RU5264U1

RU5264U1 - SEISMIC RECEIVER

Info

Publication number: RU5264U1
Application number: RU96119000/20U
Authority: RU
Inventors: Игорь Гдальевич Пимштейн; Павел Алексеевич Турлов
Original assignee: Игорь Гдальевич Пимштейн; Павел Алексеевич Турлов
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 1997-10-16

Abstract

1. Сейсмоприемник, содержащий корпус, упругий элемент в виде двух оппозитно расположенных колпачковых мембран с буртиками, образующих замкнутый объем, в котором размещена инертная масса, выполненная в виде тела вращения с цилиндрическими выступами со стороны торцевых поверхностей, жестко соединенными по центру с мембранами упругого элемента, размещенный с внешней стороны одной из мембран упругого элемента, жестко соединенный с ней и образующий с ней замкнутую полость, заполненную жидкостью, электромеханический преобразователь в виде колпачковой мембраны большей высоты, чем мембраны упругого элемента, с пьезоэлементом на внешней рабочей поверхности, отличающийся тем, что в него введен жестко соединенный с корпусом ограничитель свободного хода инертной массы, выполненный в виде выступа и имеющий ответную часть для него на поверхности инертной массы.2. Сейсмоприемник по п.1, отличающийся тем, что ограничитель выполнен в виде ограничительного кольца, составленного из двух полуколец, расположенных между буртиками мембран упругого элемента, и жестко и неразъемно соединенных с ними и с корпусом, а инертная масса выполнена с пазом на боковой поверхности, причем ограничительное кольцо входит в этот паз в горизонтальной плоскости симметрии инертной массы с зазором.3. Сейсмоприемник по п.1, отличающийся тем, что ограничитель выполнен в виде ряда элементов, выступающих внутрь объема, занимаемого инертной массой, имеющей на своей поверхности число ответных частей, равное числу выступов ограничителя.1. A seismic receiver containing a housing, an elastic element in the form of two opposed cap membranes with shoulders forming a closed volume in which an inert mass is placed, made in the form of a body of revolution with cylindrical protrusions from the end surfaces, rigidly connected in the center with the membranes of the elastic element placed on the outside of one of the membranes of the elastic element, rigidly connected to it and forming a closed cavity filled with liquid with it, an electromechanical transducer in the form of an olpachkovy membrane of a greater height than the membrane of the elastic element, with a piezoelectric element on the outer working surface, characterized in that it introduces a inert mass free-wheel limiter rigidly connected to the body, made in the form of a protrusion and having a mate for it on the surface of an inert mass. 2 . The seismic receiver according to claim 1, characterized in that the limiter is made in the form of a restrictive ring made up of two half rings located between the shoulders of the membranes of the elastic element and rigidly and inseparably connected to them and to the body, and the inert mass is made with a groove on the side surface, moreover, the restrictive ring enters this groove in the horizontal plane of symmetry of the inert mass with a gap. 3. The seismic receiver according to claim 1, characterized in that the limiter is made in the form of a series of elements protruding inside the volume occupied by an inert mass having on its surface the number of mating parts equal to the number of protrusions of the limiter.

Description

СейсмоприемникSeismic receiver

Предлагаемая полезная модель относится к области разведочной геофизики и предназначено для регистрации сейсмичесюлх колебаний при сейсморазведке.The proposed utility model relates to the field of exploration geophysics and is intended for recording seismic vibrations during seismic exploration.

Известен сейсмоприемник, содержащий корпус, инертную массу, электромеханический преобразователь и гидравлический преобразователь, образованный поршнями разных сечений инертной массой и корпусом. Внутренний объем гидравлического преобразователя заполнен жидкостью, передающей давление инертной массы электромеханическому преобразователю, причем .последний либо жестко связан с большим поршнем гьщравлического преобразователя, либо сам выполняет эту роль, а инертная масса связана с малым поршнем гидравлического преобразователя (А.с. СССР N 642658, G 01 V 1/16, 1979 г.).A known seismic receiver comprising a housing, an inert mass, an electromechanical transducer and a hydraulic transducer formed by pistons of different sections with an inert mass and a housing. The internal volume of the hydraulic converter is filled with a fluid that transfers the inertial pressure to the electromechanical converter, the latter either being rigidly connected to the large piston of the hydraulic converter, or fulfilling this role itself, and the inert mass is connected to the small piston of the hydraulic converter (A.S. USSR No. 642658, G 01 V 1/16, 1979).

