RU2076341C1 - Geophone - Google Patents

Geophone Download PDF

Info

Publication number
RU2076341C1
RU2076341C1 RU93043193A RU93043193A RU2076341C1 RU 2076341 C1 RU2076341 C1 RU 2076341C1 RU 93043193 A RU93043193 A RU 93043193A RU 93043193 A RU93043193 A RU 93043193A RU 2076341 C1 RU2076341 C1 RU 2076341C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
seismic receiver
sensitivity
cylindrical body
pressure
receiver
Prior art date
Application number
RU93043193A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93043193A (en
Inventor
В.И. Позерн
Original Assignee
Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" filed Critical Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор"
Priority to RU93043193A priority Critical patent/RU2076341C1/en
Publication of RU93043193A publication Critical patent/RU93043193A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2076341C1 publication Critical patent/RU2076341C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: seismometry. SUBSTANCE: invention can be used in the capacity of borehole and bottom geophone in sea seismometry. Cylindrical body is completely filled with liquid inertial mass and houses N piezoelements in the form of symmetrical two-side bimorphous cells which planes are perpendicular to end faces of body placed in symmetry relative to major planes of body by its end faces. Piezoelements anchored close to different end faces of body are intercoupled electrically in counterphase. EFFECT: expanded application field, improved functional reliability. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области сейсмометрии и может быть использовано в качестве скважинного сейсмоприемника, а также в качестве донного сейсмоприемника в морской сейсмометрии. The invention relates to the field of seismometry and can be used as a downhole seismic receiver, as well as as a bottom seismic receiver in marine seismometry.

В области сейсмометрии и, в частности морской сейсмометрии, имеется необходимость измерения низкочастотных вибраций (частоты ниже 102 Гц) малой амплитуды: в пределе на уровне сейсмических шумов (10-8 м/c2), при этом возникают задачи выделения малого полезного (измеряемого) сигнала на фоне электрических шумов предварительного усилителя (ПУ), а также на фоне акустических шумов.In the field of seismometry and, in particular, marine seismometry, there is a need to measure low-frequency vibrations (frequencies below 10 2 Hz) of small amplitude: in the limit at the level of seismic noise (10 -8 m / s 2 ), and there are problems of isolating small useful (measured ) signal against the background of electrical noise of the pre-amplifier (PU), as well as against the background of acoustic noise.

В последние десятилетия (начиная с 80-х годов) для этих целей стали широко применяться пьезокерамические сейсмоприемники-акселерометры, постепенно вытесняющие менее удобные в эксплуатации электродинамические велосиметры и маятниковые сейсмометры. In recent decades (starting from the 80s), piezoceramic seismic accelerometers have been widely used for these purposes, gradually displacing electrodynamic cycle meters and pendulum seismometers that are less convenient to use.

Наряду с положительными качествами пьезокерамических сейсмоприемников (СП) как то: стабильность параметров, механическая прочность, равномерная частотная характеристика чувствительности к ускорению, высокая конструктивность активного материала пьезокерамики, позволяющая разрабатывать СП разного назначения, пьезокерамические СП имеют особенность, существенно затрудняющую их использование в области низких частот, а именно емкостной характер внутреннего сопротивления, который затрудняет их согласование с предварительными усилителями на низких частотах. Along with the positive qualities of piezoceramic seismic receivers (SP), such as: stability of parameters, mechanical strength, uniform frequency response of acceleration sensitivity, high constructivity of the active material of piezoceramics, which makes it possible to develop SPs for various purposes, piezoceramic SPs have a feature that substantially complicates their use in the low-frequency range , namely the capacitive nature of the internal resistance, which makes it difficult to match them with the preliminary amplifier low frequencies.

Данный сейсмоприемник должен иметь величину β, достаточную для выделения сейсмических сигналов приблизительно 10-8 м/с2 на фоне акустических шумов моря, которые на частотах менее 102 Гц достигают порядка 10-3 Па/

Figure 00000002

Известны сейсмоприемники, выполненные в виде одного или нескольких пакетов пьезоэлементов, работающих на продольных колебаниях, нагруженных инерционной массой.This seismic receiver should have a value of β sufficient to isolate seismic signals of approximately 10 -8 m / s 2 against the background of acoustic noise of the sea, which at frequencies less than 10 2 Hz reach about 10 -3 Pa /
Figure 00000002

Known geophones made in the form of one or more packages of piezoelectric elements operating on longitudinal vibrations loaded with inertial mass.

