(54) СЕЙСМОПРИЕМНИК ДАВЛЕНИЯ Изобретение относитс к приемникам сейсмических сигналов и может быть использовано дл сейсмической разведки. Известен сейсмоприемник давлени , в котором в качестве преобразовател давлени используетс лазерный интерферометр, а элементом , воспринимаюидам давление, вл етс зластична оболочка, заполненна жидкостью, в которой проходит измерттельный луч интерферометра . Этот, прибор обладает высокой чувствительностью, достаточно ишроким частот ным диапазоном и возможностью согласовани со средой. 1. Недостатком данного сейсмоприемника вл етс ухудшение точности измерений из-за флуктуационных давлений в жидкости, завис щих от многих причин, и сложность конструкции . Наиболее близким к изобретению вл етс сейсмоприемник давлени , содержащий корпус с размещенными в нем лазерным интерфероMeTj )OM и оптически прозрачным твердотельным чувствительным злементом, в котором проходит измерительный луч лазерного интерферометра . Этот элемент дл согласовани со средой имеет физико-механические свойства, близкие к горным породам, а на торцах его напылены отражающие поверхности дл све товых лучей. Референтное плечо интерферометра дл акустической разв зки выполнено в виде герметичного вакуумного канала в твердом теле 2. Недостатками данного устройства вл ютс то, что его Чувствительность ограничена конечньши размерами чувствительного злем« гга (оптически прозрачное твердое тело), которые не могут быть значительными. Дело в том, что чувствительность интерферометра пр мо зависит от длины пути измерительного луча, т.е. от длины чувствительного элемента. Последн выбираетс из конструктивного решс нй с возможностью проведени измерений в скважине диаметром 100-150 мм. Кроме того, значительное увеличение длины чувствительного злемента приводит к снижению надежности прибора. При использовании в качестве чувствительного злеме1гга оптически прозрачного твердого тела непросто вьшолнтъ условие однородности i/изотропност материал из которого изготовлен чувствительный элемент . Кроме того, при увеличении размеров твердого тела возникают трудности в настрой ке интерферометра и сложности напылени зеркальных поверхностей. Сложно удовлетворить дл твердотельного чувствительного элемента одновременно оба услови : сделать его оптически прозрачным, и с физико-механическими свойствами близки ми к горным породам, что требует спецнального оборудовани и больших материальных затрат. Цель изобретени - повышение чувствител ности устройства. Поставленна цель достигаетс тем, что в сейсмопрнемнике давлени ,, содержащем корпус с размешенными в нем лазерным интер ферометром и оптически прозратаым твердотельным чувствительным элементом, последни выполнен в виде объема, заполненного непре рывным пупсом световолокон, причем промежутки волокнами заполнены вещест вом, акустическа жесткость которого соизмерима с акустической жесткостью материала световолокна. В свеюволоконном пучке проходит измерительный луч интерферрометра, референтный луч помешен в вакуумную камеру. Поскольку в том же объеме и форме чувствительного злемента может бьггь размешена очень больша длина световолокна, чувствительного к акустическим сигналам, то измерительный путь луча становитс равным общей длине световолокна. Это резко (в сотни раз) повышает чувствительность. А так как пучок световолокна залш затвердевающи веществом с акустической жесткостью, соизмеримой с акустической жесткостью, световолокна , то осуществл етс согласованна передача энергии сейсмических волн с малым потер ми, что также повышает чувствительность измерений. На чертеже изображен сейсмоприемник дав Сейсмоприемник содержит корпус 1 спуско-подъемный трос 2 с кабелем питани , пер дачи информации и разъемом, отсек 3, содержащий лазер, фотоприемник, оптические элементы интерферометра и злектронику, отсек 4 с референтным плечом интерферометра вакуу1у1ированную камеру 5 с референтным плечом интерферометра, световолокониый пучок б, заполн ющее вещество 7, зааргтный слой 8, чувствительный элемент 9 сейсмоприемника , выходной 10 и входной И концы световолоконного пучка иэмерительиого плеча интерферометра соответственно. Сейсмоприемник давлени имеет корпус 1 с разъемом, кабелем дл подачи питани и схема информации и дл проведени спускоподъемных операций. Сейсмоприемник делитс на две части: верхнюю, где расположены опуико-электронные устройства, и нижнюю, вл юшуюс воспринимающим элементом. Верхн часть состоит из двух отсеков. В отсеке 3 расположены лазер, фотоприемник, оптические элементы интерферометра, электронные узлы. В отсеке 4 имеетс вакуу1мированна камера 5 с референтным плечом интерферометра. Нижн часть сейсмоприемника , чувстзительный