RU2046374C1 - Self-adapting three-component seismic detector - Google Patents

Abstract

FIELD: seismometry, seismic prospecting, boreholes studies. SUBSTANCE: self-adapting three-component seismic detector has body, hollow inertial mass, ferromagnetic support with concentrator, horizontal magnet, orthogonal sensors, controller, solenoid. Support, magnet, solenoid and controller provide active magnetic suspension of inertial mass inside the body. Magnet provides damping of inertial mass horizontal oscillation. EFFECT: simplified design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к регистрации сейсмических колебаний и может быть использовано в сейсмометрии, разведочной геофизике, в том числе в скважинных исследованиях. The invention relates to the registration of seismic vibrations and can be used in seismometry, exploration geophysics, including in downhole surveys.

Известен самоустанавливающийся трехкомпонентный сейсмоприемник, содержащий преобразователи, корпус и установочный узел, выполненный в виде горизонтального постоянного магнита, закрепленного на корпусе, подпятника сферической формы и воздушного компрессора, а корпус имеет сферическое основание, в котором выполнено отверстие [1]
Недостатком известного сейсмоприемника является сложность конструкции и эксплуатации вследствие наличия трех преобразователей, каждый из которых включает инерционную массу с соответствующими упругим подвесом и датчиком, воздушного компрессора и сферического основания.Known self-aligning three-component geophones, containing the transducers, the housing and the mounting unit, made in the form of a horizontal permanent magnet mounted on the housing, a spherical bearing and an air compressor, and the housing has a spherical base in which the hole is made [1]
A disadvantage of the known seismic receiver is the complexity of the design and operation due to the presence of three transducers, each of which includes an inertial mass with a corresponding elastic suspension and sensor, an air compressor and a spherical base.

Известен самоустанавливающийся трехкомпонентный сейсмоприемник, содержащий три ортогональных преобразователя, каждый из которых включает инерционную массу с соответствующими упругим подвесом и ортогональным датчиком, корпус и установочный узел, выполненный в виде горизонтального постоянного магнита, закрепленного на корпусе, подпятника сферической формы и воздушного компрессора с установленным на нем пневматическим тумблером, причем корпус имеет сферическое основание, в котором выполнено отверстие и на котором жестко закреплен датчик горизонтального положения, соединненый через таймер с пневматическим тумблером [2]
Недостатком известного сейсмоприемника является сложность конструкции и эксплуатации вследствие наличия трех преобразователей, воздушного компрессора, пневматического тумблера, таймера и сферического основания.Known self-aligning three-component seismic receiver containing three orthogonal transducers, each of which includes an inertial mass with a corresponding elastic suspension and an orthogonal sensor, a housing and an installation unit made in the form of a horizontal permanent magnet mounted on the housing, a spherical-shaped thrust bearing and an air compressor installed on it pneumatic toggle switch, and the housing has a spherical base in which an opening is made and on which is rigidly fixed for horizontal position sensor connected via a timer to a pneumatic toggle switch [2]
A disadvantage of the known seismic receiver is the complexity of the design and operation due to the presence of three transducers, an air compressor, a pneumatic toggle switch, a timer and a spherical base.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, заключаются в наличии корпуса, расположенной в корпусе инерционной массы, упругого подвеса инерционной массы, трех ортогональных датчиков перемещения инерционной массы и горизонтального постоянного магнита. Signs of the prototype, which coincides with the essential features of the claimed invention, are the presence of a housing located in the housing of the inertial mass, an elastic suspension of the inertial mass, three orthogonal sensors for moving the inertial mass and a horizontal permanent magnet.

Причиной, препятствующей получению требуемого технического результата, является использование для самоориентации сейсмоприеника воздушной подушки между сферическим основанием, на котором установлены ортогональные преобразователи, каждый из которых включает инерционную массу с соответствующим упругим подвесом и ортогональным датчиком, и подпятником сферической формы. The reason that impedes the achievement of the required technical result is the use of an air cushion between the spherical base for seismic orientation, on which orthogonal transducers are installed, each of which includes an inertial mass with a corresponding elastic suspension and an orthogonal sensor, and a spherical thrust bearing.

