Вибрационный стенд для исследования и эталонирования сейсморазведочной аппаратуры Советский патент 1992 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к разведочной геофизике и предназначено для лабораторных исследований и эталонирования сейс- моразведочной аппаратуры.

Известно также устройство для исследования сейсморазведочной аппаратуры в лабораторных условиях, выполненное в виде виброплатформы стол которой сообщается с возбудителем механических колебаний посредством гидравлической системы, содержащей поршни раз ных сечений, причем поршень малого сечения связан со столом виброплатформы, а поршень большого сечения связан с пьезоэлектрическим преобразователем В устройстве не предусмотрен контроль параметров механических колебаний стола, а использование контрольного датчика приводит к появлению нерегистрируемых компонент вектора смещения стола, что снижает точность устройства в целом.

Наиболее близким по совокупности общих признаков к предлагаемому является вибрационный стенд для исследования и калибровки сейсмоприемников содержащий основание, на котором укреплен возбудитель механических колебаний, выполненный в виде пакетов пьезоэлектрических преобразователей, по разные стороны которого расположен стол и контрольный датчик, связанные между собой центрирующим элементом.

Однако данное устройство не обеспечивает необходимой точности для исследоваvj О

ГО N)

со ел

ния и эталонирования сейсморазведочной аппаратуры. Это обусловлено тем, что величина механических колебаний, моделируемых при помощи данного устройства, сравнима с величиной сейсмических помех, искажающих результаты измерений. Кроме того, поршень контрольного датчика устройства соединен с возбудителем платформы, поэтому показания такого датчика зависят от весовых, центровых и других характеристик нагруженной платформы, что приводит к неоднозначности показаний контрольных датчиков. Указанные недостатки в целом существенно снижают точность устройства.

Целью изобретения является снижение уровня помех при возбуждении, а также расширение области применения устройства при сохранении диапазона частот и повышение точности измерений.

Поставленные цели достигаются тем, что в вибрационный стенд для исследования и эталонирования сейсморазведочной аппаратуры, содержащий основание, центрирующий элемент, связанный с основанием посредством пакетов пьезоэлектрических элементов, собранных на центрирующем элементе, стол и контрольный датчик, жестко связанный с основанием, ось чувствительности которого совпадает с осью центрирующего элемента, введены четыре поршня, выполненные в виде мембран с жесткими центрами, при этом поршни расположены попарно по обе стороны пакетов пьезоэлектрических элементов и связаны периферийными частями с основанием, центрирующий элемент, жестко связанный с внутренними поршнями, имеет сквозной осевой канал, соединяющий полости между парами внешних и внутренних поршней и образующий вместе с ними объем, заполненный жидкостью, внутри осевого канала расположен жесткий шток, соединяющий внешние поршни, причем один из их жестко связан со столом, второй из наружных поршней выполнен в виде прямоугольно гофрированной мембраны с возможностью подсоединения шайбы с буртиком, а контрольный датчик выполнен в виде СВЧ-генератора на диоде Ганна, к выходу которого подключен отрезок разомкнутой коаксиальной линии центральный проводник которой выступает за пределы внешнего проводника и отстоит на расстоянии Я /10 от поверхности шайбы, где Я - длина волны СВЧ-генератора.

Устройство поясняется чертежом где изображен разрез стенда.

Вибрационный стенд содержит основание 1, на котором укреплен возбудитель

механических колебаний 2, выполненный е виде пакетов пьезоэлектрических элементов, по разные стороны которого попарно расположены поршни 3, 4, 5. Поршни 3 связаны между собой центрирующим элементом 6, который имеет сквозной осевой канал 7, соединяющий полости между парами внешних и внутренних поршней и образующий вместе с ними объем, заполненный

жидкостью, внутри осевого канала 7 расположен жесткий шток 8, соединяющий внешние поршни 4, 5 причем поршень 4 жестко связан со столом 9, а поршень 5 выполнен в виде прямоугольно гофрированной мембраны с надетой на нее шайбой 10с цилиндрическим краевым буртиком, с внешней стороны поршня 5 расположен контрольный датчик, жестко связанный с основанием 1 и выполненный в виде СВЧ-генератора 11

на диоде Ганна, к выходу которого подключен отрезок разомкнутой коаксиальной линии 12, центральный проводник 13 которой выступает за пределы внешнего проводника и отстоит на расстоянии I Я/10 от поверхности шайбы, где Я - длина волны СВЧ-генератора 11, причем ось отрезка коаксиальной линии 12 совмещена с осью симметрии центрирующего элемента.

Устройство работает следующим образом.

