SU1762285A1

SU1762285A1 - Vibrating bench for testing and standardizing instruments for seismic prospecting

Info

Publication number: SU1762285A1
Application number: SU894770754A
Authority: SU
Inventors: Дмитрий Александрович Усанов; Игорь Гдальевич Пимштейн; Александр Владимирович Скрипаль; Владимир Николаевич Проскуряков; Павел Алексеевич Турлов
Original assignee: Специальное конструкторское бюро сейсмического приборостроения
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1992-09-15

Abstract

Сущность: вибрационный стенд дл шлифовани и эталонировани сеисморазведочнои аппаратуры содержит основание 1 с укрепленным в нем посредством пьезоэлектрических пакетов 2 центрирующий элемент, четыре поршн 3. 4. 5 в виде мембран , расположенных попарно по обе стороны пакетов пьезоэлектрических элементов и св занных с основанием периферийными част ми Центрирующий элемент 6 жестко св зан с внутренними .поршн ми, имеет сквозной осевой канал 7 соедин ющий полости между парами внешних и внутренних поршней Канал и полости заполнены жидкостью Жесткий шток 8 соедин ет внешние поршни, причем один из них жестко св зан со столом 9 Поршень 5 выполнен гофрированным пр моугольно с возможностью подсоединени шайбы 10 с буртиком. Контрольный датчик выполпон е виде СВЧ-генератора на диоде 2 з п ф-лы, 1 ил № С.Essence: a vibration stand for grinding and standardizing seismic prospecting equipment contains a base 1 with a centering element 2 fixed to it by means of piezoelectric packages, four pistons 3. 4. 5 in the form of membranes arranged in pairs on both sides of the packages of piezoelectric elements and peripheral parts associated with the base The centering element 6 is rigidly connected to the inner. Piston, has a through axial channel 7 connecting the cavities between the pairs of external and internal pistons. The channel and cavities are filled. dkostyu rigid rod 8 connects the outer pistons, one of which is rigidly associated with the table 9 The piston 5 is corrugated, with a rectangular connecting washer 10 with a collar. The control sensor is made in the form of a microwave generator on a diode 2 z p f-ly, 1 or № С.

Description

Изобретение относитс к разведочной геофизике и предназначено дл лабораторных исследований и эталонировани сейс- моразведочной аппаратуры.The invention relates to exploration geophysics and is intended for laboratory research and calibration of seismic survey equipment.

Известно также устройство дл исследовани сейсморазведочной аппаратуры в лабораторных услови х, выполненное в виде виброплатформы стол которой сообщаетс с возбудителем механических колебаний посредством гидравлической системы , содержащей поршни раз ных сечений , причем поршень малого сечени св зан со столом виброплатформы, а поршень большого сечени св зан с пьезоэлектрическим преобразователем В устройстве не предусмотрен контроль параметров механических колебаний стола, а использование контрольного датчика приводит к по влению нерегистрируемых компонент вектора смещени стола, что снижает точность устройства в целом.It is also known a device for investigating seismic equipment under laboratory conditions, a table made in the form of a vibroplatform which communicates with a mechanical vibration exciter through a hydraulic system containing pistons of different sections, the small section piston being connected to the table of the vibrating platform, and the large section piston being connected a piezoelectric transducer The device does not control the parameters of the mechanical vibrations of the table, and the use of a control sensor leads to unregistered components of the vector of the displacement of the table, which reduces the accuracy of the device as a whole.

Наиболее близким по совокупности общих признаков к предлагаемому вл етс вибрационный стенд дл исследовани и калибровки сейсмоприемников содержащий основание, на котором укреплен возбудитель механических колебаний, выполненный в виде пакетов пьезоэлектрических преобразователей, по разные стороны которого расположен стол и контрольный датчик , св занные между собой центрирующим элементом.The closest set of common features to the proposed is a vibration stand for research and calibration of seismic receivers containing the base on which the mechanical vibration exciter is fixed, made in the form of packages of piezoelectric transducers, on each side of which there is a table and a control sensor connected to each other by a centering element .

Однако данное устройство не обеспечивает необходимой точности дл исследоваvj ОHowever, this device does not provide the necessary accuracy for research.