Этот сейсмоприемник обладает хорошей чувствительностью в области низких сейсмических частот, однако имеет большой вес и малую надежность, поскольку амплитуда свободного хода малого поршня сейсмоприемника относительно корпуса не ограничена, что может привести к выходу прибора из строя при сильных ударных нагрузках в процессе его транспортировки и манипуляций в палевых условиях.This seismic receiver has good sensitivity in the region of low seismic frequencies, but it has a large weight and low reliability, since the amplitude of the free travel of the small piston of the seismic receiver relative to the body is not limited, which can lead to the failure of the device under severe shock loads during transportation and handling fawn conditions.

Известен сейсмоприемник, состоящий из корпуса, инертной массы, электромеханического преобразователя и гидравлического преобразователя, образованного поршнями разных сечений, инертной массой и корпусом. Гидравлический преобразовате ль выполнен как единое целое с установочным штырем, внутренняя полость которого заполнена тяжелой жидкостью (например, ртутью), выполнякЬщей одновременно роль инертной массы и малого поршня. Роль большого поршня выполняет электромеханический преобразователь. Внутренний ъем гидравлического преобразователя заполйен х.лЪп И Й Й&стью передающей давление инертной массы эле1СГр)@Ш Шясому преобразователю (А.С. СССР N 642659, G 01 V 1/16,Known seismic receiver, consisting of a housing, an inert mass, an electromechanical transducer and a hydraulic transducer formed by pistons of different sections, an inert mass and a housing. The hydraulic converter is made as a single unit with a mounting pin, the internal cavity of which is filled with a heavy liquid (for example, mercury), which simultaneously serves as an inert mass and a small piston. The role of a large piston is performed by an electromechanical converter. The internal volume of the hydraulic converter is filled with a high-pressure liquid with an inert mass, ele1СГр) @ Ш Shyasu converter (AS USSR N 642659, G 01 V 1/16,

Этот сейсмоприемник имеет меньшие габг широкополосен, но по тем же причинам, что и предыдущий аналог имеет малую надежность. Кроме того, он экологически оласен, поскольку разрушение корпуса прибора в поле неизбежно ведет к рассеиванию металлической ртути в окружающей среде.This seismic receiver has smaller gabg broadband, but for the same reasons as the previous analogue has low reliability. In addition, it is environmentally friendly, since the destruction of the device body in the field inevitably leads to the dispersion of metallic mercury in the environment.

Mk-M: Mk-m:

Известен сейсмоприемник, содержащий корпус, инертную массу с кольцевой выемкой, упругий элемент в вще колпачковой мембраны, проходящей через центр тяжести инертной массы перпендикулярнорабочейосисейсмоприемника,A known seismic receiver comprising a housing, an inert mass with an annular recess, an elastic element in a cap-type membrane passing through the center of gravity of the inert mass perpendicular to the operating system,

электромеханический преобразователь в виде двух оппЪзитно расположенных колпачковых мембран с размещенными на их плоских рабочих частях пьезоэлементами, гидропреобразователь, образованныймембранамиэлектромеханическогоan electromechanical converter in the form of two oppositely located cap membranes with piezoelectric elements placed on their flat working parts; a hydraulic converter formed by electro-mechanical membranes

преобразователя, инертной массой и упругим элементом.transducer, inert mass and elastic element.

Все мембраны сейсмоприемника соединены между собой и с корпусом жестко и неразъемно. Внутренние гидропреобразователя заполнены жидкостью. (Патент СССР SU 1794252 A3, G 01 V 1/16, 1993 г.).All seismic receiver membranes are connected to each other and to the body rigidly and inseparably. The internal hydraulic converter is filled with liquid. (USSR patent SU 1794252 A3, G 01 V 1/16, 1993).

