Скважинный пьезоэлектрический геофон Советский патент 1986 года по МПК G01V1/20 

СО 4 М

О9

Изобретение относится к горному делу, а именно к средствам оценки состояния массивов горных пород при добыче полезного ископаемого подземным способом, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства в качестве датчика сигналов акустической эмиссии.

Известны скважинные пьезоэлектри ческие геофоны, включающие цилиндрическое основание с планкой, на которой посредством элементов крепления консольно закреплен пьезоэлемент, цилиндрический защитный корпус, кабельный провод и герметизирующие уплотнители.

Принцип действия геофона состоит в следующем,

От возникшего в массиве породы звукоразрушения (треска), обычно короткого звукового импульса, колебания распространяются по всем направлениям. Когда фронт группы звуковых волн, возникших в породе, достигает геофона, пьезоэлемент, закрепленный консольно, колеблется, за счет происходящих при этом деформаций пьезоэлемента на его обкладках образуется ргзность потенциалов. Возникший ток усиливается и преобразуется усилителем. i

Недостатком таких геофонов является то, что звуковые волны (сигналы акустической эмиссии), заставляющие вибрировать пьезоэлемент, вследствие низкого коэффициента передачи энергии в местах заделки геофона (резьбовые соединения, герметизирующие уплотнители и зажимы), проходя от цилиндрического основания геофона через торец пьезоэлемента, в значительной степени ослабляются, а та часть энергии, которая передается от защитного корпуса через воздушную камеру (воздух, заполняющий полость защитного корпуса), вследствие большой разности в акустических сопротивлениях двух (твердое тело - воздух) вообще может не дойти до пьезоэлемента. Поэтому такие геофоны обладают малой чувствительностью. Кроме этого, таким геофонам присуща односторонняя направленность 5 так как наибольшую чувствительность (осевую или вертикальную) они имеют в направлении, перпендикулярном плоскости пьезоэлеменга, что вызывает необходимость в разработке специальных

4732

устройств (сложных в исполнении конструкций) .

Наиболее близ; им техническим решением является скважипный электрический геофон, содержащий цилиндрическое основание с планкой, консольно закрепленньв1 на планке пьезоэлемент, держатель пьезоэлемента, цилиндрический защитЕП 1й корпус, кабельный провод и герметизирующие уплотнители.

При этом пьезоэлемент изогнут вдоль продольной оси по винто1;ой линии с целью получения круговой диаграммы направленности.

Устройству присущи те же недоста.тки, что и указанным вьше геофонам: малая чувствительность и сложность конструкции, а также невозможность регулировки чувствительности.

0 Целью изобретения является повьш1ение чувствительности геофона и обеспечение возможности ее регулирования. Поставленная цель достигается тем, что скважинный пьезоэлектрический

- геофон, содержащий цилиндрическое основание с планкой, консольно закрепленный на планке пьезоэлемент, держаг тель пьезоэлемента, цилиндрический защитный корпус, кабельный провод и

0 герметизирующие уплотнители, дополнительно содержит акустический контакт и регулятор чувствительности, причем держатель пьезоэлемента шарнирно закреплен на планке, акусти5 ческий контакт жестко закреплен на свободном конце пьезоэлемента и прижат к внутренней стенке цилиндрического защитного корпуса посредством регулятора чувствительности, закреп0 ленного на планке. ,

На чертеже представлен скважинный пьезоэлектрический геофон.

Он содержит цилиндрическое основа-. 1ше 1 с планкой 2, на которой закреп лен регулятор чувствительности 3, пьезоэлемент 4, один конец которого закреплен в держателе 5 и щарнирно связан с планкой 2, а другой - в акустическом контакте 6, который

0 прижат к внутренней стенке цилиндрического заш {тного корпуса 7 посредством регулятора чувствительности 3. В продольном осевом отверстии цилиндрического основания 1 и втулки 8 раз5 мещен кабельный провод 9. Во избежание попадания влаги во внутреннюю полость геофона в него введены уплотнители 10, П, 12 и кольцо 13.

311

Скважинный пьезоэлектрический работает следующим образом.

Возникшие в цилиндрическом защитном корпусе 7 звуковые волны, имея непосредственно прямую связь через акустический контакт 6, вызовут колебания свободного конца пьезоэлемента 4, который под действием возбуждающих волн начнет колебаться как балка, опертая на внутреннюю стенку цилиндрического зап итного корпуса 7 с одной стороны и жестко закрепленная своим торцом в держателе 5 с другой стороны. При этом на обкладках пьезоэлемента будут возникать попеременно в такт колебаниям то положительные, то отрицательные заряды, а между обкладками возникнет разность

734

потенциалов. Возникший ток усиливается и преобразуется усилителем.

Применение данной конструкции геофона по сравнению с известными позволяет за счет прямой передачи звуковых волн от стенки цилиндрического защитного корпуса на пьезоэлемент через акустический контакт резко повысить чувствительность геофона и регулировать ее в пределах необходимой величины. При этом чувствительность геофона не будет зависеть от положения плоскости пьезоэлемечта, так как

отпадает необходимость в угловом ориентировании геофона в скважине, что значительно упрощает его конструкцию и эксплуатацию.

СКВАЖИННЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕС.КИЙ ГЕОФОН, содержащий цилиндрическое основание с планкой, консольно закрепленный на планке пьезоэлемент, держатель пьезоэлемента, цилиндрический защитный корпус, кабельный провод и герметизирующие уплотнители, отличающийся тем, что, с целью повьшения чувствительности геофона и обеспечения возможности ее регулирования, он дополнительно содержит акустический контакт и регулятор чувствительности, причем держатель пьезоэлемента шарнирно закреплен на планке, акустический контакт жестко закреплен на свободном конце пьезоэлемента и прижат к внутренней стенке цилиндрического защитного корпуса посредством регулятора чувствис € тельности, закрепленного на планке. (Л