ГО N)GO N)

со елcoke

ни и эталонировани сейсморазведочной аппаратуры. Это обусловлено тем, что величина механических колебаний, моделируемых при помощи данного устройства, сравнима с величиной сейсмических помех, искажающих результаты измерений. Кроме того, поршень контрольного датчика устройства соединен с возбудителем платформы , поэтому показани такого датчика завис т от весовых, центровых и других характеристик нагруженной платформы, что приводит к неоднозначности показаний контрольных датчиков. Указанные недостатки в целом существенно снижают точность устройства.nor is the seismic survey equipment standardized. This is due to the fact that the magnitude of the mechanical vibrations modeled using this device is comparable to the magnitude of seismic noise, distorting the measurement results. In addition, the piston of the control sensor of the device is connected to the platform driver, therefore the readings of such a sensor depend on the weight, center and other characteristics of the loaded platform, which leads to ambiguity of the readings of the control sensors. These drawbacks generally significantly reduce the accuracy of the device.

Целью изобретени вл етс снижение уровн помех при возбуждении, а также расширение области применени устройства при сохранении диапазона частот и повышение точности измерений.The aim of the invention is to reduce the level of interference when excited, as well as expanding the scope of application of the device while maintaining the frequency range and improving the accuracy of measurements.

Поставленные цели достигаютс тем, что в вибрационный стенд дл исследовани и эталонировани сейсморазведочной аппаратуры, содержащий основание, центрирующий элемент, св занный с основанием посредством пакетов пьезоэлектрических элементов, собранных на центрирующем элементе, стол и контрольный датчик, жестко св занный с основанием , ось чувствительности которого совпадает с осью центрирующего элемента, введены четыре поршн , выполненные в виде мембран с жесткими центрами, при этом поршни расположены попарно по обе стороны пакетов пьезоэлектрических элементов и св заны периферийными част ми с основанием, центрирующий элемент, жестко св занный с внутренними поршн ми, имеет сквозной осевой канал, соедин ющий полости между парами внешних и внутренних поршней и образующий вместе с ними объем, заполненный жидкостью, внутри осевого канала расположен жесткий шток, соедин ющий внешние поршни, причем один из их жестко св зан со столом, второй из наружных поршней выполнен в виде пр моугольно гофрированной мембраны с возможностью подсоединени шайбы с буртиком, а контрольный датчик выполнен в виде СВЧ-генератора на диоде Ганна, к выходу которого подключен отрезок разомкнутой коаксиальной линии центральный проводник которой выступает за пределы внешнего проводника и отстоит на рассто нии Я /10 от поверхности шайбы, где Я - длина волны СВЧ-генератора.The goals are achieved by the fact that in a vibrating stand for research and standardization of seismic survey equipment containing a base, a centering element connected to the base by means of packages of piezoelectric elements assembled on a centering element, a table and a control sensor rigidly connected to the base, the sensitivity axis of which coincides with the axis of the centering element, four pistons are introduced, made in the form of diaphragms with rigid centers, and the pistons are arranged in pairs on both sides of the bag in the piezoelectric elements and peripheral parts connected to the base, the centering element rigidly connected to the internal pistons has a through axial channel connecting the cavities between the pairs of external and internal pistons and forming together with them a volume filled with liquid inside the axial channel there is a rigid rod connecting the outer pistons, one of which is rigidly connected to the table, the second of the external pistons is made in the form of a rectangularly corrugated membrane with the possibility of connecting the flange washer, and control one sensor is designed as a microwave Gunn oscillator, which is connected to the output coaxial line segment open central conductor which projects beyond the outer conductor and is spaced a distance H / 10 from the surface of the washer, where I - the wavelength of the microwave oscillator.

Устройство по сн етс чертежом где изображен разрез стенда.The device is illustrated in the drawing where a section of the stand is shown.

Вибрационный стенд содержит основание 1, на котором укреплен возбудительVibration stand contains base 1, on which the pathogen is fixed

механических колебаний 2, выполненный е виде пакетов пьезоэлектрических элементов , по разные стороны которого попарно расположены поршни 3, 4, 5. Поршни 3 св заны между собой центрирующим элементом 6, который имеет сквозной осевой канал 7, соедин ющий полости между парами внешних и внутренних поршней и образующий вместе с ними объем, заполненныйmechanical oscillations 2, made in the form of packages of piezoelectric elements, on opposite sides of which pistons 3, 4, 5 are located in pairs. Pistons 3 are interconnected by centering element 6, which has a through axial channel 7 connecting cavities between pairs of external and internal pistons and forming with them the volume filled