Цель изобретения упрощение конструкции и эксплуатации сейсмоприемника. The purpose of the invention is the simplification of the design and operation of the geophone.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в том, что используемый активный магнитный подвес инерционной массы совместно с горизонтальным постоянным магнитом одновременно выполняет две функции функцию упругого подвеса инерционной массы по трем координатам и функцию автоматической ориентации сейсмоприемника, что дает возможность исключить воздушную подушку, значительно усложняющую конструкцию и эксплуатацию. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is that the active inertial magnetic suspension used in conjunction with the horizontal permanent magnet simultaneously fulfills two functions: the elastic suspension of the inertial mass along three coordinates and the automatic orientation function of the geophone, which makes it possible to exclude airborne a pillow, greatly complicating the design and operation.

Существенные признаки, характеризующие изобретение, заключаются в следующем. The essential features characterizing the invention are as follows.

Упругий подвес инерционной массы выполнен в виде вертикальной ферромагнитной опоры с концентратором, установленной в верхней части корпуса или инерционной массы, вертикального постоянного магнита с концентратором, установленного в верхней части соответственно инерционной массы или корпуса с возможностью магнитного взаимодействия данного магнита с указанной ферромагнитной опорой, и соленоида, установленного в верхней части инерционной массы с возможностью электромагнитного взаимодействия с установленной на корпусе вертикальной ферромагнитной опорой или с установленным на корпусе вертикальным постоянным магнитом, причем инерционная масса выполнена полой с расположенным в ней регулятором с источником питания, вход регулятора соединен с датчиком вертикального перемещения инерционной массы, а выход регулятора с обмоткой соленоида, в нижней части инерционной массы установлен горизонтальный постоянный магнит с возможностью взаимодействия с дном корпуса путем наведения в нем токов Фуко. The elastic suspension of the inertial mass is made in the form of a vertical ferromagnetic support with a concentrator installed in the upper part of the housing or inertial mass, a vertical permanent magnet with a concentrator installed in the upper part of the inertial mass or housing, respectively, with the possibility of magnetic interaction of this magnet with the specified ferromagnetic support, and a solenoid installed in the upper part of the inertial mass with the possibility of electromagnetic interaction with the vertical f with an electromagnetic support or with a vertical permanent magnet mounted on the housing, and the inertial mass is hollow with a regulator with a power source located in it, the input of the regulator is connected to the sensor for vertical movement of the inertial mass, and the output of the regulator is with a solenoid coil, horizontal constant in the lower part of the inertial mass magnet with the ability to interact with the bottom of the housing by inducing Foucault currents in it.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем. Активный магнитный подвес инерционной массы внутри корпуса обеспечивает постоянство вертикальной ориентации инерционной массы независимо от наклона корпуса, а связанный с инерционной массой горизонтальный постоянный магнит обеспечивает горизонтальную ориентацию инерционной массы по магнитному меридиану, что обеспечивает самоустановку сейсмоприемника без применения динамической воздушной подушки. Кроме того, горизонтальный постоянный магнит за счет наведения им токов Фуко в днище корпуса обеспечивает демпфирование горизонтальных колебаний нижней части инерционной массы, что в сочетании с активным магнитным подвесом инерционной массы и наличием концентраторов у ферромагнитной опоры и вертикального постоянного магнита обеспечивает эффект упругого подвеса инерционной массы в горизонтальных направлениях. Это обеспечивает регистрацию колебаний инерционной массы не только в вертикальном, но и в двух ортогональных горизонтальных направлениях, обеспечивая тем самым искомую трехкомпонентность сейсмоприемника при использовании лишь одной инерционной массы, что упрощает конструкцию. A causal relationship between the totality of the essential features of the claimed invention and the achieved technical result is as follows. An active magnetic suspension of the inertial mass inside the housing ensures a constant vertical orientation of the inertial mass regardless of the inclination of the housing, and a horizontal permanent magnet associated with the inertial mass provides horizontal orientation of the inertial mass along the magnetic meridian, which ensures the geosensor self-installation without the use of a dynamic air cushion. In addition, the horizontal permanent magnet, due to the induction of Foucault currents in the bottom of the casing, provides damping of the horizontal oscillations of the lower part of the inertial mass, which, in combination with the active magnetic suspension of the inertial mass and the presence of concentrators at the ferromagnetic support and the vertical permanent magnet, provides the effect of elastic suspension of the inertial mass in horizontal directions. This ensures that the inertial mass fluctuations are recorded not only in the vertical, but also in two orthogonal horizontal directions, thereby providing the desired three-component seismic receiver using only one inertial mass, which simplifies the design.

