Сейсмодатчик

 

Использование: при изучении механических, волновых и колебательных процессов, происходящих в твердых упругих объектах, например в геофизических исследованиях породных массивов. Сущность изобретения: излучение лазера вводится в световод интерферометра, к свободному концу которого подключен блок обработки данных, состоящий из двух фотодиодов, подключенных на входы дифференциального усилителя, который фиксирует изменение интенсивности двух интерференционных пятен на выходе датчика. Колебания поверхности объекта, на котором зафиксирован датчик, вызывают соответствующие колебания грузика, которые приводят к поперечному деформированию световода и, тем самым, модуляции фазы направляемого по световоду излучения. Таким образом, предварительно протарировав сигнал на выходе датчика через количественную характеристику измеряемого параметра сейсмических колебаний, получают количественную оценку этого сигнала. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к датчикам, предназначенным для фиксации параметров сейсмических сигналов, и может быть использовано при изучении механических и волновых, и колебательных процессов, происходящих в твердых упругих объектах, например в геофизических исследованиях породных массивов.

Известен сейсмодатчик, содержащий чувствительный элемент, выполненный из пьезоэлектрического материала, например цирконат-титаната свинца или титаната бария, снабженный электродами, связанными с линией связи датчика с блоком обработки данных. При этом чувствительный элемент размещен внутри корпуса, заполненного демпфирующим материалом [1] Недостаток этого сейсмодатчика неудовлетворительная помехозащищенность датчика. Кроме того, трудоемкость изготовления датчика достаточно велика, также как и велика трудоемкость формирования измерительной линии из датчиков.

Известен сейсмодатчик, содержащий чувствительный элемент, инертную массу, размещенную с возможностью взаимодействия с чувствительным элементом и линию передачи измерительных сигналов к блоку обработки данных [2] Этот сейсмодатчик характеризуется недостаточной чувствительностью сейсмодатчик характеризуется и неудовлетворительной надежностью полученных данных, при измерениях в условиях дополнительного воздействия других физических полей, например тепловых, электромагнитных, магнитных и т.п. вследствие недостаточной помехозащищенности датчика и каналов связи с блоками обработки данных.

Задача изобретения повышение чувствительности датчика к сейсмическим воздействиям при обеспечении повышенной помехозащищенности.

Технический результат выражается в повышении чувствительности датчика в результате использования в качестве чувствительного элемента оптического интерферометра и снижении чувствительности сейсмического датчика к физическим полям иного характера.

Задача решается тем, что сейсмодатчик, содержащий чувствительный элемент, инертную массу, размещенную с возможностью взаимодействия с чувствительным элементом и линию передачи сигналов к блоку обработки данных, отличается тем, что чувствительный элемент датчика выполнен в виде одноволоконного интерферометра, для чего участок волоконного световода размещен внутри жесткого корпуса и растянут внутри него, при этом, концы указанного участка световода жестко скреплены с торцами корпуса, а внутри последнего размещена инертная масса с возможностью взаимодействия со световодом, кроме того, в качестве средства передачи сигналов к блоку обработки данных использован участок волоконного световода, оставшийся свободным.

Кроме того, в качестве инертной массы использован грузик, предпочтительно из немагнитного материала, размеры которого меньше размеров поперечного сечения полости жесткого корпуса, при этом, грузик жестко зафиксирован на световоде и полость корпуса датчика заполнена вязкой средой, например маслом.

Сопоставительный анализ совокупностей признаков изобретения и признаков известных решений свидетельствует о соответствии критерию новизна.

Признаки отличительной части формулы изобретения характеризуют конструктивную схему датчика, обеспечивающую восприятие механических колебаний, характеризующих параметры сейсмического сигнала и перевод их в измерительный сигнал, характеризуемый индиферентностью к физическим полям иного рода, при этом, предварительное растяжение участка световода с определенным усилием способствует повышению его чувствительности к восприятию механических колебаний.

Признаки второго пункта формулы изобретения характеризуют оптимальные параметры инерционной массы и обеспечивают оптимальные условия ее взаимодействия со световодом.

На чертеже показан датчик, продольный разрез.

На чертеже показаны световод 1, корпус датчика 2, грузик 3, заглушки 4 с отверстиями 5, слой клея 6, наполнитель (масло) 7, заливочное отверстие 8, лазер 9, блок обработки данных 10.

В качестве световода 1 датчика используется кварцевое волокно, например двухмодовое с диаметром сердцевины порядка 7 мкм), т.е. чувствительный элемент представляет из себя волоконный двухмодовый интерферометр длиной 100 мм, длина рабочего участка которого составляет 90 мм. Корпус 2 датчика выполнен в виде металлического полого цилиндра длиной порядка 120 130 мм. Его концы снабжены резьбой, соответствующей резьбе выполненной на внешних кромках заглушек 4. Вес грузика составляет 1 грамм. В качестве основы клеевого слоя 6 целесообразно использовать акриловый клей. Заглушки 4 выполнены в виде дисков, снабженных отверстиями, обеспечивающими проход световодов 1. Одна из заглушек снабжена парой отверстий 8, снабженных резьбовыми пробками.

Сборку датчика осуществляют в следующем порядке: на световоде 1 фиксируют, например приклеивают грузик 3, (целесообразно, чтобы в грузике имелось отверстие, через которое пропускают световод. Свободные концы световода 1 пропускают через отверстия 5 в заглушках 4 и фиксируют клеем 6 второй конец световода 1. Далее, удерживая приклеенный конец световода 1 осуществляют его натяжение с силой 1Н, после чего отверстия 8 закрывают пробками, не показаны.

Собранный датчик обеспечивает измерения сейсмоакустических колебаний в полосе частот от 15 до 1000 Гц.

Сейсмодатчик работает следующим образом.

Излучение лазера 9 вводится в световод 1 интерферометра, к свободному концу которого подключен блок обработки данных 10, состоящий из двух фотодиодов, подключенных на входы дифференциального усилителя, который фиксирует изменение интенсивности двух интерференционных пятен на выходе датчика. Колебания поверхности объекта, на котором зафиксирован датчик, вызывают соответствующие колебания грузика 3, которые приводят к поперечному деформированию световода и к модуляции фазы направляемого по световоду излучения.

Таким образом протарировав сигнал на выходе датчика через количественную характеристику измеряемого параметра сейсмических колебаний, получают количественную оценку этого сигнала.

Формула изобретения

1. Сейсмодатчик, содержащий чувствительный элемент, инертную массу, размещенную с возможностью взаимодействия с чувствительным элементом, и блок обработки данных, отличающийся тем, что он дополнительно содержит жесткий корпус, а чувствительный элемент выполнен в виде одноволоконного интерферометра, включающего лазер, оптически соединенный с входом волоконного световода, выход которого соединен с входом блока обработки данных, при этом участок волоконного световода размещен внутри жесткого корпуса, растянут внутри него, а его концы жестко скреплены с торцами корпуса, внутри которого размещена инертная масса, жестко закрепленная на световоде.

2. Сейсмодатчик по п. 1, отличающийся тем, что инертная масса выполнена в виде грузика из немагнитного материала.

3. Сейсмодатчик по п. 1, отличающийся тем, что полость жесткого корпуса заполнена вязкой жидкостью.

РИСУНКИ

Рисунок 1