жидкостью, внутри осевого канала 7 расположен жесткий шток 8, соедин ющий внешние поршни 4, 5 причем поршень 4 жестко св зан со столом 9, а поршень 5 выполнен в виде пр моугольно гофрированной мембраны с надетой на нее шайбой 10с цилиндрическим краевым буртиком, с внешней стороны поршн 5 расположен контрольный датчик, жестко св занный с основанием 1 и выполненный в виде СВЧ-генератора 11fluid, inside the axial channel 7 there is a rigid rod 8, connecting the outer pistons 4, 5 and the piston 4 is rigidly connected with the table 9, and the piston 5 is made in the form of a rectangular corrugated membrane with a washer 10c attached to it with a cylindrical edge collar, with an external The side of the piston 5 is a control sensor, rigidly connected with the base 1 and made in the form of a microwave generator 11

на диоде Ганна, к выходу которого подключен отрезок разомкнутой коаксиальной линии 12, центральный проводник 13 которой выступает за пределы внешнего проводника и отстоит на рассто нии I Я/10 от поверхности шайбы, где Я - длина волны СВЧ-генератора 11, причем ось отрезка коаксиальной линии 12 совмещена с осью симметрии центрирующего элемента.on the Gunn diode, to the output of which is connected a segment of an open coaxial line 12, whose central conductor 13 protrudes beyond the outer conductor and is located at a distance of I I / 10 from the surface of the washer, where I is the wavelength of the microwave generator 11, and the axis of the coaxial segment line 12 is aligned with the axis of symmetry of the centering element.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Пакеты пьезокерамических элементов возбудител механических колебаний 2 подключенные к генератору синусоидального напр жени в противофазе, раскачивают центрирующий элемент 6, который смещает внутренние поршни 3 в осевом направлении . Гидравлическа разв зка стола 9 и поршн 5 от центрирующего элемента 6The packages of the piezoceramic elements of the mechanical vibration exciter 2, connected to the sinusoidal voltage generator in antiphase, swing the centering element 6, which displaces the internal pistons 3 in the axial direction. Hydraulic table opening 9 and piston 5 from centering element 6

возбудител механических колебаний, обеспечивает отсутствие у данных элементов конструкции компонент вектора колебаний не совпадающих с центральной осью штока Перемещение поршней вызывает перетокexcitation of mechanical oscillations, ensures that the components of the oscillation vector components that do not coincide with the central axis of the rod are not present at these elements. Moving the pistons causes overflow

жидкости через канал 7. Интенсивность перетока в основном определ ет диссипатив- ные потери, обеспечивающие сглаживание частотной характеристики устройства в зоне главного резонанса его гидромеханической колебательной системы. При заданной в зкости рабочей жидкости и фиксированной длине канала 7 требуемое начальное затухание в ненагруженном устройстве устанавливаетс экспериментально изменением просвета канала 7 за счет подбора диаметра жесткого штока 8 так чтобы максимум амплитуды в районе главного резонанса ( 10 Гц) отличалс от плоского рабочего участка характеристикаfluids through channel 7. The intensity of the flow mainly determines the dissipative losses, which ensure the smoothing of the frequency response of the device in the zone of the main resonance of its hydromechanical oscillatory system. For a given working fluid viscosity and a fixed length of channel 7, the required initial attenuation in an unloaded device is established experimentally by changing the lumen of channel 7 by adjusting the diameter of the rigid rod 8 so that the maximum amplitude in the region of the main resonance (10 Hz) differs from the flat working section.

(15.,.250 Гц) не более чем на 3 дБ. Нагруже- ние рабочего стола 9 испытуемым датчиком 14 приводит к смещению резонансной частоты влево, при этом указанна выше разница может превысить уровень 3 дБ, т.к. проницаемость канала 7 частотно зависима и растет с уменьшением частоты колебаний гидромеханической системы. Этот нежела- .тельный эффект компенсируетс подбором диаметра шайбы 10, что вносит дозированную несимметрию в соотношении эффективных сечений верхней и нижней пар поршней и увеличивает таким образом интенсивность перетока жидкости по каналу. а следовательно и активные потери гидромеханической системы устройства. Таким образом, требуемое затухание в процессе эксплуатации устройства обеспечиваетс не изменением в зкости жидкости или изменением просвета канала, что всегда технически сложно, а простым подбором шайбы с буртиком, измен ющей эффективную площадь гофрированной мембраны. Это позвол ет легко корректировать и температурные изменени частотной характеристики устройства, и поддерживать посто нство его метрологических свойств в достаточно широком диапазоне темлера- тур.(15.,. 250 Hz) not more than 3 dB. Loading the desktop 9 with the test sensor 14 leads to a shift of the resonant frequency to the left, with the above difference may exceed the level of 3 dB, since Channel 7 permeability is frequency dependent and increases with decreasing frequency of oscillations of the hydromechanical system. This unwanted body effect is compensated for by selecting the diameter of the washer 10, which introduces a metered asymmetry in the ratio of the effective cross sections of the upper and lower pairs of pistons and thus increases the intensity of the flow of fluid through the channel. and consequently, the active losses of the hydromechanical system of the device. Thus, the required attenuation during operation of the device is provided not by changing the viscosity of the liquid or changing the channel lumen, which is always technically difficult, but by simply selecting a collar washer that changes the effective area of the corrugated membrane. This makes it possible to easily adjust the temperature changes of the frequency response of the device, and to maintain the constancy of its metrological properties in a fairly wide range of temperature.

