SU1402991A1 - Акустический преобразователь - Google Patents
Акустический преобразователь Download PDFInfo
- Publication number
- SU1402991A1 SU1402991A1 SU864101458A SU4101458A SU1402991A1 SU 1402991 A1 SU1402991 A1 SU 1402991A1 SU 864101458 A SU864101458 A SU 864101458A SU 4101458 A SU4101458 A SU 4101458A SU 1402991 A1 SU1402991 A1 SU 1402991A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- waveguide
- rods
- diameter
- acoustic
- power
- Prior art date
Links
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
(21)4101458/24-25
(22)09.06.86
(46) 15.06.88. Бюл. № 22
(71)Всесоюзный научно-исследовательский институт дерной геофизики и геохимии
(72)В.Н.Носов (53) 350.83 (088.8)
(56)Патент ClUA № 4319345,
кл. G 01 V 1/40, олублик. 1980.
Авторское свидетельство СССР № 845618, кл. G 01 V 1/40, 1980.
Марков А,И. Ультразвукова обработка материалов. М.: Машиностроение , 1980, с.29.
(54) АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
(57)Изобретение относитс к геофизической скважинкой алпаратуре и ал- 1:а5,-атуре дл физического воздействи а пласты с целью интенсификации до- .)ычи полезных ископаемых и может быть использовано в геологоразведке, нефт ной, газовой, горной и других отрасл х промышленности. Цель - увеличение мощности и уменьшение продольного размера преобразовател .
Акустический преобразователь содержит пьезопакет с накладками в виде многоступенчатого волновода, выполненного из стержней большого и малого диаметров. Дл достижени цели стержни большого диаметра многоступенчатого волновода выполнены из продольно-пол ризованных пьезокерами- ческих элементов. Элементы соединены электрически параллельно между собой и с выводами пьезопакета.Стержни малого диаметра снабжены дисками, выполненными из одного куска материала . Диаметр дисков не меньше, чем диаметр пьезокерамических элементов. Длина X многоступенчатого волновода не меньше, чем (C,arccos 0,71)/2 1Гг, где ,14;f - частота; ско- Iрость распространени продольной вол- ны в волноводе. Иьезокерамические элемейты размещены между дисками стержней малого диаметра. Наружна часть волновода вьтолнена в виде накладки . Акустический преобразователь имеет в 3-4 раза большую акустическую мощность и меньшую в 1,66 раза длину волновода. 4 ил.
S
(Л
(49
Изобреггение относитс к геофизической скважинной аппаратуре и аппаратуре дл физического воздействи на пласты с целью интенсификации добычи полезных ископаемых и может быть использовано в геолого-разведочной , нефт ной, газовой, горной и других отрасл х промышленности.
Целью изобретени вл етс увели- :Чение мощности и уменьшение продольного размера преобразовател . I На фиг,1 показано устройство акус- гического преобразовател ; на фиг.2 - размещение преобразователей в корпусе скважинного снар да; на фиг. 3 - распределение колебательной скорости ho длине акустического преобразовате- Ь ; на фиг.4 - вариант выполнени Ьтержн малого диаметра в виде кон- Центратора и электрическое соединение Ььезоэлементов,
Акустический преобразователь (фиг.) армирован с помощью полого болта 1 и гайк:и 2. Возможен вариант меармированного преобразовател , в Этом случае элементы 1 и 2 отсутствуют . Наружна часть многоступенчатого .волновода заканчиваетс накладкой 3, ьшолненной из материала с малым дельным весом, например алюминиево- ito сплава, магни , сплава электрон и др.5 толщиной , где дли- На продольной волны на часто- lie преобразовател . Если вьшолнить Накладку указанной толщины, то в ней о|тсутствуют изгибные колебани , ухуд сдающие колебательные и знергетические свойства преобразовател . Пьезокера- м ические элемен ты 4, собранные в дан- HjDM случае, попарно и соединенные э|пектрически параллельно (фиг.4), и стержни 5 малого диаметра с вьшолнен- нЬ1ми заодно с ними дисками 6 образу- ю|г элемент многоступенчатого волновода . На фиг.1 число таких элементов с каждой стороны преобразовател рав но трем (симметричный акустический преобразователь), хот число элементов может . быть любьгм и определ етс ни услови размещени их в пределах вфлнового размера , где k вол-- ндвое число, ах- текущее значение дгшны преобразовател . При этом cosk 0,71 (фиг.З). За волноводом следует пьезопакет 7, в середине которого в узле колебаний размещен ко- 8 с отверстием дл шплинта или дf yгoгo элемента фиксации. В случае
5
0
5
0
5
0
5
1
5
если преобразователь выполнен армированным , пьезозлементы представл ют .собой продольно-пол ризованные шайбы (фиг.4). Если армирование отсутствует и преобразователь рассчитан на небольшую мощность, то пьезозлементы представл ют собой диски, причем в первом случае стержни 5, диски 6 и хомутик 8 имеют отверсти под армирующий болт (с учетом изол ции) 1.