На чертеже схематично представлена конструкция сеймоприемника. The drawing schematically shows the design of the seismic receiver.

Самоустанавливающийся трехкомпонентный сейсмоприемник содержит корпус 1, расположенную в корпусе полую инерционную массу 2, вертикальную ферромагнитную опору 3 с концентратором 4, стакан 5 с днищем 6 и поперечной перегородкой 7, вертикальный постоянный магнит 8 с концентратором 9, горизонтальный постоянный магнит 10, ортогональные датчики 11 перемещения инерционной массы 2 в горизонтальных направлениях Х, У и ортогональный датчик 12 перемещения инерционной массы 2 в вертикальном направлении, регулятор 13, переменный резистор 14 для регулирования жесткости магнитного подвеса инерционной массы 2, соленоид 15. При этом ферромагнитная опора 3 своим верхним концом закреплена на корпусе 1 в его верхней части, а на нижнем конце опоры 3 соосно с ней установлен концентратор 4. В верхней части инерционной массы 2 закреплен стакан 5, ориентированный вертикально своим дном 6 в нижнем направлении. В нижней полости стакана 5, т.е. между его дном 6 и перегородкой 7, установлен вертикальный постоянный магнит 8 с концентратором 9, соосным стакану 5. В верхней полости стакана 5, т.е. выше перегородки 7, без механического взаимодействия со стаканом и соосно с ним расположена ферромагнитная опора 3. На боковой поверхности стакана 5 закреплены два ортогональных датчика 11 горизонтального перемещения инерционной массы 2. На поперечной перегородке 7 стакана 5 закреплен третий ортогональный датчик 12 вертикального перемещения инерционной массы 2. При этом выход датчика 12 соединен с входом регулятора 13, выход которого через переменный резистор 14 соединен с обмоткой соленоида 15, установленного в верхней части инерционной массы 2 с охватом стакана 5. В нижней части инерционной массы 2 установлен горизонтальный постоянный магнит 10. Нижняя часть инерционной массы 2 вместе с магнитом 10, а также дно корпуса 1 выполнены сферическими, причем центром обеих сфер является точка подвеса инерционной массы, расположенная между концентраторами 4 и 9. При этом условии обеспечивается постоянство зазора между магнитом 10 и дном корпуса 1, которое выполнено из немагнитного электропроводящего материала. Кроме того, магнит 10 ориентирован в направлении одного из горизонтальных датчиков 11 (Х или У). The self-aligning three-component seismic receiver comprises a housing 1, a hollow inertial mass 2 located in the housing, a vertical ferromagnetic support 3 with a hub 4, a cup 5 with a bottom 6 and a transverse partition 7, a vertical permanent magnet 8 with a hub 9, a horizontal permanent magnet 10, orthogonal displacement sensors 11 inertial mass 2 in the horizontal directions X, Y and an orthogonal sensor 12 for moving the inertial mass 2 in the vertical direction, regulator 13, a variable resistor 14 for regulated the stiffness of the magnetic suspension of the inertial mass 2, the solenoid 15. In this case, the ferromagnetic support 3 is fixed with its upper end to the housing 1 in its upper part, and a hub 4 is mounted coaxially with it at the lower end of the support 3. A cup 5 is fixed in the upper part of the inertial mass 2 oriented vertically with its bottom 6 in the lower direction. In the lower cavity of the glass 5, i.e. between its bottom 6 and partition 7, a vertical permanent magnet 8 is installed with a hub 9 coaxial to the cup 5. In the upper cavity of the cup 5, i.e. A ferromagnetic support 3 is located above the partition 7 without mechanical interaction with the cup and coaxially with it. Two orthogonal sensors 11 for horizontal movement of the inertial mass 2 are fixed on the side surface of the cup 5. A third orthogonal sensor 12 for the vertical movement of the inertial mass 2 is fixed on the transverse partition 7 of the cup 5 In this case, the output of the sensor 12 is connected to the input of the regulator 13, the output of which through the variable resistor 14 is connected to the winding of the solenoid 15 installed in the upper part of the inertial mass 2 with the cup covering 5. In the lower part of the inertial mass 2, a horizontal permanent magnet 10 is installed. The lower part of the inertial mass 2 together with the magnet 10, as well as the bottom of the housing 1 are made spherical, with the center of both spheres being the suspension point of the inertial mass located between the concentrators 4 and 9. Under this condition, a constant gap is ensured between the magnet 10 and the bottom of the housing 1, which is made of a non-magnetic electrically conductive material. In addition, the magnet 10 is oriented in the direction of one of the horizontal sensors 11 (X or Y).