Пакеты пьезокерамических элементов возбудителя механических колебаний 2 подключенные к генератору синусоидального напряжения в противофазе, раскачивают центрирующий элемент 6, который смещает внутренние поршни 3 в осевом направлении. Гидравлическая развязка стола 9 и поршня 5 от центрирующего элемента 6

возбудителя механических колебаний, обеспечивает отсутствие у данных элементов конструкции компонент вектора колебаний не совпадающих с центральной осью штока Перемещение поршней вызывает переток

жидкости через канал 7. Интенсивность перетока в основном определяет диссипатив- ные потери, обеспечивающие сглаживание частотной характеристики устройства в зоне главного резонанса его гидромеханической колебательной системы. При заданной вязкости рабочей жидкости и фиксированной длине канала 7 требуемое начальное затухание в ненагруженном устройстве устанавливается экспериментально изменением просвета канала 7 за счет подбора диаметра жесткого штока 8 так чтобы максимум амплитуды в районе главного резонанса ( 10 Гц) отличался от плоского рабочего участка характеристика

(15.,.250 Гц) не более чем на 3 дБ. Нагруже- ние рабочего стола 9 испытуемым датчиком 14 приводит к смещению резонансной частоты влево, при этом указанная выше разница может превысить уровень 3 дБ, т.к. проницаемость канала 7 частотно зависима и растет с уменьшением частоты колебаний гидромеханической системы. Этот нежела- .тельный эффект компенсируется подбором диаметра шайбы 10, что вносит дозированную несимметрию в соотношении эффективных сечений верхней и нижней пар поршней и увеличивает таким образом интенсивность перетока жидкости по каналу. а следовательно и активные потери гидромеханической системы устройства. Таким образом, требуемое затухание в процессе эксплуатации устройства обеспечивается не изменением вязкости жидкости или изменением просвета канала, что всегда технически сложно, а простым подбором шайбы с буртиком, изменяющей эффективную площадь гофрированной мембраны. Это позволяет легко корректировать и температурные изменения частотной характеристики устройства, и поддерживать постоянство его метрологических свойств в достаточно широком диапазоне темлера- тур.

СВЧ-генератор 11 на диоде Ганна контрольного датчика излучает электромагнитную волну, которая формируется отрезком коаксиальной линии 12, направляется на поверхность шайбы 10 и, отражаясь от поверхности шайбы 10 взаимодействует с СВЧ-генератором, который таким образом, работает в автодинном режиме Принцип работы автодинного генератора состоит в изменении режима работы генератора при изменении внешней нагрузки, роль которой в данном случае выполняет колеблющаяся шайба. Изменение режима работы автодинного генератора может выражаться либо в изменении тока, протекающего через активный элемент генератора (диод Ганна), либо в изменении падения напряжения на активном элементе. В процессе колебаний, совершаемых шайбой 10 происходит изменение расстояния от поверхности шайбы до центрального проводника отрезка коаксиальной линии. Это приводит к изменению фазы электромагнитной волны, отраженной от поверхности шайбы и провзаимодейство- вавший с СВЧ-генератором. В результате с выходных клемм генератора снимается переменный сигнал, пропорциональный амплитуде колебаний поверхности шайбы 10.

Примененный датчик регистрирует только вертикальную (осевую) компоненту вибраций.

На основании экспериментального исследования влияния расстояния I от центрального проводника 13 коаксиальной линии до поверхности шайбы 10 на чувствительность датчика, установлено, что при I А/10чувствительность контрольного датчика к вибрациям увеличивается, что приводит к повышению точности контроля вибраций.

Формула изобретения

1. Вибрационный стенд для исследования и эталонирования сейсморазведочной аппаратуры, содержащий основание, центрирующий элемент, связанный с основанием посредством пакетов пьезоэлектрических элементов, собранных на

центрирующем элементе, стол и контрольный датчик, жестко связанный с основанием, ось чувствительности которого совпадает с осью центрирующего элемента, отличающийся тем, что, с целью

снижения уровня помех при возбуждении, введены четыре поршня, выполненных в виде мембран с жесткими центрами, при этом поршни расположены попарно по обе стороны пакетов пьезоэлектрических элементов и связаны периферийными частями с основанием, центрирующий элемент, жестко связанный с внутренними поршнями имеет сквозной осевой канал, соединяющий полости между парами внешних и внутре них поршней и образующий вместе с ними объем, заполненный жидкостью, внутри осевого канала расположен жесткий што соединяющий внешние поршни, причем один из них жестко связан со столом.

2. Стенд по п. 1,отличающийся

тем, что. с целью расширения области применения устройства при сохранении диапазона частот, другой из наружных поршней выполнен в виде прямоугольно гофрированной мембраны с возможностью подсоединения шайбы с буртиком.

3. Стенд по п. 1 и2,отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности

измерений, контрольный датчик выполнен в виде СВЧ-генератора на диоде Ганна, к выходу которого подключен отрезок разомкнутой коаксиальной линии, центральный проводник которой выступает за пределы

внешнего проводника и отстоит на расстоянии I Я/10 от поверхности шайбы, где Д- длина волны СВЧ-генератора

Сущность: вибрационный стенд для шлифования и эталонирования сеисморазведочнои аппаратуры содержит основание 1 с укрепленным в нем посредством пьезоэлектрических пакетов 2 центрирующий элемент, четыре поршня 3. 4. 5 в виде мембран, расположенных попарно по обе стороны пакетов пьезоэлектрических элементов и связанных с основанием периферийными частями Центрирующий элемент 6 жестко связан с внутренними .поршнями, имеет сквозной осевой канал 7 соединяющий полости между парами внешних и внутренних поршней Канал и полости заполнены жидкостью Жесткий шток 8 соединяет внешние поршни, причем один из них жестко связан со столом 9 Поршень 5 выполнен гофрированным прямоугольно с возможностью подсоединения шайбы 10 с буртиком. Контрольный датчик выполпон е виде СВЧ-генератора на диоде 2 з п ф-лы, 1 ил № С.