RU2260199C2 - Method and device for determining parameters of gravitation and wave fields - Google Patents

Method and device for determining parameters of gravitation and wave fields Download PDF

Info

Publication number
RU2260199C2
RU2260199C2 RU2003124403/28A RU2003124403A RU2260199C2 RU 2260199 C2 RU2260199 C2 RU 2260199C2 RU 2003124403/28 A RU2003124403/28 A RU 2003124403/28A RU 2003124403 A RU2003124403 A RU 2003124403A RU 2260199 C2 RU2260199 C2 RU 2260199C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor
gravitational
electrodes
movable
field
Prior art date
Application number
RU2003124403/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003124403A (en
Inventor
Р.И. Кривоносов (RU)
Р.И. Кривоносов
Геннадий Александрович Дейнега (UA)
Геннадий Александрович Дейнега
А.С. Кашик (RU)
А.С. Кашик
Original Assignee
Кривоносов Ростислав Иванович
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 Кривоносов Ростислав Иванович filed Critical Кривоносов Ростислав Иванович
Priority to RU2003124403/28A priority Critical patent/RU2260199C2/en
Publication of RU2003124403A publication Critical patent/RU2003124403A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2260199C2 publication Critical patent/RU2260199C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: geophysical equipment.
SUBSTANCE: parameters of gravitation and wave fields are determined by electrolytic sensor, containing body with planes, filled with electrolyte, fixed measuring electrodes, moving measuring electrode, electric current-conductive resilient elements, by one ends connected to moving measuring electrode, and by other ends - to body. Inertial mass of sensor consists of hard portion, formed by resilient element and moving electrode, and liquid portion - electrolyte.
EFFECT: broader functional capabilities, higher efficiency, higher precision.
2 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к геофизической технике и касается способов и устройств для определения параметров гравитационного и волнового полей в скважинах, подземных выработках, на море, земной поверхности, летающих объектах, в частности, зенитного и визирного углов скважины, ускорения движения скважинных приборов, при гидродинамических исследованиях скважин, в гравиразведке, сейсморазведке, метеорологии, сейсмологии, прогнозе землетрясений, в навигационной технике, а также охране гражданских и военных объектов.The invention relates to geophysical engineering and relates to methods and devices for determining the parameters of the gravitational and wave fields in wells, underground workings, at sea, the earth's surface, flying objects, in particular, anti-aircraft and sighting angles of a well, accelerating the movement of downhole tools, during hydrodynamic studies of wells , in gravity exploration, seismic exploration, meteorology, seismology, earthquake forecasting, in navigation technology, as well as the protection of civil and military installations.

Известен способ и устройства гравиметрической разведки, основанной на изучении ускорения силы тяжести g и влияния на него геологических тел [1].A known method and device for gravimetric reconnaissance, based on the study of the acceleration of gravity g and the influence of geological bodies on it [1].

Составляющие силы тяжести на поверхности Земли, воздействующие на единичную массу по осям координат, определяются выражениямиThe components of gravity on the Earth's surface, affecting a unit mass along the coordinate axes, are determined by the expressions

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где Fx, Fv, Fz - составляющие силы тяжести по осям координат;where F x , F v , F z - components of gravity along the coordinate axes;

Pх, Ру - составляющие центробежной силы Р на поверхности Земли;P x , P y - components of the centrifugal force P on the surface of the Earth;

R - радиус Земли в точке наблюдения

Figure 00000005
R - radius of the Earth at the observation point
Figure 00000005

М - масса Земли;M is the mass of the Earth;

G - гравитационная постоянная,G is the gravitational constant

а полная величина напряженности поля силы тяжести (гравитационного поля):and the total magnitude of the field of gravity (gravitational field):

Figure 00000006
Figure 00000006

gx, gy, gz являются частными производными по соответствующим осям гравитационного потенциала W, вертикальная производная Wz которого не зависит от центробежных сил. Именно она является объектом изучения гравиразведки:g x , g y , g z are partial derivatives along the corresponding axes of the gravitational potential W, the vertical derivative of W z of which is independent of centrifugal forces. It is she who is the object of study of gravity exploration:

g≈-Wg≈-W zz (3)(3)

Измеряется она в Галах. 1 Гал=1 см/сек.It is measured in Gala. 1 Gal = 1 cm / sec.

g≈9,8 м/сек2=980 Гал=980 000 мГал.g≈9.8 m / s 2 = 980 Gal = 980 000 mGal.

Важнейшими периодическими изменениями силы тяжести являются солнечно- и лунно-суточные вариации, их максимальная суммарная величина - около 0,3 мГал.The most important periodic changes in gravity are solar and lunar diurnal variations, their maximum total value is about 0.3 mGal.

Устройства, реализующие описанный выше способ, называются гравиметрами. Они подразделяются на статические и динамические, а по области применения - на полевые наземные, скважинные, морские и аэрогравиметры.Devices that implement the method described above are called gravimeters. They are divided into static and dynamic, and according to the field of application - into field surface, borehole, marine and airborne gravimeters.

Во всех гравиметрах обычно имеются следующие функциональные устройства: чувствительные, компенсационные устройства для компенсации воздействия силы тяжести, компенсаторы температуры, системы регистрации, установочные устройства, изоляционные устройства (от внешних воздействий температуры, давления, магнитного и электрического полей). По особенностям чувствительных систем и материалу, из которого сделана основа чувствительной системы, различают гравиметры кварцевые, металлические и кварцево-металлические.All gravimeters usually have the following functional devices: sensitive, compensation devices to compensate for the effects of gravity, temperature compensators, registration systems, installation devices, isolation devices (from external influences of temperature, pressure, magnetic and electric fields). Quartz, metal, and quartz-metal gravimeters are distinguished by the characteristics of sensitive systems and the material from which the basis of the sensitive system is made.

В чувствительных элементах гравиметров используют свойства пружин и крутильных нитей с подвешенным грузиком, воздействие которого в переменном гравитационном поле приводит к изменению натяжения пружины или углу закручивания нити. Для приведения системы в некоторое исходное положение прикладывают компенсационную механическую силу, которую измеряют.In the sensitive elements of gravimeters, the properties of springs and torsion threads with a suspended weight are used, the impact of which in an alternating gravitational field leads to a change in the spring tension or the angle of twisting of the thread. To bring the system to a certain initial position, compensating mechanical force is applied, which is measured.

Обычно в гравиметрах имеется два компенсационных устройства, приводящих чувствительную систему в равновесие: 1) для компенсации крупных изменений силы тяжести (при переездах из района в район); 2) измерительное, с помощью которого оценивают величину малых приращений силы тяжести в процессе съемки. По диапазону измерений силы тяжести гравиметры подразделяют на узкодиапазонные (от 0 до 100 мГал) и широкодиапазонные (от 0 до 6000 мГал). Первые используют при высокоточных детальных съемках, а вторые - при региональных работах и съемках в высокогорных местностях.Usually in gravimeters there are two compensation devices that bring the sensitive system into equilibrium: 1) to compensate for large changes in gravity (when moving from region to region); 2) measuring, with the help of which the value of small increments of gravity in the process of shooting is estimated. According to the range of gravity measurements, gravimeters are divided into narrow-range (from 0 to 100 mGal) and wide-range (from 0 to 6000 mGal). The former are used for high-precision detailed surveys, and the latter for regional work and surveys in highlands.

Масса гравиметров варьирует в широких пределах от 2 до 30 кг. Более точные и широкодиапазонные имеют большую массу и высокую стоимость.The mass of gravimeters varies widely from 2 to 30 kg. More accurate and wide-range have a large mass and high cost.

К общим недостаткам известных гравиметров следует отнести сложность механических чувствительных систем, как правило, невозможность измерения в динамическом режиме из-за несовершенства способов определения положения грузика, подвешенного на упругом элементе, малый диапазон измерений, значительный вес из-за сложных компенсационных систем, а также неширокая область применения и невозможность определения параметров волновых полей, частота колебаний которых больше 0 Гц. Гравиметры до настоящего времени не нашли применения в скважинах. Необходимость привязки к опорной сети района работ сдерживает производительность гравиметрических работ. Все известные типы гравиметров не позволяют определять угловые координаты объектов в гравитационном поле.The common disadvantages of known gravimeters include the complexity of mechanical sensitive systems, as a rule, the impossibility of measuring in dynamic mode due to the imperfection of methods for determining the position of a weight suspended on an elastic element, a small measurement range, significant weight due to complex compensation systems, and also not wide scope and impossibility of determining the parameters of wave fields whose oscillation frequency is greater than 0 Hz. Gravimeters have not yet been used in wells. The need for binding to the support network of the work area restrains the performance of gravimetric work. All known types of gravimeters do not allow determining the angular coordinates of objects in a gravitational field.

Известен способ [2] и устройство для исследования высокотемпературных скважин датчиками зенитного угла (ЗУ) с использованием гравитационного поля Земли, при котором на корпус датчика ЗУ устанавливается термодатчик и исследуется зависимость показаний датчика ЗУ от изменения его температуры. Эта зависимость используется затем для внесения поправок в показания датчика на температуру окружающей среды. Но этот способ и устройство датчика не обеспечивают достаточной точности измерений в динамике при перемещении прибора по скважине из-за тепловой инерции датчиков и не позволяет измерять параметры физических полей, кроме угловой ориентации устройства относительно гравитационного вектора.The known method [2] and a device for studying high-temperature wells with zenith angle sensors (ZU) using the Earth's gravitational field, in which a temperature sensor is installed on the ZU sensor body and the dependence of the ZU sensor readings on its temperature is studied. This dependence is then used to correct the sensor for ambient temperature. But this method and the sensor device do not provide sufficient accuracy in dynamic measurements when moving the device along the well due to thermal inertia of the sensors and does not allow measuring the parameters of physical fields, except for the angular orientation of the device relative to the gravitational vector.

Известен способ и устройство для определения параметров колебаний почвы с помощью датчика (сейсмоприемника), состоящего из корпуса, пружины, инертной массы, демпфера и электромеханического индукционного преобразователя [3]. Такие устройства плохо принимают вынужденные колебания, частота которых меньше частоты их собственных колебаний, и не могут быть использованы для измерений пульсаций давлений жидкостей, гидроакустических сигналов, параметров гравитационных полей.There is a method and device for determining the parameters of soil vibrations using a sensor (seismic receiver), consisting of a housing, spring, inert mass, damper and electromechanical induction transducer [3]. Such devices poorly accept forced oscillations, the frequency of which is less than the frequency of their own oscillations, and cannot be used to measure pulsations of liquid pressures, hydroacoustic signals, and parameters of gravitational fields.

