УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ХАРАКТЕРИСТИК СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ
APPARATUS FOR CONTROLLING SEISMOACOUSTIC SENSOR CHARACTERISTICS

Изобретение относится к геофизическим, в частности сейсмоакустическим, методам исследований и может быть использовано для контроля характеристик датчиков, применяющихся при мониторинге различных технических объектов.
Известно устройство [1], в котором выполняется калибровка системы с помощью оптического интерференционного измерителя линейных перемещений, для него в акустический контакт с монолитным передающим блоком вводится стандартный преобразователь акустической эмиссии, устанавливается калибруемый преобразователь акустической эмиссии на место стандартного, запоминается и обрабатывается сигнал.
К недостаткам следует отнести низкую достоверность, так как оптическим интерферометром снимается информация о смещении поверхности монолитного блока, а не о смещении рабочей поверхности исследуемого датчика. Смещение в точке измерения оптическим интерферометром не совпадает со смещением рабочей поверхности исследуемого датчика, так как не учитывается присоединенная масса, акустический контакт, пространственное распространение акустической волны в монолитном блоке и прочее.
Наиболее близким является устройство [2], содержащее излучающий пьезоэлемент, опорное зеркало, оптически квантовый генератор, оптически прозрачную призму с двумя параллельными полупрозрачными зеркалами, расположенными под углом 45° к основанию, а опорное зеркало и оптически квантовый генератор закреплены с обеих сторон оптически прозрачной призмы диаметрально противоположно.
К недостаткам следует отнести низкую достоверность, т.к. в устройстве используются два полупрозрачных зеркала и мощность как зондирующего, так и полезного сигнала существенно снижены, что пагубно влияет на достоверность всего устройства. Не контролируется непосредственное смещение рабочей поверхности датчика, что также снижает достоверность. Сложность устройства делает его слабореализуемым.
Целью изобретения является повышение достоверности и упрощение устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве контроля характеристик сейсмоакустических датчиков, содержащем излучающий элемент, зеркало, оптически квантовый генератор и фотоприемник, на рабочую поверхность контролируемого сейсмоакустического датчика сверху установлен излучающий элемент в виде кольца, концентрично с излучающим элементом на рабочей поверхности контролируемого сейсмоакустического датчика установлено зеркало, приемный модуль, соединенный с помощью оптических волокон с оптическим разветвителем, один вход которого соединен с оптическим квантовым генератором, а второй с фотоприемником, размещен концентрично с излучающим элементом с его обратной стороны и закреплен на жестких опорах, акустически развязанных с контролируемым сейсмоакустическим датчиком и излучающим элементом.
На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства.
Контролируемый сейсмоакустический датчик 1 закрепляется в вертикальном положении и рабочая поверхность обращена вверх. На рабочей поверхности контролируемого сейсмоакустического датчика 1 установлен излучающий элемент 2, выполненный, например, из пьезокерамики, в виде кольца. Концентрично с излучающим элементом 2 установлены: зеркало 4, закрепленное на рабочей поверхности контролируемого сейсмоакустического датчика 1, и приемный модуль 3, закрепленный на жестких опорах 8 и акустически развязанный с контролируемым сейсмоакустическим датчиком 1 и излучающим элементом 2. Приемный модуль 3 с помощью оптического волокна 9 соединен через оптический разветвитель 5 с оптическим квантовым генератором 6 и фотоприемником 7. Выход контролируемого сейсмоакустического датчика 1 соединен с приемным устройством В, а излучающий элемент 2 подключен к излучающему устройству - генератору, выход фотоприемника 7 соединен с приемным устройством А.
Устройство работает следующим образом. Так как сейсмоакустические датчики обычно работают в диапазоне частот 0,6-10,0 КГц, то в качестве излучающего элемента может быть использована пьезокерамика. На рабочую поверхность закрепленного в вертикальном положении контролируемого сейсмоакустического датчика 1 устанавливают излучающий элемент 2. Концентрично излучающему элементу 2 в его центре на жестких опорах 8 устанавливают приемный модуль 3, а напротив - на рабочей поверхности контролируемого сейсмоакустического датчика 1 закрепляют зеркало 4. Причем контролируемый сейсмоакустический датчик 1, излучающий элемент 2 и зеркало 4 акустически развязаны от остальных элементов устройства. В то же время приемный модуль 3, оптический разветвитель 5, зеркало 4,оптический квантовый генератор 6, оптическое волокно 9 и фотоприемник 7 входят в состав волоконно-оптического лазерного интерферометра. На излучающий элемент 2 подается необходимый для контроля сейсмоакустического датчика 1 электрический сигнал от генератора. Излучающий элемент 2 преобразует электрический сигнал в механический и возбуждает рабочую поверхность контролируемого сейсмоакустического датчика 1. Механические колебания рабочей поверхности контролируемого сейсмоакустического датчика 1 контролирует волоконно-оптический лазерный интерферометр, и на выходе фотоприемника 7 имеем электрический сигнал, пропорциональный механическому смещению рабочей поверхности контролируемого сейсмоакустического датчика 1, который фиксируется приемным устройством А. Одновременно на выходе контролируемого сейсмоакустического датчика 1 имеем электрический сигнал, пропорциональный механическому смещению рабочей поверхности контролируемого сейсмоакустического датчика 1, которое контролирует приемное устройство В. Зная абсолютное значение смещения рабочей поверхности контролируемого сейсмоакустического датчика 1 в заданный момент времени, зафиксированное приемным устройством А, и в то же самое время имея отклик контролируемого сейсмоакустического датчика 1 на это воздействие, зафиксированное приемным устройством В, можно контролировать характеристики сейсмоакустического датчика 1. При контроле характеристик контролируемого сейсмоакустического датчика 1 нет необходимости контролировать акустический контакт, т.к. вполне достаточно знать абсолютное смещение непосредственно рабочей поверхности контролируемого сейсмоакустического датчика 1. Предложенное устройство свободно от такой зависимости, как присоединенная масса, т.к. в нем (масса излучающего элемента 2) всегда постоянна.
Таким образом, при непосредственном одновременном контроле смещения рабочей поверхности контролируемого сейсмоакустического датчика и его отклика на это механическое воздействие можно с большей достоверностью судить о характеристиках контролируемого сейсмоакустического датчика. В то же время предложенное устройство существенно проще аналогичных известных устройств, т.к. оно лишено таких громоздких и хрупких элементов, как полупрозрачные призмы, и дополнительного пьезоэлемента для контроля акустического контакта.
Литература
1. Патент РФ №2321849, G01N 29/04, 2008.
2. Патент РФ №2165 092, G01N 1/16, 2001.