УСТРОЙСТВО УСТАНОВКИ И ФИКСАЦИИ НОРМИРОВАННОГО НАТЯЖЕНИЯ ВОЛОКОННОГО СВЕТОВОДА В КОРПУСЕ ГЕОФОНА

Полезная модель относится к области производства подводных сейсмических датчиков и может быть использована при изготовлении ненаправленных волоконно-оптических сейсмоакустических датчиков - геофонов.
Волоконно-оптические геофоны являются перспективной альтернативой использующимся в настоящее время пьезоэлектрическим устройствам. Такие устройства характеризуются повышенной чувствительностью, потенциально большим динамическим диапазоном измерений, возможностью объединения в массивы и возможностью осуществления удаленного контроля без потери уровня полезного сигнала. Известно несколько принципиальных схем конструирования волоконно-оптических геофонов, различающихся по методу измерения (брэгговская решетка, интерферометр, одночастотный лазер и др.), при этом, однако, их объединяет использование в качестве чувствительного элемента участка волоконного световода с фиксированным уровнем натяжения. В схемах волоконно-оптических геофонов в качестве чувствительного элемента, как правило, используется прямой участок волоконного световода, соединенный с инертной массой. Точность, чувствительность и спектральные характеристики таких геофонов в значительной степени определяются точностью и стабильностью натяжения волоконного световода.
В практике конструирования геофонов крепление чувствительного участка световода внутри корпуса может осуществляться при помощи дополнительных держателей (опор) одинаковой высоты, обеспечивающих аксиально-симметричное расположение световода. Однако в этом случае монтаж чувствительного участка затруднителен, поскольку требует применения дополнительных устройств для его натяжения. При этом повышается вероятность обрыва натянутого участка световода и участков в местах изгиба при установке конструкции внутрь корпуса геофона. Кроме того, подобный метод крепления световода и необходимость минимизации изгибов волокна требует наличия дополнительных технологических зазоров внутри корпуса, что увеличивает его массогабаритные характеристики.
Известен геогидрофон [1], содержащий инерционную массу, упругую подложку и волоконно-оптический интерферометр, выполненный в виде двух идентичных волоконных катушек, одна из которых намотана с натягом на упругую подложку.
Недостатком известного геогидрофона является низкая точность, обусловленная невозможностью обеспечения нормируемого значения натяжения волоконного световода, приемлемой воспроизводимости натяжения при серийном выпуске и значительным влиянием температуры на натяжение волоконного световода.
Известен волоконно-оптический сейсмодатчик [2], чувствительная головка которого в первом варианте исполнения состоит из корпуса, внутренняя полость которого заполнена компаундом, в котором размещены инерционная масса и две катушки волоконного световода, натяжение которого задается упругими свойствами компаунда исходя из требуемой чувствительности и рабочего спектрального диапазона. В двух других вариантах реализации на цилиндрическую катушку наматываются два волоконных световода, причем один из них наматывается с предварительным натягом.
Однако в указанном волоконно-оптическом сейсмодатчике при создании и фиксации натяжения волоконного световода невозможно достижение высокой точности сейсмодатчика, поскольку отсутствует возможность обеспечения нормируемого значения натяжения волоконного световода, приемлемой воспроизводимости нормированного натяжения при серийном выпуске геофонов.
Задачей заявляемой полезной модели является создание устройства установки и фиксации нормированного натяжения волоконного световода в корпусе геофона, позволяющего обеспечить высокую точность, стабильность и воспроизводимость параметров геофонов при их серийном выпуске.
Техническим результатом является повышение точности и стабильности нормированного натяжения волоконного световода в корпусе геофонов.
Поставленная задача решается тем, что устройство установки и фиксации нормированного натяжения волоконного световода в корпусе геофона содержит стойку с размещенным на ее верхнем конце механическим блоком, выполненным с возможностью прохождения через него волоконного световода, расположенный на стойке блок фиксации, в котором закреплен волоконный световод, проходящий через механический блок, и примыкающую верхней частью к стойке наклонную поверхность, на которой размещен корпус геофона с установленными в нем двумя опорами, верхние части которых снабжены канавками, в которых размещены и зафиксированы концы чувствительного участка волоконного световода.
Наклонная поверхность может быть выполнена скользящей или роликовой.
Предпочтительно, чтобы стойка была установлена преимущественно вертикально.
Заявляемое устройство может быть дополнительно снабжено блоком регулирования угла наклона наклонной скользящей плоскости, установленного между нижними частями стойки и наклонной поверхности.
Заявляемое устройство может содержать специальное основание, на котором закрепляются вертикальная стойка и наклонная скользящая поверхность.
Канавки могут быть выполнены V-образными, а блок фиксации в виде зажима.
Совокупность признаков заявляемой полезной модели неизвестна из уровня техники и каждый из ее признаков направлен на достижение заявленного технического результата.