Для изучения геологического строения районов мелководных частей шельфа, в дельтах рек и неглубоких озерах для сейсморазведки используются два типа датчиков: гидрофоны, работающие в воде, и геофоны, работающие в сцеплении с грунтом [4].To study the geological structure of the areas of shallow parts of the shelf, in river deltas and shallow lakes, two types of sensors are used for seismic exploration: hydrophones working in water, and geophones working in adhesion to the ground [4].

Например, фирма Input Output изготавливает совмещенный датчик BCS-2. Внутри прочного корпуса располагается геофон модели SM-4 в карданном подвесе. С одного конца корпуса крепится гидрофон (Prescis 2520), а с другого выходит кабель с герморазъемом. Фирма Geo Space выпускает датчик GS-PVl-Full Wave с тремя ортогонально направленными (два горизонтальных и один вертикальный) геофонами в карданных подвесах и одним гидрофоном.For example, Input Output manufactures a combined BCS-2 sensor. Inside the rugged case is the SM-4 model geophone in a gimbal. A hydrophone (Prescis 2520) is attached at one end of the case, and a cable with a pressure seal comes out at the other. Geo Space manufactures GS-PVl-Full Wave with three orthogonally directed (two horizontal and one vertical) geophones in gimbal suspensions and one hydrophone.

Аналогичные двухкомпонентные датчики выпускает фирма Sercel.Similar two-component sensors are manufactured by Sercel.

Помимо увеличения объема получаемой информации при использовании двойного датчика, объединение данных от гидрофона и геофона позволяет убрать ложные сигналы, а также разделить данные геофона на Р- и S-волны. Одновременные измерения скорости и давления (геофоном и гидрофоном) вносят усовершенствования в методы обработки, использующие такие приемы, как инверсия и деконволюция.In addition to increasing the amount of information received when using a dual sensor, combining data from a hydrophone and a geophone allows you to remove false signals, as well as split the data of the geophone into P- and S-waves. Simultaneous measurements of speed and pressure (by geophone and hydrophone) make improvements to processing methods using techniques such as inversion and deconvolution.

Фирмой «Си Технолоджи» была разработана конструкция двухкомпонентного датчика, совмещающего в одном корпусе гидрофон и геофон. Датчик разрабатывался для буксируемой цифровой телеметрической системы, способной работать в условиях мелководья, в транзитных зонах и прилегающей к ним суше. В связи с тем, что геофон работает только при хорошем сцеплении с грунтом, корпус датчика выполняется достаточно тяжелым для обеспечения необходимого сцепления.Sea Technology has developed a two-component sensor design that combines a hydrophone and a geophone in one housing. The sensor was designed for a towed digital telemetry system capable of operating in shallow water, in transit zones and in land adjacent to them. Due to the fact that the geophone works only with good adhesion to the ground, the sensor housing is heavy enough to provide the necessary adhesion.

Для уменьшения времени готовности системы геофон, качающийся в карданном подвесе, необходимо демпфировать. С этой целью геофон помещают в герметичный стакан, заполненный демпфирующей, не проводящей ток инертной жидкостью, сохраняющей свои характеристики в диапазоне температур от минус 40 до плюс 40°С.To reduce the availability of the system, the geophone swinging in the gimbal must be damped. For this purpose, the geophone is placed in an airtight cup filled with a damping, non-conductive inert liquid that retains its characteristics in the temperature range from minus 40 to plus 40 ° C.

Для передачи давления к гидрофону в корпусе имеются специальные проточки, однако сам датчик имеет гидроизоляцию и не пропускает воду в прочный корпус. Корпус датчиков, выполненный в виде трубы, позволяет при необходимости встроить внутри электронику для сбора данных от датчиков и передачи их сейсморегистрирующей станции.There are special grooves in the housing to transfer pressure to the hydrophone, however, the sensor itself is waterproofed and does not allow water to enter the rugged housing. The sensor housing, made in the form of a pipe, allows, if necessary, to integrate electronics inside to collect data from the sensors and transmit them to the seismic recording station.

Датчик имеет большие габариты: ⌀ 68, длина 310 мм и вес 3,5 кг, небольшую рабочую глубину погружения в водную среду (до 200 м) и небольшой максимальный угол наклона карданного подвеса (до 30°). Геофон при собственной частоте 10 Гц имеет чувствительность 27,6 В/м/с, а гидрофон - чувствительность 120 мкВ/Па. Геофоны остальных перечисленных фирм имеют те же характеристики, но чувствительность GS-PVI-S (Geo Space) в три раза выше, а чувствительность гидрофона в 2 или 3 раза ниже.The sensor has large dimensions: ⌀ 68, length 310 mm and weight 3.5 kg, a small working depth of immersion in the aquatic environment (up to 200 m) and a small maximum angle of inclination of the gimbal (up to 30 °). A geophone at a natural frequency of 10 Hz has a sensitivity of 27.6 V / m / s, and a hydrophone has a sensitivity of 120 μV / Pa. Geophones of the other listed companies have the same characteristics, but the sensitivity of GS-PVI-S (Geo Space) is three times higher, and the sensitivity of the hydrophone is 2 or 3 times lower.

Общим недостатком описанных геофонов является необходимость применения карданного подвеса, неспособность к работе при больших углах наклона (более 30°) и инфранизких частотах (до 0 Гц), а также частотах более 300 Гц, а гидрофонов - малая чувствительность и неширокий диапазон частот.A common drawback of the described geophones is the need to use a gimbal, the inability to work at large angles of inclination (more than 30 °) and infra-low frequencies (up to 0 Hz), as well as frequencies above 300 Hz, and hydrophones have a low sensitivity and a narrow frequency range.

В Нижне-Волжском НИИ геологии и геофизики разработан сейсмограф [5]. Он представляет собой 3-компонентное устройство [6] с единой жидкостной инертной массой, с возможностью контроля выходных параметров в процессе эксплуатации. В устройство введена система режима оптимального затухания. Частотный диапазон от 0,1 Гц до 30-50 Гц. Взаимовлияние компонент вибрации и поперечная чувствительность в неизменяемых направлениях менее 1%. Устройство содержит основание, на котором расположены три преобразователя, причем каждый преобразователь представляет собой полый корпус, герметично закрытый с обоих торцов упругими эластичными мембранами и заполненный электрохимической окислительно-восстановительной системой, внутренний объем полого корпуса разделен на два отсека, соединенные каналом, в котором расположены два измерительных электрода и два противоэлектрода, охватывающие измерительные электроды, причем все электроды выполнены перфорированными и жестко установлены в полом корпусе. Каждый преобразователь помещен в индивидуальный кожух, причем надмембранные полости соединены каналом, выполненным на внутренней поверхности индивидуального кожуха.A seismograph has been developed at the Lower Volga Research Institute of Geology and Geophysics [5]. It is a 3-component device [6] with a single liquid inert mass, with the ability to control output parameters during operation. An optimal attenuation mode system has been introduced into the device. The frequency range is from 0.1 Hz to 30-50 Hz. The mutual influence of the vibration components and the transverse sensitivity in unchanged directions is less than 1%. The device contains a base on which three transducers are located, each transducer is a hollow body sealed at both ends with elastic elastic membranes and filled with an electrochemical redox system, the internal volume of the hollow body is divided into two compartments connected by a channel in which two measuring electrodes and two counter electrodes covering the measuring electrodes, all electrodes being perforated and rigidly installed us in the hollow case. Each transducer is placed in an individual casing, and the supmembrane cavities are connected by a channel made on the inner surface of the individual casing.

Благодаря защите измерительных электродов от влияния проводящего материала отсеков преобразователь слабо реагирует на резкие одиночные воздействия, обусловленные ударами. Существенно снижены время релаксации, уровень собственных шумов, повышена чувствительность, а наличие индивидуальных кожухов обусловливает независимость показаний от атмосферных воздействий. Указывается также, что трехкомпонентная установка с сочетанием углов наклона преобразователя с углами наклона их электродных блоков 70°-110° практически исключает при донных постановках вероятность расположения электродного блока в опасной горизонтальной плоскости.Due to the protection of the measuring electrodes from the influence of the conductive material of the compartments, the transducer weakly responds to sharp single influences caused by shocks. The relaxation time, the level of intrinsic noise are significantly reduced, the sensitivity is increased, and the presence of individual covers makes the readings independent of atmospheric influences. It is also indicated that a three-component installation with a combination of the transducer tilt angles and the tilt angles of their electrode blocks of 70 ° -110 ° practically eliminates the possibility of the location of the electrode block in a dangerous horizontal plane for bottom installations.

При регистрации различных волновых процессов приемник акустических колебаний может быть весьма эффективно использован в случаях определения направления на источник колебаний, а также для разделения распространяющихся волн по их типу (продольные, поперечные, волны Релея, Лява и т. д.).When registering various wave processes, the receiver of acoustic vibrations can be very effectively used in cases of determining the direction to the source of oscillations, as well as for separating propagating waves by their type (longitudinal, transverse, Rayleigh, Love waves, etc.).

К недостаткам устройства следует отнести то, что в качестве чувствительного элемента в нем используется инерционная масса, состоящая только из жидкости-электролита, и неподвижная система электродов. Чувствительный элемент не работает при расположении его оси, близком к горизонтальному, что не позволяет использовать устройство в качестве гравиметра и для регистрации непрерывного спектра инфранизких частот до нуля Гц. Не может работать устройство и в качестве гидрофона, а также барометра. С другой стороны, высокочастотная область его применения ограничена 300 Гц.The disadvantages of the device include the fact that it uses an inertial mass consisting of only an electrolyte liquid and a fixed electrode system as a sensitive element. The sensitive element does not work when its axis is close to horizontal, which does not allow using the device as a gravimeter and for recording a continuous spectrum of infra-low frequencies up to zero Hz. The device can not work as a hydrophone, as well as a barometer. On the other hand, the high-frequency field of its application is limited to 300 Hz.

Известны измерительные преобразователи с компенсацией магнитных потоков (дифманометры), предназначенные для измерения разности давлений, избыточных давлений, разрежений, уровней пульсаций давлений [7]. Характеристики преобразователей по диапазону измерения давлений, по точности, по диапазону рабочих температур (ограничен 80°С) и по габаритным размерам не позволяют их использовать в глубоких скважинах, а также для приема сейсмических сигналов и в качестве гравиметров.Known measuring transducers with compensation of magnetic flux (differential pressure gauges), designed to measure the pressure difference, gauge pressure, vacuum, pressure pulsation levels [7]. The characteristics of the transducers in the range of pressure measurements, in accuracy, in the range of operating temperatures (limited to 80 ° C) and in overall dimensions do not allow them to be used in deep wells, as well as for receiving seismic signals and as gravimeters.

