Изобретение относится к геофизике, в частности к сейсмоакустическим исследованиям, и может быть использовано для получения прогностических характеристик при контроле трещинообразования в массиве горных пород.The invention relates to geophysics, in particular to seismic-acoustic research, and can be used to obtain prognostic characteristics when monitoring crack formation in a rock mass.
Известно (Патент РФ №2009529, 1994 г., прототип) устройство скважинный датчик для геофизических исследований, содержащее активный элемент, размещенный в эластичной оболочке, которая заполнена жидкостью, устройство для фиксации эластичной оболочки. К недостаткам следует отнести, во-первых, нетехнологичность, т.к. часто оболочка приходит в негодность и подлежит замене, во-вторых, нет никаких измерений и результатов по поводу оценок установки датчика, что подтверждает низкую достоверность проводимых измерений.It is known (RF Patent No. 20059529, 1994, prototype) a downhole sensor device for geophysical surveys, containing an active element located in an elastic shell that is filled with liquid, a device for fixing the elastic shell. The disadvantages include, firstly, low technology, because often the shell becomes unusable and needs to be replaced, and secondly, there are no measurements and results regarding the sensor installation ratings, which confirms the low reliability of the measurements.
Известно также (Патент РФ №1689903, 1991 г., прототип) устройство скважинный геофон, содержащее цилиндрический корпус - контейнер с трубчатым хвостовиком и пружиной, чувствительный и контролирующий элементы, распорный и регулирующий узлы. Основными недостатками являются: первое, невозможность оценить контакт с объектом; второе, - низкая достоверность, т.к. измерения косвенные.It is also known (RF Patent No. 1689903, 1991, prototype) a downhole geophonic device comprising a cylindrical body — a container with a tubular shank and a spring, sensitive and controlling elements, pressure and regulating units. The main disadvantages are: first, the inability to evaluate contact with the object; second, low reliability, because indirect measurements.
Технической задачей, на решение которой направленно заявленное изобретение, является повышение достоверности приема сигнала.The technical problem, the solution of which the claimed invention is directed, is to increase the reliability of signal reception.
Поставленная цель достигается тем, что дополнительно в корпусе на крышке сейсмоакустического преобразователя установлены электрический разъем, платы предварительного усилителя и волоконно-оптического лазерного интерферометра, причем последний размещен в акустически развязывающем элементе, а также в корпусе установлены демпфер и головка волоконно-оптического интерферометра, причем приемоизлучающий активный элемент и демпфер выполнены в виде кольца и установлены соответственно на дно корпуса, которое имеет малое отверстие в центре, головка волоконно-оптического лазерного интерферометра установлена в отверстие дна корпуса и соединено с помощью оптического волокна с волоконно-оптическим лазерным интерферометром.This goal is achieved by the fact that in addition to the housing on the lid of the seismic-acoustic transducer, an electrical connector, a pre-amplifier board and a fiber-optic laser interferometer are installed, the latter being placed in an acoustically decoupling element, as well as a damper and a fiber-optic interferometer head, and a receiving-radiating one the active element and the damper are made in the form of a ring and are installed respectively on the bottom of the housing, which has a small hole in the center , the head of the fiber-optic laser interferometer is installed in the hole in the bottom of the housing and connected using an optical fiber to the fiber-optic laser interferometer.
Сейсмоакустический преобразователь состоит из следующих элементов (фиг. 1): цилиндрический корпус 1, выполненный из металлического сплава; приемоизлучающий активный элемент 2, выполненный, например, из пьезокерамики ЦТС-19; демпфер 3, обычно выполненный из бронзы или латуни; плата 4 предварительного усилителя, работающего в диапазоне выбранных частот; блок 5 волоконно-оптического лазерного интерферометра; головка 6 волоконно-оптического лазерного интерферометра; одномодовое оптическое волокно 7; акустически развязывающий элемент 8; крышка корпуса 9; электрический разъем 10; объект 12. Рабочая поверхность 11 сейсмоакустического преобразователя имеет концентрично расположенное малое отверстие. Также в виде колец выполнены приемоизлучающий активный элемент 2 и демпфер 3.A seismic acoustic transducer consists of the following elements (Fig. 1): a cylindrical body 1 made of a metal alloy; transceiving active element 2, made, for example, from PZT-19 piezoceramics; damper 3, usually made of bronze or brass; board 4 pre-amplifier operating in the range of selected frequencies; block 5 of a fiber optic laser interferometer; head 6 of a fiber optic laser interferometer; single-mode optical fiber 7; acoustically decoupling element 8; housing cover 9; electrical connector 10; object 12. The working surface 11 of the seismic-acoustic transducer has a concentrically located small hole. Also in the form of rings made transceiving active element 2 and damper 3.