Известны, например серийно выпускаемые пьезоэлектрические сейсмометры АПТ-IМ, выполненные в виде симметричной конструкции с тремя парами пьезоэлементов и центральной сферической инерционной массой 870 г, которые при диаметре 12 см и высоте 20 см имеют чувствительность 20 мВ/м/с2 при емкости 15900 пФ и при уровне шумов предварительного усилителя на частоте 1 Гц 0,5 мкВ/

Figure 00000003
могут обеспечить прием порогового сигнала не меньше 2,5 • 10-5 м/с2, при этом диапазон рабочих частот 0,1 100 Гц.APT-IM piezoelectric seismometers are known, for example, in the form of a symmetrical design with three pairs of piezoelectric elements and a central spherical inertial mass of 870 g, which, with a diameter of 12 cm and a height of 20 cm, have a sensitivity of 20 mV / m / s 2 with a capacitance of 15900 pF and at the noise level of the pre-amplifier at a frequency of 1 Hz 0.5 μV /
Figure 00000003
can provide a threshold signal reception of at least 2.5 • 10 -5 m / s 2 , while the range of operating frequencies is 0.1 to 100 Hz.

Увеличение чувствительности и, как следствие, уменьшение порогового сигнала достигается путем увеличения инерционной массы и уменьшения емкости, при этом, однако, снижается рабочий диапазон. An increase in sensitivity and, as a consequence, a decrease in the threshold signal is achieved by increasing the inertial mass and decreasing the capacitance, while, however, the operating range is reduced.

Известен сейсмоприемник с инерционной массой 3,6 кг и емкостью пьезоэлементов 200 пФ, при этом в диапазоне 0,01 20 Гц достигается чувствительность 25 В/м/с2 и обеспечивается пороговый сигнал приблизительно 10-7 м/с2.A known seismic receiver with an inertial mass of 3.6 kg and a capacitance of piezoelectric elements of 200 pF, while in the range of 0.01 to 20 Hz a sensitivity of 25 V / m / s 2 is achieved and a threshold signal of approximately 10 -7 m / s 2 is provided.

Видно, что, приближаясь к заданной величине по уровню минимального сигнала (требуется все же на порядок ниже), этот СП не обеспечивает работы во всем диапазоне частот (только до 20 Гц). It can be seen that, approaching a given value in terms of the minimum signal (still required an order of magnitude lower), this SP does not provide operation in the entire frequency range (only up to 20 Hz).

Таким образом можно утверждать, что с помощью рассматриваемого типа конструкций удовлетворить одновременно требованиям высокой чувствительности, большой емкости и широкого диапазона частот в низкочастотной области полностью не удалось. Thus, it can be argued that, using the type of structures under consideration, it was not possible to completely satisfy the requirements of high sensitivity, high capacitance, and a wide range of frequencies in the low-frequency region.

Это может быть объяснено тем, что в сейсмоприемниках, механическая система которых представляет собой гибкость пьезоэлемента, нагруженную на инерционную массу, чувствительность и резонансная частота fo непосредственно связаны между собой через эту гибкость, и увеличение fo (расширение диапазона частот) приводит к уменьшению чувствительности и наоборот.This can be explained by the fact that in geophones, the mechanical system of which is the flexibility of a piezoelectric element loaded on an inertial mass, the sensitivity and resonant frequency f o are directly related to each other through this flexibility, and an increase in f o (widening the frequency range) leads to a decrease in sensitivity and vice versa.

