Устройство для возбуждения упругих колебаний Советский патент 1982 года по МПК G01V1/157 

1

Изобретение относится к акустическим методам разведочной геофизики, где источники упругих колебаний электромеханического преобразования энергии используют электрогидравлический эффект и может быть использовано при сейсмоакустических методах исследований иа акваториях морей и океанов.

Известны устройства возбуждения упругих колебаний при сейсмоакустических исследованиях, содержащие емкостной накопитель энергии, управляемый разрядник и излучатель упругих колебаний 1.

Недостатком этих устройств является нестабильность параметров возбуждаемьк импульсов давления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство возбуждения упругих колебаний, содержащее соединенные между собой излучатель и генератор импульсов, состоящий из регулируемого высоковольтного выпрямителя, соединенного с емкостным накопителем и разрядником, управляемым синхронизатором. В этом устройстве сделана попытка решить задачу стабилизации параметров излучаемых импульсов давления путем стабилизации разрядного напряжения 2 .

Однако устройство имеет недостаточную стабильность параметров возбуждаемых импульсов давления, обусловленную,- как показывают исследования, главным образом изменением межзлектродного расстояния от разряда к разряду из-за неравномерного разрушения (сгорания) электродов и изоляционного материала между ними.

Цель изобретения - повышение стабильности возбуждаемых импульсов упругих колебаний с межзлектродным расстоянием, при котором наблюдается максимум КПД преобразования электри- ческой энергии в акустическую.

Указанная цель достигается тем, что устройство возбуждения упругих 3 . 89 колебаний, содержащее, соединенные между собой излучатель и генератор импульсов, состоящий из регулируемого высоковольтного выпрямителя, соединенного с емкостными накопителем и разрядником, управляемым внешним синхронизатором, снабжено измеритель ным сопротивлением, дополнительным генератором импульсов, пороговой схемой и схемой совпадения, причем емкостные накопители генераторов импульсов соединены между собой, измерительным сопротивлением и со входом пороговой схемы, два выхода пороговой схемы соединены с регулировочны ми входами регулируемых выпрямителей а третий - с управляемым разрядником дополнительного генератора импульсов через схему совпадения И, управляемую внешним синхронизатором. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - семейство кривых токовых импульсов для различных межзлектродных расстояний. Устройство возбуждения упругих колебаний (фиг. 1) содержит излучатель 1, соединенный через управляемый разрядник 2 с емкостным накопителем 3 и регулируемым выпрямителем 4. Излучатель 1 соединен также через управляемый разрядник 5 с.емкостным накопителем 6 и регулируемым выпрямителем 7. Последовательно в цепь разряда емкостных накопителей 3 и 6 включено измерительное сопротивление 8, а их общая точка соединена со вхо дом пороговой схемы 9, два выхода пороговой схемы 9 соединены с регули ровочными входами регулируемых выпря мителей 4 и 7, а третий - с управляемым разрядником 5 через схему совпадения К 10, второй вход схемы совпадения И 10 и управляемый разрядник 2 соединены с внешним синхронизатором. Излучатель 1, измерительное сопротивление 8 и регулируемые выпрями тели 4 и 7 соединены с общей шиной. На фиг. 2 кривая 11 тока соответствует критическому межэлектродному расстоянию. Кривая 12 тока соответствует межэлектродному расстоянию меньше критического. Кривая 13 тока соответствует межэлектродному рассто янию больше критического. Проводились исследования по выявлению зависимостей величины и формы импульсов тока в разрядной цепи устройств возбуждения упругих колебаний при использовании электрогидравлического эффекта. Бьшо установлено, что для каких-то определенных условий среды разряда (.температура, соленость и пр.), существует свое определенное критическое межэлектродное расстояние, где наблюдается смена типа разряда. Так при межэлектродных расстояниях больше критического наблюдается коронный разряд, при расстояниях меньше критического наблюдается пробой. Смена типа разряда имеет свое отражение в форме и величине импульса тока в разрядной цепи. Было замечено, что максимальное преобразование электрической энергии в акустическую, т. е. самый большой КПД преобразования энергии, находится у незавершенного ( коронного разряда вблизи критического расстояния. Используя результаты исследований, предлагается устройство стабилизации параметров импульсов давления, которые являются зависимыми от многих переменных и, прежде всего от межэлектродного расстояния. Регулирование величины межэлектродного расстояния ведется путем изменения подводимой электрической энергии к электродам. Причем, чтобы величина подводной электрической энергии при регулировании межэлектродного расстояния меньше влияла на импульс давления, подводимая энергия изменяется по разному. Так, при уменьшении межэлектродного расстояния электрическая энергия уменьшается путемуменьшения напряжения на емкоетном накопителе, а при увеличении расстояния , она увеличивается путем увеличения емкости накопителя где W - энергия заряженного накопителя;С - емкость накопителя; и - напряжение на накопителе. Устройство возбуждения упругих колебаний работает следующим образом. От сети переменного тока через регулируемый выпрямитель 4 заряжается емкостной накопитель 3 до нескольких киловольт (3-10 кВ J. По команде внешнего запуска емкостной накопитель 3 разряжается через управляемый разрядник 2 на излучатель I, который обычно конструктивно выполнен в виде

