Трехкомпонентный датчик для сейсмического моделирования

Трехкомпонентный датчик для сейсмического моделирования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ТРЕХКОШОНЕНТНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ СЕЙСМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ, содержащий чувствительный элемент в виде пьезоэлементов с электродами. отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и чувствительности, чувствительный злемент выполнен в виде блока из четырех идентичных и соединенных механически попарно по двум .взаимно перпендикулярным граням пьезоэлементов в виде призм, один электрод которых заземлен, а каждьй из четырех других электродов подключен к индивидуальному измерительному каналу, состоящему из последовательно соединенных усилителя и фазоинвертора, при этом в датчик введены сумматоры, Х Y н Z - компонент колебаний, а выходы фазоинверторов соединены с (Л сумматором Z-компоненты колебаний, выходы первого и третьего усилителя, с второго и четвертого фазоинверторов с сумматором Y-компоненты, а выходы третьего и четвертого усилителя, первого и второго фазоинвертора - с сумматором Х-компоненты, х о К) СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С Ol V l 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

"-»

"«»

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ООУДАРОТ ЕКН !Й КОМИТЕТ CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3704865/24-25 (22) 27.02. 84 (46) 07. I I ..85. Бюл. II 4! (7!) Институт геологии и геофизики им.60-летия Союза CCP (72) Б.А.Бобров, Л.Д.Гик и Ю.А.Орлов (53) 550.834(088.8) (56) Аверко В.M. и др. К помехоустойчивости аппаратуры акустического каротажа, Новосибирск. СО АН СССР, Институт геологии и геофизики, 1973, Авторское свидетельство СССР

В 625!75, кл, С 01 Ч 1/16, 1976.

Боканенко Л.И. Ультразвуковой датчик с биморфным пьезоэлементом.

Из-во АН СССР, сер.физ.Земля, Ф I, 1966. с.68. (54) (57) TPEXKOMIIOHEHTHblA ДАТЧИК

ДЛЯ СЕЙСМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ, содержащий чувствительный элемент в виде пьезоэлементов с электродами, „„SU„„90325 А отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и чувствительности, чувствительный элемент выполнен в виде блока иэ четырех идентичных и соединенных механически попарно по двум взаимно перпендикулярным граням пьезоэлементов в виде призм, один электрод которых заземлен, а каждый из четырех других электродов подключен к индивидуальному измерительному каналу, состоящему из последовательно соединенных усилителя и фазоинвертора, при этом в датчик введены сумматоры, Х Y и 2 — компонент колебаний, а. выходы фазоинверторов соединены с сумматором 2-компоненты колебаний, выходы первого и третьего усилителя, второго и четвертого фазоинверторов с сумматором Y-компоненты, а выходы третьего и четвертого усилителя, первого и второго фазоинвертора — с сумматором Х-компоненты.

1190325

Изобретение относится к ультразвуковому моделированию сейсмических волн, в частности к контрольно-измерительной технике, и может быть использовано при акустическом каротаже 5 скважин, а также в ультразвуковой дефектоскопии.

Ультразвуковое моделирование волновых явлений на продольных,поперечных, обменных волнах позволяет значительно расширить круг задач, решаемых методами физического моделирования. Для повышения точности воспроизведения волновой картины в модели предъявляются высокие требования к 15 идентичности частотных характеристик датчиков компонентов регистрации, Цель изобретения — повышение точности измерения и чувствительности.

На фиг.1 приведен трехкомпонентный датчик, общий вид; на фиг.2 схема преобразователя электрических сигналов для одновременной регистрации трех компонент.

Датчик содержит четыре .одинаковые и поляризованные в одном направлении пьезокерамические призмы 2, которые выполнены с сечением, например, в виде квадрата, 30 равнобедренного треугольника или четверти< круга и соединены между собой по двум граням, так что каждая призма является обкладкой бимор-. фа. На торцовых поверхностях 35 призм нанесены электроды 3 и 4.1-4.4

Пьезоэлектрические призмы соединены между собой с помощью клея с малой диэлектрической проницаемостью, например эпоксидной смолой, у кото- 40 рой диэлектрическая проницаемость, 1. Диэлектрическая проницаемость пьезокерамики 2 .!О, и прослойка эпоксидной смолы позволяет электрически разделить призмы. Электроды 3 45 заземлены, а выводы электродов 4.14.4 подключены к преобразователю сигналов 5 (PC /.

