RU2178898C1

RU2178898C1 - Earthquake-shock detector

Info

Publication number: RU2178898C1
Application number: RU2000130629/28A
Authority: RU
Inventors: В.Д. Жеребцов; Р.Р. Мурзин
Original assignee: Открытое акционерное общество Мурманская арктическая геологоразведочная экспедиция
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2002-01-27

Abstract

FIELD: seismic prospecting, applicable in vibration-diagnostic equipment for measurement of displacement. SUBSTANCE: the device has a body, inertial mass (seismomass) in the form of a cube. The vertices of the inertial mass are coupled to the body by means of eight springs located in the planes of the diameter sections of the inertial mass. The faces of the inertial mass carry mirrors, and the ends of the light conduits with semitransparent mirrors are positioned opposite them. The light conduits are connected to a source of optical coherent radiation and an optical multiplexer through optical connectors-couplers. The multiplexer is connected to a phase detector, connected to a recorder, via a photodetector. EFFECT: enhanced accuracy of measurement of displacements of the inertial mass in three coordinates by using fiber-optic measuring systems relative to one inertial mass and hydrodynamic braking, as well as reduced overall dimensions. 1 dwg

Description

Изобретение относится к сейсморазведке и может быть использовано в поисковой сейсморазведке в транзитных зонах, на предельном мелководье, в донных станциях, в сейсмологии, а такие в вибрационно-диагностической аппаратуре. The invention relates to seismic exploration and can be used in prospecting seismic exploration in transit zones, in extreme shallow water, in bottom stations, in seismology, and such in vibration-diagnostic equipment.

Известно устройство для регистрации трех компонент сейсмических колебаний (Авт. свид. 1157389, кл. G 01 V 1/16), в котором используется пьезоэлементы, расположенные между корпусом и инерционной массой, работающие на сжатие. A device is known for recording three components of seismic oscillations (Auth. Certificate 1157389, class G 01 V 1/16), which uses piezoelectric elements located between the body and the inertial mass, working in compression.

Недостатком этого устройства является небольшой динамический диапазон в связи с имеющимися значительными электромагнитными помехами в измерительной системе. The disadvantage of this device is the small dynamic range due to the significant electromagnetic interference in the measuring system.

Известен трехкомпонентный пьезоэлектрический сейсмоакустический приемник (Авт. свид, 1719173, кл. G 01 V 1/16), содержащий корпус, инерционный элемент, три пары пьезоэлектрических пакетов, связанных армирующими шпильками с инерционной массой. Пьезоэлектрические пакеты выполнены в виде консольной балки. Known three-component piezoelectric seismic receiver (Auth. Svid, 1719173, class G 01 V 1/16) containing a housing, an inertial element, three pairs of piezoelectric packages connected by reinforcing rods with inertial mass. Piezoelectric packages are made in the form of a cantilever beam.

Недостаток этого приемника - небольшой динамический диапазон в связи с имеющимися электромагнитными помехами, кроме того, измерение перемещения выполняется в косвенных значениях (по второй производной перемещения инерционной массы - ускорению). The disadvantage of this receiver is a small dynamic range due to electromagnetic interference, in addition, the measurement of displacement is performed in indirect values (for the second derivative of the displacement of the inertial mass - acceleration).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является сейсмоприемное устройство (Патент РФ 2137156, кл. G 01 V 1/16), содержащее корпус, закрепленную в нем на упругом подвесе инерционную массу, зеркала, установленные на поверхности инерционной массы, световоды, один из которых снабжен на торце полупрозрачным зеркалом и подключен к входу-выходу оптического соединителя-разветвителя, второй вход которого соединен с источником оптического когерентного излучения, оптический мультиплексор, фотоприемник, устройство определения фазы, соединенное с регистратором. Устройство содержит также систему электродинамического торможения, для чего сейсмомасса выполнена в виде магнита, а на внутренней поверхности корпуса расположены короткозамкнутые витки. The closest technical solution to the proposed device is a seismic device (RF Patent 2137156, class G 01 V 1/16), containing a housing fixed in it on an elastic suspension inertial mass, mirrors mounted on the surface of the inertial mass, optical fibers, one of which equipped with a translucent mirror at the end and connected to the input-output of the optical coupler-splitter, the second input of which is connected to the source of optical coherent radiation, an optical multiplexer, a photodetector, a device for determining the basics connected to the registrar. The device also contains an electrodynamic braking system, for which the seismic mass is made in the form of a magnet, and on the inner surface of the casing there are short-circuited turns.

Данное устройство измеряет одну компоненту перемещения инерционной массы. Для измерения трех компонент сейсмического поля используют три таких устройства, закрепленных под 90 градусов друг к другу и измеряющих х, y и z компоненты сейсмического поля. При этом демпфирование инерционной массы происходит за счет электродинамического и механического торможения, что сложно для настройки идентичности колебательных контуров и идентичности шкал измерения перемещения инерционных масс. Кроме того, габариты трехкомпонентного устройства велики. This device measures one component of the inertial mass displacement. To measure the three components of the seismic field, three such devices are used, fixed at 90 degrees to each other and measuring the x, y and z components of the seismic field. In this case, damping of the inertial mass occurs due to electrodynamic and mechanical braking, which is difficult to adjust the identity of the oscillatory circuits and the identity of the scales for measuring the movement of inertial masses. In addition, the dimensions of the three-component device are large.