отрезка коаксиального кабеля, центральная жила и оплетка которого являются электродами и расположены в воде, причем, вода является естественной средой, где происходит разряд и электромеханическое преобразование электрической энергии в акустическую

С измерительного сопротивления 8 снимается напряжение и подается на |вход пороговой схемы 9. Это напряжение соответствует форме тока в разрядной цепи. На фиг. 2 кривая 11 тока соответствует нормальной работе излучателя с межэлектродным расстоянием близким к критическому, при котором происходит незавершенный разря (коронный)с наибольшим КПД преобразования энергии. При уменьшении межэлектродного расстояния незавершенный разряд переходит в завершенный (пробой) , которому соответствует кривая 12 тока. При увеличении межэлектродного расстояния незавершенный разряд продолжает оставаться незавершенньм, но амплитуда тока уменьшается ( кривая 13 тока на фиг. 2).

Если по какой-либо причине происходит уменьшение межэлектродного рассГояния, что соответствует кривой 12 тока (фиг. 2), срабатывает пороговая схема 9 по нижнему уровню, и на регулируемый выпрямитель 4 с пороговой схемы поступает команда. С регулируемого выпрямителя снимается пониженное напряжение, до которого заряжается емкостной накопитель 3, и очередной разряд в цепи излучателя происходит с пониженной энергией и напряжением по отношению к предыдущему циклу разряда. Это, в свою очередь, приводит к пониженному разрушению изоляции и электродов излучателя и увеличивает межэлектродное расстояние до нормального, не вызывая изменения амплитуды импульса давления.

Если у излучателя в процессе работы произошло увеличение межэлектродного расстояния, что соответствует кривой 1.3 тока (фиг. 2) срабатывает пороговая схема 9 по верхнему уровню и поступает команда на регулируемый выпрямитель 7 и разрешение на работу управляемого разрядника 5 от очередного импульса запуска через схему совпадения И 10. По этой коман де с регулируемого выпрямителя 7 подается выбранное напряжение на емкостной накопитель 6 и при очередном запус через излучатель 1 идет разрядный ток двух емкостных накопителей 3 и 6 энергии что приводит к более интенсивному разрушению изоляции и элктродов излучателя и восстанавливае прежний межэлектродный промежуток. Увеличение энергии при разряде путе увеличения емкости за счет подключения второго накопителя приводит к незначительному увеличению амплитуды импульса давления, практически малозаметному.

Работа предлагаемого устройства разобрана для случая выполнения излучателя в виде отрезка коаксиального кабеля, но это не исключает ег работоспоробности и положительного эффекта при других вариантах излучателей.

Формула изобретения

Устройство возбуждения упругих колебаний, содержащее соединенные между собой излучатель и генератор импульсов, состоящий из регулируемого высоковольтного выпрямителя, со(Эдиненного с емкостным накопителем . и разрядником, управляемым внешним синхронизатором, отличающееся тем, что, с целью повышения стабилизации параметров возбуждаемых импульсов давления, оно снабжено измерительным сопротивлением, дополнительным генератором импульсов, пороговой схемой и схемой совпадений, причем емкостные накопители генераторов импульсов соединены между собой, измерительным сопротивлением и со входом пороговой схемы, два выхода пороговой схемы соединены с регулировочными входами регулируемых выпрямителей, а третий - с управляеMbw разрядником дополнительного генератора импульсов через схему совпадения И, управляемую внешним синхронизатором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.. Авторское свидетельство СССР № 243205, кл. G 01- V 1/157, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР № 504994, кл. G 01 V 1/157, 1974 (прототип).

22Т

о/

/u/

Т W

Й/г./

X