоградиентограф выносят за борт, освобождают от грузоподъемного средства и прибор начинает свободное погружение в водной толще под действием отрицательной плавучести балласта 8. Внедрение цилиндрического зонда 4 в донные отложения происходит благодаря силе инерции. Через расчетное время, достаточное для исключения влияния переходных тепловых процессов, посредством срабатывания часового переключателя с определенными временными интервалами производится подключение к регистратору блока датчиков (или термопары 16), подключение к источнику питания термического элемента 17 с дискретными замерами его температуры во время и/или после нагревания, подключение к источнику питания пироболта 13, подключение к источнику питания размыкателя тяги 7. В результате вьшолнения первых двух операций производится регистрация геофизических данных (измерение геотермических параметров донных отложений), необходимых для последующего определения градиента температуры и теплопроводности верхней части осадочного чехла. В результате выполнения третьей операции пироболт 13 перебивает стопорный болт 12, который выдергивается посредством размыкакмцей пружины 14 из радиальных отверстий пробки 5 и гнезда 9, после чего силовая пружина 11 толкает зонд 4 вверх относительно балласта 8, которьй в данный

момент играет роль опорной плиты,посл чего, зонд 4 вмходит из соприкосновения с грунтом с последующим подъемом на дневную поверхность за счет положительной плавучести поплавка 1.

В результате выполнения четвертой операции раз1шкатель 7 срабатывает только в том случав, когда сила натяжения тяги 6 больше половины(СИЛЫ положительной плавучести поплавка 1. Так как гидродинамическое сопротивление зонда 4 при всплытии термоградиентографа значительно меньше г то срабатывание размыкателя тяги 7 возможно лишь при заклинивании зонда 4 или отказе размыкателя балласта, т.е. посредством размыкателя тяги 7 осуществляется аварийное всплытие прибора.

Всплывший термоградиентограф обнаруживают с помощью, например, радиолокатора и уголкового отражателя 2, вылавливают и поднимают на борт судна-носителя , где зарегистрированная информация обрабатывается и анализируется.

При работе с данным термоградиентографом отпадаеч- потребность в многокилометровом тросе, что резко (в 3-4 раза) повышает производительность глубоководных измерений, так как возможна одновременная работа с несколькими приборами. Экономический эффект от внедрения предложенного устройства оценен в 120 тыс.руб. и может быть увеличен при массовом использовании самовспльюающих термоградиентографов, например, при работе по многоугольнику. В сравнении с базовьш объектом предложенный термоградиентограф позволяет также существенно повысить качество глубоководных измерений.

Ю

/7

Ю

Z3 2В. 16

27

Фмг.1

.1

1. САМОВСПЛЬГОАЮЩИЙ ТЕРМОГРАДИЕНТОГРАФ, включающий блок датчиков с регистратором и цилиндрический зонд, длина которого по меньшей мере в десять раз больше диаметра, соединенный с приборным контейнером регистратора, причем датчики распреде-лены по всей длине цилиндрического зонда, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения производительности труда при глубоководных измерениях тепловых потоков, он снабжен поплавком, балластом и размыкателем балласта, а также содержит тягу и размыкатель тяги, посредством которых зонд соединен с поплавком, часовой переключатель рода работы. закрепленный на поплавке, и силовую пружину, охватывающую зонд и закрепленную на его верхней части, выполнен-, ной в виде пробки, а. балласт имеет осевое отверстие и также надет на зонд с возможностью свободного перемещения вдоль него до упора с пробкой, при этом силовая пружина опирается снизу на балласт и зафиксировала в сжатом положении размыкателем балласта, посредством которого балласт крепится к зонду, тяга прикреплена к разъему электрической цепи в верхней его части на размыкателе тяги с возможностью замыкания этой цепи при с наличии силы растяжения, причем электрический разъем снабжен упругим элементом, установленным с возможностью размыкания цепи и имеющим упругую силу, меньшую силы всплытия поплавка, а часовой переключатель установлен с возможностью,последовательного включения размыкателя балласта и размыкателя тяги. 2. Термоградиентограф по п. 1 отличающийся тем, что пробка .зонда выполнена в,виде СО 4 буферного накопителя, трос которого Соединяет пробку с тягой, причем О размыкатель балласта фиксирует в исходном положении верхнюю часть троса с возможшэстью его освобождения при срабатывании размыкателя балласта.