Задачей изобретения является создание компактного сейсмоприемного устройства, обладающего высокой точностью измерений по трем координатам. The objective of the invention is the creation of a compact seismic receiver with high accuracy measurements in three coordinates.

Решение данной задачи с достижением указанного технического результата обеспечивается за счет использования дифференциальных фазовых волоконно-оптических измерительных систем при одной инерционной массе, а также за счет упрощения системы демпфирования инерционной массы. The solution to this problem with the achievement of the specified technical result is achieved through the use of differential phase fiber-optic measuring systems with one inertial mass, as well as by simplifying the damping system of the inertial mass.

Сейсмоприемное устройство согласно изобретению содержит корпус, закрепленную в нем на упругом подвесе инерционную массу, выполненную в виде куба, упругий подвес состоит из восьми пружин, соединяющих вершины инерционной массы с корпусом и расположенных в плоскостях диаметральных сечений инерционной массы, помещенной в светопроницаемую вязкую жидкость, в центральной части каждой грани инерционной массы установлено зеркало, напротив каждого зеркала расположен торец световода, снабженный полупрозрачным зеркалом, каждый световод подключен к входу-выходу соответствующего оптического соединителя-разветвителя, вторые входы соединителей-разветвителей подключены к источнику оптического когерентного излучения, вторые выходы всех оптических соединителей-разветвителей соединены с соответствующими входами оптического мультиплексора, выход которого через фотоприемник соединен с устройством определения фазы, подключенным к регистратору. The seismic acquisition device according to the invention comprises a housing fixed in it on an elastic suspension inertial mass, made in the form of a cube, an elastic suspension consists of eight springs connecting the vertices of the inertial mass with the housing and located in the planes of the diametrical sections of the inertial mass, placed in a translucent viscous liquid, in a mirror is installed in the central part of each face of the inertial mass, an end face of the fiber, equipped with a translucent mirror, is located opposite each mirror, each fiber is connected it is connected to the input-output of the corresponding optical coupler-coupler, the second inputs of the coupler-couplers are connected to the source of optical coherent radiation, the second outputs of all the optical coupler-couplers are connected to the corresponding inputs of the optical multiplexer, the output of which through the photodetector is connected to the phase detection device connected to the recorder .

Изобретение поясняется чертежом, где схематично изображено сейсмоприемное устройство. The invention is illustrated by the drawing, which schematically shows a seismic receiver.