Работа сейсмоприемника заключается в следующем. The operation of the seismic receiver is as follows.

При отсутствии внешних воздействий активный магнитный подвес инерционной массы 2 внутри корпуса 1 обеспечивается силой притяжения между ферромагнитной опорой 3 и постоянным магнитом 8, а также переменной (притяжения и отталкивания) регулируемой регулятором 13 силой электромагнитного взаимодействия между опорой 3 и соленоидом 15. При этом существует такое расстояние между концентраторами 4 и 9, что вес инерционной массы полностью уравновешивается силой притяжения между опорой 3 и магнитом 8. Однако это равновесие неустойчиво: незначительное воздействие ведет к прогрессирующему увеличению или уменьшению зазора между концентраторами 4 и 9. В частности, при увеличении данного зазора выше заданной величины датчик 12, воздействуя на регулятор 13, обусловливает в обмотке соленоида 15 ток соответствующей величины и направления, что увеличивает подъемную силу и уменьшает тем самым зазор до заданной величины. В случае же уменьшения указанного зазора регулятор 13 обусловливает в обмотке соленоида 15 ток соответствующей величины, но обратного направления, что увеличивает отталкивающую силу и тем самым увеличивает рассматриваемый зазор до его первоначальной (заданной) величины. Так, путем вертикальных микроколебаний инерционной массы 2 на заданном расстоянии между концентраторами 4 и 9 обеспечивается активный магнитный подвес указанной массы. При этом концентраторы 4 и 9 обеспечивают необходимую упругость подвеса также и в горизонтальных направлениях. При установке сейсмоприемника на объекте инерционная масса 2 независимо от положения корпуса 1 благодаря активному магнитному подвесу занимает всегда вертикальное положение, а благодаря магниту 10 одним из своих датчиков 11 автоматически ориентируется по магнитному меридиану. Сейсмическое воздействие приводит к соответствующим колебаниям инерционной массы 2 относительно корпуса 1 в различных направлениях, что регистрируется ортогональными датчиками 11, 12. При этом вредный для регистрации этих колебаний эффект маятника устраняется токами Фуко, которые наводятся в днище корпуса 1 от магнита 10, обеспечивая тем самым необходимое демпфирование указанных колебаний нижней части инерционной массы 2. In the absence of external influences, the active magnetic suspension of the inertial mass 2 inside the housing 1 is provided by the attractive force between the ferromagnetic support 3 and the permanent magnet 8, as well as by the variable (attraction and repulsion) regulated by the regulator 13, the electromagnetic interaction force between the support 3 and the solenoid 15. In this case, there is such the distance between the concentrators 4 and 9, that the weight of the inertial mass is completely balanced by the force of attraction between the support 3 and the magnet 8. However, this equilibrium is unstable: insignificant the effect leads to a progressive increase or decrease in the gap between concentrators 4 and 9. In particular, when this gap increases above a predetermined value, the sensor 12, acting on the regulator 13, causes a current of the corresponding magnitude and direction in the winding of the solenoid 15, which increases the lifting force and reduces the gap to a predetermined value. In the case of reduction of the specified gap, the regulator 13 determines in the winding of the solenoid 15 a current of the corresponding magnitude, but of a reverse direction, which increases the repulsive force and thereby increases the considered gap to its initial (predetermined) value. So, by vertical microoscillations of the inertial mass 2 at a given distance between the concentrators 4 and 9, an active magnetic suspension of the specified mass is provided. In this case, the concentrators 4 and 9 provide the necessary elasticity of the suspension also in horizontal directions. When installing a seismic receiver at an object, the inertial mass 2, regardless of the position of the casing 1, is always vertical due to the active magnetic suspension, and thanks to the magnet 10, one of its sensors 11 is automatically oriented along the magnetic meridian. Seismic action leads to corresponding fluctuations in the inertial mass 2 relative to the housing 1 in different directions, which is detected by orthogonal sensors 11, 12. In this case, the pendulum effect detrimental to recording these vibrations is eliminated by the Foucault currents that are induced in the bottom of the housing 1 from the magnet 10, thereby ensuring necessary damping of the indicated oscillations of the lower part of the inertial mass 2.

