Трехкомпонентный датчик для сейсмического моделирования

/г ЕЛЬСТВУ ОРСКОМ эик хоусескогоСССР,1973СР76,войнтом,В 1,(54) (57)ДЛЯ СЕЙСМИдержащий чу виде пьезоэ ОСУДАРСТЭЕННЫЙ КОМИТЕТ СССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Аверко В.М. и др. К помтойчивости аппаратуры акустикаротажа, Новосибирск. СО АНИнститут геологии и геофизикиАвторское свидетельство СВ 625175, кл, С 01 Ч 1/16, 1Боканенко Л.И. Ультразвукдатчик с биморфным пьезоэлемИз-во АН СССР, сер,физ.Земля1966, с,68. РЕХКОМПОНЕНТНЫЙ ДАТЧИК ЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ, вствительный элемент в лементов с электродами о т л и ч а ю щ и и с я тем, что,с целью повышения точности измеренийи чувствительности, чувствительныйэлемент выполнен в виде блока изчетырех идентичных и соединенныхмеханически попарно по двум взаимноперпендикулярным граням пьезоэлементов в виде призм, один электрод которых заземлен, а каждый из четырехдругих электродов подключен к индивидуальному измерительному каналу,состоящему из последовательно соединенных усилителя и фазоинвертора,при этом в датчик введены сумматоры,Х У и 2 - компонент колебаний, авыходы фазоинверторов соединены ссумматором 2-компоненты колебаний,выходы первого и третьего усилителя,второго и четвертого фазоинверторовс сумматором 7-компоненты, а выходы третьего и четвертого усилителя,первого и второго фазоинвертора - ссумматором Х-компоненты.Изобретение относится к ультразвуковому моделированию сейсмических волн, в частности к контрольно-измерительной технике, и может быть использовано при акустическом каротаже 5 скважин, а также вультразвуковой дефектоскопии.Ультразвуковое моделирование волновых явлений на продольных,поперечных, обменных волнах позволяет значительно расширить круг задач, решаемых методами физического моделирования. Для повышения точности воспроизведения волновой картины в модели предъявляются высокие требования к 15 идентичности частотных характеристик датчиков компонентов регистрации,Цель изобретения - повышение точности измерения и чувствительности. На фиг.1 приведен трехкомпонентный датчик, общий вид; на фиг,2 схема преобразователя электрических сигналов для одновременной регистрации трех компонент.Датчиксодержит четыре .одинаковые и поляризованные в одном направлении пьезокерамические призмы 2, которые выполнены с сечением, например, в виде квадрата, 30 равнобедренного треугольника или четверти круга и соединены между собой по двум граням, так что каждая призма является обкладкой биморфа, На торцовых поверхностях 35 призм нанесены электроды 3 и 4.1-4.4 Пьезоэлектрические призмы соединены между собой с помощью клея с малой диэлектрической проницаемостью, например эпоксидной смолой, у кото рой диэлектрическая проницаемость,. Диэлектрическая проницаемость пьезокерамики2 О , и прослойка эпоксидной смолы позволяет электрически разделить призмы. Электроды 3 45 заземлены, а выводы электродов 4.1- 4,4 подключены к преобразователюсигналов 5 (ПС /.ПС 5 состоит из усилителей 6. - 6.4, фазоинверторов 7.1-7.4, сумма торов 8.1-8.3, Сигнал с каждого из электродов 4.1;4,4 поступает на вход ПС 5, на выходе которого (как это следует из схемы ) сигналы преоб" разованы следующим образом: 55П, - К (1, + 1, +П+ );ц к (Ц, - Ц) + О - ц 1)3 3Пч " К Г(1+.1- %,д + РГ Ци)11 где ( (1=к,х,у) - напряжение на выходе ПС 5, пропорциональное соответственно 2,ХУ - компонентам колебаний; К - коэффициент усиления усилителей по напряжению," 1,(1 4.1, 4.2, 4.3,4.4) - напряжение на 1-ом электроде датчика,Смещение каждой призмь 2 датчика вызывает появление электрического заряда на электродах, сигнал от которых поступает на вход усилите.лей 6,1-6.4, к выходу каждого из них подключены фазоинверторы 7.