СВЧ-генератор 11 на диоде Ганна контрольного датчика излучает электромагнитную волну, котора формируетс отрезком коаксиальной линии 12, направл етс на поверхность шайбы 10 и, отража сь от поверхности шайбы 10 взаимодействует с СВЧ-генератором, который таким образом, работает в автодинном режиме Принцип работы автодинного генератора состоит в изменении режима работы генератора при изменении внешней нагрузки, роль которой в данном случае выполн ет колеблюща с шайба. Изменение режима работы автодинного генератора может выражатьс либо в изменении тока, протекающего через активный элемент генератора (диод Ганна), либо в изменении падени напр жени на активном элементе. В процессе колебаний, совершаемых шайбой 10 происходит изменение рассто ни от поверхности шайбы до центрального проводника отрезка коаксиальной линии. Это приводит к изменению фазы электромагнитной волны, отраженной от поверхности шайбы и провзаимодейство- вавший с СВЧ-генератором. В результате с выходных клемм генератора снимаетс переменный сигнал, пропорциональный амплитуде колебаний поверхности шайбы 10.The microwave generator 11 on the Gunn diode of the control sensor emits an electromagnetic wave, which is formed by a segment of the coaxial line 12, is directed to the surface of the washer 10 and, reflecting from the surface of the washer 10, interacts with the microwave generator, which thus operates in autodyne mode. The autodyne generator consists in changing the mode of operation of the generator when the external load changes, the role of which in this case is oscillating with the washer. A change in the mode of operation of an autodyne generator can be expressed either in a change in the current flowing through the active element of the generator (Gunn diode) or in a change in the voltage drop across the active element. In the process of oscillations performed by the washer 10, the distance from the surface of the washer to the central conductor of the coaxial line segment changes. This leads to a change in the phase of the electromagnetic wave reflected from the surface of the washer and interacting with the microwave generator. As a result, a variable signal is removed from the output terminals of the generator, which is proportional to the amplitude of oscillation of the surface of the washer 10.

Примененный датчик регистрирует только вертикальную (осевую) компоненту вибраций.The sensor used registers only the vertical (axial) component of vibrations.

На основании экспериментального исследовани вли ни рассто ни I от центрального проводника 13 коаксиальной линии до поверхности шайбы 10 на чувствительность датчика, установлено, что при I А/10чувствительность контрольного датчика к вибраци м увеличиваетс , что приводит к повышению точности контрол вибраций.Based on an experimental study of the effect of the distance I from the center conductor 13 of the coaxial line to the surface of the washer 10 on the sensitivity of the sensor, it was found that at I A / 10 the sensitivity of the control sensor to vibrations increases, which leads to an increase in the accuracy of vibration control.

Claims

1. A vibration stand for research and calibration of seismic survey equipment, comprising a base, a centering element connected to the base by means of packages of piezoelectric elements assembled on

the centering element, the table and the control sensor rigidly connected to the base, the sensitivity axis of which coincides with the axis of the centering element, characterized in that

reduce the level of interference when excited; four pistons are introduced, made in the form of membranes with rigid centers; the pistons are located in pairs on both sides of the packages of piezoelectric elements and are connected by peripheral parts to the base; the centering element rigidly connected to the internal pistons has a through an axial channel connecting the cavities between the pairs of external and internal pistons and forming together with them a volume filled with liquid, inside the axial channel there is a rigid rod connecting the external pistons, one of these, are rigidly associated with the table.

2. Stand under item 1, which is different

by that. In order to expand the field of application of the device while maintaining the frequency range, another of the outer pistons is made in the form of a rectangularly corrugated membrane with the possibility of connecting a washer with a collar.

3. The stand according to claim 1 and 2, characterized in that, in order to improve the accuracy

measurements, the control sensor is made in the form of a microwave generator on a Gunn diode, to the output of which is connected a segment of an open coaxial line, the center conductor of which protrudes beyond

external conductor and is located at a distance of I I / 10 from the surface of the washer, where D is the wavelength of the microwave generator