Известны мембранные тензопреобразователи для использования в качестве датчиков давления (силы) [8]. Принцип их действия основан на использовании тензоэффекта в кремнии. Они включают в себя корпус, мембрану с кристаллом сапфира с гетероэпитаксиальным слоем кремния, на поверхности которого создана мостовая схема из 4-х тензорезисторов. Кристалл по всей плоскости жестко соединен с мембраной, которая под действием измеряемого давления или силы (в том числе и силы тяжести) деформируется, вызывая изменения сопротивления мостовой тензосхемы, которое преобразуется в электрический выходной сигнал. Достоинством таких устройств являются малые габариты, недостатком - ограничения на использование при температурах свыше 80°С. Большая погрешность и малый динамический диапазон не позволяют использовать их в качестве гравиметра или сейсмоприемника.Known membrane strain gauges for use as pressure sensors (force) [8]. The principle of their action is based on the use of the strain effect in silicon. They include a case, a membrane with a sapphire crystal with a heteroepitaxial silicon layer, on the surface of which a bridge circuit of 4 strain gauges has been created. The crystal along the entire plane is rigidly connected to the membrane, which under the influence of the measured pressure or force (including gravity) is deformed, causing changes in the resistance of the bridge strain circuit, which is converted into an electrical output signal. The advantage of such devices is their small dimensions, the disadvantage is the restrictions on use at temperatures above 80 ° C. The large error and small dynamic range do not allow them to be used as a gravimeter or geophones.

Известен датчик для измерения разности давлений [9], выполненный в виде корпуса с воспринимающими давление мембранами, с несжимаемой жидкостью, заполняющей полость между корпусом и мембранами и приспособлением для определения смещения. Это приспособление представляет собой дифференциальный конденсатор, подвижный электрод которого жестко связан с мембранами. Динамический диапазон измерений разности давлений, чувствительность и точность этого датчика ограничены конструктивными особенностями его элементов, в частности - приспособления для измерения смещения. Кроме того, датчик не обеспечивает приема сейсмических сигналов и не может быть использован в качестве гравиметра.A known sensor for measuring the pressure difference [9], made in the form of a housing with pressure-sensing membranes, with an incompressible fluid filling the cavity between the housing and the membranes and a device for determining the displacement. This device is a differential capacitor, the movable electrode of which is rigidly connected to the membranes. The dynamic range of measurements of the pressure difference, the sensitivity and accuracy of this sensor are limited by the design features of its elements, in particular, devices for measuring displacement. In addition, the sensor does not provide reception of seismic signals and cannot be used as a gravimeter.

Известна рабочая жидкость (РЖ) электролитического резистивного преобразователя [10], представляющая собой раствор ионофора в жидком органическом соединении с числами переноса катионов и анионов ионофора, близкими к 0,5, отличающаяся тем, что жидким растворителем служит пропиленкарбонат (4-метил-1,3-диоксоланон-2), а ионофором - калия гексафторофосфат при концентрациях в пропиленкарбонате от 1,0·10-4 до 3,0·10-4 кг-экв·м-3. Отличительной особенностью этой РЖ является удачное сочетание ее свойств вязкости, термостойкости со стабильностью резистивных параметров и индифферентностью к конструкционным материалам датчика в диапазоне рабочих температур от -50°С до +250°С.A known working fluid (RH) of an electrolytic resistive converter [10], which is a solution of an ionophore in a liquid organic compound with transfer numbers of cations and anionophore anions close to 0.5, characterized in that the propylene carbonate (4-methyl-1, 3-dioxolanone-2), and the ionophore is potassium hexafluorophosphate at concentrations in propylene carbonate from 1.0 · 10 -4 to 3.0 · 10 -4 kg-equiv · m -3 . A distinctive feature of this RJ is a successful combination of its viscosity properties, heat resistance with the stability of resistive parameters and indifference to the structural materials of the sensor in the operating temperature range from -50 ° C to + 250 ° C.

Известен способ определения зенитного и визирного углов скважины [11] с помощью электролитического датчика. Он включает в себя измерение электролитическим датчиком с РЖ, описанной в [10], выходного сигнала Uj дифференциально включенными ортогональными парами электродов датчика по осям j его чувствительности, определение коэффициентов передачи Кj датчика путем его установки на известный угол наклона αj, измерение (вычисление) ортогональных составляющих зенитного угла в функции преобразования βαj=f(Кj, Uαj) для определения основной погрешности датчика при его наклоне на угол αj, измерение зенитного и визирного углов или их вычисление по тригонометрическим формулам; после установки датчика под углом αj производится его нагревание (охлаждение) в рабочем диапазоне температур и измерение одновременно с сигналом Uij дифференциальных пар выходного сигнала Uiz, пропорционального электрическому сопротивлению zi параллельно включенной ортогональной пары электродов датчика, вычисляется действительное (текущее) значение коэффициентов передачи Кij дифференциально включенных ортогональных пар электродов, составляется непрерывная зависимость Kij=f(Uiz), которая используется для вычисления ортогональных составляющих зенитного угла в функции преобразования:A known method for determining the anti-aircraft and target angles of a well [11] using an electrolytic sensor. It includes the measurement by an electrolytic sensor with a RH described in [10] of the output signal U j by the differential orthogonal pairs of sensor electrodes along the axes j of its sensitivity, the determination of the transmission coefficients K j of the sensor by setting it to a known angle of inclination α j , measurement ( calculation) of the orthogonal components of the zenith angle in the transformation function βα j = f (K j , Uα j ) to determine the basic error of the sensor when it is tilted at the angle α j , measure the zenith and target angles, or calculate them using trigon metric formulas; after the sensor is installed at an angle α j , it is heated (cooled) in the operating temperature range and, simultaneously with the signal U ij, the differential pairs of the output signal U iz are measured, which is proportional to the electric resistance z i of the orthogonal pair of sensor electrodes connected in parallel, the actual (current) value of the coefficients is calculated K ij transmission differentially connected pairs of orthogonal electrodes is made continuous dependence of K ij = f (U iz) , which is used to calculate the orthogonal coc ulation zenith angle transformation function:

βij=f(Kij(Uiz)·Uij, β ij = f (K ij ( U iz) · U ij,

где i - момент времени измерения, при этом выходной сигнал может быть пропорционален только активной или только реактивной составляющей параллельно включенных ортогональных пар электродов.where i is the instant of measurement, while the output signal can be proportional only to the active or only reactive component of the parallel connected orthogonal pairs of electrodes.

Способ обеспечивает высокую точность измерения ортогональных составляющих зенитного угла и конечного результата - зенитного и визирного углов независимо от температурной нестабильности и инерционности датчика.The method provides high accuracy in measuring the orthogonal components of the zenith angle and the final result, the zenith and sighting angles, regardless of the temperature instability and inertia of the sensor.

Датчик позволяет по сигналу Uiz, так же как и устройство [6], регистрировать удары и ускорение вдоль оси z и принимать сейсмические сигналы, однако чувствительность его из-за неподвижных измерительных электродов очень мала, а диапазон рабочих частот низок. Датчик не может быть использован в качестве гравиметра, гидрофона или геофона.The sensor allows the signal U iz , as well as the device [6], to record impacts and acceleration along the z axis and receive seismic signals, however, its sensitivity due to the stationary measuring electrodes is very small and the operating frequency range is low. The sensor cannot be used as a gravimeter, hydrophone or geophone.

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в создании способа и устройства для одновременного определения параметров гравитационного и волнового полей как в ультразвуковой, так и в высокочастотной областях колебаний, в повышении диапазона и точности определения угловых координат объекта, ускорения его движения, в расширении области применения: для геофизических и гидродинамических исследований скважин, гравиразведки, сейсмографии, сейсморазведки, метеорологии, в навигационной технике, строительстве шахт и подземных выработок, охране гражданских и военных объектов.The technical problem to which the present invention is directed is to create a method and device for simultaneously determining the parameters of the gravitational and wave fields in both the ultrasonic and high-frequency regions of vibration, in increasing the range and accuracy of determining the angular coordinates of the object, accelerating its movement, in expanding the scope of application: for geophysical and hydrodynamic studies of wells, gravity exploration, seismography, seismic exploration, meteorology, in navigation technology, builder stve mines and underground workings, the protection of civil and military installations.

Технический результат от использования данного изобретения состоит в том, что может быть не только существенно расширена область применения, увеличен диапазон, повышена точность определения известных параметров гравитационного и волновых полей при одновременном уменьшении габаритов и увеличении направленности приема датчика, но и получена принципиально новая информация о наземных, подводных и подземных геологических объектах, необходимая для разведки и разработки жидких и твердых полезных ископаемых, а также для целей гражданской обороны при чрезвычайных обстоятельствах (землетрясения, оползни, военные действия).The technical result from the use of this invention is that not only can the scope be significantly expanded, the range can be increased, the accuracy of determining the known parameters of the gravitational and wave fields can be increased while reducing the dimensions and increasing the direction of the sensor’s reception, but fundamentally new information about ground , underwater and underground geological objects, necessary for the exploration and development of liquid and solid minerals, as well as for civilian purposes harrows in emergencies (earthquakes, landslides, war).