Известен также сейсмоприемник, который содержит пьезоэлемент сферической формы, контактирующий с жидкой инерционной массой, которая помещена в его внутреннем объеме. Сейсмоприемник имеет элемент крепления в виде сферического сегмента, на который оперт пьезоэлемент через гибкую прослойку [1] В диапазоне 0,1 120 Гц сейсмоприемник обеспечивает чувствительность γ приблизительно 60 мВ/м/с2 и прием порогового сигнала 5 • 10-6 м/с2. Сейсмоприемник предназначен для приема вертикальной составляющей вибрации.A seismic receiver is also known, which contains a spherical piezoelectric element in contact with a liquid inertial mass, which is placed in its internal volume. The seismic receiver has an attachment element in the form of a spherical segment, on which the piezoelectric element is supported through a flexible layer [1] In the range of 0.1 to 120 Hz, the seismic receiver provides a sensitivity of γ of approximately 60 mV / m / s 2 and the reception of a threshold signal of 5 • 10 -6 m / s 2 . The seismic receiver is designed to receive the vertical component of vibration.

Использование жидкой инерционной массы позволяет обеспечить передачу усилия по всей поверхности пьезоэлемента без применения жестких специальных конструктивных средств. Это приводит к повышению надежности сейсмоприемника и повышению его прочности к взрывной волне, что особенно важно в сейсмометрии. The use of liquid inertial mass allows for the transfer of force over the entire surface of the piezoelectric element without the use of rigid special structural means. This leads to an increase in the reliability of the seismic receiver and an increase in its strength to the blast wave, which is especially important in seismometry.

Однако чувствительность такого сейсмоприемника недостаточна, а ее увеличение связано не только со снижением резонансной частоты, но и с необходимостью увеличения размеров пьезокерамической сферы, что связано с технологическими трудностями и ведет к уменьшению прочности сейсмоприемника. However, the sensitivity of such a geophone is insufficient, and its increase is associated not only with a decrease in the resonant frequency, but also with the need to increase the size of the piezoceramic sphere, which is associated with technological difficulties and leads to a decrease in the strength of the geophone.

Наиболее близким к предлагаемому является сейсмоприемник [2] содержащий цилиндрический корпус, целиком заполненный жидкой инерционной массой. На торцах цилиндрического корпуса с их внутренней стороны установлены круглые односторонние биморфные элементы электрически соединенные противофазно. В таком сейсмоприемнике удается существенно повысить чувствительность к вибрации, как указано в [2] на порядок, однако этого недостаточно в рассмотренных выше условиях. Кроме того, рассмотренный в [2] сейсмоприемник не обладает достаточной полеустойчивостью и недостаточно избирателен в отношении неизмеряемой поперечной составляющей вибрации, поскольку для этого не принято специальных мер. Closest to the proposed is a seismic receiver [2] containing a cylindrical body, completely filled with a liquid inertial mass. On the ends of the cylindrical body from their inner side there are round one-sided bimorph elements electrically connected antiphase. In such a seismic receiver, it is possible to significantly increase the sensitivity to vibration, as indicated in [2] by an order of magnitude, but this is not enough in the conditions considered above. In addition, the seismic receiver considered in [2] does not possess sufficient field stability and is not selective enough with respect to the unmeasured transverse component of vibration, since no special measures have been taken for this.

Задачей изобретения является создание сейсмоприемника с высокой чувствительностью, способного работать в широком диапазоне низких частот, в том числе в жидкой среде, т. е. в качестве морского донного сейсмоприемника, малочувствительного к действию не подлежащих приему сигналов давления и поперечных вибраций. The objective of the invention is to provide a seismic receiver with high sensitivity, capable of operating in a wide range of low frequencies, including in a liquid medium, i.e., as a marine bottom seismic receiver, insensitive to the action of pressure signals and transverse vibrations not subject to reception.

Для решения поставленной задачи в сейсмоприемнике, содержащем цилиндрический корпус, целиком заполненном жидкой инерционной массой, на торцах которого с внутренней стороны закреплены биморфные пьезоэлементы, соединенные противофазно, введены новые признаки:
у каждого торца корпуса симметрично относительно главных плоскостей корпуса закреплено по N пьезоэлементов;
каждый пьезоэлемент выполнен в виде герметичной двусторонней биморфной ячейки, являющейся приемником давления, и
плоскости ячеек перпендикулярны торцам цилиндрического корпуса.
To solve this problem, in a seismic receiver containing a cylindrical body, completely filled with a liquid inertial mass, at the ends of which bimorph piezoelectric elements are connected, connected in antiphase, new features are introduced:
at each end of the body symmetrically with respect to the main planes of the body, N piezoelectric elements are fixed;
each piezoelectric element is made in the form of a sealed bilateral bimorph cell, which is a pressure receiver, and
the plane of the cells is perpendicular to the ends of the cylindrical body.