в7.4. Суммирование (или вычитание ) сигналов осуществляется подключением прямого (или инверсного ) выходов к сумматорам 8.1-8.3.Для пояснения работы датчика последовательно рассмотрим случаи, когда на торец пьезоэлемента датчика действуют поочередно компоненты смещения , ,одинаковой амплитуды в системе координат, показанной на фиг Под действием пьезоэлемент будет изогнут в плоскости 2 Х, на электродах 4,1-4.3 за счет сжатия появляются отрицательные заряды (-Я), а на нижних электродах 4,2 и 4.4 за счет растяжения появляются положительные заряды (+Я), т,е. напряжение на электродах относительно заземленных электродов 14= случае на выходе ПС 5 напряжение будет 2 = О; Цк = 4 К Я/С; П= О.Под действием смещения Р. пьезоУ элемент будет изогнут в плоскости ЕУ, на электродах 4.3 и 4,4 за счет сжатия появляются отрицательные заряды, а на электродах 4.1 и 4.2 положительные заряды, т,е. П 4= 14.= - -Я/С; 04= Я/С и, следовательно1 = О; 11 = О, 1 = 1 К Ц/С.В случае, когда действует смещение, все призмы датчика будут сжаты вдоль оси 2, а на всех электрических контактах 4.1-4.4 появляются отрицательные заряды (-,т.е,Ц - О; 11 - О; П, = 4 К Е/С,Из приведенного айализа следует что в случае действия на торец датс чика произвольного смещения с компо" нентами напряжение на выходе ПС 5 будет пропорционально2. г11 к"кч уРассчитанное соотношение чувствительностей к компонентам смещений1390325 следующее. " , что является результатом пересчета гори зонтального смещения торца датчика .в измененные длины пьезоэлемента (15 длина призмы, Ь - толщина пьезоэлемента) для призм с основанием в форме квадрата. Коррекция чувствительности к=:- .колебаниям осуще-. ствляется изменением коэффициентов 1 О последующего усиления длясоответствующих параметров. Если векторы поляризации одной из нескольких призм имеют противоположные направления, необходимо в электрической цепи для призмы с обратной поляризацией переключить выход Фазаинвертора с выходом усилителя,20 В предлагаемом датчике электроды расположены на торцовых гранях призм. однако электроды могут быть расположены и на боковых гранях (достаточно лишь исключить электрическое замыка ние электродов, поместив между ними изолирующую прослойку ) при этом, если векторы поляризации всех призм имеют одинаковое направление, можно использовать приведенную на фиг.2 ЗО схему ПС 5 для выделения сигналов, пропорциональных ХФ,УЕ-,амплитудам колебаний. 4Усилители в блок-схему ПС 5 введены для варианта, когда амплитуда регистрируемых смещений достаточно мала. При использовании датчика для регистрации колебаний большой амплитуды все четыре усилителя могут быть исключены, и на сумматоры и фазоинверторы сигнал может подаваться пря" мо с контактов датчика. Таким обра" зом, за счет изменения конструкции расположения элементов биморфов достигается лучшая по сравнению с известным датчиком идентичность контактныхусловий установки датчика на модели.Предлагаемый датчик менее требователен при изготовлении к идентичности элементов, вследствие усреднения сигнала от всех элементов. Кроме того, датчик содержит меньшее число пьезокерамических элементов (3-х компонентныйдатчик биморфного типа состоит из 3 биморфов, т.е.6 элементов ). В датчике существенно уменьшается ошибка в измерении коле-. баний, вызванная тем, что датчик имеет некоторую "конечную" площадь контакта с исследуемой средой. Для известного датчика она определяется расстоянием между биморфами, а в данном датчике она сведена к минимуму и определяется только толщиной самого датчика./5 ушска филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная Тираж 747 ВНИИПИ Государственног ло делам изобретений 113035, Москва, Ж, ССйаб