На фиг.1 схематически представлена конструкция заявляемой полезной модели.
Заявляемое устройство содержит стойку 1 с размещенным на ее верхнем конце механическим блоком 3, выполненным с возможностью прохождения через него волоконного световода 4, корпус 10 геофона с крышкой 5, установленными в корпусе двумя опорами 6 и 8, верхние части которых снабжены канавками, (на чертеже не показаны) выполненными с возможностью размещения и фиксации в них чувствительного участка 7 волоконного световода 4. Канавки предпочтительно выполнены V-образными. На стойке 1, преимущественно вертикальной, расположен блок фиксации 7, выполненный с возможностью закрепления волоконного световода 4.
Наклонная поверхность 9 примыкает верхней частью к стойке 1, при этом на наклонной поверхности 9 размещен корпус геофона 10. Стойка 1 содержит блок фиксации 2, выполненный с возможностью закрепления волоконного световода 4.
Наклонная поверхность 9 может быть выполнена скользящей или роликовой.
Устройство может быть дополнительно снабжено блоком 11 регулирования угла наклона, установленного между нижними частями стойки 1 и наклонной поверхностью 9.
Устройство может содержать специальное основание 12, на котором закрепляются стойка 1 и наклонная поверхность 9, либо может быть установлено на любой горизонтальной поверхности.
Блок фиксации 2, расположенный на стойке, преимущественно выполнен в виде зажима.
Устройство установки и контроля нормированного натяжения в корпусе геофона работает следующим образом.
В заявляемой полезной модели корпус 10 состоит из основания и крышки 5. Выводы волоконного световода 4 из корпуса 10 геофона расположены в верхней части в непосредственной близости от крышки 5 с целью упрощения процедур монтажа и герметизации. Согласно принципу действия волоконно-оптического геофона чувствительный участок световода 4, соединенный с инертной массой, должен располагаться в центральной части корпуса 10. Контакт чувствительного участка 4 со стенками корпуса 10 геофона, в том числе с внутренней поверхностью крышки 5, должен быть исключен. В схемах волоконно-оптических геофонов в качестве чувствительного элемента, как правило, используется прямой участок волоконного световода, соединенный с инертной массой. Важным требованием к корпусу волоконно-оптического геофона является его надежная герметизация, нарушение которой приводит к выходу прибора из строя. При этом схема геофона может предполагать размещение на одной волоконной линии нескольких десятков чувствительных элементов (специальным образом подготовленных участков световода), неразрывно соединенных друг с другом без применения сварки. Этим требованиям в полной мере соответствует разборная конструкция корпуса, допускающая бессварочный метод монтажа волоконных элементов.
На первом этапе участок волоконного световода 4 закрепляется клеем в V-образной канавке, фрезерованной на поверхности опоры 8 меньшей высоты; после застывания клея корпус геофона размещается на наклонной скользящей или роликовой поверхности 9, примыкающей под углом к стойке 1. Вне корпуса 10 волоконный световод 4 перебрасывается через механический блок во избежание критичных с точки зрения прочности волоконного световода 4 изгибов и закрепляется зажимом 2. В таком положении корпуса 10 геофона производится закрепление, например, путем заклеивания одного из концов чувствительного участка 7 волоконного световода в V-образной канавке со стороны более высокой опоры 6. Натяжение чувствительного участка 7 волоконного световода 4 во время застывания клея производится под действием силы тяжести корпуса 10 геофона. Силу натяжения чувствительного участка 7 волоконного световода 4 можно варьировать путем изменения угла наклона наклонной поверхности 9 с помощью блока регулирования 11 угла наклона, установленного между нижними частями стойки и наклонной поверхностью 9. Блок 11 может быть выполнен, например, в виде двух шпилек и навинченной на них втулки с резьбой (на чертеже не показаны). Угол наклона наклонной поверхности 9 относительно стойки 1 выбирают в пределах 5-80°, что соответствует нормированному значению натяжения чувствительного участка 7 волоконного световода 4, лежащему в пределах 0,1-3,0 H. Высота и наклон поверхности более высокой опоры 6 подбираются таким образом, чтобы натянутый чувствительный участок 7 волоконного световода 4, контактируя с опорой 6 в области V-образной канавки, с минимальным изгибом выводился за внешнюю границу корпуса 10 геофона.
Заявляемая полезная модель позволяет оптимизировать технологические этапы сборки сейсмических датчиков и повысить точность и стабильность нормированного натяжения чувствительного участка волоконного световода в корпусе геофона, а также воспроизводимость параметров при серийном производстве геофонов.
Источники информации, использованные при составлении заявки:
[1] пат. РФ №2231088, МПК G01V 1/18, опубл. 20.06.2004 г.
[2] пат. US №4,534,222, МПК G01H 1/00, G01V 1/16, опубл. 13.08.1985 г.