Этот сейсмоприемник имеет высокую чувствительность в широком диапазоне частот сейсмических колебаний. Однако, он обладает малой надежностью, поскольку замедление свободного хода инертной массы относительно корпуса в нем достигается за счет механического контакта рабочей части упругого элемента с границами кольцевых выемок инертной массы при высоких ударных нафузках на корпус прибора в полевых условиях, что может существенно ухудшить упругие свойства указанного элемента конструкции и даже вывести прибор из строя полностью.This seismic receiver has high sensitivity over a wide range of seismic frequency. However, it has low reliability, since the inertial mass free motion relative to the housing is slowed down due to mechanical contact of the working part of the elastic element with the boundaries of the inertial mass grooves at high impact punches on the instrument housing in the field, which can significantly impair the elastic properties of this structural element and even disable the device completely.

Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является сейсмоприемник, имеющий корпус, упругий элемент, выполненный в виде двух оппозитно расположенных основных колпачковых мембран с кольцеобразными цилиндрическими буртиками, сочленеными посредством тороидального гсифра с горизонтальным кольцевым плоским буртиком, инертную массу, выполненную в тела вращения с цили1здрическими выступами со стороны торцевых поверхностей, элек1 Ьомеханичес|Шй преобразователь, выполненный в виде колпачковой мембраны большей высоты, чем iMera lHbrVnfi ifoThe closest analogue of the proposed utility model is a seismic receiver having a body, an elastic element made in the form of two opposed main cap membranes with annular cylindrical flanges articulated by a toroidal gypsum with a horizontal annular flat collar, an inert mass made in a body of revolution with cylindrical protrusions with the sides of the end surfaces, an electromechanical transducer made in the form of a cap membrane of a greater height than iMera lH brVnfi ifo

элемента и с пьезоэлементом на внешней рабочей повеelement and with a piezoelectric element on an external working surface

. - „ -...«j. - "-..." j

Все мембраны этого сейсмоприемника Соединены между собой и с корпусом жестко и неразъемно по ИШьцевых плоских буртиков. Внутренний объем, образований мембранами упругого элемента, заключает в себе9т1рт1 ю массу, жестко и неразъемно связанную цилиндрическими выступами по центру с мембранами упругого элемента. Внутренний объем, обрг ованный мембраной электромеханичесгюго преобразователя и одной из мембран упругого элемента, заполнен жидкостью и служитAll membranes of this seismic receiver are interconnected and with the body rigidly and inseparably along the IShtsev flat beads. The internal volume of the formations by the membranes of the elastic element comprises a 9m1mt1 mass, rigidly and inseparably connected by cylindrical protrusions in the center with the membranes of the elastic element. The internal volume, encased by the membrane of the electromechanical transducer and one of the membranes of the elastic element, is filled with liquid and serves

камерой гидропреобразователя, передающего давлен1че инертной массы электромеханическому преобразователю. Роль большого и малого поршней ифают при этом эффективные сечения указанных мембран.a hydraulic converter chamber transmitting pressure of an inert mass to an electromechanical converter. The role of the large and small pistons is played by the effective cross-sections of these membranes.

Этот сейсмоприемник имеет малые габариты и вес, высокую чувствительность в широком диапазоне частот, которая практически не зависит от температуры окружающей среды.This seismic receiver has small dimensions and weight, high sensitivity in a wide frequency range, which is practically independent of the ambient temperature.

Однако, при грубой эксплуатации прибора в полевых условиях и возможных экстремальных ударных воздействиях на корпус не исключены поломки, так как свободный ход инертной массы оТнбсиппельно корпуса в нем также замедляется ее механическим контактом с рабочей поверхностью мембран упругого элемента (Патент РФ, RU 1394954 С, G 01 V 1/16, 1995 г.).However, during rough operation of the device in the field and possible extreme impacts on the case, breakages are not excluded, since the free movement of the inert mass of the housing in it is also slowed down by its mechanical contact with the working surface of the membranes of the elastic element (RF Patent, RU 1394954 C, G 01 V 1/16, 1995).