элемент, имеет следующую конструкцию. Измерительный луч интерферометра распростран етс в непрерывном световолоконном пучке 6, имеющем входной конец 11 и выходной конец 10. Световод уложен любым способом в объеме чувствительного элемента таким образом , что занимает его полный объем и имеет форму чувствительного элемента, котора может быть разной конструкции (в данном случае сигарообразна форма) Промежутки между световолокнами 6 заполнены веществом 7. Таким образом получаетс твердотельный чувствительный злемент. Заполн ющее вещество может быть типа различных компаундов или смол, или синтетического происхождени . Акустическа жесткость заполн ющего вещег ства выбираетс по возможности равной акустической жесткости материала световолокна , которое реагирует на акустические сигналы изменением своего показател преломлени , что вл етс необходимым условием дл работы интерферометра. Чувствительный элемент имеет внепшюю оболочку 8(защитный слой), котора предназначена как дл предотвращени от механических повреждений, так и дл согласовани физикомеханических параметров материала- заполн ющей массы и соответствующих свойств горных пород. В принципе, может быть подобран такой заполн ющий материал, который будет удовлетвор ть требовани м согласовани акустических сопротивлений системы световолокно - заполн ющее вещество - горна порода . Нижн часть чувствительного злемента 9 может иметь различную форму (удлииенную , конусообразную, плоскую, щарообразную и т.д.), удобную дл осуществлени коитакта со средой. При измерени х сейсмоприемник давлени опускаетс в скважину, в угулбленни в почве шш втыкаетс в нее, что делаетс обычнъ1М способом. Волны давлени , воздействующие на чувствительный злемент, вызывают механические напр жени в материалу, световолокна , в результате чего измен етс его(54) PRESSURE SEISMAT RECEIVER The invention relates to receivers of seismic signals and can be used for seismic prospecting. A seismic pressure transmitter is known in which a laser interferometer is used as a pressure transducer, and the element that is perceived as pressure is an elastic sheath filled with a liquid in which the measuring beam of the interferometer passes. This device has high sensitivity, a fairly high frequency range and the possibility of matching with the environment. 1. The disadvantage of this geophone is the deterioration of the measurement accuracy due to fluctuation pressures in the fluid, depending on many factors, and the complexity of the design. Closest to the invention is a pressure seismic sensor, comprising a housing with laser interferoMeTj) OM and an optically transparent solid-state sensitive element, in which the measuring beam of the laser interferometer passes. This element, for coordination with the medium, has physicomechanical properties close to rocks, and at its ends there are deposited reflecting surfaces for light rays. The reference arm of the acoustic separation interferometer is made in the form of a sealed vacuum channel in a solid 2. The disadvantages of this device are that its sensitivity is limited by the finite size of the sensitive gg (optically transparent solid), which cannot be significant. The point is that the sensitivity of the interferometer directly depends on the path length of the measuring beam, i.e. on the length of the sensing element. The latter is selected from a constructive solution with the possibility of measurements in a well with a diameter of 100-150 mm. In addition, a significant increase in the length of the sensitive element leads to a decrease in the reliability of the device. When using an optically transparent solid as a sensitive element, it is not easy to fulfill the uniformity condition i / isotropy of the material from which the sensitive element is made. In addition, when increasing the size of a solid, difficulties arise in tuning the interferometer and the complexity of sputtering mirror surfaces. It is difficult to satisfy both conditions for a solid-state sensitive element: to make it optically transparent, and with physicomechanical properties close to rocks, which requires special equipment and high material costs. The purpose of the invention is to increase the sensitivity of the device. The goal is achieved by the fact that in a seismic pressure transmitter, containing a body with a laser interferometer and an optically penetrating solid-state sensitive element placed in it, the latter is made in the form of a volume filled with a continuous pups of optical fibers, and the gaps are filled with fibers, the acoustic rigidity of which is comparable with the acoustic stiffness of the