Указанная задача достигается тем, что согласно способу для определения параметров гравитационного и волнового полей электролитическим датчиком, содержащим неподвижные и подвижный измерительные электроды и имеющим инерционную массу, состоящую из твердой части, содержащей упругий элемент и подвижный электрод, и жидкой (несжимаемой) части - электролита, которая совместно с измерительными электродами служит электрическим преобразователем, включающему измерение выходного сигнала по осям чувствительности датчика при дифференциально включенных сопротивлениях электролита между подвижным и неподвижными электродами, определение коэффициентов передачи датчика при установке его на известный зенитный угол в гравитационном поле, определение основной погрешности датчика при его наклоне относительно вектора гравитационного поля, установку датчика вертикально и нагревание или охлаждение датчика в рабочем диапазоне температур и измерение выходного сигнала Uij при дифференциально включенных сопротивлениях электролита между подвижным и неподвижными электродами датчика и выходного сигнала Uiz при их параллельном включении, определение коэффициента передачи Кij, составление непрерывной зависимости Кij=f(Uiz) для определения составляющей направления гравитационного вектора вдоль оси чувствительности j с корректировкой по Uiz, запись при полевых или скважинных измерениях сигналов датчика Uij, пропорциональных воздействию силы от суммарного ускорения гравитационного и волнового полей в каждый момент времени t: Fj=m(gtcos φijik cos θtkj),This task is achieved by the fact that according to the method for determining the parameters of the gravitational and wave fields by an electrolytic sensor containing fixed and movable measuring electrodes and having an inertial mass consisting of a solid part containing an elastic element and a movable electrode, and a liquid (incompressible) part - an electrolyte, which, together with the measuring electrodes, serves as an electric converter, including measuring the output signal along the sensitivity axes of the sensor with differential reduced resistance of the electrolyte between the movable and fixed electrodes, determining the transmission coefficients of the sensor when it is installed at a known zenith angle in the gravitational field, determining the basic error of the sensor when it is tilted relative to the gravitational field vector, installing the sensor vertically and heating or cooling the sensor in the operating temperature range and measurement output signal U ij are included with differential resistance of the electrolyte between the movable and fixed electrodes of the sensor and output signal U iz at their parallel connection, determination of the transmission coefficient K ij, preparation of the continuous dependence of K ij = f (U iz) to determine the component of the gravitational vector direction along the axis of sensitivity j adjusted by U iz, recording in the field or downhole measurements of the sensor signals U ij proportional to the effect of the force from the total acceleration of the gravitational and wave fields at each time t: F j = m (g t cos φ ij + α ik cos θ tkj ),

где m - инерционная масса:where m is the inertial mass:

m=m1+m2 (m1 - твердая часть; m2 - жидкая часть);m = m 1 + m 2 (m 1 is the solid part; m 2 is the liquid part);

gt - ускорение силы тяжести в гравитационном поле;g t - acceleration of gravity in a gravitational field;

αtk - ускорение в волновом поле;α tk is the acceleration in the wave field;

αtk=fik), ωk - спектральная частота волнового поля;α tk = f ik ), ω k is the spectral frequency of the wave field;

φij - угол между направлением оси чувствительности j и вектором гравитационного поля (при ωk=0);φ ij is the angle between the direction of the sensitivity axis j and the gravitational field vector (for ω k = 0);

θtkj - угол между направлением вектора волнового поля (вектора, перпендикулярного касательной плоскости к фронту волны) и осью j при ωk>0.θ tkj is the angle between the direction of the wave field vector (a vector perpendicular to the tangent plane to the wave front) and the j axis for ω k > 0.

определение по записанным сигналам параметров полей с использованием методов частотной фильтрации и частотных спектров.determination of field parameters using the recorded signals using frequency filtering methods and frequency spectra.

Указанная задача достигается также тем, что устройство для определения параметров гравитационного и волнового полей содержит электролитический датчик, включающий корпус из проводящего материала с полостями, заполненными электролитом, представляющим собой раствор ионофора - калия гексафторофосфата (K[PF6]) в жидком органическом растворителе - пропиленкарбонате (С4Н6O3), характеризующийся числами переноса количества электричества катионов и анионов ионофора, близкими к 0,5, неподвижные измерительные электроды на изоляторах, жестко соединенные с корпусом, подвижный измерительный электрод, проводящие электрический ток упругие элементы, жестко соединенные вдоль оси чувствительности датчика одними концами с подвижным измерительным электродом, а другими концами - с корпусом, при этом подвижный электрод имеет возможность перемещаться относительно неподвижных электродов под воздействием гравитационного или волнового полей на инерционную массу, состоящую из твердой части, образованной упругим элементом и подвижным электродом, и несжимаемой жидкой части - электролита, контактирующего с внутренней поверхностью корпуса, упругим элементом, подвижным и неподвижным измерительными электродами с возможностью перетекания, а измерительные электроды соединены с измерительной мостовой схемой с возможностью дифференциального и параллельного включения сопротивлений электролита между подвижным и неподвижными электродами.This problem is also achieved by the fact that the device for determining the parameters of the gravitational and wave fields contains an electrolytic sensor, including a housing of conductive material with cavities filled with an electrolyte, which is a solution of ionophore - potassium hexafluorophosphate (K [PF 6 ]) in a liquid organic solvent - propylene carbonate (C 4 H 6 O 3 ), characterized by transport numbers of electricity of cations and ionophore anions close to 0.5, fixed measuring electrodes on insulators, rigidly connected internal to the housing, a movable measuring electrode, elastic elements conducting electric current, rigidly connected along the sensitivity axis of the sensor at one end with the movable measuring electrode, and at the other ends with the housing, while the movable electrode has the ability to move relative to the stationary electrodes under the influence of gravitational or wave fields per inertial mass, consisting of a solid part formed by an elastic element and a movable electrode, and an incompressible liquid part - an electrolyte, timing with the inner surface of the housing, an elastic member, the movable and the fixed measuring electrodes, with overflow and the measuring electrodes are connected to a measuring bridge circuit, with the differential and the parallel connection of the electrolyte resistance between the movable and fixed electrodes.

Устройство может содержать три электролитических датчика, установленные на объекте по взаимно перпендикулярным осям координат jx, iy, jz, для определения угловых координат объекта относительно гравитационного поля: cos2α+cos2β+cos2φ=1,The device may contain three electrolytic sensors mounted on the object along mutually perpendicular coordinate axes jx, iy, jz, to determine the angular coordinates of the object relative to the gravitational field: cos 2 α + cos 2 β + cos 2 φ = 1,

где α, β, φ - углы соответственно между осями jx, jy, jz объекта и вектором гравитационного поля.where α, β, φ are the angles, respectively, between the axes jx, jy, jz of the object and the vector of the gravitational field.

В результате способ и устройство приобретают качественно новое содержание, позволяя рассматривать гравитационное поле и его изменение как непрерывное волновое поле в области инфранизких частот до нуля Гц, расширяется их область применения для геофизических исследований скважин, разведочной геофизики, для определения параметров гравитационного и волнового полей в скважинах, подземных выработках, на море, земной поверхности, метеорологии, сейсмографии, прогнозе землетрясений, в навигационной технике, а также охране гражданских и военных объектов.As a result, the method and device acquire a qualitatively new content, allowing us to consider the gravitational field and its change as a continuous wave field in the region of infralow frequencies to zero Hz, their field of application for geophysical research of wells, exploration geophysics, to determine the parameters of gravitational and wave fields in wells is expanding , underground workings, at sea, on the earth’s surface, meteorology, seismography, earthquake forecasting, in navigation technology, as well as the protection of civil and military s objects.

Известны технические решения, в которых имеются признаки, сходные с заявленными в предлагаемом способе и устройстве.Known technical solutions in which there are signs similar to those stated in the proposed method and device.

Так, например, в способе и устройстве гравиметрической разведки [1] определяется приращение ускорения Δg силы тяжести по оси координат z гравиметрами относительно базовой сети или от точки к точке наблюдения. Измерения выполняются неподвижным гравиметром, что необходимо для успокоения инерционной системы, при этом инфранизкочастотные колебания в непрерывном частотном спектре (до нуля Гц) гравиметрами не регистрируются из-за малой их чувствительности. Даже при значительной амплитуде до 0,4 мГал зарегистрированные явления бывают необъяснимыми, т.е. существующие способ и устройства гравиразведки не позволяли рассматривать гравитационное поле и его изменение как волновое поле. Такая же аналогия может быть проведена и с сейсмическим полем, полем давления и их изменениями. Технические решения, описанные в [3-6], при помощи геофона, гидрофона и сейсмографа пытались преодолеть этот инфранизкочастотный барьер, достигая в лучшем случае результата до 0,1 или 0,01 Гц. С другой стороны, дифференциальные датчики давления [7-9], обладая достаточной чувствительностью к изменению давления или пульсаций его с низкой частотой, не могли служить для приема инфранизкочастотных и высокочастотных сейсмических колебаний или использоваться в качестве датчика гравиметра. Вместе с тем, ни одно из технических решений аналогов или прототипа не обеспечивает направленности приема инфранизкочастотных колебаний, чтобы по этому дополнительному критерию разделять гравитационные и волновые поля, а также получать высокоточную информацию об изменении гравитационного и волнового полей при технически достижимых высоких (свыше 100 МПа) давлениях и температурах (до 250°С).So, for example, in the method and device for gravimetric reconnaissance [1], the acceleration increment Δg of gravity is determined along the coordinate axis z with gravimeters relative to the base network or from point to point of observation. The measurements are carried out by a stationary gravimeter, which is necessary to calm the inertial system, while the infra-low-frequency oscillations in the continuous frequency spectrum (up to zero Hz) are not recorded by gravimeters due to their low sensitivity. Even with a significant amplitude of up to 0.4 mGal, the recorded phenomena are inexplicable, i.e. the existing method and device for gravity exploration did not allow us to consider the gravitational field and its change as a wave field. The same analogy can be drawn with a seismic field, pressure field and their changes. The technical solutions described in [3-6], with the help of a geophone, hydrophone and seismograph, tried to overcome this infra-low-frequency barrier, achieving at best a result of up to 0.1 or 0.01 Hz. On the other hand, differential pressure sensors [7–9], having sufficient sensitivity to changes in pressure or its pulsations with a low frequency, could not be used to receive infra-low-frequency and high-frequency seismic vibrations or used as a gravimeter sensor. At the same time, none of the technical solutions of analogs or prototypes provides directional reception of infra-low-frequency oscillations in order to separate gravitational and wave fields by this additional criterion, as well as to obtain high-precision information about changes in the gravitational and wave fields at technically achievable high (over 100 MPa) pressures and temperatures (up to 250 ° C).

Дополнительным преимуществом заявленного способа и устройства является также то, что обеспечивается измерение в динамическом режиме составляющих полного гравитационного вектора и его изменения по осям координат на движущемся объекте и угловые координаты направления на возмущающий источник инфранизкочастотных колебаний, что чрезвычайно важно для сейсмологии при определении предвестников и месторасположения будущих эпицентров землетрясений.An additional advantage of the claimed method and device is that it provides dynamic measurement of the components of the full gravitational vector and its changes along the coordinate axes on the moving object and the angular coordinates of the direction to the disturbing source of infra-low-frequency oscillations, which is extremely important for seismology in determining precursors and the location of future earthquake epicenters.

