Составной акустический преобразователь

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЮТВЛЬСТВУ и 661471 Союз Советсеа Соцфалмстммасмию Республик(51) М. Кп.01 т 1 соединением заявки И Гваударетееяныа канатет СССР аа делам азабретее н юткрытайДата опубликования описания 30.05.79 2) Авторы изобретения Г. Н, Ягодов и И. П. Дз 1) Заявител сесоюэный научно-исследовательский инстит ядерной геофизики и геохимии(54) СОСТАВНОЙ АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБР ТЕЛЬ дп г оования в ка- преобкваИзобретение относится к области физики и предназначено дпя испопьз в приборах акустическогр каротажа честве излучающего акустического разов атепя.Преобраэоватепь может быть испопьэован в приборах с активным акустическим воздействием на вмещающие средыв тех нопогическом оборудовании, а также в качестве приемного преобразователя.Известно, что при акустическом каротаже широко применяются копьцевые пьеэокерамические и магнитострикционные иэпучатепи, работаюшие на частоте собст венных копебаний, которая определяется диаметром кольцевого преобразоватепя и скоростью упругих вопи в материале преобразоватепя.Подобные преобразователи имеют достаточно высокий эпектрбакустический КПД, который достигает 0,5 у магнитострикционных преобразователей и превышает 0,5 у пьезокерамических. Они работают в диапазоне частот выше 20 кГц,который испопьзуется в аппаратуре яразведочных скважин,В настоящее время широко применяется акустический каротаж обсаженных сжин при частоте упругих колебаний% 5-15 кГп. Аппаратура дпя (относитепьно)низкочастотного каротажа содержит эпект- рогидравпический и эпектродинамичеакийпреобразователи. Эти преобразователиимеют малый эпектроакустический КПД,а поэтому дпя достижения в упругом импульсе достаточной воэбуждаюшей силынеобходимы дополнительные затраты энергии, что приводит к увеличению габаритовскважинных приборов и, как следствие,затрудняет их реапиэацию и внедрение, атакже ограничивает области применения.Известно устройство для каротажа 11с секционным ципиндрическим преобразоватепем с низкоскоростным заполнителем,За счет уменьшения средней скорости всекционном цилиндре добиваются снижениярезонансной частоты. Недостатком преобраэоватепя является необходимость высокого напряжения питаниЯ в случае большойтолщины пьезопластин (более 7 мм) илиневысокая эффективность при уменьшениитолщины шастиноНаиболее близок по технической суш-ности к предложенному преобразователь, и котором дпя поннжоння чпототмсобственных колебаний к магнитострнкци-онному сердечнику с обмоткой возбуждейня присоединяют пассивную .массу. 16,Нйтример, цилиндрический преобразова- тець делается толстостенным толщинастенки более 1/10 диаметра) и изрезаннцм по внутреннему диаметру для умень-шейия его радиальной упругости. В этом 1 фслумчае участки сердечника, не имеющиеоплошности по окружности, будут являться пассивными присоединенными массами, уменьшение отношения упругости кэффективной массе приводит к снижению. собственной резонансной частоты преобразователя.Недостатком преобразователя явля 1ется р 8 зко 8 ум 8 ньш 8 ние Отдава 8 мОЙ мош.ности (более чем на порядок) за счетвлияния пассивной присоединенной массы,рассеяния магнитного потока в областьмассы и уменьшения магнитного потокаО,.внаружной слое магнитопровода.Бель изобретения - увеличение эффекЗОтивности преобразователя при снижениисобственной частоты,Согласно изобретеййю, поставленнаяцель достигается тем, что в преобразо-.3ватель, содержащий активный магнитострикционный сердечник с присоединенноймассой; обмотки возбуждения и связующеевещество, в качестве присоединенной массы установлена пьезокерамика, электроды40которой соединены с выводами обмоткинапример вторичной, магнитострикционного сердечника, а сердечник скреплен сцьезокерамикой.На фиг, 1, 2 показан предложенныйпреобразователь, продольный и поперечный: разрезы.Акустический преобразователь содержит магнитострикци оннйй цилиндрическийтонкостенный сердечник 1, склеенный изленты пермендюра 50 Кф, толщина которой обусловлена необходимостью снижения частоты за счет присоединенных масс;изоляционный слой 2, котбрый наноситсяна сердечник с целью увеличения надежНОСТИ Ди,а И ПИ тРИ Раэао ВЬСОКОВОПЬтНУнкОобмотку 3 для возбуждения пьезокерамики изоляционный слой 4, нанесенный навысоковольтную обмот ку (после ее намо.