fiber material. In the fiber-optic beam, the measuring beam of the interferrometer passes, the reference beam is placed in the vacuum chamber. Since a very large length of the optical fiber sensitive to acoustic signals can be placed in the same volume and shape of the sensitive element, the measuring path of the beam becomes equal to the total length of the optical fiber. This dramatically (hundreds of times) increases the sensitivity. And since the beam of luminous fiber hardening substance with acoustic stiffness, commensurate with the acoustic stiffness of optical fiber, there is a coordinated transfer of energy of seismic waves with low losses, which also increases the sensitivity of measurements. The drawing shows a seismic receiver with pressure. The seismic receiver includes a housing 1 trip cable 2 with a power cable, information transfer and a connector, compartment 3 containing a laser, a photo receiver, optical elements of the interferometer and electronics, compartment 4 with an interferometer reference shoulder, a vacuum-shaped chamber 5 with a reference arm interferometer, fiber-optic beam b, filling substance 7, transartic layer 8, sensitive element 9 of the geophone, output 10 and input And the ends of the fiber-optic beam and the measurement arm of the interfer pa respectively. The pressure seismometer has a housing 1 with a connector, a cable for supplying power and a circuit for information and for tripping operations. The seismic receiver is divided into two parts: the upper one, where the opuiko-electronic devices are located, and the lower one, which is the perceiving element. The upper part consists of two compartments. In the compartment 3 are located the laser, photodetector, optical elements of the interferometer, electronic components. In compartment 4 there is a vacuum chamber 5 with the reference arm of the interferometer. The bottom part of the geophone, sensory element, has the following design. The measuring beam of the interferometer propagates in a continuous fiber-optic beam 6 having an input end 11 and an output end 10. The fiber is laid in any way in the volume of the sensitive element in such a way that it takes up its full volume and has the shape of a sensitive element, which can be of different design in the case of a cigar-shaped form) The gaps between the optical fibers 6 are filled with substance 7. Thus, a solid-state sensitive element is obtained. The filling substance may be of the type of various compounds or resins, or of synthetic origin. The acoustic stiffness of the filling substance is chosen to be as equal as possible to the acoustic stiffness of the material of the optical fiber, which responds to acoustic signals by changing its refractive index, which is a prerequisite for the operation of the interferometer. The sensing element has an external sheath 8 (protective layer), which is designed both to prevent mechanical damage and to harmonize the physicomechanical parameters of the material-filling mass and the corresponding properties of rocks. In principle, such a filling material can be selected that will meet the requirements of matching the acoustic resistances of the fiber-optic system - the filling substance - rock. The lower part of the sensing element 9 may have a different shape (elongated, tapered, flat, shchirovanny, etc.), convenient for the implementation of coitact with the environment. During the measurements, the pressure sensor is lowered into the well, and the soil in the soil is stuck into it, which is done in the usual way. Pressure waves acting on a sensitive element cause mechanical stresses in the material, the optical fiber, as a result of which it changes
показатель лреломле1ш , что приводит к изменению оптического путе измерительного луча шиерферометра. Так как референтный луч интенферометра акустически изолирован от воздействий сигналов, то на выходе интерферометрт имеютс изменении в интерференционной картине, который регистрируетс фотоприемником и преобразуетс в электрический сигнал. Последний после предварительного усилени подаетс по кабелю питани спуско-подьемного троса 2 на регистратор. .Lrelomle index, which leads to a change in the optical path of the measuring beam of the sferferometer. Since the reference beam of the internferometer is acoustically isolated from the effects of signals, the output of the interferometer is a change in the interference pattern, which is recorded by the photoreceiver and converted into an electrical signal. The latter, after preamplification, is supplied via the power cable of the trip cable 2 to the recorder. .