В случае выполнени акустического преобразовател по несимметричной схеме вместо одного из волноводов устанавливают т желую накладку или заполн ют оставшийс волновой размер пьезоэлементами пьезопакета 7.
На фиг.2 показан акустический преобразователь 9, выполненный согласно фиг.. и размещенный в звукопроз- рачном трубчатом корпусе скважинного снар да 10. Корпус изготавливают из , металла, пластмассы (полихлорвинил, полиэтилен и т.п.). Внутри корпуса имеетс несущий стержень 11, на котором укреплены акустические преобразователи с помощью шплинтов, размещенных в хомутиках 8. Корпус заканчиваетс геофизическими головками 12 и 13„ Внутрь корпуса залита компенсационна жидкость типа ПЭС-З, ПЭС-4, керосина, трансформаторного масла, глицерина; между геофизическими головками 12 и 13 проложены провода. Механически геофизические головки соединены между собой с помощью стержн ilj а корпус снар да 10 соединен с ними с помощью уплотнитель- ных колец (методом сварки, склейки и т.п.). Так как корпус обладает необходимой податливостью, то наличие компенсатора давлени скважинной среды необ затель-но. Дл заливки компенсационной среды в снар д в одной из головок (12 или 13) предусмотрено отверстие , закрытое пробкой. Дл выравнивани внутреннего и внешнего давлений в головке предусмотрен шариковый . или иной конструкции клапан, сбрасывающий давление среды из корпуса 10, . J
Лп формирован1-ш необходимой ширины характеристики направленности и обеспечени необходимого коэффициента концентрации звуковой энергии в снар де устанавливают любое количество акусти еских преобразователей
Акустический преобразователь работает следующим образом.
- компенса10
15
технологических акустических преобразователей . Акустические преобразователи размещают внутри скважинного снар да на рассто нии А-/2, где длина акустической волны в ционной среде (фиг.2). Геофизические головки 12 и 13, вл ющиес одновременно отражател ми звука, вьтолн ют из стали или другого акустически жесткого материала во избежание излучени в продольном.направлении скважины и снижени акустической мощности . Суммарна акустическа мощность пропорциональна числу установленных в скважинном снар де, акустических преобразователей.
Выигрыш по акустической мощности
При подаче на отрицательный и положительный электроды пьезозлементов положительного полупериода сигналов высокой частоты (обычно на резонансной частоте) длина основного пьезо- пакета 7 и длина стержней большего диаметра, образованных пьезоэлемен- тами 4 и дисками 6, возрастает. Все амплитуды продольных колебаний, распростран ющиес от узла колебаний (место размещени хомутика 8) в сторону накладок 3, складываютс между. собой, и распределение колебательных скоростей принимает вид, показанный на фиг.3 (а - колебательна скорость ), В излучении принимают участие и внешние поверхности дисков 6 и стержней 5. Излучение с указанных поверхностей происходит радиально. В св зи с этим активна излучающа (принимающа ) поверхность преобразовател резко возрастает, что приводит к повьшению излучаемой акустической мощности.
Число элементов (элементы 4,стержни 5, диски 6) многоступенчатого волновода ограничено уменьшением колебательной скорости до 3 дБ (Oj71a), что соответствует при этом половинной мощности, хот можно допустить и другие уровни, например 6 дБ. Однако следует учесть, что при этом объем активного материала в преобразователе уменьшаетс , а объем пассив- 35 диаметра
величине А,„/2. В то же врем размгщесоставл ет при и,
d , 2, где d J 20
диаметр стержн 5, а d - диаметр
пьезоэлемента 4, установленного в многоступенчатом волноводе, пор док от 3 до 5 (независимо от числа акустических преобразователей, установ 25 ленных в скважинном снар де).
