Скважинный преобразователь Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу, предназначено для приема акустических сигналов в массиве горных пород и может быть использовано при прогнозе динамических явлений по параметрам акустической эмиссии.

Известен скважинный преобразователь, в корпусе которого размещена армирующая трубка с частотно-понижающими накладками и прижимными гайками на концах и кольцевым выступом посередине, от- носительного которого симметрично устаноЁлены пьезоэлементы, связанные через частотопонижающие накладки с дугообразными упругими пластинами.

Известен также скважинный преобразователь, в корпусе которого перпендикулярно оси закреплены продольно поляризованные пьзоэлементы, акустически связанные с контактными накладками прижимного устройства.

Известен скважинный преобразователь, включающий цилиндрический корпус с установленными на его торцах крышками из диэлектрического материала, емкостный датчик в виде внутренней и наружной цилиндрических эластичных оболочек, коакси- ально установленных на корпусе и герметично закрепленных в крышках, в одной из которых выполнено отверстие для подачи рабочей среды в полость внутренней оболочки.

Недостатком известного преобразователя является низкая чувствительность, обусловленная большой жесткостью твердого диэлектрика между обкладками емкостного датчика.

Цель изобретения - повышение чувствительности.

XJ СА)

Ю - VI

Указанная цель достигается тем, что в скважинном преобразователе, включающем цилиндрический корпус с установлен- ными на его торцах крышками из диэлектрического материала, емкостный датчик в виде внутренней и наружной цилиндрических эластичных оболочек, коакси- ально установленных на корпусе и герметично закрепленных в крышках, в одной из которых выполнено отверстие для подачи рабочей среды в полость внутренней оболочки, эластичные оболочки выполнены из электроприводного материала, внутренняя оболочка выполнена более жесткой, чем наружная, в качестве рабочей среды использована воздушная, в крышке имеется дополнительное отверстие для подачи воздушной среды в полость между внутренней и наружной оболочками, при этом давление воздушной среды в полости внутренней оболочки больше давления в полости между оболочками.

На чертеже представлена конструкция скважинного преобразователя.

Скважинный преобразователь содержит цилиндрический корпус 1 с радиальными отверстиями 2, верхнюю 3 и нижнюю 4 крышки из диэлектрического материала, установленные на торцах корпуса 1, внутреннюю 5 и наружную 6 эластичные оболочки из электропроводного материала (например, электропроводной резины), закрепленные с помощью бандажей по краям на корпусе 1 и крышках 3, 4 соответственно. В нижней крышке 4 имеется центральное воз- духоподводящее отверстие, в котором закреплен штуцер 7, и дополнительное боковое воздухоподводящее отверстие, в котором закреплен штуцер 8. Таким образом, воздушный канал в штуцере 7 связан с полостью внутри корпуса 1 и, соответственно, внутренней оболочкой 5, а воздушный канал в штуцере 8 - с полостью между внутренней оболочкой 5 и наружной оболочкой 6. На нижней крышке 4 закреплена штанга 9. Внутренняя оболочка 5 - более жесткая (например, за счет большей толщины), чем наружная оболочка 6.

Скважинный преобразователь работает следующим образом.

Штуцеры 7 и 8 соединяют с помощью пневмопроводов с перекрытым источником сжатого воздуха. С помощью штанги 9 преобразователь подают на заданную глубину скважины. Далее, открыв источник сжатого воздуха, нагнетают через штуцер 8 воздух в полость между эластичными оболочками 5 и 6. При этом наружная оболочка 6 раздувается и плотно прилегает к поверхности скважины. Давление в полости между оболочками 5 и 6, необходимое для обеспечения ка- чественного контакта оболочки 6 с поверхностью скважины, 1,2-1,5 атм и может быть проконтролировано с помощью манометра, подключенного к пневмосисте- ме.

Далее, открыв источник сжатого воздуха, нагнетают последний через штуцер 7 в

полость внутри корпуса 1, откуда воздух через радиальные отверстия 2 попадает в про- странство, огражденное внутренней эластичной оболочкой. При этом внутренняя оболочка 5 раздувается. Нагнетание

воздуха через штуцер 7 заканчивают, когда зазор между оболочками составит примерно 1 мм. Величину этого зазора можно контролировать по предварительно полученной тарировочной зависимости

между величиной зазора и емкостью цилиндрического конденсатора, образующегося между оболочками 5 и 6.

Поскольку внутренняя оболочка 5 - более жесткая, чем внешняя оболочка 6, давление воздуха, подаваемого в полость внутри оболочки 5, превышает давление воздуха в полости между оболочками 5, 6, и составляет примерно 2,5-3 атм.

Затем с помощью двужильного кабеля,

жилы которого подпаяны к внутренней 5 и наружной 6 оболочкам, прикладывают постоянное напряжение. При воздействии акустических сигналов на наружную эластичную оболочку 6 расстояние между ней и внутренней оболочкой 5 изменяется, приводя к соответствующим изменениям емкости конденсатора, образованного оболочками 5 и 6. В результате в цепи указанного конденсатора начинает протекать ток, сила которого изменяется в соответствии с принятым акустическим сигналом.

Относительно низкий уровень давления в полости между оболочками 5 и 6 обеспечивает свободные колебания наружной оболочки 6. В то же время колебаний внутренней оболочки 5 практически не происходит, поскольку, являясь более жесткой, она подпирается изнутри существенно

большим давлением воздуха, чем давление, воздействующее со стороны наружной оболочки 6. Это и обеспечивает повышение чув- ствительности приема акустических сигналов.

Расчеты и экспериментальные оценки показывают, что при расстоянии между оболочками 5 и 6 мм и напряжении источника питания В преобразователь позволяет регистрировать смещения Л м.

Формула изобретения Скважинный преобразователь, включающий цилиндрический корпус с установлен- ными на его торцах крышками из диэлектрического материала, емкостный датчик в виде внутренней и наружной цилиндрических эластичных оболочек, коакси- ально установленных на корпусе и герметично закрепленных в крышках, в одной из которых выполнено отверстие для подачи рабочей среды в полость внутренней оболочки, отличающийся тем, что, с

0

целью повышения чувствительности, эластичные оболочки выполнены из электропроводного материала, внутренняя оболочка выполнена более жесткой, чем наружная, в качестве рабочей среды использована воздушная, в крышке выполнено дополнительное отверстие для подачи воздушной среды в полость между внутренней и наружной оболочками, при этом давление воздушной среды в полости внутренней оболочки больше давления в полости между оболочками.

Использование: в системах прогноза опасных динамических явлений. Сущность изобретения: преобразователь содержит корпус 1 с радиальными отверстиями, на торцах которого установлены верхняя 3 и нижняя 4 крышки из диэлектрического материала. По краям корпуса 1 и на крышках 3,4 закреплены соответственно внутренняя 5 и наружная 6 эластичные оболочки из электропроводного материала. В нижней крышке 4 имеются центральное и дополнительное воздухоподводящие отверстия, в которых закреплены штуцеры 7, 8 и которые связаны соответственно с полостью внутри корпуса 1 и с полостью между оболочками 5, 6. Внутренняя оболочка 5 выполнена более жесткой, чем наружная 6. Давление воздуха в полости внутренней оболочки 5 превышает давление в полости между оболочками 5 и 6. 1 ил.