Деформограф Советский патент 1989 года по МПК G01V1/16 

Фм.1

315

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и предназначено для поиска предвестников трясений, изучения внутреннего строения Земли, обнаружения искусственных возмущений земной поверхности и пространственного положения нефтегазовых залежей.

Целью изобретения является повьше- ние точности эталонирования и температурной коктенсации деформографа.

На фиг. 1 приведена принципмапь- ная схема деформографа; на фиг. 2 - деформограф, вертикальный разрез.

В герметизированном тонкосп-енном корпусе 1 из нержавеющей стали в средней его части на диаметрально противоположных сторонах корпуса жестко закреплены первая 2 и вторая 3 мон- тажные рамки. В первой монтажной рамке 2 на горизонтально расположенных подкрученных упругих нитях 4 подвешен уравновешенный относительно упругих нитей 4 вертикально расположен- ный шток 5. С нижним концом штока 5 жестко связан расположенный перпендикулярно упругим нитям А металлический экран 6 с прямоугольным отверстием 7 по центру металлического экрана 6. С одной стороны металлического экрана 6 по центру расположен светодиод 8, с другой стороны - дифференциаль - ный фотоэлемент 9 фотоэлектрического преобразователя о Светодиод 8 и дифференциальный фотоэлемент 9 при помощи технологического стержня 10 жестко связаны с первой монтажной рамкоА 2. Во второй монтажной рамке 3 на гори

зонтально расположенных подкрученных

упругих нитях 11 подвешен трехплечий рычаг 12, два плеча 13 и 14 которого расположены горизонтально и уравновешены относительно упругих нитей 11, а третье плечо 15 трехплечего рычага 12 расположено вертикально по оси упругих нитей 11. Со свободным концом плеча 15 связан один конец металлической нити 16. Второй конец металлической нити 16 связан со штоком 5 на расстоянии 1/п от оси упругих нитей

4,где п - коэффициент усиления штока

5.Со свободными концами горизонтально расположенных плеч 13 и 14 трехплечего рычага 12 связаны концы вертикально расположенных первой 17 и второй 18 пружин с равными упругими моментами. Второй конец первой пружины 17 связан с сильфоном 19 микромет

5

0 5 Q

5

0

0

ра 20. Второй конец второй пружины 18 связан с монтажной платой 21, Микрометр 20 вращается при помощи реверсивного двигателя 22 с редуктором, подключенного к блоку 23 дистанционного управления. Электропитание светодиода 8, блока 23 и регистратора 24 осуществляется от источника 25 питания. В цепь дифференциального фотоэлемента 9 подключен регистратор 24. В качестве регистратора может применяться регистр с гальванометрической регистрацией, компенсационный самопишущий потенциометр типа КСП-4, а также цифровой вольтметр с цифровой регистрацией. Сверху деформограф герметично закрывается крьппкой 26 при помощи зажимного кольца 27. Подключение светодиода 8 и фотоэлемента 9 осуществляется при помощи разъема 28. Технологический кабель закрепляется на деформографе при помощи зажима 29.

Деформограф работает следующим образом.

Деформограф устанавливается на дне скважины в условиях, обеспечивающих неизменность температуры окружающей среды до О, в сутки и исключающих влияние изменения атмосферного давления непосредственно на конструкцию деформографа. Обеспечивается его жесткая связь с окружающей горной породой. Подключается питание светодиода 8, блока 23 и регистратора 24. Е цепь дифференциального фотоэлемента 9 подключается регистратор 24. Смещением микрометра 20 в соответствующую сторону индикатор регистратора выводится в среднее полоение щка- лы (в нулевое положение). Деформа- окружающей породы передается жестко скрепленному с ней корпусу деформографа. Корпус деформографа деформируется, при этом смещаются относительно друг друга монтажные рамки и связанные с ними шток 5 и вертикально расположенное третье плечо 15 трехплечего рычага 12. Так как сила упру- Г1К нитей 11 подвеса трехплечего рычага в 50-100 раз больше силы упругих нитей 4 подвеса щтока 5, смещение первой 2 и второй 3 монтажных рамок приводит к отклонению штока 5, трехплечий рычаг 12 при этом практически не отклоняется. При деформациях сжатия щток 5 отклоняется влево (см. фиг. 1) за счет упругой силы подкрученных т1ругих нитей 4 подвеса щтока

515

5, при деформациях растяжения штока 5 отклоняется вправо за счет воздействия металлической нити 16, упругие нити 4 подвеса штока 5 при этом дополнительно подкручиваются. Таким образом, при деформа1щях металлический экран 6, жестко связанный с концом штока 5, смещается относительно дифференциального фотоэлемента 9 и свето диода 8, причем это смещение в п раз больше величины деформации корпуса по оси крепления монтажных рамок. Световой поток на каждой из составляющих дифференциального фотоэлемента 9 при этом изменяется, а следовательно, изменяется и электрический сигнал в цепи фотоэлемента. Регистратор 24 регистрирует кривую изменения электрического сигнала, пропорционально- го величине изменения деформации окружающих деформограф горных пород. Знак деформации определяется посредством смещения микрометра 20 и связанной с ним первой пружины 17.

