SU1183932A1 - ПРИЕМНИК ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ СЕЙСМОКОСЫ с диэлектрическим заполнителем - Google Patents

Description

Изобретение относится к сейсмической разведке полезных ископаемых и может использоваться для приема акустических колебаний в случаях, когда требуется обеспечить надежную регист- 5 рацию звукового давления при наличии «гидродинамических помех, возникающих 'при относительном перемещении приемного устройства и среды, а также в буксируемых приборах морской сейсморазведки, так называемых сейсмокосах.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости приемника к воздействию гидродинамической помехи при обеспечении виброустойчивости. ^,5

Положительный эффект достигается выбором места и размеров отверстий в корпусе приемника и обеспечением достаточной жесткости самого корпуса.

, Физической основой для достижения положительного эффекта является различие в распределениях давления полезного сигнала и давления от гидродинамической помехи по поперечному сечению внутреннего объема оболочки сейсмокосы. Известно, что давление полезного сигнала на низких частотах, используемых в сейсморазведке, имеет длину волны, значительно превышающую поперечные размеры оболочки, и вслед-30 ствие этого распределяется по поперечному сечению сейсмокосы равномерно.

В то же время, давление гидродинамической помехи имеет в основном неполновую природу и быстро затухает по 35 мере удаления от оболочки по экспоненциальному закону, так, что по мере¹ приближения к оси оболочки давление гидродинамической помехи снижается, а у поверхности оболочки оно макси- 40 мально.

Таким образом, если чувствительный элемент приемника поместить в достаточно жесткий корпус, не имеющий отверстий на боковой поверхности 45 .и не передающий давление гидродинамической помехи во внутренний объем, а для прохода к чувствительному элементу давления полезного сигнала сделать отверстия в центре торцовых 50 поверхностей корпуса, то произойдет перераспределение принимаемых давлений, давление полезного сигнала сохранит свою первоначальную величину,^! а давление гидродинамической помехи .55 уменьшится в соответствий с соотноше- _; нием размера отверстия с! (или границы' области расположения отверстий,

если их несколько) и размера! приемной поверхности чувствительного элемента в поперечном направлении Чем больше отношение Г_чэ/с?, т.е. чем меньше отверстие, тем больше эффект от применения предлагаемого устройст·?ва.

Однако диаметр отверстия с? не может быть сколь угодно малым - он должен обеспечивать прохождение сигнала внутрь корпуса без потерь во всем диапазоне рабочих частот. Для этого должно выполняться соотношение

о/ г 2ΐϊ*ν £& /пс¹ ,

где V - объем заполнителя внутри · ; корпуса,С - скорость звука в заполнителе,

- верхняя рабочая/частота, η - число отверстий на одной

торцовой поверхности.

Следовательно, для достижения положительного эффекта по помехо- ¹ устойчивости, диаметр отверстия <3 * должен находиться из соотношения

В_мэ>с1?/27^г£^/с?п . (1)

Для того, чтобы гидродинамическая помеха не передаваясь на чувствительный элемент через боковые стенки корпуса, жесткость корпуса к воздействию этой помехи должна быть выше жесткости объема заполнителя, находящегося внутри корпуса. ,

При этом соотношение мевду жесткостью корпуса и его внутренним объемом с заполнителем 5^, определяемое формулой

5_ν

К4

V у

рс² В

(.2)

где V, с/\ Т - модуль Юнга материала корпуса, толщина боковой стенки, диаметр,

Р - плотность заполнителя,

(С - доля заполнения

объема корпуса заполнителя,

должно быть больше единицы,

На чертеже представлена схема

предлагаемого приемника и схематическое расположение его в оболочке сейсмокосы.·

Приемник давления для сейсмокосы содержит чувствительный элемент 1,

1183932 4

симметрично закрепленный в симметричном корпусе 2 элементами 3 крепления. Корпус 2 имеет отверстия 4 в центральной части его торцовых фланцев. Внутренняя полость корпуса 5 содержит диэлектрический заполнитель 5, который заполняет весь свободный внутренний объем оболочки 6 сейсмокосы, внутри которой коаксиально размещен предлагаемый приемник. 10

Примером конкретного выполнения может служить приемник с пьезокерамическим цилиндрическим чувствительным элементом, закрепленным за его центральное сечение внутри корпуса, 15 наружная поверхность которого имеет форму кругового цилиндра, а плоские торцовые поверхности корпуса (фланцы) имеют по одному отверстию в центре. 20

Кроме того-, примером может служить приемник, чувствительный элемент которого закреплен за центр на оси, которая крепится в центре торцовых поверхностей корпуса. 25

В этом случае отверстия выполняются в центральной области торцовых поверхностей симметрично вокруг места крепления оси.

¹ Проектирование предлагаемых приемников производится, как правило, для заданного частотного диапазона при определенных внешних габаритах приемника. При этом, ориентируясь на размеры чувствительного элемента, габариты и материал корпуса, характеристики заполнителя, зная верхнюю частоту рабочего диапазона и пользуясь соотношением (2), рассчитывается толщина стенки корпуса, ₄θ обеспечивающая требуемое ослабление гидродинамической помехи.’ Затем определяется диаметр отверстия во фланцах по соотношению (1), обеспечивающий полную передачу полезного сигнала к чувствительному элементу.