Таким образом, ни одно из решений аналогов не позволяет осуществить одновременное, точное определение параметров гравитационного и волнового полей и их взаимную ориентировку, в том числе при значительных изменениях температуры и гидростатического давления окружающей среды.Thus, none of the solutions of analogues makes it possible to carry out a simultaneous, accurate determination of the parameters of the gravitational and wave fields and their relative orientation, including with significant changes in temperature and hydrostatic pressure of the environment.

Только одновременное измерение параметров гравитационного и волновых полей единым компенсированным по давлению электролитическим датчиком, имеющим твердую упругую и жидкую (несжимаемую) составную инерционную массу с электролитом, составленным на основе ионофора - калия гексафторофосфата и органического растворителя - пропиленкарбоната, подвижные и неподвижные электроды в качестве электрического преобразователя, учет температурного дрейфа коэффициента передачи электрического преобразователя, разделение полученной информации (угловое положение, амплитуда, частота, фаза) с использованием методов частотной фильтрации. амплитудно-частотных и фазочастотных спектров и установка датчиков на объекте по осям его координат, позволяют решить поставленную техническую задачу и достичь принципиально нового эффекта. Поэтому предложенное решение обладает существенными отличиями.Only simultaneous measurement of the parameters of gravitational and wave fields by a single pressure-compensated electrolytic sensor having a solid elastic and liquid (incompressible) composite inertial mass with an electrolyte based on ionophore - potassium hexafluorophosphate and an organic solvent - propylene carbonate, mobile and stationary electrodes as an electric converter , taking into account the temperature drift of the transfer coefficient of the electric converter, the separation of the information received (ug ovoe position, amplitude, frequency and phase) using frequency filtering techniques. amplitude-frequency and phase-frequency spectra and the installation of sensors on the object along the axes of its coordinates, allow us to solve the technical problem and achieve a fundamentally new effect. Therefore, the proposed solution has significant differences.

Перечень чертежей и иных материалов с кратким пояснением.List of drawings and other materials with a brief explanation.

Фиг.1 - Устройство электролитического датчика.Figure 1 - Device electrolytic sensor.

Фиг.2 - Электрическая блок-схема датчика.Figure 2 - Electrical block diagram of the sensor.

Фиг.3 - Дифференциальная схема включения измерительных электродов датчика.Figure 3 - Differential connection circuit of the measuring electrodes of the sensor.

Фиг.4 - Трехкомпонентный блок датчиков.Figure 4 - Three-component block of sensors.

Фиг.5а - Пример записи датчиком при угле наклона 90°.Figure 5 a is an Example of recording by a sensor at an angle of inclination of 90 °.

Фиг.5б - Пример записи датчиком при угле наклона 52,34°.Figure 5 b - an Example of recording by the sensor at an inclination angle of 52.34 °.

Фиг.5в - Пример записи датчиком при угле наклона 4,94°.Fig. 5 c is an example of recording by a sensor at an angle of inclination of 4.94 °.

Фиг.6а - Пример записи датчиком при угле наклона 75,26°. Верхняя кривая без фильтра (верхняя частота среза 1483 Гц). Нижняя кривая с полосовым фильтром 7,2-1800 Гц.6 a - Example of recording by the sensor at an angle of inclination of 75.26 °. Upper curve without filter (upper cutoff frequency 1483 Hz). The lower curve with a bandpass filter of 7.2-1800 Hz.

Фиг.6б - Пример записи датчиком при угле наклона 4,94°, фильтр 7,2-1800 Гц.Fig.6 b - an Example of recording a sensor at an angle of inclination of 4.94 °, the filter is 7.2-1800 Hz.

Фиг.6в - Пример записи датчиком при угле наклона 3,4°, фильтр 7,2 -1800 Г.Fig.6 c - an Example of recording a sensor with a tilt angle of 3.4 °, the filter is 7.2-1800 G.

Фиг.7а - U-1483 - кривая Uij, жирная часть кривой использовалась для вычисления спектров Uf-1483 с фильтром 7,2-1483 Гц.Fig.7 a - U-1483 - curve U ij , the bold part of the curve was used to calculate the spectra of Uf-1483 with a filter of 7.2-1483 Hz.

Фиг.7б - U-488 Кривая Uij (частота АЦП-488 Гц). Uf-488 отфильтрованная кривая (фильтр 0-10 Гц).Fig.7 b - U-488 Curve U ij (frequency of the ADC-488 Hz). U f -488 filtered curve (0-10 Hz filter).

Фиг.8 - Сопоставление кривых колебаний жестко связанными между собой гидрофоном DDMADC1-200 и геофоном DDMADC2-200.Fig. 8 - Comparison of vibration curves rigidly interconnected with a DDMADC1-200 hydrophone and a DDMADC2-200 geophone.

Фиг.9а - Запись сигнала Uij предлагаемым датчиком в 100 м (кратчайшее расстояние) от автомобильной трассы Пятигорск-Ессентуки при прохождении легкового автомобиля.Fig.9 a - Recording signal U ij by the proposed sensor 100 m (the shortest distance) from the highway Pyatigorsk-Essentuki when passing a car.

Фиг.9б - Запись сигналов Uij сейсмоприемником фирмы «Ойо-Гео Импульс» в 100 м (в той же точке, что и на фиг.8) от автомобильной трассы Пятигорск-Ессентуки при прохождении легкового автомобиля.Fig. 9 b - Recording of signals U ij by the geo-receiver of the company "Oyo-Geo Impulse" 100 m (at the same point as in Fig. 8) from the Pyatigorsk-Essentuki automobile road when passing a passenger car.

Фиг.10а - Сопоставление сигналов Uij предлагаемого датчика и сигнала Uiz аналога [11] во время движения скважинного прибора в скв. 2 Терская (Красноярский край). Глубина расположения курсора 2600,82 м.Figure 10 a - Comparison of the signals U ij of the proposed sensor and the signal U iz analogue [11] during the movement of the downhole tool in the well. 2 Terskaya (Krasnoyarsk Territory). The depth of the cursor is 2600.82 m.

Фиг.10б - Сопоставление сигналов Uij предлагаемого датчика и аналога [11] в скв. 2 Терская. Остановка прибора на глубине 2574,17 м.Figure 10 b - Comparison of signals U ij of the proposed sensor and analogue [11] in the well. 2 Terskaya. The device stops at a depth of 2574.17 m.

Предложенный способ реализуется с помощью электролитического датчика (фиг.1, 4) и электрической схемы (фиг.2-3).The proposed method is implemented using an electrolytic sensor (figure 1, 4) and an electrical circuit (figure 2-3).

Датчик (фиг.1) содержит корпус 1 из проводящего материала, неподвижные измерительные электроды 2 на изоляторах 3, жестко соединенные с корпусом 1, проводящие электрический ток упругие элементы в виде металлических сильфонов (сильфона) 4, подвижный измерительный электрод 5, жестко соединенный с сильфонами 4, другие концы которых жестко соединены с корпусом 1, полости 6, заполненные вакуумированным электролитом, с распределенными демпфирующими зазорами, изолированные электровводы 7 для подвода электрического тока к неподвижным измерительным электродам. Электрический ток к подвижному измерительному электроду подводится через проводящий корпус 1 и металлические сильфоны 4.The sensor (figure 1) contains a housing 1 of conductive material, fixed measuring electrodes 2 on insulators 3, rigidly connected to the housing 1, conductive electric current elastic elements in the form of metal bellows (bellows) 4, a movable measuring electrode 5, rigidly connected to the bellows 4, the other ends of which are rigidly connected to the housing 1, cavities 6 filled with evacuated electrolyte, with distributed damping gaps, insulated electrical inputs 7 for supplying electric current to the stationary measuring electrodes. Electric current to the movable measuring electrode is supplied through a conductive housing 1 and metal bellows 4.

Электрическая блок-схема (фиг.2) включает электролитический датчик 8, коммутатор 9, мостовую цепь 10, генератор 11, усилитель 12, синхронный детектор 13, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 14, контроллер 15, приемопередатчик 16, компьютер 17.The electrical block diagram (figure 2) includes an electrolytic sensor 8, switch 9, bridge circuit 10, generator 11, amplifier 12, synchronous detector 13, analog-to-digital converter (ADC) 14, controller 15, transceiver 16, computer 17.

Мостовая цепь 10 и коммутатор 9 позволяют измерить с помощью АЦП 14 сигналы датчика 8, пропорциональные электрическому сопротивлению (импедансу) дифференциального и параллельного включения измерительных электродов.The bridge circuit 10 and the switch 9 make it possible to use the ADC 14 to measure the signals of the sensor 8, which are proportional to the electrical resistance (impedance) of the differential and parallel connection of the measuring electrodes.

На фиг.3 приведена дифференциальная схема включения измерительных электродов датчика. Здесь Е - переменное напряжение генератора для питания мостовой схемы, R1 и R2 - сопротивление электролита (импеданс) между неподвижным и подвижным электродами датчика, R - дополнительное сопротивление моста. Rn - сопротивление нагрузки.Figure 3 shows the differential circuit for the inclusion of the measuring electrodes of the sensor. Here E is the alternating voltage of the generator for supplying the bridge circuit, R 1 and R 2 are the electrolyte resistance (impedance) between the fixed and movable electrodes of the sensor, R is the additional resistance of the bridge. R n - load resistance.

Параллельная схема включения электродов датчика отличается от дифференциальной тем, что сопротивления (импедансы) R1 и R2 датчика включены параллельно, образуя одно измерительное плечо мостовой схемы.The parallel circuit for connecting the sensor electrodes differs from the differential one in that the resistances (impedances) R 1 and R 2 of the sensor are connected in parallel, forming one measuring arm of the bridge circuit.

Сигналы разбаланса моста 8-10 дифференциального Uij и параллельного Uiz включения электродов коммутируются коммутатором 9, усиливаются усилителем 12, детектируются синхронным детектором 13, оцифровываются АЦП 14 и через контроллер 15 и приемопередатчик 16 передаются на компьютер 17.The unbalance signals of the bridge 8-10 of the differential U ij and parallel connection U iz of the electrodes are switched by a switch 9, amplified by an amplifier 12, detected by a synchronous detector 13, digitized by the ADC 14 and transmitted to the computer 17 through the controller 15 and the transceiver 16.

Трехкомпонентный блок датчиков (фиг.4) включает в себя три датчика, установленные по взаимно перпендикулярным осям jx, jy, jz.The three-component sensor block (Fig. 4) includes three sensors mounted along mutually perpendicular axes jx, jy, jz.