Положительный эффект изобретени заключаетс в повышений чувствительности измерений . Поскольку пучок ветоволокиа вплотную друг к другу заполн ет весь объем чувствительного элемента, получаетс больша длина измерительного луча интерферометра. Поэтому чувствительность предлагаемого устройства может бьггь повышена в сотии раз по сравнению с однократным прохождением луча в оптически, твердом теле устройства, вз того за прЬтотип. Кроме того, согласование акустических жесткостей световолокна и заподш юшего всшества способствует передаче сейсми , ческой эиергии без потерь, что также увеличивает чувствительность измерений. Кроме того , упрощаетс конструкци прибора. Нет необходимости чувствительный-элемент выполн ть однородным, что затрудн ет его изготовление . Нет необходимости в напылении зеркальных поверхностей осуществлении плрскопараллельности граней больших размеров оптически прозрафюго тела. Ввод и вывод света в световолокно можно осуществить более простыми способами, повьппаетс надежность устройства, так как чувствительный элемент имеет более простую конструкцию, . чеЧи Прототип.The positive effect of the invention is to increase the sensitivity of the measurements. Since the beam of the vetowolf close to each other fills the entire volume of the sensing element, a large length of the measuring beam of the interferometer is obtained. Therefore, the sensitivity of the proposed device can be increased several hundred times as compared with a single beam passing through an optical, solid device, taken as a type. In addition, the matching of the acoustic stiffnesses of the fiber and the underlying alliance contributes to the transmission of lossless seismic energy, which also increases the sensitivity of measurements. In addition, the design of the instrument is simplified. It is not necessary for the sensing element to be uniform, which makes it difficult to manufacture. There is no need for the deposition of mirror surfaces to realize the parallelism of the faces of large sizes of the optical protrar body. The input and output of light into the optical fiber can be accomplished in simpler ways, the reliability of the device is increased, since the sensitive element has a simpler design,. Prototype.
Применение сейсмоприемншса позволит проводить сейсмофизические исследовани по изучению формы первичного импульса и изменени ее с рассто нием и изменением -.рейсмогеологических условий. Сейсмоприемник можно использовать при определении затухани сейсмических волн, св занных с поглощением энергии в реальных средах, определении границы между упругой и неупругой област ми. Все это позвол ет вы вл ть св зи между формой волны и физико-лктологическикш свойствами геолошческих сред, что вл етс пр мыми предпосылками дл решени проблемы пр мых поисков месторождений нефти и газа.The use of a seismic detector will allow seismic-physical studies to be carried out to study the shape of the primary impulse and change it with distance and variation in the geological conditions. A seismic receiver can be used in determining the attenuation of seismic waves associated with energy absorption in real media, in determining the boundary between the elastic and inelastic regions. All this makes it possible to reveal the connection between the waveform and the physicochemical properties of the geoscale media, which are direct prerequisites for solving the problem of direct exploration of oil and gas fields.
Использование сейсмоприемншса давлени может быть полезным в сейсмологии, прогнозировании землетр сений, в инженерно-строителных изыскани х, рудаой сейсморазведке, в регистрации дерных взрывов и др.The use of seismic pressure can be useful in seismology, earthquake prediction, engineering survey, seismic ore, in registration of nuclear explosions, etc.