Так, например, при использовании

корпуса из титана 4* = 10 диам³

метром 5-10 м, половину объема которого (К₁ = 0,5) занимает заполни- 50 тель с плотностью 9-10^2- кг/м³ и скоростью звука в нем 1,4*10³ м/с, при желании получить ослабление гидродинамической помехи корпусом более чем в 5 раз (5_к/5^= 5), толщина кор- 55 пуса из соотношения (2) должна быть не менее сГ }2,5*;0~³м, а диаметр отверстия (т.е. при п=1)

для пропускания верхней частоты 1400 Гц при объеме корпуса' 10*⁺м³ из соотношения (1) должен быть не менее . , . ,

с/^2Я²/с²=2-Ю³м

Устройство работает следующим образом.

Звуковые колебания среды (давление полезного сигнала) через оболочку, рабочую жидкость в ней (заполнитель) , через выполненные в соответствии с предлагаемым техническим решением в центре торцовых поверхностей корпуса отверстия воздействуют на рабочую поверхность чувствительного элемента. Они не ослабляются в силу малого диаметра оболочки по сравнению.с длиной волны и достаточного размера отверстий по соотношению (1). Возникающие на поверхности оболочки псевдозвуковые возмущения от гидродинамических помех также через оболочку, рабочую жидкость, через отверстия во фланцах ослабленными достигают поверхности чувствительного элемента. При этом давление передается только через отверстия, так как корпус выполнен достаточно жестким по соотношению (1).

Максимальный эффект ослабления гидродинамических помех зависит от вида распределения их внутри оболочки и достигается подбором размеров Г_чаи с! .

Помехоустойчивость определяется I как квадрат отношения давления сиг-. нала к давлению помехи и по сравнению с известным устройством выше приблизительно в два раза.

Это значит, что замена ПДС-21 предлагаемым приемником позволяет увеличить в два раза дальность действия сейсмокосы (глубину просвечивания) или при сохранении дальности увеличить в полтора раза скорость буксирования, или при сохранении дальности и скорости в два раза уменьшить число приемников· в сейсмокосе, которое для сейсмокосы длиной 2,5 км исчисляется примерно в 2-3 тыс. шт.

Таким образом, положительный эффект может быть явно выражен экономически.

Преимущество предлагаемой конструкции приемника по сравнению с известной заключается в том, что увеличение эффективности его работы

$

1183932

6

при буксировке может быть достигнуто увеличением наружных размеров чувствительных элементов, а также за счет ослабления воздействия на них давления гидродинамических помех ужесточением корпуса и размещением, входных отверстий в защитном корпусе приемника в зоне наименьшего действия гидродинамических помех. Без ущерба для помехоустойчивости боковая поверхность корпуса может быть практически совмещена с внутренней поверхностью оболочки сейсмокосы, и таким образом без дополнительных элементов конструкции может быть обеспечено центральное

расположение приемных отверстий относительно поверхности оболочки, т.е. в зоне наименьших значений дав

5 ления гидродинамической помехи.

Кроме того, при выполнении защитного корпуса сплошным увеличивается его прочность и^ следовательно повышается надежность устройства в

10 целом.

Симметричное выполнение корпуса, отверстий и симметричное закрепление чувствительного элемента внутри корпуса позволяют обеспечить вы15 сокую виброустойчивость предлагаемо го приемника (не ниже, чем у извест ного).

Claims (1)

1. <claim-text>1. ПРИЕМНИК ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ СЕЙСМОКОСЫ с диэлектрическим заполнителем,. содержащий чувствительный элемент, закрепленный внутри защитного корпуса с не менее, чем одним отверстием, имеющего боковую поверхность и торцовые крышки, отличаю-щ и й с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости приемника к воздействию гидродинамической помехи при обеспечении виброустойчивости, отверстия расположены в центральной области торцовых крышек, причем область расположения отверстий ограничена диаметром, меньшим, чем поперечный размер чувствительного эле-</claim-text> <claim-text>а диаметр отверстия с/ определяется соотношениями</claim-text> <claim-text>1\э?о1&gt;х2л\£26/с2 ,</claim-text> <claim-text>где К - доля заполнения объема корпуса заполнителем,</claim-text> <claim-text>Υ - модуль Юнга материала корпуса,</claim-text> <claim-text>с— плотность заполнителя и скорость звука в нем,</claim-text> <claim-text>С » I *</claim-text> <claim-text>V - объем заполнителя внутри корпуса,</claim-text> <claim-text>£е - верхняя частота рабочего диапазона,</claim-text> <claim-text>ВЧэ - диаметр чувствительного элемента.</claim-text> <claim-text>¢2</claim-text> <claim-text>, зи 1183932</claim-text> <claim-text>1 1183932 2</claim-text>