Устройство для связывания сейсмического датчика с грунтом

Устройство относится к области сейсмоакустических измерений, в частности, к устройствам, обеспечивающим связывание сейсмического датчика с грунтом.
Для достоверной регистрации сейсмоакустических колебаний необходимо обеспечить жесткий контакт с поверхностью исследуемого объекта. Верхняя частота рабочего диапазона определяется резонансной частотой контакта датчика с грунтом. Резонансную частоту можно увеличить, сделав контакт более жестким или же сделав датчик более легким. Если датчик поставлен на грунт без каких-либо приспособлений, то с уменьшением его массы жесткость связывания с грунтом падает из-за неплотного контакта.
Широко известен способ установки датчика на грунт посредством штыря: штырь втыкается в грунт, а к нему, в свою очередь, крепится сейсмический датчик. Для обеспечения данного способа необходимо задействовать оператора, который будет механически втыкать и вытыкать датчики.
Известно устройство для связывания сейсмического датчика с грунтом за счет высвобождающегося в него связывающего материала при установке (RU 2662048 C1, МПК G01V 1/16 и G01V 1/38, публ. 23.07.2018). Для этого предлагается использовать специальный наконечник со связывающим веществом, который активируется при контакте с грунтом. По окончании измерений он остается в области контакта, а датчик демонтируется. Для доставки датчика в точку наблюдения используется беспилотный летательный аппарат, что существенно усложняет методику установки.
Недостатком приведенных способов является тот факт, что много времени уходит на установку и демонтаж датчика. Таким образом, для измерения сейсмических колебаний на большой площади приходится использовать либо много датчиков, либо тратить много времени на их перестановку.
Целью данного устройства является снижение время затрат на постановку и демонтаж сейсмического датчика. Поставленная цель достигается за счет того, что сейсмический датчик устанавливается на грунт и прижимается дополнительным массивным элементом, который вибрационно развязан с этим датчиком. Для перестановки датчика его достаточно поднять и поставить в новую точку измерения.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение конструкции предложенного устройства.
Устройство состоит из сейсмического датчика 1, установленного на платформу 2. Поджим платформы к грунту 3 осуществляется за счет дополнительного массивного элемента 4. Массивный элемент 4 вибрационно развязан от платформы 2 при помощи элемента 5. Элемент 5 представляет собой тонкую ленту, сделанную из эластичного материала с малым модулем упругости, например, резины.
Принцип работы заключается в следующем. За счет дополнительного поджимающего давления платформа 2 с датчиком 1 плотно контактирует с поверхностью исследуемого объекта, или, говоря другими словами, контактная жесткость увеличивается. Одновременно с этим конструкцию платформы 2 с датчиком 1 можно сделать достаточно легкой. По этим двум причинам резонансная частота контакта становится достаточно высокой, и сейсмические колебания можно регистрировать в широком диапазоне частот.
Жесткость ленты 5 определяет нижнюю частоту рабочего диапазона. Она ограничена резонансной частотой колебательного контура, массой в котором является платформа 2 с датчиком 1, а элементом упругости - лента 5, работающая на изгиб. На частотах выше этой резонансной частоты сейсмический датчик становится развязанным от элемента 4. Ввиду того, что жесткость ленты 5 определяется податливостью на изгиб, ее можно варьировать в широких пределах (изменяя толщину и длину) и, в конечном итоге, сделать достаточно малой.
Преимущество данного устройства заключается в том, что сейсмический датчик быстро устанавливается и демонтируется с точки наблюдения. Для еще большего ускорения работ он может входить в состав линейной антенны датчиков, буксируемой по поверхности грунта.