Приемники давления, расположенные симметрично относительно главных плоскостей корпуса, имеют одинаковую чувствительность к давлению. Pressure receivers located symmetrically relative to the main planes of the housing have the same sensitivity to pressure.

Для увеличения чувствительности и помехоустойчивости к давлению сейсмоприемника путем повышения симметрии системы элемент крепления расположен по наружному периметру жесткого корпуса в его центральном сечении. Сейсмоприемник может быть снабжен прочным наружным герметичным корпусом, отделенным от цилиндрического корпуса воздушным зазором для снижения чувствительности сейсмоприемника к акустическому давлению. To increase the sensitivity and noise immunity to the pressure of the geophone by increasing the symmetry of the system, the fastening element is located on the outer perimeter of the rigid body in its central section. The seismic receiver can be equipped with a durable external sealed housing, separated from the cylindrical body by an air gap to reduce the sensitivity of the seismic receiver to acoustic pressure.

Предложенное техническое решение объединяет идею использования инерционной жидкой массы с применением большого числа приемников, измеряющих давление, возникающее в этой массе в месте, где оно имеет максимальное значение. При этом появляется принципиальная возможность увеличения одновременно чувствительности и расширения полосы частот, поскольку чувствительность каждого из 4N активных элементов может быть выполнена такой же, как у пьезоэлемента приемника прототипа, а резонансная частота при уменьшении размеров приемников возрастает. К тому же высокая степень симметрии сейсмоприемника в целом и каждого отдельного приемника давления обеспечивает глубокую компенсацию вибрационной (поперечной составляющей вибрации) и акустической (давление шумов моря) помех. The proposed technical solution combines the idea of using an inertial liquid mass with the use of a large number of receivers measuring the pressure that arises in this mass in the place where it has maximum value. In this case, there is a fundamental possibility of increasing both the sensitivity and the expansion of the frequency band, since the sensitivity of each of the 4N active elements can be the same as the piezoelectric element of the prototype receiver, and the resonant frequency increases with decreasing receiver sizes. In addition, a high degree of symmetry of the seismic receiver as a whole and of each individual pressure receiver provides deep compensation for vibrational (transverse component of vibration) and acoustic (sea noise pressure) interference.

На фиг.1 приведен пример конструкции устройства, измеряющего вибрации в направлении оси Z; на фиг.2 эпюра распределения давления в жидкой инерционной массе по высоте корпуса; на фиг.3 разрез пластинчатого пьезокерамического приемника давления, использованного в конструкции сейсмоприемника. Figure 1 shows an example of the design of a device that measures vibration in the direction of the Z axis; figure 2 plot of the pressure distribution in the liquid inertial mass along the height of the housing; figure 3 is a section of a plate piezoelectric ceramic pressure receiver used in the design of the geophone.

В качестве примера конкретного выполнения предлагаемого изобретения рассмотрим сейсмоприемник, изображенный на фиг.1, имеющий габариты, соизмеримые с размерами современных скважинных сейсмоприемников, а именно вертикальный размер 420 мм и диаметр 120 мм. Корпус 1 сейсмоприемника выполнены в виде цилиндра из стали толщиной 5 мм с двумя торцевыми крышками толщиной 8 мм. При этом желательно, чтобы высота столба жидкости была менее 1/8λ, что соответствует верхней частоте диапазона 500 Гц. Внутренний объем корпуса заполнен жидкостью 2 (водой). В центральной части корпуса предусмотрен фланец 3, который служит для герметичного соединения двух половин корпуса через резиновое уплотнение, а также для крепления к вибрирующему объекту или к наружному прочному корпусу (на фиг.1 не показан). As an example of a specific implementation of the present invention, consider the seismic receiver shown in figure 1, having dimensions commensurate with the dimensions of modern downhole geophones, namely, a vertical size of 420 mm and a diameter of 120 mm The body 1 of the seismic receiver is made in the form of a cylinder of steel 5 mm thick with two end caps 8 mm thick. It is desirable that the height of the liquid column is less than 1 / 8λ, which corresponds to the upper frequency of the 500 Hz range. The internal volume of the housing is filled with liquid 2 (water). A flange 3 is provided in the central part of the casing, which serves to tightly connect the two halves of the casing through a rubber seal, as well as for fastening to a vibrating object or to an external strong casing (not shown in Fig. 1).