Предложенный способ реализуется следующей последовательностью операций.The proposed method is implemented by the following sequence of operations.

1. Датчик поверяется по измеряемым параметрам гравитационного поля с применением камеры тепла и холода, поверочной установки, оптического квадранта для измерения угловых координат и математического маятника для измерения ускорения силы тяжести (или наблюдения ее в пункте опорной гравиметрической сети).1. The sensor is verified by the measured parameters of the gravitational field using a heat and cold chamber, a calibration device, an optical quadrant for measuring angular coordinates and a mathematical pendulum for measuring gravity acceleration (or observing it at a reference gravimetric network).

По записанным компьютером при поверке выходным сигналам, пропорциональным импедансам дифференциального Uijij и параллельного Uiz включения измерительных электродов с применением фильтра нижних частот, например 0-0,13 Гц, и усреднением данных за определенный промежуток времени i=t, вычисляется основная погрешность при 20°С электролитического датчика с изменением его угла наклона относительно вертикали (табл.1).According to the output signals recorded by the computer during calibration, which are proportional to the impedances of the differential U ij = K ij and parallel U iz switching on the measuring electrodes using a low-pass filter, for example 0-0.13 Hz, and averaging the data over a certain period of time i = t, the main the error at 20 ° C of the electrolytic sensor with a change in its angle of inclination relative to the vertical (table 1).

Таблица 1
Основная погрешность опытного образца электролитического датчика (t=25°C)
Table 1
The basic error of the prototype electrolytic sensor (t = 25 ° C)
αj, градα j , deg Uij, мВU ij , mV Uαj, мВU αj , mV βaj, градβ aj , degree Δβαj, градΔβ αj , deg 9090 879100879100 19030001903000 90,090.0 00 7070 879110879110 17882351788235 69,99869,998 0,0020.002 4545 879115879115 13456241345624 44,99944,999 0,0010.001 30thirty 879120879120 951500951500 29,99929,999 0,0010.001 20twenty 879110879110 650864650864 19,99919,999 0,0010.001 1010 879112879112 330452330452 9,9999,999 0,0010.001 00 879118879118 20twenty 0,00160.0016 0,0010.001 -10-10 879120879120 -330460-330460 -10,000-10,000 0,0000,000 -20-20 879115879115 -650870-650870 -19,999"-19.999 " 0,0010.001 -30-thirty 879118879118 -951505-951505 29,99929,999 0,0010.001 -45-45 879113879113 -1345620-1345620 44,99944,999 0,0010.001 -70-70 879110879110 -1788230-1788230 69,99869,998 0,0020.002 -90-90 879102879102 -1903002-1903002 89,9789.97 0,020.02

Затем датчик устанавливается вертикально (угол αj=90°) в камеру тепла и холода, и путем нагревания и охлаждения в рабочем диапазоне температур определяются коэффициенты передачи датчика по каждой из осей j при дискретных значениях температуры окружающей среды в функции Uijij (табл.2). Значение Uij при расчетах угла наклона в скважине вдоль оси j корректируется по Uiz с применением линейной интерполяции, т.е. по непрерывной зависимости Кij=f(Uiz), составленной по данным табл.2.Then the sensor is installed vertically (angle α j = 90 °) in the heat and cold chamber, and by heating and cooling in the operating temperature range the transmission coefficients of the sensor along each of the axes j are determined for discrete values of the ambient temperature in the function U ij = К ij ( table 2). The value of U ij when calculating the angle of inclination in the well along the j axis is adjusted according to U iz using linear interpolation, i.e. according to the continuous dependence К ij = f (U iz ), compiled according to the data of Table 2.

Таблица 2
Выходные сигналы опытного образца электролитического датчика, пропорциональные импедансам дифференциального Uijij и параллельного Uiz включения пары электродов по оси j
table 2
The output signals of the prototype electrolytic sensor, proportional to the impedances of the differential U ij = K ij and parallel U iz the inclusion of a pair of electrodes along the j axis
Uiz, мВU iz , mV Uij=Kij, мВU ij = K ij , mV t°Ct ° C αi, градα i , degree 879100879100 19030001903000 20twenty 9090 18218111821811 17239201723920 100100 9090 24110052411005 16119951611995 150150 9090 30002003000200 15000701500070 200200 9090

Оценка точности и работоспособности способа проведена по сопоставлению погрешности измерения датчиком угловых координат гравитационного вектора при температуре 200°С среды, окружающей датчик (табл. 3) с основной погрешностью при температуре 20°С (табл.1).Evaluation of the accuracy and operability of the method was carried out by comparing the error in measuring the angular coordinates of the gravitational vector by the sensor at a temperature of 200 ° C of the environment surrounding the sensor (Table 3) with the basic error at a temperature of 20 ° C (Table 1).

Таблица 3
Погрешность опытного образца электролитического датчика (t=200°C)
Table 3
Accuracy of the prototype electrolytic sensor (t = 200 ° C)
αj, градα j , deg Uij, мВU ij , mV Uij, мВU ij , mV βαj, градβ αj , degree Δβαj, градΔβ αj , deg 9090 30002003000200 15000701500070 90,00090,000 00 6060 30002123000212 1299909812999098 60,00060,000 00 4545 30002133000213 10607091060709 45,00045,000 00 30thirty 30002153000215 750035750035 30,00030,000 00 15fifteen 30002133000213 388246388246 15,00015,000 00 00 30002103000210 0,0000,000 00 -15-fifteen 30002083000208 -388240-388240 -14,999-14,999 0,0010.001 -30-thirty 30002053000205 -750031-750031 29,99929,999 0,0010.001 -45-45 30002033000203 10607031060703 44,99944,999 0,0010.001 -60-60 30002023000202 12990951299095 59,99959,999 0,0010.001 -90-90 30002013000201 15000681500068 89,9289.92 0,080.08

Figure 00000007
где
Figure 00000008
- коэффициент, учитывающий температурные изменения сигнала Uiz.
Figure 00000007
Where
Figure 00000008
- coefficient taking into account the temperature changes of the signal U iz .

Из сопоставления данных табл.1 и 3 видно, что погрешности датчика Δβαj не превышают величины 0,08° для углов наклона ±90° от вертикали, при этом случайная погрешность не превышает величины 0,001°, что значительно превосходит результаты аналога [11] как по диапазону углов, так и погрешности их измерения.A comparison of the data in Tables 1 and 3 shows that the errors of the sensor Δβ αj do not exceed 0.08 ° for tilt angles ± 90 ° from the vertical, while the random error does not exceed 0.001 °, which significantly exceeds the results of analogue [11] as according to the range of angles, and the errors of their measurement.

2. Во время полевых или скважинных измерений производится запись сигналов датчиков Uij, пропорциональных воздействию силы Fij от суммарного ускорения гравитационного и волнового полей в момент времени i однокомпонентным (см. фиг.1) или трехкомпонентным блоком датчиков (см. фиг.4) по известным методикам наблюдения геофизических исследований скважин, гравиразведки, сейсморазведки, ВСП и т.д., по которым вычисляются с использованием методов частотной фильтрации, амплитудочастотных и фазочастотных спектров, следующие параметры:2. During field or downhole measurements, the signals of the sensors U ij are recorded, which are proportional to the effect of the force F ij from the total acceleration of the gravitational and wave fields at time i with a single-component (see Fig. 1) or three-component sensor block (see Fig. 4) according to well-known techniques for observing geophysical research of wells, gravity exploration, seismic exploration, VSP, etc., which are calculated using the methods of frequency filtering, amplitude-frequency and phase-frequency spectra, the following parameters:

2.1. Гравитационного поля с применением низкочастотного фильтра, например 0-0,013 Гц, и усреднением данных Uij (Uijx, Uijy, Uijz) за промежуток времени Δt, больший периода низкочастотной помехи (фиг.5 а-в), при разных углах наклона оси j:2.1. The gravitational field using a low-pass filter, for example 0-0.013 Hz, and averaging the data U ij (U ijx , U ijy , U ijz ) for a period of time Δt longer than the period of low-frequency interference (Fig. 5 a-c ) at different tilt angles j axis:

- полная амплитуда (модуль) гравитационного вектора

Figure 00000009
- full amplitude (module) of the gravitational vector
Figure 00000009

- направляющие косинусы:- guide cosines:

Figure 00000010
Figure 00000011
Figure 00000012
Figure 00000010
Figure 00000011
Figure 00000012

Как видно из фиг.5, параметры гравитационного и сейсмического полей уверенно регистрируются при любом положении оси j датчика в гравитационном поле.As can be seen from figure 5, the parameters of the gravitational and seismic fields are confidently recorded at any position of the axis j of the sensor in the gravitational field.

2.2. Волнового поля с применением полосовых фильтров (для сейсмического поля в узком диапазоне частот, например 7,2-1800 Гц) по каждой из трех взаимно перпендикулярных осей чувствительности датчика jx, jy, jz, при этом:2.2. The wave field using band-pass filters (for a seismic field in a narrow frequency range, for example, 7.2-1800 Hz) along each of the three mutually perpendicular axes of sensitivity of the sensor jx, jy, jz, while:

2.2.1. Выполняется корреляция сигналов Uj по осям jx, jy, jz, нумеруются последовательно амплитуды сигнала во временном окне Δt и определяется их амплитуда, по каждой из которых определяется полная величина энергии (модуль) волны

Figure 00000013
и ее направляющие косинусы по осям координат датчика2.2.1. The signals U j are correlated along the axes jx, jy, jz, the amplitudes of the signal are numbered sequentially in the time window Δt, and their amplitude is determined, each of which determines the total energy (module) of the wave
Figure 00000013
and its guiding cosines along the coordinate axes of the sensor

Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000016
а следовательно, и угол или направление волны по отношению к гравитационному вектору.
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000016
and consequently, the angle or direction of the wave with respect to the gravitational vector.

На фиг.6а-в показан пример регистрации Uij с углом наклона оси j под углом (-)75,26° (верхняя кривая) и с применением более высокочастотного полосового фильтра 7,2-1800 Гц (нижняя кривая).Fig. 6 a-c shows an example of recording U ij with an angle of inclination of the axis j at an angle of (-) 75.26 ° (upper curve) and using a higher-frequency bandpass filter of 7.2-1800 Hz (lower curve).

