Сейсмоприемник давления

 

ОПИСАНИЕ

Союз Советских, Социалистических

Республик (11):1 004935

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6) ) Дополнительное к авт. свкд-ву (22) Заявлено 19.06.81 (21) 3302856/18-25 с-присоединением заявки,%— (23) Приоритет (51)М. Кл.

G 01 V 1/16

Гасударственный кемнтет

СССР ае делам нзебретеннй н етнрьпнй

Опубликовано 15.03.83. Бюллетень № 10 (5З) УАК 550,834 (088.8) Дата опубликования описания 15.03.83 /

Э. И. Машинский, А. Е. Блюм и Б. 4..-.Елисеев.::-.--, . у

8 Ф

/ 7 r

Вычислительный центр Сибирского отделения АН СССР / (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СЕЙСМОПРИЕМНИК ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к приемникам сейсмических сигналов и может быть использова. но для сейсмической разведки;

Известен сейсмоприемник давления, в котором в качестве преобразователя давления используется . лазерный интерферометр, а элементом, воспринимающим давление, является эластичная оболочка, заполненная жидкостью, в которой проходит измерительный луч интерферометра. Этот, прибор обладает высокой

I чувствительностью, достаточно широким частотным диапазоном и возможностью согласования со средой, (1).

Недостатком данного сейсмоприемника является ухудшение точности измерений из-за флуктуационных давлений в жидкости, зависящих от многих причин, и сложность конструкщш.

Наиболее близким к изобретению является сейсмоприемник давления, содержащий корпус с размещенными в нем лазерным интерферометром .и оптически прозрачным твердотельным чувствительным элементом, в котором проходит измерительный луч лазерного интер2 ферометра. Этот элемент для согласования со средой имеет физико-механические свойства, .близкие к горным породам, а на торцах его напылены отражающие поверхности для све.товых лучей. Референтное плечо интерферометра для акустической развязки выполнено s виде герметичного вакуумного канала в твердом теле (2)

Недостатками данного устройства являются то, что его чувствительность ограничена конеч-! 0 ными размерами чувствительного элемента (оптически прозрачное твердое тело). кото-. рые не могут быть значительными. Дело в том, что чувствительность интерферометра пряL мо зависит от длины пути измерительйого луча, т.е. от длины чувствительного элемента. Последняя выбирается из конструктивного реше ния с возможностью проведения измерений в скважине диаметром 100 — 150 мм. Кроме того, значительное увеличение длины чувствительного элемента приводит к снижению надежности прибора. При использовании в качестве. чувствительного элемента оптически прозрачного твердого тела непросто выполнить

3 10049 условие однородности и изотропности материала, из которого изготовлен чувствительный элемент. Кроме того, при увеличении размеров твердого тела возникают трудности в настройке ннтерферометра и сложности напыления 5 зеркальных поверхностей.

Сложно удовлетворить для твердотельного чувствительного элемента одновременно оба условия: сделать его оптически прозрачным, и с физико-механическими свойствами близки-10 ми к горным породам, что требует специаль-. ного оборудования и больших материальных затрат.

Цель изобретения — повышение чувствительности устройства. 15

Поставленная цель достигается тем,чтов сейсмоприемнике давления,, содержащем корпус с размещенными в нем лазерным интерферометром и оптически прозрачным твердотельным чувствительным элементом, последний щ выполнен в виде объема, заполненного непрерывным пучком световолокон, причем промежутки между волокнами заполнены вещест. вом, акустическая жесткость которого соизмерима с акустической жесткостью материала 25 световолокна. .В световолоконном пучке проходит измерительный луч интерферрометра, референтный луч помещен в вакуумную камеру. Поскольку в том же объеме и форме чувстви- чф тельного элемента может быть размещена очень большая длина световолокна, чувствительного к акустическим сигналам, то измерительный путь луча становится равным общей длине световолокна. Это резко (в сотни раз) повышает чувствительность. А так

35 как пучок световолокна залит затвердевающим веществом с акустической жесткостью, соизмеримой с акустической жесткостью, световолокна, то осуществляется согласованная

46 передача энергии сейсмических волн с малыми потерями, что также повышает чувствительность измерений.

На чертеже изображен сейсмоприемник давления.

Сейсмоприемник содержит корпус 1, спуско-подъемный >трос 2 с кабелем питания, передачи информации и разъемом, отсек 3, содержащий лазер, фотоприемник, оптические . элементы интерферометра и электронику, отсек 4 с референтным плечом интерферометра, вакуумированную камеру 5 с референтным плечом интерферометра, световолоконный пучок 6, заполняющее вещество 7, защитный слой 8, чувствительный элемент 9 сейсмопри- 55 емника, выходной 10 и входной 11 концы световолоконного пучка измерительного плеча интерферометра соответственно.

35 4

Сейсмоприемник давления имеет корпус 1 с разъемом, кабелем для подачи питания и схема информации и для проведения спускоподъемных операций. Сейсмоприемник делится на две части: верхнюю, где расположены оптико-электронные устройства, и нижнюю, являющуюся воспринимающим элементом.