В двух торцевых частях корпуса расположены две группы приемников давления по 12 приемников в каждой группе. Приемники 4 жестко фиксируются креплением 5 относительно корпуса. Two groups of pressure receivers with 12 receivers in each group are located in two end parts of the housing. The receivers 4 are rigidly fixed by the mount 5 relative to the housing.

На фиг.3 приведен разрез приемника 4. Figure 3 shows a section of the receiver 4.

Приемник выполнен в виде двусторонней биморфной ячейки. Два биморфных элемента, входящих в него, состоят каждый из двух пьезокерамических дисков 6, диаметром 30 мм и толщиной 1 мм, наклеенных с двух сторон на металлическую (титановую) подложку 7 толщиной 0,5 мм. Подложки 7 выполнены как одно целое с кольцевыми опорами, герметично склеиваемыми друг с другом. The receiver is made in the form of a two-sided bimorph cell. The two bimorph elements included in it consist of each of two piezoceramic disks 6, with a diameter of 30 mm and a thickness of 1 mm, glued on both sides to a metal (titanium) substrate 7 with a thickness of 0.5 mm. The substrates 7 are made integrally with the ring supports, hermetically glued to each other.

Внутри ячейки находится воздух. Пьезоэлементы соединены параллельно-последовательно. Приемник имеет емкость 13 т.пФ и чувствительность 1,5 2 мВ/Па в рабочем диапазоне частот. Inside the cell is air. Piezoelectric elements are connected in parallel-series. The receiver has a capacitance of 13 tpF and a sensitivity of 1.5 to 2 mV / Pa in the operating frequency range.

Работа сейсмоприемника происходит следующим образом: измеряемая вертикальная составляющая вибрации W через фланец 3 передается корпусу 1 и заключенной в нем жидкости 2. The operation of the seismic receiver is as follows: the measured vertical component of vibration W is transmitted through the flange 3 to the housing 1 and the liquid 2 enclosed in it.

Вследствие взаимодействия инерционных сил жидкости и стенок корпуса внутри корпуса возникают динамические давления Р, изменяющиеся во времени с частотой действующей вибрации и распределенные по высоте цилиндра так, как показано на фиг.2. Давление Р достигает максимальной величины в точках, максимально удаленных от центральной плоскости и определяется по формуле:
P=Wρh (2)
где W ускорение;
ρ плотность используемой жидкости;
h размер корпуса в направлении измеряемой составляющей вибрации, причем фаза давления в точках, симметричных относительно центральной плоскости, отличается на 180o.
Due to the interaction of inertial forces of the liquid and the walls of the housing, dynamic pressures P arise, which change in time with the frequency of the active vibration and are distributed along the height of the cylinder as shown in FIG. The pressure P reaches a maximum value at points furthest from the central plane and is determined by the formula:
P = Wρh (2)
where W is acceleration;
ρ is the density of the fluid used;
h the size of the housing in the direction of the measured vibration component, and the pressure phase at points symmetrical with respect to the central plane differs by 180 o .

На приемники давления 4 воздействует усредненное по их рабочей поверхности давление Р', амплитуда которого определяется по формуле

Figure 00000004
,
где P определяется выражением (2), h' (см.фиг.1). Таким образом, если h'
Figure 00000005
340 мм 0,34 м, то при W 1 м/м2 величина P будет: P' 1•10-3 • 0,34 340 Па.The pressure receivers 4 are affected by the pressure P 'averaged over their working surface, the amplitude of which is determined by the formula
Figure 00000004
,
where P is determined by the expression (2), h '(see Fig. 1). So if h '
Figure 00000005
340 mm 0.34 m, then at W 1 m / m 2 the value of P will be: P '1 • 10 -3 • 0.34 340 Pa.