р 1 ки) электрическую обмотку 5 возбуждениямагнитострикционного сердечника 1, секционную пьезокзрамику 6, расположенную по цилиндру и поляризованную таким образом, что при ее возбуждении от обмоъки 3 используется пьезомодуль 3 33 21 склеивающее вещество 7 входное амор,тизационное кольца 8 уплотнения, проме-, жуточные упдотнитепьные кольца 9; контактные проводники 10, которые соединяют подожитвльные электроды (например вверху) и отрицательные электроды (например, внизу) преобразователя.Преобразователь возбуждается пода рй напряжения на злектрйческую обмотку 5, эффективная индуктивность которой является согласованной нагрузкой для генератора возбужденияо .Связь обмоток через сердечник приводит к трансформации и повышению напрякения на вторичной обмотке 3, к одному концу которой присоединяются все по-ложительные электроды пьезокерамическихпластин, к другому - все отрицательные.Индуктивность данной. обмотки подбирается таким образом, что она составляет ссуммарной емкостью пьезокерамическихпластин электрический колебательный кон-тур с собственной резонансйой частотой,равщй резонансной частоте механическихколебаний магнитострикционного сердечника 1, с учетом йойижетнйя ее за счетприсоединенной массы, Зто частично компенсирует уменьшение добротности магиитострикционного сердечника, которое воз-:никает из-за уменьшения тошним стенки,и увеличивает его электроакустйческийКПД.Пьезокерамические пластинки, которые играют роль присоединенной массыдля магнитострикционного сердечника 1,возбуждаются от высоковольтной обмотки 3 и поэтому вносят определенную долю в энергию упругих колебаний и этимувеличивают КПД преобразователя и егоэффективность.За счет того, что вся обмотка 3 находится в залитом состоянии, надежностьпреобразователя по высоковмьтному.пробою резко возрастает.При импульсном возбуждении преобразователя через кшочевую схему к индуктивности обмотки 5 подбирается накопительная разрядная емкость, чтобы образуемый ими контур соответствовал также необходимой резонансной частоте. Зтоспособствует дополнительному увеличению электро-акустического КПД,Выводы первичной обмотки 5 преобразователя имеют залитые изоляционным герметиком (склеивающим веществом) уппотнитепьные резиновые копьца, которые обеспечивают герметичность при 3 внешних гидростатических давлениях и изменениях температуры, Они нанизываются на выводы после намотки (перед заливкой).На фиг. 3 изображен выходной сигнал 1 а предложенного преобразователя, снятый с акрана осциппографа С 1-16 (диаметр преобразователя 88 мм); на фиг. 4 - сигнан серийного преобразователя СПАК(од,на клетка на горизонтальной оси равна И 100 мкс, по вертикали отпожейа относительная амплитуда).Возбуждение преобразователей осущест,влялось путем разряда емкости Сщ 1,0 мкф через полупроводниковый тиристорный ключ. ф Напряжение на емкости 900 в. Преобразователи в момент возбуждения находилисьв модели скважины, заполненной водой. Упруги импульс принимался широкополосным приемником, находящимся в скважине, в Б 2 м от излучателя, Условия дпя возбуждения и приема обоих преобразователей идентичные.Результаты испытаний показывают, что эффективность предложенного преобра 36 зоватепя выше, чем известного.Акустический преобразовагепь (в скважинном варианте) при сохранении максимального диаметра ( (90 мм) излучает низкоЧастотный упругий импульс с види 33 мой частотой 10-12 кГц, при атом имеет бопьшую амплитуду (по сравнению с амп 471 6питудой серийного), В прототипе с пони жением частоты излучаемая мощность значительно уменьшается ( л в 15 раэ).Преобразователь может быть аффективным в случаях, когда требуется уменьшить (в целях противопожарной безоцаоности) или увеличить (с целью уменьшения потерь в длинных линиях передачи) подводимое напряжени, при его применении в технологическом оборудовании, Он может быть использован и как приемный акустический преобразователь.Формула изобретенияСоставной акустический преобразователь, содержащий активный магнитострикпиоййый цреобраэователь с активным магнитострикционным сердечником и присоединенной к нему массойи,обмотку воз буждения, о т й и ч аю щ и й с я тем, что, с цепью увелиЧения аффективности преобразователя при снижении собственной частоты, в качестве присоединенной массы в нем установпена пьезокерамика, апектроды которой соединены с выводами об-. мотки воэбужденйя магнитострикционного сердечника, .соторый скрепленс пьезокерамикой.Источники информации, прин ятые вб внимание при ащиертизе1, Авторское евйдетепьство СССР М 440810, кп. Н 04 Я 17/00, 1972.2. "Геология я разведка, 1975, % 6, с. 144.ереховаош К Тираж 696 ИЛИ Гасударственного по делам изобретений 5, Москва, Ж, Ра П ета СОи открытнувсжаа наб ан ППП Патент, г. Ужго ул,Ралактор Т. ОрлоаокаЗаказ 2460/47 оставитель Э. Техред И. Лст ректор О. Ковинская какааа 3 ф исное