SU1160345A1

SU1160345A1 - Скважинный пьезоэлектрический геофон

Info

Publication number: SU1160345A1
Application number: SU843709619A
Authority: SU
Inventors: Nikolaj I Nemzorov
Original assignee: Inst Geofiziki Ural
Priority date: 1984-03-07
Filing date: 1984-03-07
Publication date: 1985-06-07

Description

Изобретение относится к звукометрическим приборам - геофонам и может быть использовано для регистрации проявлений горного'давления и акустической эмиссий в шахтных 5 условиях,.

Известен скважинный пьезоэлектрический геофон, содержащий цилиндрический корпус датчика с размещенным у одного из его торцов пьезо- . Ю элементом и регистрирующую аппаратуру 03·

Недостатками такого преобразователя звукового давления являются слабая чувствительность и односто- 15 ронняя направленность.

Известен скважинный пьезоэлектрический геофон, содержащий датчик в виде цилиндрического корпуса с закрепленным в его основании пьезо- 20 элементом, представляющим собой прямоугольную пластинку, изогнутую по винтовой линии относительно ее оси симметрии таким образом, что стороны пластины, перпендикулярные ' 25.

этой оси, развернуты относительно друг друга на 90° [2}.

Недостатком известного устройства является слабая чувствительность, ; обусловленная тем, что изогнутость зд по винтовой линии затрудняет деформацию пластины в направлениях, совпадающих с осями максимальной чувствительности датчика . Части пластины, расположенные по разные стороны от места перегиба, деформируются в ³³неодинаковой степени - закрепленная часть деформируется сильнее, что приводит к различию чувствительности датчика при регистрации колебаний, векторы смещения которых перпендикулярны друг другу. Датчик обладает также нулевой чувствительностью в направлении оси симметрии винта.

I

Наиболее близким по технической 45 сущности к предлагаемому является скважинный пьезоэлектрический геофон, содержащий цилиндрический корпус с закрепленными на его основаниях двумя пьезоэлектрическими пластинами, 50

‘ плоскости которых взаимно перпендикулярны друг другу, а также последовательно соединенные детектирующие звенья, сумматор и регистратор. Переменное электрическое напряжение, 55 возникающее в результате вибрации 'консольно закрепленных пьезопластин, детектируется и через сумматор подается на регистрирующую аппаратуру Сз].

Указанный преобразователь обладает низкой чувствительностью. При воздействии любых типов звуковых волн противоположные грани пластин испытывают деформации разного знака (сжатие, растяжение) и поэтому электризуются одноименно-отрицательно при выбранном направлении действия силы и положительно при обратном направлении. Таким образом, на гранях пластин, с которых снимается напряжение, не возникает разности потенциалов, которую можно было бы измерить. Кроме того, величина изгибных деформаций пластин ограничена их размерами и может быть увеличена лишь за счет увеличения размеров датчика. Рассматриваемый датчик не реагирует также на колебания , векто'р смещения которых параллелен оси цилиндра.

Цель изобретения - увеличение чувствительности геофона и обеспечение сферической диаграммы направ- ’ ленности.

Поставленная цель достигается тем, что в скважинный пьезоэлектрический геофон, содержащий цилиндрический корпус с размещенными.в нем двумя пьезоэлементами и последовательно соединенные детектирующие звенья, сумматор и регистратор, дополнительно введен третий пьезоэлемент, плоскость которого перпендикулярна образующей корпуса, при этом каждый из пьезоэлементов выполнен из двух одинаковых пластин ,с металлической прокладкой между ними, а на свободных торцах пьезоэлементов жестко закреплены токопроводные грузы.

На чертеже изображена схема скважинного пьезоэлектрического геофона.

В цилиндрическом корпусе 1 жестко закреплены три нетокопроводные держатели 2-4 пьезоэлементов 5-7. Каждый пьезоэлемент состоит из двух одинаковых пластин, разделенных металлическими прокладками 8.

На свободных торцах пьезоэлементов через изоляционные прокладки 9 жестко закреплены дополнительные токопроводные грузы 10-12. Держатели 2 и 3 установлены так. что-плоскости пьезоэлементов 5 и 6 взаимно

1 160345

перпендикулярны.' Держатель 4 удерживает плоскость пьезоэлемента 7 в направлении, перпендикулярном образующим цилиндрического корпуса 1. Каждый из токопроводных грузов 10-12 электрически связан с сумматором 13 через детектирующие звенья 14. Выход сумматора подключен к регистратору 15.

Устройство работает следующим образом.

Цилиндрический корпус 1 помещается в специально пробуренной скважине. Под действием упругих колебаний корпус смещается. Дополнительные токопроводные грузы 10-12 по инерции стремятся остаться иа. месте, что приводит к изгибным деформациям консольно закрепленных биморфных пьезоэлементов 5-7, и они начинают вибрировать. В результате на внешних поверхностях пьезоэлементов и металлических прокладках возникают меняющиеся во времени электрические заряды, токи которых детектируются звеньями 14. После суммирования токов (или напряжений) в сумматоре 13 сигнал поступает на регистратор 15.

В качестве варианта конструкции возможно изготовление геофона с

4

заменой детектирующих звеньев 14 усилителями напряжений и раздельной записью сигналов с пьезопластин на три отдельных регистратора (три канала). В этом варианте геофон работает как трехкомпонеятный сейсмоприемник, позволяющий по разности времен, прихода поперечных и продольных волн определять расстояние до источников акустической эмиссии.

По сравнению с известным предлагаемый скважинный пьезоэлектрический геофон обладает сферической диаграммой направленности, так как характеризуется одинаковой чувствительностью к колебаниям, подходящим с трех взаимно перпендикулярных направлений полупространства.

Кроме того, предлагаемый геофон обладает по сравнению с известным большей чувствительностью, так как сигнал на регистрирующую аппаратуру подается с трех биморфных пластин. Преимущество геофона заключается также в возможности изменения его частотных характеристик в широких пределах не за счет увеличения размеров пластин, а значит и размеров датчика, а за счет изменения массы токопроводных грузов.

1160345

Claims

СКВАЖИННЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕОФОН, содержащий цилиндрический корпус с размещенными в нем двумя пьезоэлементами и последовательно соединенные детектирующие звенья, сумматор и регистратор, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и обеспечения сферической диаграммы направленности, в него введен третий пьезоэлемент, плоскость которого перпендикулярна образующей корпуса, при этом каждый из пьез'оэлементов выполнен из двух одинаковых пластин с металлической прокладкой между ними, а на свободных торцах пьезоэлементов жестко закреплены токопроводные грузы.

1160345

1160345