Приемники давления, размещенные в точках h', принимают давление P', и электрический сигнал на их выходе будет пропорционален их чувствительности γp и давлению P', т.е.The pressure receivers located at points h 'receive the pressure P', and the electric signal at their output will be proportional to their sensitivity γ p and pressure P ', i.e.

v=γpP′=γpWρh′
а чувствительность к составляющей вибрации в направлении оси цилиндрического корпуса

Figure 00000006

При соединении 24 приемников, вводя их в состав сейсмоприемника последовательно (с учетом необходимости изменения полярности у приемников одной группы, относительно другой) получаем общую чувствительность двух групп к давлению:
γ Σ p =(1,5-2)•24=36-48 мВ/Па=мВ/Па
Чувствительность сейсмоприемника к вибрации определится, как произведение чувствительности γ Σ p на величину действующего давления при вибрации 1 м/с2 т.е. на 340 Па:
γ Σ n =42,340=14380 мВ/мс-2=14 В/м.с-2
при суммарной емкости С- 650 пФ.v = γ p P ′ = γ p Wρh ′
and sensitivity to the vibration component in the direction of the axis of the cylindrical body
Figure 00000006

When connecting 24 receivers, introducing them into the seismic receiver in series (taking into account the need to change the polarity of the receivers of one group, relative to the other), we obtain the total sensitivity of the two groups to pressure:
γ Σ p = (1.5-2) • 24 = 36-48 mV / Pa = mV / Pa
Sensitivity of the geophone to vibration is defined as the product of sensitivity γ Σ p the value of the effective pressure during vibration 1 m / s 2 i.e. at 340 Pa:
γ Σ n = 42.340 = 14380 mV / ms -2 = 14 V / ms -2
with a total capacitance of C - 650 pF.

При таких параметрах СП можно обеспечить уверенный прием порогового сигнала 10-8 м/с2 (при превышении на 10 дБ над помехой), при использовании предварительного усилителя с отечественным полевым транзистором 2П303А на входе, способном обеспечить уровень помех приблизительно 3 нВ/

Figure 00000007
на частоте 20 Гц (и порядке 60 нВ/
Figure 00000008
на частоте 1 Гц). При этом частота собственного резонанса сейсмоприемника, определенная резонансом столба жидкости высотой h, будет лежать значительно выше верхней границы рабочего диапазона 102 Гц. Действительно условие резонанса будет
Figure 00000009

При этом экспериментально определено, что размещение 24 приемников описанной конструкции приводит к понижению резонансной частоты не более, чем в 1,6 раза.With these parameters of the SP, it is possible to ensure reliable reception of the threshold signal of 10 -8 m / s 2 (when exceeding by 10 dB over the interference), using a pre-amplifier with a domestic field-effect transistor 2P303A at the input, capable of providing an interference level of approximately 3 nV /
Figure 00000007
at a frequency of 20 Hz (and about 60 nV /
Figure 00000008
at a frequency of 1 Hz). In this case, the frequency of the intrinsic resonance of the seismic receiver, determined by the resonance of a liquid column of height h, will lie much higher than the upper limit of the operating range of 10 2 Hz. Indeed, the resonance condition will be
Figure 00000009

Moreover, it was experimentally determined that the placement of 24 receivers of the described design leads to a decrease in the resonant frequency by no more than 1.6 times.

Сигнал от акустических шумов за счет вычитания сигналов приемников разных групп, имеющих близкую чувствительность (при различии в γp менее 5%), уменьшается по крайней мере в 10 раз. Снижение разброса чувствительности приемников давления достигается путем предварительной калибровки приемников давления в камере малого объема, дающей высокую точность при относительной калибровке, и комплектацией приемников давления с учетом их чувствительности. Наличие внешнего прочного корпуса позволяет ослабить давление акустических шумов еще не менее, чем в 103 раз. В результате сигнал акустических шумов 10-3 Па уменьшается до 10-7 Па и составит по сравнению с сигналом от вибрации при 10-8 м/c всего 3%
Чувствительность к неизмеряемой составляющей поперечной вибрации ослаблена не менее чем в 10 раз, во-первых, за счет различия в продольном и поперечном размерах виброприемника, точнее в отношение h'/d', где d' - расстояние между центрами биморфных ячеек в группе (см.фиг.2),(в рассматриваемом примере при h'

