Акустический преобразователь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН СТОУ я исследоваой геоАизи Волкова С.А.,й каротаж.9 Гидроакустика Судостроение с. 20;8741,965 (прототип КИИ ПРЕОБРАЗ рубчатый кор ом, размещен АГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ АВТОРСНОВМУ СВИДЕТ(71) Всесоюзный научнотельский институт ядерн ки и геохимии(53) 550,83(088,8) (56) 1. Булатова Ж.М., Дубров Е.Ф. Акустически Л., "Недра", 1970, с. 72. Простаков А.Л. в иностранных лотах. Л., 1964, с. 38-39, ри3. Патент США Юф 325 кл, 340-17, опублик. 1 (54)(57) АКУСТИЧЕС ТЕЛЬ, содержащий т с активным элемент между двум крышками, во внтуреннююполость которого залита компенсационная жидкость, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью увеличения акустической мощности, эИективности в режиме излучения ичувствительности в режиме приема,он снабжен двумя жесткими экранами,один из которых повторяет Аормуактивного элемента и скрепленс торцовой поверхностью активногоэлемента, а второй выполнен в виде.перегородок, соединенных с трубчатымкорпусом длиной не более четвертидлины волны упругих колебаний вжидкости и высотой, равной высотактивного элемента, при этом в первом из экранов выполнены отверстия,отстоящие от середины активногоэлемента на половину длины волныупругих колебаний в жидкости.Изобретение относится к скважинным акустическим преобразователям,приборостроению, гидроакустическимпреобразователям и может быть исЬнользовано для акустического каротажа при геологоразведке на неть игаз,акустического воздействия напласты с целью повышения дебитаи вызова притока неюти в скважины,для акустических измерений, для 10гидролокаторов и других акустическихприборов в геологоразведочной, нефтяной, газовой, судостроительнойи других отраслях промышленности.Известен пьезокерамический акустический преобразователь с односторонним излучением и приемом дляакустического каротажа, содержащий,серебряные электроды на внутреннейи наружной поверхностях и выполненный в виде цилиндра 13Недостатками этого преобразователя являются небольшая эдективностьв режиме излучения и небольшая развиваемая мощность вследствие недостаточной величины сопротивления излучения и наличия акустическогокороткого замыкания между наружнойи внутренней поверхностями с однойстороны и торцами и этими же по- З 0верхностями - с другой,Известен цилиндрический преобразователь, изготовленный из трех колец из титаната бария, герметизированный снаружи защитн 6 й оболочкой З 5иэ звукопрозрачной резины, причемцилиндры установлены и соединенымежду собой механически и изолированы с помощью соединительных втулок,на торцы крайних цилиндров насажены 40крышки с сальниками, стянутые междусобой болтом и гайкой, внутреннеепространство пьезоцилиндров заполнено воздухом 23.Однако этот преобразователь харак теризуется тем, что он развиваетнедостаточную мощность и имеет небольшие эективность в режиме излу.чения и чувствительность в режимеприема вследствие малого сопротивпения излучения,Наиболее близким к предлагаемомуявляется акустический преобразователь, содержащий трубчатый корпусс активным элементом, размещенным, 55между двумя крышками, во внутреннююполость которого залита компенсационная жидкость З,Однако известный преобразователь характеризуется небольшой излучаемой мощностью и чувствительностью в режиме приема вследствие наличия акустического короткого замыкания между внешней, внутренней и торцовыми поверхностями, а также малой эффективностью в режиме излучения изза недостаточного сопротивления излучения и акустического короткого замыкания между поверхностями активного элемента.Цель изобретения - увеличение акустической мощности, эффективности в режиме излучения и чувствительности в режиме приема.указанная цепь достигается тем, что акустический преобразователь, содержащий трубчатый корпус с активным элементом, размещенным между двумя крышками, во внутреннюю полость которого запита компенсационная жидкость, снабжен двумя жесткими экранами, один из которых повторяет форму активного элемента и скреплен с торцовой поверхностью активного элемента, а второй выполнен в виде перегородок, соединенных с трубчатым корпусом длиной не более четверти длины волны упругих колебаний в жидкости н высотой, равной высоте актив ного элемента, при этом в первом из экранов выполнены отверстия, отстоящие от середины активного элемента на половину длины волны упругих колебаний в жидкости.На фиг. 1 представлен вариант выполнения акустического преобразователя с одним акустическим экраном; на фнг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.Акустический преобразователь содержит трубчатый корпус 1 - основу, на которой крепится вся конструкция преобразователя. На внешней поверхности сверху и снизу в корпусе выполнены канавки для резиновых уплотнений 2. Поверх уплотнений размещена крышка 3, внешняя поверхность которой защищена резиновой оболочкой 4. Под крышкой находится уплотнение кольца 5 пьезоэлемента 6 цилиндрической формы, нижний торец которого опирается на уплотнительное и электроизолирующее кольцо 7. Кольца 5 и 7 выполняются из фтороппаста, резины, полистирола ипн другого электроизолирующего материала. Нижняя часть кольца 7 состыкована своим буртиком сЭ 1.1 40076 4 ски жесткого эк- полнен зазор 17, равный нескольким го в виде толсто- десятым миллиметра во избежание каили другого проч- сания пьезоэлемента и перегородки . лщина этого экра- между собой во время работы и для ого корпуса 1 вы создания большого гидравлического примерно 140 дли- сопротивления между секциями А, Б, ы на резонансной В, и т.