ПС 5 состоит из усилителей 6.!в

6.4, фазоинверторов 7.1 7.4, сумма- 50 торов 8.1-8.3. Сигнал с каждого из электродов 4.!;4.4 поступает на вход ПС 5, на выходе которого (как это следует из схемы ) сигналы преобразованы следующим образом: 55

7 (41 4 4З 44)»

<<к - к С<ц,— u<,> + <<1; u„>j;

UV - К А!14.1 — П4,0 + (П Г Ц4.4)11 где U (1=z,õ,ó) — напряжение на выходе ПС 5, пропорциональное соответственно Z,X„Y — компонентам колебаний; К вЂ” коэффициент усиления усилителей по напряжению,"

U>(i 4.1, 4.2, 4.3,4.4) — напряжение на 1-ом электроде датчика.

Смещение каждой призмь| 2 датчика вызывает появление электрического заряда на электродах, сигнал от которых поступает на вход усилите.лей 6,1-6.4, к выходу каждого из них подключены фазоинверторы 7.!вЂ

7.4. Суммирование (или вычитание ) сигналов осуществляется подключением прямого (или инверсного ) выходов к сумматорам 8.1-8.3.

Для пояснения работы датчика последовательно рассмотрим случаи, когда на торец пьезоэлемента датчика действуют поочередно компоненты смещения „,, одинаковой амплитуды в системе координат, показанной на фиг.1. Под действием пьезоэлемент будет изогнут в плоскости ZX, на электродах 4.1-4.3 за счет сжатия появляются отрицательные заряды (-Q), а на нижних электродах 4.2 и 4.4 за счет растяжения появляются положительные заряды (+q), т.е. напряжение на электродах относительно заземленных электродов U4„= случае на выходе ПС 5 напряжение будет U Z =О; Ux= 4KQ/Ñ; UY=O.

Под действием смещения пьезо!

М элемент будет изогнут в плоскости

ZY, на электродах 4.3 и 4.4 за счет .сжатия появляются отрицательные заряды, а на электродах 4.1 и 4.2 положительные заряды, Т.е. U43= U44= — -Q/Ñ; U4„= Q/С и, следовательно

1!к = О» Uy = U K Q/C.

В случае, когда действует смещение, все призмы датчика будут сжаты вдоль оси Z, а на всех электрических контактах 4.1-4.4 появляются отрицательные заряды (-Q ),ò.å.

Ux O» и < O; UZ 4 K Q/С.

Из приведенного айализа следует что в случае действия на торец датс чика произвольного смещения с компонентами напряжение на выходе ПС 5 будет пропорционально ч г к" к 1-1ч

Рассчитанное соотношение чувствительностей к компонентам смещений

Ii90325 следующее . " „= „=, что

2S является результатом пересчета гори зонтального смещения торца датчика .в измененные длины пьезоэлемента (1

5 длина призмы, h — толщина пьезоэлемен.та) для призм с основанием в форме квадрата. Коррекция чувствительности .колебаниям осуществляется изменением коэффициентов щ последующего усиления для U„,U U соответствующих параметров.

Если векторы поляризации одной из нескольких призм имеют противоположные направления, необходимо в электрической цепи для призмы с обратной поляризацией переключить выход фазаинвертора с выходом усилителя.

В предлагаемом датчике электроды расположены на торцовых гранях призм. однако электроды могут быть расположены и на боковых гранях (достаточно лишь исключить электрическое замыка- 25 ние электродов, поместив между ними изолирующую прослойку ) при этом, если векторы поляризации всех призм имеют одинаковое направление, можно использовать приведенную на фиг.2 ЗО схему ПС 5 для выделения сигналов, пропорциональных ХФ,У Е-,амплитудам колебаний.

Усилители в блок-схему ПС 5 введены для варианта, когда амплитуда регистрируемых смещений достаточно мала. При использовании датчика для регистрации колебаний большой амплитуды все четыре усилителя могут быть исключены, и на сумматоры и фазоинверторы сигнал может подаваться пря" мо с контактов датчика. Таким обра" зом, за счет изменения конструкции расположения элементов биморфов достигается лучшая по сравнению с известным датчиком идентичность контактных условий установки датчика на модели.

Предлагаемый датчик менее требователен при изготовлении к идентичности элементов, вследствие усреднения сигнала от всех элементов. Кроме того, датчик содержит меньшее число пьезокерамических элементов (3-х компонентный датчик биморфного типа состоит из 3 биморфов, т.е.

6 элементов ). В датчике существенно уменьшается ошибка в измерении коле-. баний, вызванная тем, что датчик имеет некоторую "конечную" площадь контакта с исследуемой средой. Для известного датчика она определяется расстоянием между биморфами, а в данном датчике она сведена к минимуму и определяется только толщиной самого датчика.

)190325

Ф:i2

Составитель М.Спасский

Техред О.Неце Корректор Л.Патай

Редактор Н.Яцола

Заказ 6976/49

Тираж 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4