Figure 00000010
0,34 м, d'=0,05 м, h'/d'=7), а, во-вторых, за счет вычитания сигналов близкой чувствительности, а также за счет виброустойчивости конструкции самой биморфной ячейки. В результате чувствительность к поперечной вибрации составит не более 1,4% от чувствительности к измеряемой вибрации, что меньше, чем у измерительных виброприемников фирмы Брюгло и Кьер.The signal from acoustic noise by subtracting the signals of the receivers of different groups having close sensitivity (with a difference in γ p of less than 5%) is reduced by at least 10 times. Reducing the sensitivity spread of pressure receivers is achieved by pre-calibrating the pressure receivers in the small-volume chamber, which gives high accuracy in relative calibration, and by completing the pressure receivers taking into account their sensitivity. The presence of an external durable housing allows you to weaken the pressure of acoustic noise by at least 10 3 times. As a result, the acoustic noise signal of 10 -3 Pa decreases to 10 -7 Pa and amounts to only 3% compared to the signal from vibration at 10 -8 m / s
The sensitivity to the immeasurable component of the transverse vibration is weakened by at least 10 times, firstly, due to the difference in the longitudinal and transverse sizes of the vibration receiver, more precisely in the ratio h '/ d', where d 'is the distance between the centers of the bimorphic cells in the group (see .ig. 2), (in the example under consideration for h '
Figure 00000010
0.34 m, d '= 0.05 m, h' / d '= 7), and, secondly, due to the subtraction of signals of close sensitivity, as well as due to the vibration resistance of the design of the bimorph cell itself. As a result, the sensitivity to transverse vibration will be no more than 1.4% of the sensitivity to the measured vibration, which is less than that of measuring vibration receivers of Bruhlo and Kier.

Достоинством предлагаемого сейсмоприемника является также то, что его конструкция не содержит сложных деталей, требующих технологической отработки, учитывая то, что используются приемники давления, конструкция которых освоена в серийном производстве. The advantage of the proposed seismic receiver is also that its design does not contain complex parts that require technological testing, given that pressure receivers are used, the design of which has been mastered in serial production.

Изготовление таких деталей, как цилиндрический корпус, включая штуцеры для заполнения его жидкостью и герметичные выводы кабеля, также освоены и не представляют технологических трудностей. The manufacture of parts such as a cylindrical body, including fittings for filling it with liquid and sealed cable leads, are also mastered and do not present technological difficulties.

Рассмотренная конструкция обладает повышенной ударо- и взрывопрочностью, т.к. не содержит хрупких конструктивных элементов, а воздействие на приемники давления происходит через жидкость равномерно по всей поверхности. The considered design has increased impact and explosion resistance, as It does not contain brittle structural elements, and the impact on pressure receivers occurs through the liquid evenly over the entire surface.

Благодаря этому можно рассчитывать на конструкцию, обладающую хорошей воспроизводимостью в изготовлении и надежностью в эксплуатации. Due to this, you can count on a design that has good reproducibility in manufacture and reliability in operation.

Следует отметить, что достоинством предлагаемой конструкции является ее экономичность. Вес пьезокерамики, входящей в один приемник, не превышает 20 г, т. е. на 24 придется менее 0,5 кг. С учетом веса корпусов приемников вес активных элементов не превысит 1 кг, в то время как в сейсмоприемниках аналогичного назначения, но обладающих меньшей чувствительностью при более низком значении собственного резонанса, т.е. при более узком частотном диапазоне, вес активного элемента значительно больше, а следовательно больше стоимость его изготовления и меньше надежность в работе, особенно при воздействии ударных (взрывных) нагрузок. It should be noted that the advantage of the proposed design is its efficiency. The weight of the piezoceramics included in one receiver does not exceed 20 g, i.e., 24 will have less than 0.5 kg. Taking into account the weight of the receiver housings, the weight of the active elements will not exceed 1 kg, while in seismic receivers of a similar purpose, but having lower sensitivity at a lower value of intrinsic resonance, i.e. with a narrower frequency range, the weight of the active element is much larger, and therefore the cost of its manufacture is greater and less reliable in operation, especially when exposed to shock (explosive) loads.