Некоторое повьш1ение акустической мощности можно получить при использовании стержней.5 многоступенчатого волновода, форма которых изображена на фиг.4. Форма стержн 5 может быть экспоненциальной, катеноидальной, конической и др. Увеличение колебательной скорости а с помощью такого стержн возможно .лишь при приближё- d., и длины стержн 5 к
30
ного материала вследствие введени стержней 5 и дисков 6 возрастает, что приводит к уменьшению эффективности преобразова1тел в режш е излучени , чувствительности в режиме приема, электроакустического коэффициента полезного действи и, в итоге, выходной мощности в св зи с уменьшением величины колебательной скорос- ти. Длина X волновода равна (C arccos 0,7l)/2ff.
Увеличение мощности достигаетс за счет того, что удельна мощность на торце передней накладки 3 может быть снижена и перераспределена между остальными излучающими поверхност ми . При размещении акустических преобразователей в снар де (фи.г.2) все колебани сфазированы и корпус переизлучает колебани как пульсирую- gg
ние пьезоэлементов в стержн х больше-- го диаметра волновода позвол ет увеличить мощность за счет введени до40 полнительного активного материала в преобразователь, при этом выигрыш по мощности пропорционален увеличению количества пьезоэлементов, размещенных в многоступенчатом волноводе.
45 Длина стержней и их диаметр в многоступенчатом волноводе, а также диаметр дисков 6 могут быть любыми. Все элементы преобразовател склеены между собой с помопцзю кле гор чего отgQ верзкдени типа ДМ5-65 или другой марки.
Акустический преобразователь позвол ет получить увеличение излучаемой мощности в 3-4 раза и уменьшение продольного размера волновода в 1,66 раза. Это позвол ет реализовать скважинные геофизические и технологические акустические преобразователи меньш ей длины и большей мощности.При
щий цилиндр, обеспечива тем самым получение дискообразной формы характеристики направленности, характерной дл скважинных геофизических и
- компенса
5
технологических акустических преобразователей . Акустические преобразователи размещают внутри скважинного снар да на рассто нии А-/2, где длина акустической волны в ционной среде (фиг.2). Геофизические головки 12 и 13, вл ющиес одновременно отражател ми звука, вьтолн ют из стали или другого акустически жесткого материала во избежание излучени в продольном.направлении скважины и снижени акустической мощности . Суммарна акустическа мощность пропорциональна числу установленных в скважинном снар де, акустических преобразователей.
Выигрыш по акустической мощности
составл ет при и,
d , 2, где d J 20
диаметр стержн 5, а d - диаметр
диаметра
пьезоэлемента 4, установленного в многоступенчатом волноводе, пор док от 3 до 5 (независимо от числа акустических преобразователей, установ ленных в скважинном снар де).
Некоторое повьш1ение акустической мощности можно получить при использовании стержней.5 многоступенчатого волновода, форма которых изображена на фиг.4. Форма стержн 5 может быть экспоненциальной, катеноидальной, конической и др. Увеличение колебательной скорости а с помощью такого стержн возможно .лишь при приближё- d., и длины стержн 5 к
ние пьезоэлементов в стержн х больше-- го диаметра волновода позвол ет увеличить мощность за счет введени дополнительного активного материала в преобразователь, при этом выигрыш по мощности пропорционален увеличению количества пьезоэлементов, размещенных в многоступенчатом волноводе.
Длина стержней и их диаметр в многоступенчатом волноводе, а также диаметр дисков 6 могут быть любыми. Все элементы преобразовател склеены между собой с помопцзю кле гор чего отверзкдени типа ДМ5-65 или другой марки.