Claims (1)

САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИЙСЯ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЙ СЕЙСМОПРИЕМНИК, содержащий корпус со сферическим дном, установленную в корпусе инерционную массу, установочный узел, включающий горизонтальный постоянный магнит и три ортогональных датчика перемещения инерционной массы, отличающийся тем, что инерционная масса выполнена полой, в ее верхней части вертикально установлен стакан с поперечной перегородкой, дно которого расположено внутри инерционной массы, а на боковых поверхностях размещены два ортогональных датчика горизонтальных перемещений инерционной массы, а третий ортогональный датчик вертикальных перемещений инерционной массы закреплен на поперечной перегородке, в нижней части инерционной массы расположен горизонтальный постоянный магнит, дно корпуса выполнено из немагнитного электропроводящего материала, при этом нижняя часть инерционной массы и горизонтальный постоянный магнит выполнены сферическими, центром сфер которых и сферического дна корпуса является точка подвеса инерционной массы, в качестве подвеса инерционной массы используется установочный узел, содержащий дополнительно вертикальную ферромагнитную опору, вертикальный постоянный магнит и соленоид, при этом один торец ферромагнитной опоры закреплен в верхней части корпуса, а на другом ее торце соосно установлен концентратор, на верхнем торце вертикального магнита, размещенного в полости стакана ниже перегородки, соосно с ним расположен концентратор, соленоид установлен в верхней части инерционной массы с охватом стакана с возможностью электромагнитного взаимодействия с ферромагнитной опорой, внутри полой инерционной массы расположены регулятор с источником питания, при этом вход регулятора соединен с выходом датчика вертикального перемещения инерционной массы, а выход обмоткой соленоида. SELF-INSTALLING THREE-COMPONENT SEISMIC RECEIVER, comprising a housing with a spherical bottom, an inertial mass installed in the housing, an installation unit comprising a horizontal permanent magnet and three orthogonal inertial mass displacement sensors, characterized in that the inertial mass is hollow, a glass with a transverse partition is vertically mounted in its upper part , the bottom of which is located inside the inertial mass, and on the side surfaces there are two orthogonal sensors of horizontal displacements in of inertial mass, and the third orthogonal sensor of vertical displacements of the inertial mass is mounted on the transverse partition, a horizontal permanent magnet is located in the lower part of the inertial mass, the bottom of the body is made of non-magnetic electrically conductive material, while the lower part of the inertial mass and the horizontal permanent magnet are made spherical, the center of which spheres and the spherical bottom of the body is the point of suspension of the inertial mass, an installation unit is used as a suspension of the inertial mass, an additional vertical ferromagnetic support, a vertical permanent magnet and a solenoid, with one end of the ferromagnetic support fixed to the upper part of the housing, and a concentrator mounted coaxially on the other end of the ferromagnetic support, located on the upper end of the vertical magnet located in the cavity of the glass below the partition, coaxially with it a concentrator, a solenoid is installed in the upper part of the inertial mass with the cup covering with the possibility of electromagnetic interaction with the ferromagnetic support, inside the hollow inertial mass is located ozheny controller to the power source, the control input coupled to the output of the sensor vertical movement of the inertial mass, and the output winding of the solenoid.

Images