Пьезоэлектрический сейсмоприемник Советский патент 1984 года по МПК G01V1/16 

ND ЬО

о: кэ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам,, преобразукгцим механяческиез колебания в электрические, и может быть использовано для измерения параметров упругих волновых процессов,. например, в сейсморазведке и в сейсмологии ,

Известен пьезозлектрическкй датчик колебаний, состоящий из пьезоПреобразователя, инертной массы и упругой опоры, компенсирующей вес инертной массы l .

Недостаток этого датчика - наличие механического контакта поверхности колеблющегося пьезопреобразователя с поверхностью инертной массы. Свойства контакта изменяются во времени и зависят от параметров окружаюшей среды, что приводит к снижению точности и стабильности датчика.

Известен также пьезоэлектрический сейомоприамник, содержащий цилкндричеокий корпус, на торцах которого закреплены пьезоэлектрические преобразователи, выполненные в виде сборки ив металлической мембраны и пьезоэлектрических дисков, закрепленных на каждой стороне мембраны. В качестве инертной массь используется жидкость, заполняющая корпус датчика 2.

Недостаток этого сейсмоприемника - его низкая чувствителькосгь., поскольку пьезоэлемент, связанный всем своим периметром с корпусом, обладает большой изгибной х;есткостыо тогда как пьезоэлектрические преобразователи наиболее чувствительны именно при изгйбных нагрузках.

Наиболее близким техническим решением к.изобретению является пьезоэлектрический сейсмоприемник, содержащий корпус с полостью, заполненной диэлектрической жидкостью, инертную массу, упруго подвешенную к корпусу, и пьёзопреобразователь, размещенный в полости корпуса, причем диэлектрическая жидкость контактирует с инертной массой и пьезопреобразовате- . лем з „

Известный датчик обладает низкой чувствительностью, поскольку пружинная опора инертной-массы определяет наличие у датчика резонанса з рабочем диапазоне частот.

Цель изобретения - повьшюние чувствительности и надежности.

Указанная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом сейсмоприемняке, содержёццем корпус с полостью, заполненной диэлектрической жидкос тью, инертную массу, упруго подвешенную к корпусу, и пьезопреобразо атель, размещенный в полости корпуса, причег 1 диэлектрическая жидкость контактирует с инертной массой и пьезопреобразователем, инертная масса выполнена н виде обтекаемого тела с: осевым 1илиндрическим отверстием, и помещена в полости корггуса, пьезопреобразоЕ:атель выполнен в виде консольного пьезоэлемента, размещенного в осевом цилиндрическом отверстии инертной массы и скрепленного с ней одним концом, а другим концом жестко связанного с гш1;индрическим поршнем, размещенНЕЛ1Л с зазором в осевом цилиндрическом отверстии инертной массы.

Кроме того, цилиндрический поршень может быть выполнен в виде каркаса, полости которого герметизированы пластинами, причем его удельный вес равен удельному весу диэлектрической жидкости.

На Фиг„1 показан сейсмоприемник, разрез (вид сбоку); иа фиг.2 - то же, вид спереди; на фиг,3 - конструкция поршня.

Сейсмоприемник содержит корпус 1, которой пол;-;ость о заполнен диэлектрической жидкостью. С корпусом по средством пружинного подвеса 2 и изолятора 3 связана инертная масса выполненная в виде цилиндра обтекаемой форг ы, состоящего из двух одинаковых колец, С срепленных между собой через изолирующую прокладку 5 посредством специального клея. Между этими 1 :ольцами с помощью электропроводящего клея коноольно закрепляется пьезоэлектрический преобразователь а виде пьезоэлемента 6 прямоугольной йормь, с другим концом которого жестко связан поршень состоящий из каркаса 7, выполненного из легкого диэлектрического материала. В каркас8 имеются огварстия 8 и паз обеспечивающий свободу колебанглй пьезоэлектрического преобразователя. С обеих сторон каркас обклеивается алюминиевыми пластинами 10, герметизирУил.ИМ отверстия в каркасе, которые выполняют роль воздушных камер, компенсирующих вес поршня и жидкости f .и тем сам1-.7м, исключающих статические нагрузки на пьезоэлектрический преобразователь, закрепляющийся в поршне ме;вду выступами герметизирующих пластин посредством клея. Для исключения скользящего контакта мзйоду поршнем и внутреинай поверхностью инертной массы диаметр поршня должен быть меньше внутреннего диаметра инертной массы на величину, гарантирующую отсутствие контакта поршня с инерционной массой гфи максимально возмох ных амплитудах регистрируемого волнового процесса, т.е. при максимальном изгибе пьезозлектрического преобразователя.

Устройство работает следующим образ ом.

Под воздействием волнового процесса происходит -смемениб корпуса 1 сейсмоприемника относительно инертной массы 4, при этом жнлкость, заполняюг ая корпус, смесчается вместе с ним относительно инертной ««ассы 4 и оказывает воздействие на поп-пень 1 который под этим возлепствием также смещается относительно инертной массы 4, изгибая тем самым пьезоэлектрический элемент б, консольно укрепленный между двумя кольцами инертной массы 4. Электрический пьезоэлемент вырабатывает пропорциональный смещению корпуса 1 электрический сигнал, снимаемый с пьезоэлемента через обе половины инертной массы 4, имеющие электрический контакт с пьезоэлементом 6 через электропроводя11;ий клей. Кидкость, заполняющая корпус сейс моприемника, помимо своего основного назначения - передачи упругого воздействия от корпуса через поршень на пьезоэлектрический преобразователь, оказывает демпфирующее влияние «а пружинную подвеску инертной массы, благодаря чему достигается улучшение часготной характеристики ceйc ;oпpиeмникa, кроме того, повышается его надежность. Консольная установка пьезоэлектрического преобразователя обеспечивает его малую ийгибную жесткость, а нагрузка, воспринимаемая поршнем при упругом воздействии на него жидкости, передается поршнем как точечная на конец консоли пьезоэлемента; вследствие чего обеспечивается высокая чувствительность системы. Диэлектрические свойства жидкости позволяет использовать пьезопреобразователь без специальных герметизирующих покрытий, Пpeдлaгae ый сейсмоприемник обладает высокой чувствительностью в широком частотном диапазоне, равной частотной характеристике, имеет простую и надежную конструкцию и может быть использован в высокочастотной сейсморазведке и, в частности,в шахтной сейсморазведке, где необходимо регистрировать сейсмический сигнал в полосе частот 100-4000 Гц.,

1. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИП СЕЙСМОПРИЕМНИК, содержащий корпус с полостью, заполненной диэлектрической жидкостью, инертную массу, упруго подвешенную к корпусу, и пьезопреобразователь, размещенный в полости корпуса, причем диэлектрическая жидкость контактирует с инертной массой и пьезопреобразователем, отличающийся тем, что, с целью повыиения чувствительности и надежности, инертная масса вьтолнена в виде обтекаемого тела с осевым цилиндрическим отверстием и Помещена в полости корпуса, пьеэопреоСразователь выполнен в виде консольного пьезоэлемента, размещенного в осевом цилиндрическом отверстии инертной массы и скрепленного с ней одним концом, а другим концом жестко связанного с цилиндрическим поршнем, размещенным с зазором в осевом цилиндрическом отверстии инертной масi сы. 2. Сейсмоприемник по п. 1, от(О личающийся тем, что цилинд рический порыеиь выполнен в виде кар С каса, полости которого герметизированы пластинг1ми, причем его удельный & вес равен удельног1у весу диэлектрической жидкости. ,

2 /

/./О,

5 7 Ю