Целью предлагаемой полезной модели является повышение надежности сейсмоприемника.The purpose of the proposed utility model is to increase the reliability of the seismic receiver.

Поставленная цель достигается тем, что в сейсмоприемнике, содержащем корпус, упругий элемент в виде двух оппозитно расположенных колпачковых мембран с буртиками, образующих замкнутый объем, в котором размещена инертная масса, выполненная в виде тела вращения с цилиндрическими выступами со стороны торцевых поверхностей, жестко соединенными по центру с мембранами упругого элемента, размещенный с внешней стороны одной из мембран упругого элемента, жестко соединенный с ней и образующий с ней замкнутую полость, заполненную жидкостью, электромеханический преобразователь а виде колпачковой мембраны большей высоты, чем мембраны упругого элемента, с пьезоэлементом на внешней рабочей поверхности, введен жестко соединенный с корпусом ограничитель свободного хода инертной массы, выполненнный в виде выступа и имеющий ответную часть для него на поверхности инертной массы.This goal is achieved by the fact that in the seismic receiver containing the housing, an elastic element in the form of two opposed cap membranes with flanges forming a closed volume in which an inert mass is placed, made in the form of a body of revolution with cylindrical protrusions from the end surfaces, rigidly connected along the center with the membranes of the elastic element, located on the outside of one of the membranes of the elastic element, rigidly connected to it and forming a closed cavity filled with liquid with it, The Romeomechanical transducer, in the form of a cap membrane of a greater height than the membrane of the elastic element, with a piezoelectric element on the external working surface, introduces an inert mass freewheel rigidly connected to the housing, made in the form of a protrusion and having a counterpart for it on the surface of an inert mass.

Кроме того заявляется вариант сейсмоприемни, в штором офаничитель выполнен в виде ограничительного кольца, составленного из двух полуколец, расположенных между буртиками мембран упругого элемента и жестко и неразъемно соединенных с ними и с корпусом, а инертная масса выполнена с пазом на боковой поверхности, причем офаничительное кольцо входит в этот паз в горизонтальной плоскости симметрии инертной массы с зазором.In addition, a variant of the seismic receiver is claimed, in the curtain, the waitress is made in the form of a restrictive ring made up of two half rings located between the shoulders of the membranes of the elastic element and rigidly and inseparably connected with them and the body, and the inert mass is made with a groove on the side surface, and the capturing ring enters this groove in the horizontal plane of symmetry of the inert mass with a gap.

занимаемого инертной массой, имеющей на своей поверхности число ответных частей, равное числу выступов офаничителя.occupied by an inert mass having on its surface the number of mating parts equal to the number of protrusions of the waiter.

Достижение указанной цели в силу данного конструктивного отличия определяется тем, что ограничитель свободного хода инертной массы, жестко связанный с корпусом сейс1 оприемника, при чрезмерных ударных и вибрационных нафузках механически замыкает ее на себя и через себя на корпус, исключая таким образом возникновение запредельных деформаций на йолпачковых мембранах, как упругого элемента, так и электромеханического преобразователя сейсмоприемника.The achievement of this goal due to this design difference is determined by the fact that the inertial mass free-wheel limiter, rigidly connected to the receiver seismic1 body, when it is subjected to excessive shock and vibrational stresses, mechanically closes it on itself and through itself onto the case, thus eliminating the occurrence of transcendental deformations on yolpachnyh membranes of both the elastic element and the electromechanical transducer of the geophones.

На чертеже представлен общий вид предлагаемого сейсмоприемника, где:The drawing shows a General view of the proposed seismic receiver, where:

1 - корпус сейсмоприемника; 2 - основание корпуса; 3 фышка корпуса; 4 - упругий элемент; 5,6 - колпачковые мембраны; 7 - инертная масса; 8 - цилиндрические выступы; 9 прямоугольный кольцевой паз; 10 - ограничительное кольцо; 11,12 - полукольца ограничительного кольца; 13 - элекгромеханичес|алй преобразователь; 14 - колпачковая мембрана; 15 - пьезоэлемент; 16 - жидкость; 17 - токопроводящая спираль; 18 - Проходной изолятор; 19-антивибрационный кабель.1 - the body of the geophone; 2 - housing base; 3 shell casing; 4 - an elastic element; 5.6 - cap membranes; 7 - inert mass; 8 - cylindrical protrusions; 9 rectangular annular groove; 10 - a restrictive ring; 11,12 - half rings of a restrictive ring; 13 - electro-mechanical | al converter; 14 - cap membrane; 15 - piezoelectric element; 16 - liquid; 17 - conductive spiral; 18 - bushing; 19 anti-vibration cable.

