Самоустанавливающийся трехкомпонентный сейсмоприемник

 

Использование: сейсмометрия, разведочная геофизика, в скважинных исследованиях. Сущность изобретения: самоустанавливающийся трехкомпонентный сейсмоприемник содержит корпус, полую инерционную массу, ферромагнитную опору с концентратором, вертикальный магнит с концентратором, горизонтальный магнит, ортогональные датчики, регулятор, соленоид. Опора, магнит, соленоид и регулятор обеспечивают активный магнитный подвес инерционной массы внутри корпуса. Магнит обеспечивает демпфирование горизонтальных колебаний инерционной массы. 1 ил.

Изобретение относится к регистрации сейсмических колебаний и может быть использовано в сейсмометрии, разведочной геофизике, в том числе в скважинных исследованиях.

Известен самоустанавливающийся трехкомпонентный сейсмоприемник, содержащий преобразователи, корпус и установочный узел, выполненный в виде горизонтального постоянного магнита, закрепленного на корпусе, подпятника сферической формы и воздушного компрессора, а корпус имеет сферическое основание, в котором выполнено отверстие [1] Недостатком известного сейсмоприемника является сложность конструкции и эксплуатации вследствие наличия трех преобразователей, каждый из которых включает инерционную массу с соответствующими упругим подвесом и датчиком, воздушного компрессора и сферического основания.

Известен самоустанавливающийся трехкомпонентный сейсмоприемник, содержащий три ортогональных преобразователя, каждый из которых включает инерционную массу с соответствующими упругим подвесом и ортогональным датчиком, корпус и установочный узел, выполненный в виде горизонтального постоянного магнита, закрепленного на корпусе, подпятника сферической формы и воздушного компрессора с установленным на нем пневматическим тумблером, причем корпус имеет сферическое основание, в котором выполнено отверстие и на котором жестко закреплен датчик горизонтального положения, соединненый через таймер с пневматическим тумблером [2] Недостатком известного сейсмоприемника является сложность конструкции и эксплуатации вследствие наличия трех преобразователей, воздушного компрессора, пневматического тумблера, таймера и сферического основания.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, заключаются в наличии корпуса, расположенной в корпусе инерционной массы, упругого подвеса инерционной массы, трех ортогональных датчиков перемещения инерционной массы и горизонтального постоянного магнита.

Причиной, препятствующей получению требуемого технического результата, является использование для самоориентации сейсмоприеника воздушной подушки между сферическим основанием, на котором установлены ортогональные преобразователи, каждый из которых включает инерционную массу с соответствующим упругим подвесом и ортогональным датчиком, и подпятником сферической формы.

Цель изобретения упрощение конструкции и эксплуатации сейсмоприемника.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в том, что используемый активный магнитный подвес инерционной массы совместно с горизонтальным постоянным магнитом одновременно выполняет две функции функцию упругого подвеса инерционной массы по трем координатам и функцию автоматической ориентации сейсмоприемника, что дает возможность исключить воздушную подушку, значительно усложняющую конструкцию и эксплуатацию.

Существенные признаки, характеризующие изобретение, заключаются в следующем.

Упругий подвес инерционной массы выполнен в виде вертикальной ферромагнитной опоры с концентратором, установленной в верхней части корпуса или инерционной массы, вертикального постоянного магнита с концентратором, установленного в верхней части соответственно инерционной массы или корпуса с возможностью магнитного взаимодействия данного магнита с указанной ферромагнитной опорой, и соленоида, установленного в верхней части инерционной массы с возможностью электромагнитного взаимодействия с установленной на корпусе вертикальной ферромагнитной опорой или с установленным на корпусе вертикальным постоянным магнитом, причем инерционная масса выполнена полой с расположенным в ней регулятором с источником питания, вход регулятора соединен с датчиком вертикального перемещения инерционной массы, а выход регулятора с обмоткой соленоида, в нижней части инерционной массы установлен горизонтальный постоянный магнит с возможностью взаимодействия с дном корпуса путем наведения в нем токов Фуко.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем. Активный магнитный подвес инерционной массы внутри корпуса обеспечивает постоянство вертикальной ориентации инерционной массы независимо от наклона корпуса, а связанный с инерционной массой горизонтальный постоянный магнит обеспечивает горизонтальную ориентацию инерционной массы по магнитному меридиану, что обеспечивает самоустановку сейсмоприемника без применения динамической воздушной подушки. Кроме того, горизонтальный постоянный магнит за счет наведения им токов Фуко в днище корпуса обеспечивает демпфирование горизонтальных колебаний нижней части инерционной массы, что в сочетании с активным магнитным подвесом инерционной массы и наличием концентраторов у ферромагнитной опоры и вертикального постоянного магнита обеспечивает эффект упругого подвеса инерционной массы в горизонтальных направлениях. Это обеспечивает регистрацию колебаний инерционной массы не только в вертикальном, но и в двух ортогональных горизонтальных направлениях, обеспечивая тем самым искомую трехкомпонентность сейсмоприемника при использовании лишь одной инерционной массы, что упрощает конструкцию.

На чертеже схематично представлена конструкция сеймоприемника.