д. - вывод 18 от внутренней или другого исполь- оболочки пьезоэлемента к свечномуВ нижней части вводу 19 для соединения с выводами.отверстия 9, на Жидкость 20 служит для компенсации оянии, равном по- статического давления и для распрораспространяю- странения звуковой энергии от внутонной жидкости, ренней поверхности пьезоэлемента образователя от для вывода во внешнее пространство. й пьезоэлемента 6. 15 Оболочка 4 выполняет также функцию и экрана 8 велика компенсатора при расширениях или инять во внимание, сжатии жидкости 20, Расстояние междусерединой высо- перегородками в одной секции неи центром отверс- должно превышать одной половины длити длины полувол О ны волны, распространяющейся в жидной жидкости и кости 20 на резонансной частоте. стенки. Форма от- Это расстояние отсчитывается междулюбой. Вместо од- кромками соседних перегородок. С экране 8, число целью дальнейшего уменьшения потерьбольше одного, 25 в отверстиях 9 и сужении ширины но несколько от- диаграммы направленности в вертикаль. адью, равной пло- ной плоскости, повышения мощности верхности пьезо- между крышкой 4 и кольцом 5 может оследнего не долж- быть установлен дополнительный акусрти длины волны ЗО тически жесткий экран, аналогичжидкости во избе- ный экрану 8. Расстояние между внешраженных волн про- ней поверхностью трубчатого корпуности. В качестве са, станками пьезоэлемента и экрана т быть также ис составляет менее четверти длины о пьезокерамичес- волны в жидкости 20.35 канавкой акустичерана 8, выполненного кольца из сталиного материала, Тона, стенки трубчатполняются равнымины продольной волнчастоте для стализуемого материала.экрана 8 выполненыходящиеся на расстловине длины волнышейся в компенсацизалитой внутрь пресередины образующеЕсли толщина стенки ее необходимо прто расстояние междуты пьезоэлемента 6тий 9 равно разносны в компенсационтолщины указаннойверстий может бытьного отверстия вкоторых может бытьможет быть выполневерстий общей площщади внутренней поэлемента. Высота пна превышать четвев компенсационнойжание появления оттивоположной поляр. пьезоэлемента можепользован не тольккий, но и витой или шихтованный магнитострикционный преобразователь, выполненный в виде цилиндра. Диаметр отверстия 9 выбирается таким образом, чтобы получить наименьшее40сопротивление при распространении акустической волны через отверстие.Нижняя крышка 10 насажена на трубчатый корпус 1 с помощью уплотнений 11. Крьппка 10, имеющая как.и45крышка 3 наружную резьбу 12 для стыковки преобразователя с корпусом скважинного снаряда, закреплена на трубчатом корпусе 1 с помощью гайки 13. На крьппке 3 выполнена наруж 50ная резьба 14, в трубчатом корпусе 1 выполнено отверстие 15 для кабелей.На фиг, 2 показана звуконепроницаемая перегородка 16 выполненнаяУ 55отдельно или заодно с трубчатым корпусом 1. Между пьезоэлементом 6 и торцом перегородки 16 (экрана) выАкустический преобразователь работает следующим образом.С помощью выводов на обкладки пьезоэлемента 6 через свечные вводы1 19 от генератора высокой частоты ,(не показан) подается напряжение высокой частоты, равной резонансной частоте пьезоэлемента Эта частота равна= С/3,14 Д , где С - скорость распространения продольных волн в материале пьезоэлемента, а Р - средний диаметр цилиндра. Пьезоэлемент совершает при этом радиальные колебания, причем если высота образующей больше толщины стенки цилиндра 1 то смещение стенок является односторонним. Это вызывает акустические колебания в озвучиваемой среде снаружи и в секциях А, Б, В, Г, Д с противоположными фазами. В устройстве-прототипе энергия колебаний, излучаемых пьезо",трение. В данном случае эта энергияполучает временную задержку вследствие смещения отверстий 9 на экране8 на половину длины волны в жид- .кости 20 и излучается во внешнеепространство синфазно с энергией колебаний излучаемой наружной поверхностью пьезоэлемента. Таким образомдостигается увеличение сопротивления излучения, что и приводит кповыпению мощности, эффективностив режиме излучения и чувствительности в режиме приема. Во избежаниепрохождения акустической энергии в,другие отверстия экрана 8, расположенные дальше, чем на половину длины волны, внутри преобразователяустановлены звуконепроницаемые перегородки 16, направляющие поток энергии только в те отверстия в экране8, в которых происходит инвертированиефазы на 80 . Это позволяет увеличитьсопротивление излучения преобразователя на 70-803, что в свою очередь приводит к соответствующемуувеличению мощности и эффективностив режиме излучения на 30-407 Увеличение чувствительности в режиме приема реализуется на 70-80 Х, Кроме того, в преобразователе, снабженном двумя экранами 8 (снизу и сверху пьезоэлемента 6), можно широко варьи ровать частотную характеристику,форму и ширину диаграммы направленности путем смещения отверстий 9 относительно центра образующей цилинд-.ра пьезоэлемента 6. Увеличение расстояния между отверстиями 9 и центром дает подъем в частотной характеристике на частотах ниже резонанса, уменьшение этого расстояния - на частотах вьппе резонанса.15При использовании предлагаемогоакустического преобразователя дляакустического воздействия на нефтяные и иные пласты время обработкипоследних может сократиться примернов 1,5 раза. При использовании прибора для каротажа эффективностьпоследнего повышается путем повышения излучаемой мощности, чувствительности в режиме приема и эффективности в режиме излучения, что,в свою очередь, приводит к повьппению отношения сигнал-шум всей каротажной аппаратуры в общей и ее раз- ЗО решающей способности.1140076 каз 258/35 Тираж 748 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и отк 113035, Москва, Я, Раушская н