Устройство для калибровки сейсмоакустических преобразователей

Изобретение относится к геофизическим, а в частности к сейсмоакустическим, методам исследований и может быть использовано для калибровки сейсмоакустических преобразователей, применяющихся при мониторинге различных технических объектов. Согласно заявленному устройству использована система, включающая монолитный блок, два многолучевых интерферометра, акустически развязанных с монолитным блоком, фотоприемники и измерители, мозаичного излучающего элемента, жестко закрепленного с обратной стороны монолитного блока, на котором устанавливаются эталонный и калибруемый сейсмоакустические преобразователи. Технический результат – повышение достоверности измерений и точности возбуждения. 1 ил.

 

Изобретение относится к геофизическим, в частности сейсмоакустическим, методам исследований, и может быть использовано для калибровки характеристик сейсмоакустических преобразователей.

Известно устройство [1], в котором калибруемый сейсмоакустический преобразователь установлен на конический демпфер через излучающий и контролирующий пьезоэлементы, акустически прозрачный пластичный элемент и оптическую призму с внутренними зеркалами.

К недостаткам следует отнести низкую достоверность, т.к. отсутствует контроль смещения рабочей поверхности сейсмоакустического преобразователя, зависимость полученных результатов от присоединенной массы и габаритов сейсмоакустического преобразователя, т.к. в каждом конкретном случае необходимо подбирать под площадь рабочей поверхности сейсмоакустического преобразователя новую оптическую призму, что делает задачу измерений трудновыполнимой.

Наиболее близким является устройство [2], в котором калибруемый преобразователь устанавливается на монолит, который акустически связан с излучателем, а смещение поверхности монолита измеряется оптическим двухлучевым интерферометром.

Недостатком является низкая достоверность, т.к. не контролируется акустический контакт калибруемого датчика с монолитом, не измеряется смещение рабочей поверхности калибруемого датчика, а измеряется смещение поверхности монолита в точке, отстоящей от калибруемого датчика.

Заявленное решение направлено на повышение достоверности измерений и точности возбуждения.

Поставленная цель достигается тем, что используют монолитный блок с двумя отверстиями, дополнительно эталонный сейсмоакустический преобразователь, два приемных устройства, два регистратора, два многолучевых оптических интерферометра, два фотоприемника, два измерителя электрических сигналов, решающее устройство, компаратор, k элементов, регулирующих напряжение, мозаичный излучатель, состоящий из k элементов, оптическое волокно, три оптических разветвителя, причем лазер посредством оптического волокна и оптических разветвителей соединен с двумя многолучевыми оптическими интерферометрами, на выходе которых через оптические разветвители подключены фотоприемники и измерители электрических сигналов, выходы которых соединены с первым и вторым входами компаратора, выход компаратора соединен со входом решающего устройства и с разрешающими входами регистраторов, выходы которых соединены с управляющими входами элементов, регулирующих напряжение, и с разрешающими входами измерителей электрических сигналов, основные входы которых соединены с выходами эталонного и калибруемого сейсмоакустических преобразователей, выход генератора соединен с входами k элементов мозаичного излучателя через k элементов, регулирующих напряжение, и с регистраторами, причем элементы мозаичного излучателя жестко закреплены на поверхности монолитного блока, а многолучевые оптические интерферометры акустически развязаны с монолитным блоком.

На фиг. 1 представлена функциональная блок-схема предлагаемого устройства. Здесь 1 - оптический квантовый генератор (ОКГ), 2 - оптический разветвитель, 3 - оптическое волокно, 4 - фотоприемник, 5 - приемное устройство, 6 - эталонный сейсмоакустический преобразователь (САП), 7 - калибруемый САП, 8 - монолитный блок, 9 - мозаичный излучатель, 10 - регулирующий напряжение элемент, 11 - решающее устройство, 12 - генератор, 13 - измеритель электрических сигналов, 14 - регистратор, 15 - компаратор, 16 - волоконно-оптический многолучевой интерферометр.

Калибруемый и эталонный САП 6, 7 устанавливаются на монолитный блок 8 центрами своих рабочих поверхностей на отверстия, проделанные в монолитном блоке 8, в которых установлены волоконно-оптические многолучевые интерферометры 16. Выходы многолучевых оптических интерферометров 16 соединены со входами компаратора 15 через фотоприемники 4 и приемные устройства 5. Мозаичный излучатель 9 жестко зафиксирован на обратной стороне монолитного блока 8 и подключен к генератору 12 через элементы 10, регулирующие напряжение. Выходы эталонного и калибруемого САП подключены к первым входам регистраторов 14, где ко вторым входам подключен генератор 12, а управляющие входы регистраторов 14 соединены с выходом компаратора 15 и входом решающего устройства 11, выходы которого соединены с управляющими входами элементов 10, регулирующих напряжение, чьи основные входы соединены с генератором 12.

