сейсмоприемное устройство

Формула изобретения

1. Сейсмоприемное устройство, включающее корпус, закрепленную в корпусе на упругом подвесе инерционную массу, световоды, генератор оптического излучения, фотоприемник и регистратор, отличающееся тем, что на внутренней поверхности средней части корпуса закреплен магнит, внутри которого размещена инерционная масса, на боковой поверхности которой закреплена катушка, а первые световоды, выполненные с открытыми от оплетки оконечностями со светопроницаемым покрытием и покрытыми зеркальным покрытием торцами, за исключением центральной части, расположены по оси перемещения инерционной массы, на торцах которой закреплены зеркала, и соединены через соответствующие оптические соединитель/разветвители и вторые световоды с первым и вторым входами фотоприемника, выходы которого подключены к первому входу микропроцессора, первый выход и второй вход которого соединен с регистратором, второй вход которого через микропроцессор, аналого-цифровой преобразователь, сопротивление, токоотводные спирали и контакты соединен с катушкой, вторые входы соединитель/разветвителей через третьи световоды подключены к генератору оптического излучения, генерирующего две когерентные волны.

2. Сейсмоприемное устройство по п.1, отличающееся тем, что инерционная масса выполнена в виде цилиндра.

3. Сейсмоприемное устройство по п.1, отличающееся тем, что фотоприемник состоит из оптического мультиплексора, детекторов, входы которых соединены с первым и вторым выходами оптического мультиплексора, аналого-цифровых преобразователей, соединенных с выходами детекторов и устройства определения фазы, подключенного к выходам аналого-цифровых преобразователей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сейсморазведке и может быть использовано в поисковой и в промысловой геофизике, в сейсмологии, а также в вибродиагностической аппаратуре.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является сейсмоприемное устройство, содержащее корпус, два световода, первый из которых соединен с источником оптического излучения, а второй связан с фотоприемником и регистратором, инерционная масса (сейсмомасса), упругий подвес (ирисовые пружины). Пружины вставлены в корпус по внутреннему диаметру и зажаты между корпусом и вкладышем. (См. Авт.св. N 1827657, кл. G 01 V 1/16).

Недостатками таких устройств является небольшой динамический диапазон в связи с измерениями светового потока по интенсивности, большие нелинейные искажения, ограничивающие его применение в сейсморазведке, демпфирование колебания сейсмомассы выполняется только за счет жесткости пружин, что затрудняет точную настройку датчика на необходимые частотные характеристики.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности измерений за счет увеличения динамического диапазона и уменьшения нелинейных искажений.

Поставленная цель достигается тем, что в сейсмоприемном устройстве, включающем корпус, закрепленную в корпусе на упругом подвесе инерционную массу, световоды, генератор оптического излучения, фотоприемник и регистратор, вводится фазовая волоконно- оптическая измерительная система с коррекцией многозначности отсчетов и электродинамическая система демпфирования, состоящие из закрепленного магнита на внутренней поверхности средней части корпуса, внутри которого размещена инерционная масса, на боковой поверхности которой закреплена катушка, а первые световоды, выполненные с открытыми от оплетки оконечностями со светопроницаемым покрытием, и покрытыми зеркальным покрытием торцевыми частями, кроме центральной части, расположены по оси перемещения инерционной массы, на торцах которой закреплены зеркала и соединены через соответствующие соединитель/разветвитель и вторые световоды с первым и вторым входами фотоприемника, выход которого подключен к первому входу микропроцессора, первый выход и второй вход которого соединен с регистратором, второй вход которого через микропроцессор, аналого-цифровой преобразователь, сопротивление, токоотводные спирали и контакты соединен с катушкой, вторые входы соединитель/разветвителей через третьи световоды подключены к генератору оптического излучения, генерирующего две когерентные волны. При этом инерционная масса выполнена в виде цилиндра, а фотоприемник состоит из оптического мультиплексора, детекторов, входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами оптического мультиплексора, аналого-цифровых преобразователей, соединенных с выходами детекторов и устройства определения фазы, подключенного к выходам аналого-цифровых преобразователей.

На фиг. 1 изображено предлагаемое сейсмоприемное устройство.

Устройство содержит корпус 1, закрепленный на внутренней поверхности средней части корпуса магнит 2, внутри которого помещена инерционная масса 3 удерживаемая ирисовыми пружинами 4, 5, зафиксированных крепежной пружиной 6 и регулировочными кольцами 7. Чувствительность устройства настраивается регулировочным кольцом 7. На боковой поверхности инерционной массы, выполненной в виде цилиндра, размещена катушка 8, на торцах которой прикреплены зеркала 9. Первые световоды 10 внутри корпуса расположены по оси перемещения инерционной массы 3 и уплотнены втулками 11, 12, и закреплены в крепежных элементах 13, 14. Оконечности 15 первых световодов 10 выполнены открытыми от оплетки и покрыты светопроницаемым покрытием 16. Торцевые части первых световодов 10, за исключением осевой центральной части, покрыты зеркальным покрытием 17. Первые световоды 10 защищены крышками 18, 19. Выводы катушки 8 через токоотводную спираль 20 и контакты 21 соединены с электрическим сопротивлением 22, которое подключено на вход аналого-цифрового преобразователя 23. выход которого через микропроцессор 24 соединен с вторым входом регистратора 25. Первые световоды 10 через соответствующие соединитель/разветвители 26 и вторые световоды 27 соединены соответственно с первым и вторым входами фотоприемника 28, изображенного на Фиг.2 и состоящего из оптических мультиплексоров 31, подключенных через вторые световоды 27 к соединитель/разветвителям 26 соответственно, из детекторов 32, входы которых соединены с выходами оптического мультиплексора 31, из аналого-цифровых преобразователей 33, входы которых соединены с выходами детекторов 32 соответственно и устройства определения фазы 34, входы которого подключенного к выходам аналого-цифровых преобразователей 33, а выходы соединены с первыми входами микропроцессора 24, первый выход и второй вход микропроцессора соединен с регистратором 25 соответственно. Вторые входы соединитель/разветвителей 26 через третьи световоды 29 соединены с генератором оптического излучения 30.