Инертная масса 7 посредством цилиндрических выступов 8 на ее торцевых поверхностях жестко закреплена между колпачковыми мембранами 5,6 упругого элемента 4. В прямоугольный кольцевой паз 9 входит с вертикальным и горизонтальными зазорами офаничительное кольцо 10, составленное из двух полуколец 11,12. Колпачковая мембрана 14 с пьезоэлементом 15 на плоской рабочей поверхности образуют электромеханический преобразователь, который вместе с мембраной 6 замыкают заполненную рабочей жидкостью 16 камеру гидропреобразователя прибора. Большим и малым поршнем гидропреобразователя служат эффективные сечения мембран 14 и 6 соответственно.Inert mass 7 by means of cylindrical protrusions 8 on its end surfaces is rigidly fixed between the cap membranes 5,6 of the elastic element 4. Into a rectangular annular groove 9 with a vertical and horizontal clearances an cover ring 10 made up of two half rings 11,12. The cap membrane 14 with the piezoelectric element 15 on a flat working surface form an electromechanical converter, which together with the membrane 6 closes the chamber of the hydraulic converter of the device filled with working fluid 16. The large and small piston of the hydraulic converter are the effective sections of the membranes 14 and 6, respectively.

Соединенные указанным образом элементы образуют преобразовательный блок сейсмоприемника, который располагается в соответствующем посадочном месте основания корпуса 2 и завальцовывается крышкой корпуса 3, при этом создается жесткий механический контакт преобразовательного блока с корпусом 1.The elements connected in this way form the transducer block of the seismic receiver, which is located in the corresponding landing place of the base of the housing 2 and is rolled by the cover of the housing 3, while creating a hard mechanical contact between the transducer and the housing 1.

Пьезоэлемент 15 электрически соединен токопрово/ щей спиралью 17 через проходной изолятор 18 с центральной жйлбйThe piezoelectric element 15 is electrically connected by a conductive spiral 17 through a bushing 18 with a central wire

выгодного антивибрационного кабеля 19, экранирующая оболочка которого электрически соединена с корпусом 1.advantageous anti-vibration cable 19, the shielding of which is electrically connected to the housing 1.

Работает сейсмоприемник следующим образом.The seismic receiver operates as follows.

При сейсмических колебаниях почвы, на которую устанавливается прибор, на малый поршень гидравлического преюбразователя перемещением инертной массы 7 создается силовое воздействие пропорциональное ускорению смещения корпуса 1. Это воздействие через рабочую жидкость 16 передается большим поршнем гидропреобразователя на пьезоэлемент 15, изгибные механические напряжения которого обеа1ечивают пропорциональные им электрические напряжения. Последние через токопроводящую спираль 17, проходной изолятор 18 и антивибрационный кабель 19 подаются на выход сейсмоприемника.With seismic vibrations of the soil on which the device is installed, a small force of the hydraulic converter is transferred by moving the inert mass 7 proportionally to the acceleration of the displacement of the housing 1. This action is transmitted through the working fluid 16 to the piezoelectric element 15, the bending mechanical stresses of which proportional to electrical voltage. The latter through the conductive spiral 17, the bushing 18 and the anti-vibration cable 19 are fed to the output of the geophone.