Верхняя часть состоит из двух отсеков. В отсеке 3 расположены лазер, фотоприемник, оптические элементы интерферометра, электронные узлы. В отсеке 4 имеется вакуумированная камера 5 с референтным плечом интерферометра. Нижняя часть сейсмоприемника, чувствительный элемент, имеет следующую конструкцию. Измерительный луч интерферометра распространяется в непрерывном световолоконном пучке 6, имеющем входной конец 11 и выходной конец

10. Световод уложен любым способом в объеме чувствительного элемента таким образом, что занимает его полный объем и имеет форму чувствительного элемента, которая может быть разной конструкции (в данном случае сигарообразная форма) Промежутки между световолокнами 6 заполнены веществом 7.

Таким образом получается твердотельный чувствительный элемент. Заполняющее вещество может быть типа различных компаундов или смол, или синтетического происхождения.

Акустическая жесткость заполняющего веще; ства выбирается по возможности равной акустической жесткости материала световолокна, которое реагирует на акустические сигналы изменением своего показателя преломления, что является необходимым условием для работы интерферометра. Чувствительный элемент имеет внешнюю оболочку

В (защитный слой), которая предназначена

Ф как для предотвращения от механических повреждений, так и для согласования физикомеханических параметров материала заполняющей массы и соответствующих свойств горных пород. В принципе, может быль подобран такой заполняющий материал, который будет удовлетворять требованиям согласования акустических сопротивлений системы световолок. но — заполняющее вещество — горная порода. Нижняя часть чувствительного элемента

9 может иметь различную форму (удлиненную, конусообразную, плоскую, шарообразную и т.д.), удобную для осуществления контакта со средой

При измерениях сейсмоприемник давления опускается в скважину, в утулблении в почве или втыкается в нее, что делается обычным способом. Волны давления, воздейсавующие на чувствительный элемент, вызывают механические напряжения в материале. световолокна, в результате чего изменяется его

1004935

° I

S

:показатель преломления, что приводит к изменению оптического пути измерительного луча ижерферометра. Так как референтный луч интенферометра акустически изолирован оТ воздействий сигналов, то на выходе интерферометра имеются изменения -в интерференционной картине, который регистрируется фотоприемником и нреобраэуется в электрический сигнал. Последний после предварительного усиления подается по кабелю питания 10 спуско-подъемного троса 2 на регистратор.

Положительный эффект изобретения заключается в повышении чувствительности измерений. Поскольку пучок световолокна вплотную друг к другу заполняет весь объем чувствительного элемента, получается большая длина измерительного луча интерферометра. Поэтому чувствительность предлагаемого устройства может быть повышена в сотни раэ по сравнению с однократным прохождением луча в 20 оптически. твердом теле устройства, взятого за лрототип. Кроме того, согласование акустио ческих жесткостей световояокна и заполняющего вещества способствует передаче сейсми,ческой энергии беэ потерь, что также увели- 2$ чивает чувствительность измерений. Кроме того, упрощается конструкция прибора. Нет необходимости чувствительный элемент выполнять однородным, что затрудняет его изготовление. Нет необходимости в напылении зер- ап кальных поверхностей к осуществлении плоскопараллельности граней больших размеров оптически прозрачного тела. Ввод и вывод света в световолокно можно - осуществить более простыми способами повышается надежность устройства, так как чувствительный элемент имеет более простую конструкцию, . чеМ прототип.

Применение сейсмоприемника позволит

Проводить сейсмофиэические исследования по. изучению формы первичного импульса и изЬ менення ее с расстоянием и изменением ..сейсмогеологнческих условий. Сейсмоприемник можно использовать при определении затухания сейсмических волн, связашых с поглощением энергии в реальных средах, определении границы между упругой и неупругой областями.

Все это позволяет выявлять связи между формой волны и физико-литологическими свойствами геологических сред, что является прямыми предпосылками для решения проблемы прямых поисков месторождений нсрти и газа.

Использование сейсмоприемника давления может быть полезным в сейсмологии, прогно- зировании землетрясений, в инженерно-строительных изысканиях, рудной сейсморазведке. в регистрации ядерных взрывов и дрФормула изобретения

Сейсмоцриемник давления, содержащий корпус с размещенными в нем,лазерным интерферометром н оптически прозрачным твердотельным чувствительным элементом, о т л ич.а ю шийся тем, что, с целью повышения чувтевительности, оптически прозрачный твердотельный чувствительный элемент выполнен в виде объема, заполненного непрерывным пучком световолокон, причем промежутки между волокнами заполнены веществом, акустическая жесткость которого соизмерима с акустической жесткостью материала световолокиа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Авторское свидетельство СССР я= 562137, кл. 001 Ч 1/16,,1977.

2. Авторское свидетельство по заявке

Н4 2851996/18 25, кл. О 01 V 1/16, 1980 (прототип) .

1004935

Составитель М. Спасский

Техред .С.Мигунова

Редактор Н. Воловик

Корректор Г. Огар

Заказ 1877/58

Тираж 708

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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