Магнитострикционный преобразователь аппаратуры акустического каротажа Советский патент 1991 года по МПК G01V1/40 

Изобретение относится к конструированию геофизической аппаратуры и предназначено для использования в аппаратуре акустического каротажа в качестве излучающего преобразователя, а такке в других областях техники, где необходимо иметь моцные направленные широкополосные импульсы, например в гидролокации.

Целью изобретения является повышение и расширение рабочей полосы частот.

Па фиг. 1 показана деталировка преобразователя; на фиг. 2 - преобразователь в сборе; на фиг. 3 - возможные варианты конструкции рабочего торца насадки.

Преобразователь содержит насадку 1 из алюминиевого сплава, состоящую из двух симметричных частей и имеющую в сборе форму цилиндра, с внешним диаметром, позволяющим свободно устанавливать ее внутрь корпуса сква- жинного зонда, а также зазор 2 для размещения многостержневого сердечника 4, внутреннюю часть насадки 3. Для исключения короткозамкнутого витка зазор 2 составляет около 0,5 мм. При сборе преобразователя внутренняя часть насадки заполняется вязким веществом (например, вакуумной смазкой) для улучшения акустического контакта секций преобразователя и насадки. Преобразователь также содержит магни05

сл

00

тострикционный сердечник 4 из пяти ячеек, обмотку возбуждения 5 и демпфер 6 на пассивном торце.

Преобразователь работает следующим образом.

При подаче электрического импульса тока в обмотку возбуждения 5 преобразователя магнитодвижущая сила, вызванная током в обмотке, приводит к магнитострикционному удлинению секций 4 сердечника, которые начинают совершать затухающие колебания на частотах, близких к частотам механического резонанса каждой секции. Каж- дал из секций своей активной торцовой поверхностью излучает в алюминиевую насадку упругий импульс соответствующей частоты.

Пирокополосность преобразователя определяется формулой

К

V

АЛОТ

2Усред,ы

где Ve ы , VMQT-- соответственно скорость распространения упругой волны в рабочей среде и в материале магнитострикцион- ного сердечника; К - коэффициент, определяющий номер полуволны суммирования колебаний от всех секций.

Таким образом, выбирая величину Vcp&. ы при заданном VMOT получают малую величину К - коэффициента, определяющего номер полуволны суммирования. Это значит, что подбирают материал с такой величиной , что суммирование колебаний от всех секций происходит на первой или начале второй полуволны. Это увеличивает широ- кополосность преобразователя.

Так, для алюминиевого сплава, имеющего 6300 м/с, используемого в качестве материала накладки и пермендюра, имеющего 5200 м/с, из которого изготовлен сердечник преобразователя, величина К имеет значение

К - -т

0,41.

-YjJilL.-.- 2 vcpeAbt

Такое значение К 0,41 соответствует суммированию энергии от всех

-

д

0

0

5

5

0

5

0

5

секций преобразователя в конце первого полупериода.

Кроме того, насадка из алюминиевого сплава дает хорошее согласование со средой, поскольку имеет промежуточное значение волнового сопротивления (рс) между рабочей средой и материалом сердечника преобразователя. Она также оказывает положительное влияние на КПД, поскольку исключает работу активных торцовых поверхностей на перераспределение давлений из зоны с высоким давлением в зону с низким давлением, т.е. уменьшает влияние краевых эффектов, что увеличивает эффективность преобразователя.

Таким образом, алюминиевая насадки здесь является волноводом, который с высокой скоростью проводит акустическую волну от каждой секции к торцу накладки, с которого суммарная волна излучается во внешнюю среду. В этом случае сдвиг фаз между первыми вступлениями всех акустических импульсов на торце накладки невелик. Дальше по времени из-за наличия разных частот от всех секций сдвиг между фазами волн резко увеличивается, т.е. волны разбегаются, и за счет этого компенсируют друг друга, т.е. суммарная волна быстро затухает. В результате на торце накладки получается мощный одиночный импульс высокой широкопо- лосности.

I

Внешний торец накладки выполняют различной конфигурации (фиг. 3) в зависимости от требуемой остроты раммы направленности излучаемого импульса. Если его сделать в виде стакана, то в зависимости от высоты стенок диаграмма направленности обостряется. Уже при высоте стенок 5 см острота диаграммы направленности составляет 40-50° .Если торец накладки не имеет стенок, то диаграмма направленности имеет угол 120-140 и она имеет форму круга, т.е. торец играет роль точечного источника акустических колебаний, поскольку длина излучаемой волны намного больше излучающей площади накладки. Для повышения эффективности при большом угле излучения на торце накладки выполняют концентрические фаски с различным углом к ее торцу, что увеличивает мощность излучения по сравнению с ровным торцом на 3-5% и увеличивает долю энергии акустического импульса под углом, с которым выполнены фаски.

Следует также отметить, что поскольку материал накладки - твердое вещество, то в ней не происходит перераспределения давления вне и внутри активных торцов секций, и энергия не расходуется вхолостую.

Необходимо также иметь в виду и то, что внешний диаметр накладки должен быть только на 2-3 мм больше сечения сердечника преобразователя. Это условие необходимо для того, чтобы уменьшить амплитуду резонансных колебании собственно накладки, частота которой в силу ее длины, равной четверти длины излучаемой преобразователем волны, в два раза выше основной. Этого же можно добиться тремя-пятью парами поперечных прорезей в накладке, хотя это несколько ухудшает широ- кополосность. I

Для лучшего согласования со средой желательным условием является то,чтобы материал накладки имел такое акустическое сопротивление, которое бы приближалось к акустическому сопротивлению среды, в которой он работает. Наличие накладки из твердого материала делает почти независящей форму суммарного акустического импульса от свойств рабочей среды, т.к. суммарный сигнал формируется теперь в накладке, а не в среде.

Формула изобретения

1.Магнитострикционный преобразователь аппаратуры акустического каротажа, содержащий активный стержневой сердечник, выполненный из отдельных секций с различной собственной частотой механического резонанса в виде вытянутых вдоль оси преобразователя

Q и расположенных один в полости другого витков, и обмотку возбуждения, которая охватывает боковые поверхности секций, при этом пассивные торцовые поверхности секций соединены между

5 собой и с акустическим демпфером, а излучающие торцы секций разнесены между собой, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и расширения рабочей полосы

0 частот, излучающие торцы секций размещены в накладке, выполненной из высокоскоростного материала, волновое сопротивление которого одного порядка с волновым сопротивлением рабочей сре5 ды, причем межвитковое пространство излучающего торца преобразователя заполнено материалом накладки, а между секциями и материалом накладки выполнен зазор, заполненный контактным мао териалом.

2.Преобразователь по п.2, отличающийся тем, что накладка выполнена четвертьволновой.

3.Преобразователь по п.З, отличающийся тем, что, с це

5 лью оптимизации работы преобразователя в водной среде, накладка выполнена из алюминия или его сплава.

Изобретение относится к конструированию геофизической аппаратуры и предназначено для использования в аппаратуре акустического каротажа в качестве излучающего преобразователя, а также в других областях техники, где необходимо иметь мощные направленные широкополосные импульсы, например в гидролокации. Целью изобретения является повышение эффективности и расширение рабочей полосы частот преобразователя. Для этого пространство между излучающими терцами секции 4 заполнено высокоскоростным материалом с волновым сопротивлением, близким к сопротивлению среды, с сохранением между ними зазора 2. При этом материал накладки 3 выполняет роль волновода. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. т

Фаз. 7

Фиг. 2