Положительный эффект от предлагаемой полезной модели достигается следующим. Ограничительное кольцо 10 в пределах рабочего входного динамического диапазона сейсмоприемни) изза наличия горизонтальных и вертикального зазоров между ним и поверхностью прямоугольного кольцевого паза 9 в инертной массе 7 не участвует в работе прибора и никак не взаимодействует с рабочими элементами преобразовательного блока. При возникновении механических воздействий, превышающих упомянутый динамический диапазон инертная масса 7 в зависимости от направления воздействия упирается верхней, нижней или боковой гранью паза 9 в соответствующую горизонтальную или боковую поверхность ограничительного кольца 10 и полностью тормозится после чего увеличение амплитуды этого воздействия уже никак не влияет на рабочие элементы преобразовательного блока.The positive effect of the proposed utility model is achieved as follows. Due to the presence of horizontal and vertical gaps between it and the surface of a rectangular annular groove 9 in an inertial mass 7, the restrictive ring 10 within the working input dynamic range of the seismic receiver does not participate in the operation of the device and does not interact with the working elements of the transducer block. In the event of mechanical influences exceeding the above dynamic range, the inert mass 7, depending on the direction of action, abuts the upper, lower or side face of the groove 9 against the corresponding horizontal or side surface of the restriction ring 10 and is completely inhibited, after which the increase in the amplitude of this effect no longer affects the working elements of the conversion unit.

Таким образом удается расширить диапазон ударных и вибрационных воздействий, не приводящих к порЧе прибора.Thus, it is possible to expand the range of shock and vibration effects that do not lead to damage to the device.

Это выгодно отличает данное конструктивное решение от прототипа и аналогов поскольку в них в подобной ситуации инертная масса взаимодействует не с ограничителем свободного хода, жестко связанным с корпусом, а с рабочими поверхностями упругих элементов преобразовательного блока, которые тормозят ее, деформируясь, и поэтому могут быть выведены из строя слишком большими внешними воздействиями.This distinguishes this constructive solution from the prototype and analogues because in such a situation the inert mass interacts not with the freewheel limiter rigidly connected to the housing, but with the working surfaces of the elastic elements of the converter unit, which inhibit it, deforming, and therefore can be removed failure by too large external influences.

Сравнительные испытания на ударопрочность трех выборок из 50 приборов предлагаемого сейсмоприемника и сейсмоприемников обычно используемых в практике полевой сейсморазведкиComparative impact tests of three samples of 50 instruments of the proposed seismic receiver and geophones commonly used in the practice of field seismic

показали, что нагрузку повышенной жесткости в 1000 ударов при ч1астоте 40 ударов в минуту и ускорении 50 g повреждения той или иной степени выраженности были обнаружены у 10-20% обычных приборов, в то время как начальные параметры в выборках предлагаемых сейсмоприемников и их целостность сохранились.showed that a load of increased stiffness of 1000 beats at a frequency of 40 beats per minute and acceleration of 50 g of damage of varying severity were found in 10-20% of conventional instruments, while the initial parameters in the samples of the proposed geophones and their integrity were preserved.

Заявители -авторы : /LtMjU - Пимштейн И.Г, Турлов П JLApplicants-authors: / LtMjU - Pimshtein I.G., Turlov P JL

Claims

1. A seismic receiver containing a housing, an elastic element in the form of two opposed cap membranes with shoulders forming a closed volume in which an inert mass is placed, made in the form of a body of revolution with cylindrical protrusions from the end surfaces, rigidly connected in the center with the membranes of the elastic element placed on the outside of one of the membranes of the elastic element, rigidly connected to it and forming a closed cavity filled with liquid with it, an electromechanical transducer in the form of an olpachkovy membrane of a greater height than the membrane of the elastic element, with a piezoelectric element on the external working surface, characterized in that a inert mass freewheel rigidly connected to the housing is introduced into it, made in the form of a protrusion and having a mate for it on the surface of an inert mass.

2. The seismic receiver according to claim 1, characterized in that the limiter is made in the form of a restrictive ring made up of two half rings located between the shoulders of the membranes of the elastic element and rigidly and inseparably connected to them and to the body, and the inert mass is made with a groove on the side surface, and the restrictive ring enters this groove in the horizontal plane of symmetry of the inert mass with a gap.

3. The seismic receiver according to claim 1, characterized in that the limiter is made in the form of a series of elements protruding inside the volume occupied by an inert mass having on its surface the number of mating parts equal to the number of protrusions of the limiter.