Для эталонирования деформографа с целью осуществления количественной оценки деформации (определения масштаба записи деформографа) необходимо знать расстояние между точками крепления монтажных рамок в корпусе LK, длину 1 вертикального плеча трех- плечего рычага, угол о, на который поворачивается вертикальное плечо при смещении микрометра на I деление. Тог да смещение конца вертикального плеча трехплечего рычага при смещении микрометра на 1 деление будет равно sind-1, так как угол V очень мал.

Для определения масштаба записи К микрометру задают сдвиг на m делений, при этом кривая на регистрограм- ме сместится на у миллиметров, отку« , .

V- d

1л.-

йУ

Абсолютная деформация К , за период времени от to до t, определяется из выражения

К,К(у,,-у. ).

где у - ор динаты кривой деформации на моменты времени t

и t

1

Относительная деформация Kj за этот же период времени

K,K(yt,-yt,)/L..

д15 2025

ЗО 5 0

45

50

5

56

Пусть расстояние от оси вращения штока 5 до точки крепления металлической нити 16 равно 5 мм, длина штока 5-200 мм, расстояние мм, приливные деформации порядка 10, коэффициент усиления фотоэлектрического преобразователя порядка 10. Тогда коэффициент усиления рычага и амплитуда приливных деформаций на выходе регистратора А равна А 100 40 -10 мм.

Таким образом, предложенный деформограф позволяет регистрирювать с высокой точностью даже приливные деформации земной поверхности.

Применение в узле дистанционного управления и эталонирования первой 17 и второй 18 пружин с равными и направленными навстречу друг другу упругими моментами полностью исключа- ют дрейф нульпункта узла, что способствует повышению точности измерения.

Длина и температурный коэффициент металлической нити 16 задаются такими, чтобы обеспечивалась компенсация температурных деформаций корпуса деформографа по оси крепления первой 2 и второй 3 монтажных рамок.

Если суточные вариации температуры в месте установки деформографа порядка О,, а температурный коэффициент нержавеющей стали 10 , roi- да температурные деЛормации корпуса 1 будут порядка 10 что соизмеримо с амалитудой приливных деформаций. Применение температурного компенсатора в предложенном устройстве позволяет полностью устранить влияние изменения температуры на показания деформографа и по крайней мере на порядок повысить точность измерения.

Формула изобретения

Деформограф, включающий герметичный корпус, фотоэлектрический преобразователь со светодиодом, дифференциальным фотоэлементом и штоком с экраном, микрометр с сильфоном, блок дистанционного управления и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности эталонирования и температурной компенсации деформографа, в него дополнительно введены первая и вторая монтажные рамки с упругими нитями, трех- плечий рычаг, первая и вторая пружины, металлическая нить и технологи715

ческий стержень, причем упругие нити в монтажных рамках, жестко закрепленных на диаметрально противоположных стенках корпуса, размещены горизонтально и подкручены в противопо- ложные стороны, с первой монтажной рамкой при помощи технологического стержня жестко связаны дифференциальный фотоэлемент и светодиод, а на упругих нитях первой монтажной рамки подвешен шток с экраном, во второй монтажной рамке на упругих нитях подвешен трехплечий рычаг, два плеча которого расположены горизонтально, уравновешены относительно нитей подве са и соединены в средней точке с вертикально расположенным третьим плечом рычага, к свободному концу которого прикреплена металлическая нить.

ее длину и температурный коэффшщент

58

задают, исходя из соотношения -Ь„Л„ между длиной нити Ьц, расстоянием между точками крепления монтажных рамок в корпусе L, температурными коэффициентами корпуса деформа- тора / и металлической нити Л|, , а второй конец металлической нити закреплен на штоке на расстоянии 1/п от упругих нитей, где п - коэффициент усиления штока, а со свободными концами трехплечего рычага связаны концы двух вертикально расположенных пружин с равными упругими моментами, причем второй конец первой пружины связан с сильфоном микрометра, второй конец пружины связан с монтажной платой, при этом упругая сила упругих нитей трехплечего рычага в 50-100 раз больше упругой силы нитей подвеса штока вертикального рычага.

Изобретение относится к области геофизического приборостроения и предназначено для поиска предвестников землетрясений, изучения внутреннего строения Земли, обнаружения искусственных возмущений земной поверхности и пространственного положения нефтегазовых залежей. Целью изобретения является повышение точности эталонирования и температурной компенсации деформографа, которая достигается за счет введения узла эталонирования, состоящего из трехплечего рычага 12, подвешенного на горизонтально расположенных подкрученных упругих нитях 11, связанного с микрометром 20 посредством первой пружины 17 и узла температурной компенсации, состоящего из металлической нити 16, длину и температурный коэффициент которой задают исходя из компенсации температурных деформаций корпуса по оси измерения деформографа, при этом один конец нити связан с датчиком деформации, а другой с трехплечим рычагом 12 узла эталонирования. 2 ил.