Устройство содержит корпус 1, кубическую инерционную массу (сейсмомассу) 2, закрепленную в центральной части корпуса на упругом подвесе, состоящем из восьми пружин 3, соединяющих вершины инерционной массы 2 массы с корпусом и расположенных в плоскостях ее диаметральных сечений. На всех гранях инерционной массы 2 в их центральных частях закреплены зеркала 4. Напротив зеркал 4 расположены торцы световодов 5, снабженные полупрозрачными зеркалами 6. Световоды 5 расположены попарно в двух перпендикулярных плоскостях, проходящих через центральную точку инерционной массы 2, и установлены в корпусе 1 с помощью сальников 7 и крышек 8. Внутрь корпуса 1 залита светопроницаемая вязкая (масляная) жидкость 9. Доступ внутрь датчика и заливка жидкости осуществляются с помощью крышки с уплотнителем 19. Источник оптического когерентного излучения (лазер) 10 соединен световодом 16 со вторыми входами соединителей-разветвителей 11, первые входы-выходы которых соединены со световодами 5. Вторые выходы оптических соединителей-разветвителей 11 соединены световодами 17 с входами оптического мультиплексора 12, выход которого световодом 18 соединен с фотоприемником 13. Выход фотоприемника 13 соединен через устройство определения фазы 14 с регистратором 15. The device comprises a housing 1, a cubic inertial mass (seismic mass) 2, mounted in the central part of the housing on an elastic suspension, consisting of eight springs 3, connecting the vertices of the inertial mass 2 of the mass with the housing and located in the planes of its diametrical sections. Mirrors 4 are fixed on all faces of the inertial mass 2 in their central parts. Opposite the mirrors 4 are the ends of the optical fibers 5 equipped with translucent mirrors 6. The optical fibers 5 are arranged in pairs in two perpendicular planes passing through the central point of the inertial mass 2 and are installed in the housing for 1 s using oil seals 7 and covers 8. Inside the housing 1, translucent viscous (oil) liquid is filled 9. Access to the inside of the sensor and filling of the liquid is carried out using a cover with a seal 19. The optical source is coherent about radiation (laser) 10 is connected by the optical fiber 16 with the second inputs of the coupler-connectors 11, the first inputs-outputs of which are connected to the optical fibers 5. The second outputs of the optical coupler-couplers 11 are connected by the optical fibers 17 with the inputs of the optical multiplexer 12, the output of which is connected by the optical fiber 18 to the photodetector 13. The output of the photodetector 13 is connected via a phase determination device 14 to the recorder 15.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Корпус 1 сейсмоприемного устройства устанавливается на измеряемом объекте. Если измерения проводятся на дне водоема, корпус выполняется с утяжеленным основанием, что необходимо для вертикальной ориентации устройства. Под действием сейсмических колебаний инерционная масса 2 получает колебательные движения относительно корпуса за счет пружин 3 в светопроницаемой вязкой жидкости 9. Генерируемые лазерным источником 10 по синусоидальному или косинусоидальному закону гармонические оптические волны подаются по световоду 16 через оптические соединители-разветвители типа 2Х2 на световоды 5. Через полупрозрачные зеркала 6 оптические лучи достигает зеркал 4, которые расположены на инерционной массе 2. Отраженные от зеркал 4 оптические лучи через полупрозрачные зеркала 6, световоды 5, оптические соединители-разветвители 11 и световоды 17 поступают на соответствующие входы оптического мультиплексора 12. Там они мультиплексируются /1/ с разделением по времени, частоте или другим признакам и по световоду 18 поступают на фотоприемник 13, где оптические данные преобразуется в электрические. Электрические данные поступают в устройство определения фазы 14, выполненное на базе микропроцессора. Здесь электрические данные оцифровываются и с использованием принципа решения квадратурных фазовых уравнений /1/ определяется трехкомпонентное дифференциальное смещение инерционной массы относительно исходного нейтрального или предыдущего положения. Длина перемещения выражается суммой количества полных фазовых циклов (длин волн) и фазы. Полученные трехкомпонентные данные запоминаются на цифровом регистраторе 15. Демпфирование колебаний инерционной массы 2 осуществляется за счет пружин 3 и светопроницаемой жидкости 9. Чувствительность и частотный диапазон датчика определяются жесткостью пружин и вязкостью светопроницаемой жидкости. The body 1 of the seismic receiver is installed on the measured object. If measurements are taken at the bottom of the reservoir, the casing is carried out with a weighted base, which is necessary for the vertical orientation of the device. Under the action of seismic vibrations, the inertial mass 2 receives oscillatory motions relative to the housing due to the springs 3 in the translucent viscous fluid 9. The harmonic optical waves generated by the laser source 10 according to the sinusoidal or cosine law are fed through the optical fiber 16 through optical connectors-splitters of type 2X2 to the optical fibers 5. Through translucent mirrors 6 optical rays reaches the mirrors 4, which are located on the inertial mass 2. Reflected from the mirrors 4 optical rays through translucent Mirrors 6, optical fibers 5, optical couplers 11 and optical fibers 17 are fed to the corresponding inputs of the optical multiplexer 12. There they are multiplexed / 1 / with separation by time, frequency, or other characteristics, and optical fiber 18 is fed to a photodetector 13, where the optical data is converted in electric. Electrical data is supplied to a phase determination device 14 based on a microprocessor. Here, the electrical data are digitized and using the principle of solving the quadrature phase equations / 1 /, a three-component differential displacement of the inertial mass relative to the initial neutral or previous position is determined. The displacement length is expressed as the sum of the number of complete phase cycles (wavelengths) and phase. The obtained three-component data is stored on a digital recorder 15. The damping of the inertial mass oscillations 2 is carried out due to the springs 3 and the translucent liquid 9. The sensitivity and frequency range of the sensor are determined by the stiffness of the springs and the viscosity of the translucent liquid.

Литература
1. Multi-channel interferometric demodulator, JEFF BUSH and ALLEN CEKORICH, SPIE. vol. 3180, 02277-786 X/976, p. 19-30.Literature
1. Multi-channel interferometric demodulator, JEFF BUSH and ALLEN CEKORICH, SPIE. vol. 3180, 02277-786 X / 976, p. 19-30.

Claims

A seismic receiver containing a housing fixed in it on an elastic suspension inertial mass, mirrors mounted on the surface of the inertial mass, a fiber with an end face equipped with a translucent mirror, connected to the first input-output of the optical coupler splitter, the second input of which is connected to the source of optical coherent radiation, an optical multiplexer, a photodetector, a phase detection device connected to a recorder, characterized in that the inertial mass is made in the form of a cube, elastic the suspension consists of eight springs connecting the vertices of the inertial mass with the body and located in planes of diametrical sections of the inertial mass, placed in a translucent viscous fluid, a mirror is installed in the central part of each face of the inertial mass, an end face of the fiber optic equipped with a translucent mirror is located opposite each mirror, each fiber connected to the first input-output of the corresponding optical coupler-coupler, the second inputs of the coupler-couplers are connected to the optical source coherent radiation, the second outputs of all optical couplers are connected to the corresponding inputs of the multiplexer, the output of which is connected through a photodetector to a phase detection device.