На дне корпуса 1 с внутренней стороны установлен приемоизлучающий элемент 2 и жестко соединенный с ним демпфер 3. Платы предварительного усилителя 4 и волоконно-оптического лазерного интерферометра 5 закреплены на крышке корпуса 9, причем плата 5 волоконно-оптического лазерного интерферометра установлена в специальном акустически развязывающем элементе 8. Головка 6 волоконно-оптического лазерного интерферометра установлена в отверстии дна корпуса, но не касаясь объекта, и она вместе с одномодовым оптическим волокном 7 и платой 5 волоконно-оптического лазерного интерферометра акустически развязаны с рабочей поверхностью 11 сейсмоакустического преобразователя.At the bottom of the housing 1, a receiving-emitting element 2 and a damper 3 are fixedly connected to it. The boards of the preamplifier 4 and the fiber-optic laser interferometer 5 are mounted on the cover of the housing 9, and the board 5 of the fiber-optic laser interferometer is installed in a special acoustically decoupling element 8. The head 6 of the fiber-optic laser interferometer is installed in the hole in the bottom of the housing, but without touching the object, and it, together with the single-mode optical fiber 7 and the board 5 fiber The optical laser interferometer is acoustically decoupled from the working surface 11 of the seismic-acoustic transducer.
Изготовленный вариант размещался в корпусе диаметром 40 мм и высотой 63 мм. Приемоизлучающий элемент 2, выполненный из пьезокерамики ЦТС-19, и демпфер 3 изготовлены в виде колец и жестко закреплены в корпусе 1 посредством отдельного крепежа. Головка 6 волоконно-оптического лазерного интерферометра выполнена из одномодового оптического волокна 7 типа G652 с диаметром волокна около 8 мкм, размещалась в отверстии диаметром 1,5 мм рабочей поверхности 11, не касаясь объекта 12 и корпуса 1.The manufactured version was housed in a case with a diameter of 40 mm and a height of 63 mm. The receiving-radiating element 2, made of PZT-19 piezoceramics, and the damper 3 are made in the form of rings and are rigidly fixed in the housing 1 by means of a separate fastener. The head 6 of the fiber-optic laser interferometer is made of a single-mode optical fiber 7 of type G652 with a fiber diameter of about 8 μm, was placed in the hole with a diameter of 1.5 mm of the working surface 11, without touching the object 12 and the housing 1.
Работает сейсмоакустический преобразователь следующим образом. Сейсмоакустический преобразователь устанавливают на объект 12 так, чтобы его рабочая поверхность имела хороший контакт с ним. От качества контакта рабочей поверхности с объектом зависит и чувствительность, и точность проводимого измерения или контроля. Собственно этот сейсмоакустический преобразователь и предназначен именно для такого контроля, т.е. контроля качества установки сейсмоакустического преобразователя.The seismic transducer operates as follows. A seismic acoustic transducer is mounted on object 12 so that its working surface has good contact with it. Both the sensitivity and the accuracy of the measurement or control performed depend on the quality of the contact of the working surface with the object. Actually, this seismic-acoustic transducer is designed specifically for such control, i.e. quality control installation of a seismic acoustic transducer.
После установки сейсмоакустического преобразователя на объект излучают акустический сигнал посредством приемоизлучающего элемента 2 в объект 12 и одновременно измеряют амплитуду возбуждающего сигнала и амплитуду смещения поверхности объекта посредством головки 6 волоконно-оптического лазерного интерферометра. Так как в обоих случаях имеем дело с электрическим сигналом, то вполне допустимо измерять амплитуду сигнала возбуждения на генераторе и амплитуду преобразованного механического смещения в электрический сигнал на выходе волоконно-оптического лазерного интерферометра 5. По отношению этих сигналов можно судить о качестве установки сейсмоакустического преобразователя на объект. В эксперименте значение возбуждающего сигнала с генератора менялось в пределах 5-47 В, а сигнала с выхода волоконно-оптического лазерного интерферометра 5 0,9-1,23 В. Подбором электронных схем можно изменить пределы сигналов с выхода волоконно-оптического лазерного интерферометра 5 и возбуждения. После того, как будет достигнуто оптимальное соотношение сигналов, сейсмоакустический преобразователь готов к работе, т.е. может принимать информационные сигналы, распространяющиеся в объекте. Оптимальное соотношение достигается, в том числе, путем изменения акустического контакта сейсмоакустического преобразователя, а также его ориентации вокруг оси.After installing the seismic acoustic transducer on the object, an acoustic signal is emitted by means of a receiving-emitting element 2 into the object 12 and at the same time the amplitude of the exciting signal and the amplitude of the displacement of the surface of the object are measured by means of the head 6 of the fiber-optic laser interferometer. Since in both cases we are dealing with an electric signal, it is quite acceptable to measure the amplitude of the excitation signal on the generator and the amplitude of the converted mechanical displacement into an electric signal at the output of the fiber-optic laser interferometer 5. With respect to these signals, we can judge the quality of the installation of the seismic-acoustic transducer on the object . In the experiment, the value of the exciting signal from the generator varied within 5-47 V, and the signal from the output of the fiber-optic laser interferometer 5 0.9-1.23 V. By selecting electronic circuits, you can change the signal limits from the output of the fiber-optic laser interferometer 5 and excitement. After the optimum signal ratio is reached, the seismic-acoustic transducer is ready for operation, i.e. can receive information signals propagating in the object. The optimal ratio is achieved, inter alia, by changing the acoustic contact of the seismic-acoustic transducer, as well as its orientation around the axis.