Работает устройство следующим образом. Генератор 12 возбуждает закрепленный на монолитном блоке 8 излучающий элемент 9, который излучает механические колебания. Эталонный 6 и калибруемый 7 САП принимают механическое смещение и преобразуют в электрический сигнал на выходе. Непосредственно механическое смещение рабочих поверхностей эталонного 6 и калибруемого 7 САП измеряют два многолучевых волоконно-оптических интерферометра 16.

Использование двухлучевых интерферометров в качестве интерференционного измерителя механических перемещений [1, 2] малоэффективны, т.к. большой разбаланс плеч таких интерферометров приводит к снижению чувствительности и, в конечном итоге, к существенной ошибке и невозможности вести измерения. В этом случае целесообразно использовать многолучевой оптический интерферометр в качестве интерференционного измерителя механических перемещений с возможностью проводить измерения колебательной поверхности САП через отверстие. Наилучшим образом здесь подходят многолучевые волоконно-оптические лазерные интерферометры, которые предлагаются в настоящем решении.

Результаты измерений механических смещений рабочих поверхностей эталонного 6 и калибруемого 7 САП через приемные устройства 5 и фотоприемники 4 поступают на сравниваемые входы компаратора 15, выход которого соединен с входом решающего устройства 11. Решающее устройство 11 управляет элементами 10, регулирующими напряжение на элементах мозаичного излучателя 9 для достижения одинакового механического смещения рабочих поверхностей эталонного 6 и калибруемого 7 САП. По достижении одинакового смещения рабочих поверхностей эталонного 6 и калибруемого 7 САП на выходе компаратора 15 вырабатывается напряжение, позволяющее регистраторам 14 регистрировать в автоматическом режиме электрические сигналы с выходов эталонного 6 и калибруемого 7 САП через измерители электрических сигналов 13, при фиксированном значении генератора 12, и при этом не меняя настройки элементов 10, регулирующих напряжение. Волоконно-оптические многолучевые интерферометры 16 механически развязаны с монолитным блоком 8.

Таким образом, в автоматическом режиме происходит калибровка сейсмоакустических преобразователей.

Предложенное устройство выгодно отличается от известных повышением достоверности за счет непосредственного контроля рабочих поверхностей эталонного и калибруемого САП с помощью предлагаемого волоконно-оптического многолучевого интерферометра. А также использованием матричного излучающего элемента, который не приходится смещать по поверхности монолитного блока и контролировать его акустический контакт.

Литература

1. Патент РФ №2165092, G01N 1/16, 2001.

2. Патент РФ №2321849, G01N 29/04, 2008.

Устройство для калибровки сейсмоакустических преобразователей, содержащее монолитный блок, лазер, генератор, фотоприемное устройство, регистрирующее устройство, генератор, калибруемый сейсмоакустический преобразователь, отличающееся тем, что используют монолитный блок с двумя отверстиями, эталонный сейсмоакустический преобразователь, два приемных устройства, два регистратора, два многолучевых оптических интерферометра, два фотоприемника, два измерителя электрических сигналов, решающее устройство, компаратор, k элементов, регулирующих напряжение, мозаичный излучатель, состоящий из k элементов, оптическое волокно, три оптических разветвителя, причем лазер посредством оптического волокна и оптических разветвителей соединен с двумя многолучевыми оптическими интерферометрами, на выходе которых через оптические разветвители подключены фотоприемники и измерители электрических сигналов, выходы которых соединены с первым и вторым входами компаратора, выход компаратора соединен со входом решающего устройства и с разрешающими входами регистраторов, выходы которых соединены с управляющими входами элементов, регулирующих напряжение, и с разрешающими входами измерителей электрических сигналов, основные входы которых соединены с выходами эталонного и калибруемого сейсмоакустических преобразователей, выход генератора соединен с входами k элементов мозаичного излучателя через k элементов, регулирующих напряжение, и с регистраторами, причем элементы мозаичного излучателя жестко закреплены на поверхности монолитного блока, а многолучевые оптические интерферометры акустически развязаны с монолитным блоком.