Claims (4)

1. Сейсмоприемник, содержащий цилиндрический корпус, целиком заполненный жидкой инерционной массой, на торцах которого с внутренней стороны закреплены пьезоэлементы, соединенные электрически противофазно, отличающийся тем, что у каждого торца корпуса симметрично относительно главных его плоскостей закреплено по N пьезоэлементов, выполненных в виде герметичных двусторонних биморфных ячеек, плоскости которых перпендикулярны торцам цилиндрического корпуса. 1. A seismic receiver containing a cylindrical body, completely filled with a liquid inertial mass, at the ends of which piezoelectric elements are fixed on the inside, connected electrically antiphase, characterized in that each body end is symmetrically relative to its main planes fixed on N piezoelectric elements made in the form of sealed bilateral bimorphic cells whose planes are perpendicular to the ends of the cylindrical body. 2. Сейсмоприемник по п.1, отличающийся тем, что корпус снабжен элементом крепления, расположенным в его центральном сечении по наружному периметру. 2. The seismic receiver according to claim 1, characterized in that the housing is equipped with a fastening element located in its central section along the outer perimeter. 3. Сейсмоприемник по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным прочным герметичным корпусом, отделенным от цилиндрического корпуса воздушным зазором. 3. The seismic receiver according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional strong sealed housing, separated from the cylindrical body by an air gap. 4. Сейсмоприемник по пп.1-3, отличающийся тем, что пьезоэлементы симметричные относительно главных плоскостей цилиндрического корпуса имеют одинаковую чувствительность к давлению. 4. The seismic receiver according to claims 1 to 3, characterized in that the piezoelectric elements symmetrical with respect to the main planes of the cylindrical body have the same pressure sensitivity.
RU93043193A 1993-08-31 1993-08-31 Geophone RU2076341C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93043193A RU2076341C1 (en) 1993-08-31 1993-08-31 Geophone

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93043193A RU2076341C1 (en) 1993-08-31 1993-08-31 Geophone

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93043193A RU93043193A (en) 1996-07-10
RU2076341C1 true RU2076341C1 (en) 1997-03-27

Family

ID=20147051

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93043193A RU2076341C1 (en) 1993-08-31 1993-08-31 Geophone

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2076341C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1.Авторское свидетельство СССР N 1038902, кл. G 01 V 1/16, 1983. 2. Авторское свидетельство СССР N 898365, кл. G 01 V 1/16, 1982. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7673515B2 (en) Vibration sensor
US3970878A (en) Piezoelectric transducer unit and hydrophone assembly
Kim et al. Development of an accelerometer-based underwater acoustic intensity sensor
US5126980A (en) Self-orienting vertically sensitive accelerometer
US7536913B2 (en) Rigidly mounted underwater acoustic inertial vector sensor
RU2650839C1 (en) Low-frequency vector acoustic receiver
CN1019444B (en) Singnal sensor insensible to static pressure change
US20100116059A1 (en) Vibration sensor having a single virtual center of mass
US5046056A (en) Self-orienting vertically sensitive accelerometer
RU2076341C1 (en) Geophone
US4208737A (en) Low frequency inertia balanced dipole hydrophone
JPS63138235A (en) Circular direction vibration type specific gravity detecting device
SU1120262A1 (en) Piezoelectric seismometer
CA1108744A (en) Low frequency inertia balanced dipole hydrophone
US3810083A (en) Self-righting geophone
RU2060506C1 (en) Differential accelerometer
Rule et al. Vibration sensitivity of condenser microphones
RU2084003C1 (en) Multicomponent geophone
RU2129290C1 (en) Infralow-frequency three-component piezoelectric acceleration transducer
SU1038902A1 (en) Vertical geophone
JPH01265185A (en) Measuring method for underground artificial elastic wave and its measuring sonde
SU1375886A1 (en) Force-measuring shock-absorber
SU918857A1 (en) Piezoelectric acceleration meter
SU642657A1 (en) Continuous-action seismic receiver
Kumar et al. Finite element analysis study of pu based acoustic vector sensor for underwater application in comsol