Самоустанавливающийся трехкомпонентный сейсмоприемник содержит корпус 1, расположенную в корпусе полую инерционную массу 2, вертикальную ферромагнитную опору 3 с концентратором 4, стакан 5 с днищем 6 и поперечной перегородкой 7, вертикальный постоянный магнит 8 с концентратором 9, горизонтальный постоянный магнит 10, ортогональные датчики 11 перемещения инерционной массы 2 в горизонтальных направлениях Х, У и ортогональный датчик 12 перемещения инерционной массы 2 в вертикальном направлении, регулятор 13, переменный резистор 14 для регулирования жесткости магнитного подвеса инерционной массы 2, соленоид 15. При этом ферромагнитная опора 3 своим верхним концом закреплена на корпусе 1 в его верхней части, а на нижнем конце опоры 3 соосно с ней установлен концентратор 4. В верхней части инерционной массы 2 закреплен стакан 5, ориентированный вертикально своим дном 6 в нижнем направлении. В нижней полости стакана 5, т.е. между его дном 6 и перегородкой 7, установлен вертикальный постоянный магнит 8 с концентратором 9, соосным стакану 5. В верхней полости стакана 5, т.е. выше перегородки 7, без механического взаимодействия со стаканом и соосно с ним расположена ферромагнитная опора 3. На боковой поверхности стакана 5 закреплены два ортогональных датчика 11 горизонтального перемещения инерционной массы 2. На поперечной перегородке 7 стакана 5 закреплен третий ортогональный датчик 12 вертикального перемещения инерционной массы 2. При этом выход датчика 12 соединен с входом регулятора 13, выход которого через переменный резистор 14 соединен с обмоткой соленоида 15, установленного в верхней части инерционной массы 2 с охватом стакана 5. В нижней части инерционной массы 2 установлен горизонтальный постоянный магнит 10. Нижняя часть инерционной массы 2 вместе с магнитом 10, а также дно корпуса 1 выполнены сферическими, причем центром обеих сфер является точка подвеса инерционной массы, расположенная между концентраторами 4 и 9. При этом условии обеспечивается постоянство зазора между магнитом 10 и дном корпуса 1, которое выполнено из немагнитного электропроводящего материала. Кроме того, магнит 10 ориентирован в направлении одного из горизонтальных датчиков 11 (Х или У).

Работа сейсмоприемника заключается в следующем.

При отсутствии внешних воздействий активный магнитный подвес инерционной массы 2 внутри корпуса 1 обеспечивается силой притяжения между ферромагнитной опорой 3 и постоянным магнитом 8, а также переменной (притяжения и отталкивания) регулируемой регулятором 13 силой электромагнитного взаимодействия между опорой 3 и соленоидом 15. При этом существует такое расстояние между концентраторами 4 и 9, что вес инерционной массы полностью уравновешивается силой притяжения между опорой 3 и магнитом 8. Однако это равновесие неустойчиво: незначительное воздействие ведет к прогрессирующему увеличению или уменьшению зазора между концентраторами 4 и 9. В частности, при увеличении данного зазора выше заданной величины датчик 12, воздействуя на регулятор 13, обусловливает в обмотке соленоида 15 ток соответствующей величины и направления, что увеличивает подъемную силу и уменьшает тем самым зазор до заданной величины. В случае же уменьшения указанного зазора регулятор 13 обусловливает в обмотке соленоида 15 ток соответствующей величины, но обратного направления, что увеличивает отталкивающую силу и тем самым увеличивает рассматриваемый зазор до его первоначальной (заданной) величины. Так, путем вертикальных микроколебаний инерционной массы 2 на заданном расстоянии между концентраторами 4 и 9 обеспечивается активный магнитный подвес указанной массы. При этом концентраторы 4 и 9 обеспечивают необходимую упругость подвеса также и в горизонтальных направлениях. При установке сейсмоприемника на объекте инерционная масса 2 независимо от положения корпуса 1 благодаря активному магнитному подвесу занимает всегда вертикальное положение, а благодаря магниту 10 одним из своих датчиков 11 автоматически ориентируется по магнитному меридиану. Сейсмическое воздействие приводит к соответствующим колебаниям инерционной массы 2 относительно корпуса 1 в различных направлениях, что регистрируется ортогональными датчиками 11, 12. При этом вредный для регистрации этих колебаний эффект маятника устраняется токами Фуко, которые наводятся в днище корпуса 1 от магнита 10, обеспечивая тем самым необходимое демпфирование указанных колебаний нижней части инерционной массы 2.

Формула изобретения

САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИЙСЯ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЙ СЕЙСМОПРИЕМНИК, содержащий корпус со сферическим дном, установленную в корпусе инерционную массу, установочный узел, включающий горизонтальный постоянный магнит и три ортогональных датчика перемещения инерционной массы, отличающийся тем, что инерционная масса выполнена полой, в ее верхней части вертикально установлен стакан с поперечной перегородкой, дно которого расположено внутри инерционной массы, а на боковых поверхностях размещены два ортогональных датчика горизонтальных перемещений инерционной массы, а третий ортогональный датчик вертикальных перемещений инерционной массы закреплен на поперечной перегородке, в нижней части инерционной массы расположен горизонтальный постоянный магнит, дно корпуса выполнено из немагнитного электропроводящего материала, при этом нижняя часть инерционной массы и горизонтальный постоянный магнит выполнены сферическими, центром сфер которых и сферического дна корпуса является точка подвеса инерционной массы, в качестве подвеса инерционной массы используется установочный узел, содержащий дополнительно вертикальную ферромагнитную опору, вертикальный постоянный магнит и соленоид, при этом один торец ферромагнитной опоры закреплен в верхней части корпуса, а на другом ее торце соосно установлен концентратор, на верхнем торце вертикального магнита, размещенного в полости стакана ниже перегородки, соосно с ним расположен концентратор, соленоид установлен в верхней части инерционной массы с охватом стакана с возможностью электромагнитного взаимодействия с ферромагнитной опорой, внутри полой инерционной массы расположены регулятор с источником питания, при этом вход регулятора соединен с выходом датчика вертикального перемещения инерционной массы, а выход обмоткой соленоида.

РИСУНКИ

Рисунок 1