Устройство работает следующим образом.

Перед измерениями корпус 1 скрепляют с объектом (на рисунке не показано). Включают генератор оптического излучения 30. При воздействии сейсмических возмущений инерционная масса 3 перемещается относительно корпуса.

Генерируемые генератором оптического излучения 30 когерентные оптические волны (Sin Wt, Cos Wt) поступают по световодам 29, через оптические соединитель/разветвители 26 на световоды 10. Через отверстия в зеркальной поверхности торцевых концов световодов 10, оптические лучи достигают зеркал 9, расположенных на инерционной массе 3, и отраженные от зеркал лучи через светопроницаемые покрытия 16 и открытые оконечности 15 световодов 10 поступают по световодам 10 к оптическим соединитель/разветвителям 26, где они ответвляются и по световодам 27 поступают на вход мультиплексоров 31 фотоприемника 28 (фиг.2), работающих на принципе разделения двух оптических волн по типу и длинам. Разделенные оптические значения по функциям Sin Wt и Cos Wt поступают на детекторы (пин-диоды) 32, где они преобразуются в электрические данные и поступают на быстродействующие аналого-цифровые преобразователи 33. По двум значениям данных с выхода аналого-цифровых преобразователей 33 на устройстве определения фазы 34 формируется исходное значение измеренной фазы, используя принцип решения обратных тригонометрических функций. С выхода устройств определения фаз 34(выход фотоприемника 28) цифровые данные от первой и второй фазовых оптических измерительных систем поступают на микропроцессор 24, где формируется результирующее значение, представляющее собой разность измеренных величин, и равно нулю, когда инерционная масса находится в центральной (или в нулевой) позиции. При уходе инерционной массы из этой позиции формируется дифференциальное выходное значение, величина которого линейно зависит от положения сейсмомассы, при этом устраняются общие оптические помехи в измерительном тракте и по знаку результатов определяется направление движение сейсмомассы. Результирующие цифровые данные по фазе смещения поступают с первого выхода микропроцессора на младшие разряды цифрового регистратора 25, количество которых равно удвоенной длине разрядной сетки аналого- цифровых преобразователей в фотоприемнике 28.

Измеряемое перемещение инерционной массы 3 на интерферометрах Фабро-Перро выражается суммой количества полных фазовых циклов (длин волн) и фазы.

Счет количества целых фазовых циклов выполняется на микропроцессоре по результирующим цифровым данным смещения сейсмомассы относительно нулевого (нейтрального) положения, при этом счет числа полных фазовых циклов выполняется по условию: если предыдущие результирующие значения формировались по возрастающей до K=MAX и последующие результирующие значения формируются по возрастающей от О в сторону увеличения, то значение целых фазовых циклов K= K+1, если предыдущее результирующее значение формировались по убывающей до нуля, и заполняются по убывающей от max - min, то значение целых циклов K= K-1.

При начальном измерении перемещения сейсмомассы не с нейтрального положения необходим отсчет целых периодов измерительной световой волны. При возникновении сбойных ситуаций во время измерения сейсмических колебаний возможно возникновение многозначности отсчетов. Для установки начального отсчета целых фазовых циклов и для устранения многозначности выполняется снятие с сопротивления 22 информации, характеризующей скорость движения сейсмомассы 3, оцифровав которые на аналого-цифровом преобразователе 23 и пересчитав их на микропроцессоре 24 путем интегрирования функции описанной в [1] на стр. 236 в смещение инерционной массы 3 с точностью до целого цикла вращения фазы, вводится коррекция в старшие разряды фазового регистратора 25.

Демпфирование колебания сейсмомассы 3 выполняется за счет жесткости ирисовых пружин 4,5 и за счет введения электродинамического торможения, осуществляемого за счет магнита 2, катушки 8, соединенной через токоотводные спирали 20, контактов 21 с сопротивлением 22. Усилие (ток) электродинамического торможения настраивается сопротивлением 22.

Устройство может выполнять функции горизонтального или вертикального сейсмоприемника. Для регистрации продольных волн устройство устанавливается на объект вертикально, а для регистрации поперечных волн устройство устанавливается на объект левой боковой стенкой.

Включение преобразователей возможно выполнять последовательно или раздельно, как выполнено в данном устройстве. При раздельном включении устройство выполняет роль сейсмоприемника дифференциального типа [2].

Литература

1. И.И.Гурвич "Сейсморазведка", Недра, 1970, стр.

2. Изд.под ред.Томкинса и Дж.Уэбстера, изд. Мир, 1992 г.,стр. 380.