Акустический преобразователь позвол ет получить увеличение излучаемой мощности в 3-4 раза и уменьшение продольного размера волновода в 1,66 раза. Это позвол ет реализовать скважинные геофизические и технологиеские акустические преобразователи меньш ей длины и большей мощности.При
tSa
0.7fff
e.llk
Claims (1)
- : Акустический преобразователь, содержащий пьезопакет с накладками в виде многоступенчатого волновода,выполненного из стержней большего и меньшего диаметра, отл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличе ний мощности и уменьшения продольно го-размера преобразователя, стержни большего диаметра многоступенчатого волновода выполнены из продольно-поляризованных пьезокерамических элементов, соединенных электрически параллельно между собой и с выводами пьезопакета, а стержни меньшего диаметра снабжены выполненными из одного куска материала дисками, диаметр которых не меньше, чем диаметр пьезокерамических элементов, длина многоступенчатого волновода не меньше, чем х = (Cv· arccos 0,7 1 )/2¾, где 1?= 3,14; f - частота; Cv - скорость распространения продольной волны в волноводе, причем пьезокерзмические элементы размещены между дисками стержней . меньшего диаметра, а наружная часть волновода выполнена в виде накладок.
1 ! р—_ -г 1 А 0299 I
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU864101458A SU1402991A1 (ru) | 1986-06-09 | 1986-06-09 | Акустический преобразователь |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU864101458A SU1402991A1 (ru) | 1986-06-09 | 1986-06-09 | Акустический преобразователь |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1402991A1 true SU1402991A1 (ru) | 1988-06-15 |
Family
ID=21250480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU864101458A SU1402991A1 (ru) | 1986-06-09 | 1986-06-09 | Акустический преобразователь |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1402991A1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000020896A1 (en) * | 1998-10-06 | 2000-04-13 | Isaak Aronovich Orentlikherman | Piezoelectric converter |
| WO2009002204A1 (en) * | 2007-06-25 | 2008-12-31 | 'arter Technology Limited' | Arrangement for low frequency wave effect on the perforation zone of the well casting pipe |
| WO2015074034A1 (en) * | 2013-11-18 | 2015-05-21 | Green Oilfield Services, Inc. | Acoustic fracturing of rock formations |
-
1986
- 1986-06-09 SU SU864101458A patent/SU1402991A1/ru active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000020896A1 (en) * | 1998-10-06 | 2000-04-13 | Isaak Aronovich Orentlikherman | Piezoelectric converter |
| WO2009002204A1 (en) * | 2007-06-25 | 2008-12-31 | 'arter Technology Limited' | Arrangement for low frequency wave effect on the perforation zone of the well casting pipe |
| WO2015074034A1 (en) * | 2013-11-18 | 2015-05-21 | Green Oilfield Services, Inc. | Acoustic fracturing of rock formations |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7325605B2 (en) | Flexible piezoelectric for downhole sensing, actuation and health monitoring | |
| RU2358292C2 (ru) | Многополюсный источник | |
| US8446798B2 (en) | Marine acoustic vibrator having enhanced low-frequency amplitude | |
| US4685091A (en) | Method and apparatus for acoustic well logging | |
| US8279713B2 (en) | Acoustic transmitter comprising a plurality of piezoelectric plates | |
| US7692363B2 (en) | Mass loaded dipole transduction apparatus | |
| JPH0511477B2 (ru) | ||
| CN1254697C (zh) | 偶极子测井仪器 | |
| CN102162358B (zh) | 一种随钻声波测井装置 | |
| GB2158580A (en) | Source for acoustic well logging | |
| US6643222B2 (en) | Wave flextensional shell configuration | |
| CN202170793U (zh) | 一种随钻声波测井装置和发射换能器 | |
| CN102169685A (zh) | 一种低频宽带小尺寸深水水声换能器 | |
| WO1991004585A1 (en) | Piezoelectric cylindrical transducer for producing or detecting asymmetrical vibrations | |
| US6135234A (en) | Dual mode multiple-element resonant cavity piezoceramic borehole energy source | |
| CN103646642A (zh) | 多液腔低频宽带水声换能器 | |
| CN104806234A (zh) | 随钻声波测井装置 | |
| SU1402991A1 (ru) | Акустический преобразователь | |
| CA1321007C (en) | Flexcompressional acoustic transducer | |
| CN106948813A (zh) | 一种过钻头偶极子声波测井发射器及测井装置 | |
| US5321333A (en) | Torsional shear wave transducer | |
| CN202042175U (zh) | 一种低频宽带小尺寸深水水声换能器 | |
| US20040090863A1 (en) | Oil well acoustic logging tool with baffles forming an acoustic waveguide | |
| US3138219A (en) | Electroacoustic transducer apparatus | |
| RU2453677C1 (ru) | Акустический скважинный излучатель |