2.2.2. В заданном окне Δt вычисляются амплитудно- и фазочастотные спектры колебаний по осям jx, jy, jz и для любой частоты определяются амплитуды αx, αу и αz, по которым вычисляются те же параметры, что и в п.2.2.1, а фазовый спектр используется для дополнительной идентификации волн. Примеры вычисления амплитудно- и фазочастотных спектров показаны на фиг.7 а-б.2.2.2. In the given window Δt, the amplitude and phase-frequency spectra of oscillations along the axes jx, jy, jz are calculated and for any frequency the amplitudes αx, αу and αz are determined, from which the same parameters are calculated as in Section 2.2.1, and the phase spectrum is used for additional identification of waves. Examples of calculating the amplitude and phase frequency spectra are shown in Fig.7 a-b .

На фиг.8 приведены сигналы Uij колебаний в яме глубиной 2 м, заполненной илом и водой, записанные скважинным прибором ВСП одновременно двумя соосными датчиками, расположенными в одной и той же точке наблюдения и соединенными между собой жестко металлическим кольцом, при этом датчик ДДМ АДС2-200 был включен в режиме геофона, а датчик ДДМ АДС 1-200 - в режиме гидрофона.Fig. 8 shows the signals U ij of oscillations in a well 2 m deep, filled with sludge and water, recorded by a VSP downhole tool simultaneously by two coaxial sensors located at the same observation point and connected by a rigid metal ring, while the DDM sensor ADS2 -200 was turned on in the geophone mode, and the DDM ADS 1-200 sensor in hydrophone mode.

Как видно, кривые Uj очень хорошо коррелируются между собой. Ясно видны фазовые сдвиги, по которым можно распознать обменные волны.As can be seen, the curves U j correlate very well with each other. Phase shifts are clearly visible by which exchange waves can be recognized.

На фиг.9а-б приведены записи сигналов Uij предлагаемым датчиком и сейсмоприемником фирмы «Ойо-Гео Импульс». Записи разновременные в одной и той же точке в 100 м от автомобильной трассы. Из сопоставления фиг.9а и 9б видно, что чувствительность предлагаемого датчика в сопоставимом диапазоне частот 7,2-1800 Гц выше, чем у сейсмоприемника фирмы «Ойо-Гео Импульс», примерно в 6 раз и значительно выше (на 2-3 порядка) в более низкочастотном диапазоне 0-10 Гц.Figure 9 a-b shows the recording of signals U ij by the proposed sensor and geophones company "Oyo-Geo Impulse". Records of different times at the same point 100 m from the highway. From a comparison of FIGS. 9 a and 9 b, it is seen that the sensitivity of the proposed sensor in the comparable frequency range 7.2-1800 Hz is higher than that of the Oyo-Geo Impulse seismic receiver, about 6 times and significantly higher (by 2-3 order) in the lower frequency range of 0-10 Hz.

На фиг.10 показан пример регистрации сигнала Ujj изменения давления промывочной жидкости в скважине и волнового поля от движения прибора, ось j заявленного датчика расположена в плоскости, близкой к горизонтальной, при чувствительности датчика 3 мВ/Па (против 120 мкВ/Па у лучшего аналога - геофона-гидрофона фирмы «Си Технолоджи») или 400 мВ/g (кривая АКС) в сопоставлении с сигналом Uiz датчика прототипа (кривая SSDU), расположенного осью z близко к вертикали (1-1,5°).Figure 10 shows an example of the registration of the signal U jj changes in the pressure of the flushing fluid in the well and the wave field from the movement of the device, the axis j of the claimed sensor is located in a plane close to horizontal, with a sensor sensitivity of 3 mV / Pa (versus 120 μV / Pa at the best an analog - a hydrophone-hydrophone from Sea Technology) or 400 mV / g (ACS curve) in comparison with the signal U iz of the prototype sensor (SSDU curve) located close to the z axis (1-1.5 °).

Как видно, кривые АКС и SSDU при движении прибора в скважине очень похожи друг на друга (коэффициент корреляции близок к 1). Они отражают изменение параметров волнового поля (промывочной жидкости), вызванные движением (подпрыгиванием) скважинного прибора с переменной скоростью (от 0 до 1000 м/ч) и ударами его о стенку скважины. На останове скважинного прибора такой корреляции нет. Видно, что чувствительность предложенного датчика в абсолютных единицах по ускорению движения или ударам на порядок выше аналога [11], но волновые картины схожи.As you can see, the curves of the ACS and SSDU during the movement of the device in the well are very similar to each other (the correlation coefficient is close to 1). They reflect the change in the parameters of the wave field (flushing fluid) caused by the movement (bouncing) of the downhole tool with a variable speed (from 0 to 1000 m / h) and its impact on the wall of the well. At the shutdown of the downhole tool, there is no such correlation. It can be seen that the sensitivity of the proposed sensor in absolute units for acceleration of motion or shock is an order of magnitude higher than the analogue [11], but the wave patterns are similar.

Из сопоставления кривых Uij одноосного датчика, расположенного на физическом маятнике горизонтально при отсутствии его колебаний, и далее при свободных колебаниях маятника под некоторым углом к гравитационному вектору и развороте оси j датчика последовательно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях jx и jy, а также в вертикальном положении по оси jz, было установлено, что датчик имеет выраженную направленность не только в отношении ускорения силы тяжести, но и по отношению к направлению качания. Приращения синусоидального сигнала от раскачивания маятника составили по указанным осям: ΔUjzmax=800986, ΔUjxmax=180528, ΔUjymax=475203 или направляющие косинусы: cosα^z=0,84. cosα^x=0,19, cosα^y=0,50, т.е. имеется явная направленность к приему волн сейсмоакустического поля и поля давления.From a comparison of the curves U ij of a uniaxial sensor located horizontally on a physical pendulum in the absence of its oscillations, and then with free oscillations of the pendulum at a certain angle to the gravitational vector and the sensor axis j rotated sequentially in two mutually perpendicular planes jx and jy, as well as in a vertical position along the jz axis, it was found that the sensor has a pronounced orientation not only in relation to the acceleration of gravity, but also in relation to the direction of swing. The increments of the sinusoidal signal from the swing of the pendulum were along the indicated axes: ΔU jzmax = 800986, ΔU jxmax = 180528, ΔU jymax = 475203 or the direction cosines: cosα ^ z = 0.84. cosα ^ x = 0.19, cosα ^ y = 0.50, i.e. there is a clear focus on receiving waves of a seismic-acoustic field and a pressure field.

Как видно, ни один из аналогов ни по родовым понятиям, ни по описанию не могут быть использованы в качестве наиболее близких аналогов заявленных способа и устройства, поэтому независимые пункты формулы изобретения излагаются без разделения на ограничительную и отличительную части.As can be seen, none of the analogues, either by generic concepts or by description, can be used as the closest analogues of the claimed method and device, therefore, the independent claims are set forth without division into restrictive and distinctive parts.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION

1. Краткий справочник по полевой геофизике. М., Недра, 1977 г., стр.68-129.1. A quick reference to field geophysics. M., Nedra, 1977, pp. 68-129.

2. Кривко Н.Н. и др. Промыслово-геофизическая аппаратура и оборудование. М.: Недра. 1981, c.32-38.2. Krivko N.N. and other field geophysical apparatus and equipment. M .: Subsoil. 1981, p. 32-38.

3. Вольвовский Б.С., Кунин Н.Я., Терехин Е.И. Краткий справочник по полевой геофизике. М.: Недра, 1977 г., с.252-254.3. Volvovsky B.S., Kunin N.Ya., Terekhin E.I. A quick reference to field geophysics. M .: Nedra, 1977, p. 252-254.

4. Запорожец Б.В. и др. Универсальный двухкомпонентный датчик для сейсморазведки в условиях мелководья, транзитных зон и прилегающей к ним суше. Ж. «Приборы и системы разведочной геофизики» (издание Саратовского отделения ЕАГО) №2(02) 2002 г., стр.14-15. ООО «Си Технолоджи» г. Геленджик.4. Zaporozhets B.V. and others. A universal two-component sensor for seismic exploration in shallow water, transit zones and land adjacent to them. J. “Instruments and systems for exploration geophysics” (edition of the Saratov branch of the EAGO) No. 2 (02) 2002, pp. 14-15. Sea Technology LLC Gelendzhik.

5. Григорьев Г.В. и др. НВ НИИ ГГ, г. Саратов. «Пьезоэлектрические преобразователи от инфразвука до ультразвука». Ж. «Приборы и системы разведочной геофизики» №02(02) 2002 г., стр.21.5. Grigoriev G.V. and other NV Research Institute of State Geology, Saratov. "Piezoelectric transducers from infrasound to ultrasound." J. “Instruments and systems for exploration geophysics” No. 02 (02) 2002, p. 21.

6. Патент РФ №2128850. Сиротинский и др. Трехкомпонентный приемник акустических колебаний.6. RF patent №2128850. Sirotinsky et al. Three-component receiver of acoustic vibrations.

7. Малогабаритные измерительные преобразователи (датчики) с компенсацией магнитных потоков. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 08902 055 ТО. 1987 г.7. Small-sized measuring transducers (sensors) with compensation of magnetic fluxes. Technical description and operating instructions 08902 055 TO. 1987 year

8. Тензопреобразователи. Руководство по эксплуатации ПБЦО. 40 8854.000 РЭ, 2000 г.8. Strain gauges. Operation manual PBSO. 40 8854.000 RE, 2000

9. Екогава Дэнки К.К. Датчик для измерения разности давлений. Япония, заявка №63-2332. МКИ 4 G 01 L 13/02. заявл. 55-116345, 80 08 23, опубл. 88. 01. 18.9. Egokawa Danky K.K. Sensor for measuring differential pressure. Japan, application No. 63-2332. MKI 4 G 01 L 13/02. declared 55-116345, 80 08 23, publ. 88.01.01.

10. Лисов В.Н., Кривоносов Р.И., Дейнега Г.А. Рабочая жидкость электролитического резистивного преобразователя. Пат. РФ №2172932. МКИ 7 G 01 С 9/18, з. №2000123731/28, 14.09.2000, опубл. 27.08.2001, бюл. №24.10. Lisov V.N., Krivonosov R.I., Deynega G.A. Working fluid electrolytic resistive transducer. Pat. RF №2172932. MKI 7 G 01 S 9/18, c. No. 2000123731/28, 09/14/2000, publ. 08/27/2001, bull. Number 24.

11. Кривоносов Р.И. и др. Способ определения зенитного и визирного углов скважины. Патент РФ №2017950. з. №4935054. 06.05.1991. Рег. 15.08.1994.11. Krivonosov R.I. etc. A method for determining the anti-aircraft and target angles of a well. RF patent №2017950. h. No. 4935054. 05/06/1991. Reg. 08/15/1994.

Claims (3)

1. Способ определения параметров гравитационного и волнового полей электролитическим датчиком, содержащим неподвижные и подвижный измерительные электроды и имеющим инерционную массу, состоящую из твердой части, содержащей упругий элемент и подвижный электрод, и жидкой части - электролита, которая совместно с измерительными электродами служит электрическим преобразователем, включающий измерение выходного сигнала по осям чувствительности датчика при дифференциально включенных сопротивлениях электролита между подвижным и неподвижными электродами, определение коэффициентов передачи датчика при установке его на известный зенитный угол в гравитационном поле, определение основной погрешности датчика при его наклоне относительно вектора гравитационного поля, установку датчика вертикально и нагревание или охлаждение датчика в рабочем диапазоне температур и измерение выходного сигнала Uij при дифференциально включенных сопротивлениях электролита между подвижным и неподвижными электродами датчика и выходного сигнала Uiz при их параллельном включении, определение коэффициента передачи Кij, составление непрерывной зависимости Кij=f(Uiz) для определения составляющей направления гравитационного вектора вдоль оси чувствительности j с корректировкой по Uiz, запись при полевых или скважинных измерениях сигналов датчика Uij, пропорциональных воздействию силы от суммарного ускорения гравитационного и волнового полей в каждый момент времени t1. The method of determining the parameters of the gravitational and wave fields by an electrolytic sensor containing fixed and movable measuring electrodes and having an inertial mass consisting of a solid part containing an elastic element and a movable electrode, and a liquid part - an electrolyte, which together with the measuring electrodes serves as an electric converter, including measurement of the output signal along the sensitivity axes of the sensor with differential resistance of the electrolyte between the movable and stationary using electrodes, determining the transmission coefficients of the sensor when installing it at a known zenith angle in the gravitational field, determining the basic error of the sensor when it is tilted relative to the vector of the gravitational field, installing the sensor vertically and heating or cooling the sensor in the operating temperature range and measuring the output signal U ij when differentially the included resistance of the electrolyte between the movable and stationary electrodes of the sensor and the output signal U iz when they are turned on in parallel, the determination of transmission coefficient K ij , compilation of a continuous dependence of K ij = f (U iz ) to determine the direction component of the gravitational vector along the sensitivity axis j adjusted by U iz , recording in field or borehole measurements of sensor signals U ij proportional to the effect of force on the total acceleration of gravitational and wave fields at each time t Fj=m(gt cos φtjtk cos θtkj),F j = m (g t cos φ tj + α tk cos θ tkj ), где m - инерционная масса;where m is the inertial mass; m=m1+m2 (m1 - твердая часть; m2 -жидкая часть);m = m 1 + m 2 (m 1 is the solid part; m 2 is the liquid part); gt - ускорение силы тяжести в гравитационном поле;g t - acceleration of gravity in a gravitational field; αtk - ускорение в волновом поле:α tk - acceleration in the wave field: αtk=ftk),ωk - спектральная частота волнового поля;α tk = f tk ), ω k is the spectral frequency of the wave field; φtj - угол между направлением оси чувствительности j и вектором гравитационного поля (при ωk=0);φ tj is the angle between the direction of the sensitivity axis j and the gravitational field vector (for ω k = 0); θtkj - угол между направлением вектора волнового поля (вектора, перпендикулярного касательной плоскости к фронту волны) и осью j при ωk>0,θ tkj is the angle between the direction of the wave field vector (a vector perpendicular to the tangent plane to the wave front) and the axis j for ω k > 0, определение по записанным сигналам параметров полей с использованием методов частотной фильтрации и частотных спектров.determination of field parameters using the recorded signals using frequency filtering methods and frequency spectra. 2. Устройство для определения параметров гравитационного и волнового полей, содержащее электролитический датчик, включающий корпус из проводящего материала с полостями, заполненными электролитом, представляющим собой раствор ионофора - калия гексафторофосфата (К[PX6]) в жидком органическом растворителе пропиленкарбонате (С4Н6O3), характеризующийся числами переноса количества электричества катионов и анионов ионофора, близкими к 0,5, неподвижные измерительные электроды на изоляторах, жестко соединенные с корпусом, подвижный измерительный электрод, проводящие электрический ток упругие элементы, жестко соединенные вдоль оси чувствительности датчика одними концами с подвижным измерительным электродом, а другими концами - с корпусом, при этом подвижный электрод имеет возможность перемещаться относительно неподвижных электродов под воздействием гравитационного или волнового полей на инерционную массу, состоящую из твердой части, образованной упругим элементом и подвижным электродом, и несжимаемой жидкой части - электролита, контактирующего с внутренней поверхностью корпуса, упругим элементом, подвижным и неподвижным измерительными электродами с возможностью перетекания, а измерительные электроды соединены с измерительной мостовой схемой с возможностью дифференциального и параллельного включения сопротивлений электролита между подвижным и неподвижными электродами.2. A device for determining the parameters of the gravitational and wave fields, containing an electrolytic sensor, comprising a housing of conductive material with cavities filled with an electrolyte, which is a solution of ionophore - potassium hexafluorophosphate (K [PX 6 ]) in a liquid organic solvent propylene carbonate (C 4 H 6 O 3), characterized transfer the amount of electricity numbers of cations and anions ionophore close to 0.5, the measuring electrodes fixed on insulators firmly connected with the housing, the movable meter electrodes, electric current-conducting elastic elements rigidly connected along the sensitivity axis of the sensor at one end with a movable measuring electrode and at the other ends with a housing, while the movable electrode has the ability to move relative to stationary electrodes under the influence of gravitational or wave fields on an inertial mass consisting of from a solid part formed by an elastic element and a movable electrode, and an incompressible liquid part - an electrolyte in contact with the inner surface housing, an elastic element, a movable and stationary measuring electrodes with the possibility of flow, and the measuring electrodes are connected to a measuring bridge circuit with the possibility of differential and parallel connection of the electrolyte resistances between the movable and fixed electrodes. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно содержит три электролитических датчика, установленные на объекте по взаимно перпендикулярным осям координат, для возможности определения угловых координат объекта относительно гравитационного поля.3. The device according to claim 2, characterized in that it contains three electrolytic sensors mounted on the object along mutually perpendicular coordinate axes, for the possibility of determining the angular coordinates of the object relative to the gravitational field.
RU2003124403/28A 2003-08-04 2003-08-04 Method and device for determining parameters of gravitation and wave fields RU2260199C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003124403/28A RU2260199C2 (en) 2003-08-04 2003-08-04 Method and device for determining parameters of gravitation and wave fields

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003124403/28A RU2260199C2 (en) 2003-08-04 2003-08-04 Method and device for determining parameters of gravitation and wave fields

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003124403A RU2003124403A (en) 2005-02-27
RU2260199C2 true RU2260199C2 (en) 2005-09-10

Family

ID=35285920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003124403/28A RU2260199C2 (en) 2003-08-04 2003-08-04 Method and device for determining parameters of gravitation and wave fields

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2260199C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468341C2 (en) * 2010-08-10 2012-11-27 Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН Device for detecting infralow frequency vibrations in sea water
RU2608394C1 (en) * 2015-07-02 2017-01-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) Device for measuring parameters of physical fields
RU203603U1 (en) * 2020-12-15 2021-04-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" FIBER OPTICAL PRESSURE MEASURING DEVICE
RU223423U1 (en) * 2023-08-25 2024-02-15 Публичное акционерное общество "Техприбор" INSTALLATION RESONANCE FREQUENCY METER OF PIEZOELECTRIC VIBRATION CONVERTER

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468341C2 (en) * 2010-08-10 2012-11-27 Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН Device for detecting infralow frequency vibrations in sea water
RU2608394C1 (en) * 2015-07-02 2017-01-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) Device for measuring parameters of physical fields
RU203603U1 (en) * 2020-12-15 2021-04-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" FIBER OPTICAL PRESSURE MEASURING DEVICE
RU223423U1 (en) * 2023-08-25 2024-02-15 Публичное акционерное общество "Техприбор" INSTALLATION RESONANCE FREQUENCY METER OF PIEZOELECTRIC VIBRATION CONVERTER

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003124403A (en) 2005-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101258423B (en) Borehole seismic acquisition system
RU2528594C2 (en) Seismic sensor devices
US7239577B2 (en) Apparatus and methods for multicomponent marine geophysical data gathering
CA2776589C (en) Sensor assembly having a seismic sensor and a divergence sensor
US9645267B2 (en) Triaxial accelerometer assembly and in-situ calibration method for improved geodetic and seismic measurements
Grigoli et al. A complex linear least-squares method to derive relative and absolute orientations of seismic sensors
MXPA05002448A (en) System for combining signals of pressure sensors and particle motion sensors in marine seismic streamers.
US6430105B1 (en) Sensor apparatus and method
Laine et al. Benefits of MEMS based seismic accelerometers for oil exploration
US20060133202A1 (en) Motion sensors in a marine seismic streamer
US20110085417A1 (en) String of Sensor Assemblies Having a Seismic Sensor and Pressure Sensor
US20180143335A1 (en) Distributed multi-sensor streamer
CN111708080A (en) Array type in-well four-component optical fiber seismic data acquisition device and data acquisition method
CN112649889A (en) Six-component seismic data and absolute gravity measuring instrument and measuring method
RU2260199C2 (en) Method and device for determining parameters of gravitation and wave fields
CN109882157A (en) The optical fiber inertial navigation system and its data processing method of underground multi-component measurements instrument
Kaláb et al. Application of newly developed rotational sensor for monitoring of mining induced seismic events in the Karvina region
Md Khir et al. Accelerometer sensor specifications to predict hydrocarbon using passive seismic technique
Fang et al. A single station approach for subsurface anomaly detection
CN211318792U (en) Ocean three-component gravity and magnetic force composite instrument based on damping metamaterial
Zaitsev Hardware complex for monitoring changes in the state and development of hazardous processes in natural and man-made systems based on molecular electronic technology
Brokešová et al. New Portable Mechanical Sensor System for Rotational Seismic Motion Measurements
Brodic Multicomponent digital-based seismic land-streamer for urban underground infrastructure planning
GB2415258A (en) Method for multicomponent marine geophysical data gathering
Srbulov et al. Typical Ground Motions, Recording, Ground Investigations and Testing

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20080523

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160805