ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЙ ВЕЛОСИМЕТР
THREE-COMPONENT VELOCIMETER

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в гидроакустике, акустике, сейсмологии для регистрации трех пространственных компонент любых упругих возмущений в воде (гидроакустические волны), атмосфере (акустические волны), земле или во льдах (сейсмические волны), в том числе может использоваться под водой или подо льдом.
Известен трехкомпонентный низкочастотный акселерометр, включающий корпус, пары пьезоэлементов, ориентированных взаимно перпендикулярно и груз (см. авторское свидетельство СССР №1107061, G01P 15/09, 1983).
Недостатком данного устройства являются его конструктивные особенности, связанные с применением пьезоэлементов, а также недостаточно низкий для современных, в том числе сейсмических, исследований частотный диапазон.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является трехкомпонентный скважинный сейсмометр, включающий прочный водонепроницаемый корпус из немагнитного материала, три взаимно перпендикулярные пары кольцевых магнитов, закрепленных внутри корпуса, установленные в зазорах кольцевых магнитов катушки индуктивности, инерционный груз из немагнитного материала, расположенный внутри корпуса между кольцевыми магнитами, и подвижные диафрагмы (см. полезная модель РФ №145461, G01V 1/16, 2013).
Недостатком данного устройства является слабая чувствительность в нижнем диапазоне частот и недостаточная ударопрочность.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности измерений. Техническим результатом является повышение точности измерений за счет расширения частотного диапазона трехкомпонентного велосиметра в инфразвуковую область частот путем заполнения внутреннего пространства корпуса флюидом определенной вязкости, а также повышение чувствительности трехкомпонентного велосиметра к вертикальной компоненте волнового поля, ударостойкости и долговечности трехкомпонентного велосиметра.
Технический результат достигается в трехкомпонентном велосиметре, включающем прочный водонепроницаемый корпус из немагнитного материала, выполненные из упругого и гофрированного материала кожухи, в которых герметично установлены три взаимно перпендикулярные пары кольцевых магнитов и катушки индуктивности, установленные в зазорах кольцевых магнитов, выполненный полым инерционный груз из немагнитного материала, расположенный внутри корпуса между кольцевыми магнитами, и приспособление для подачи флюида, при этом в корпусе выполнено отверстие, в котором установлено приспособление для подачи флюида, а внутреннее пространство корпуса заполнено флюидом.
<mrow><mi>d</mi><mo>=</mo><mi>D</mi><mroot><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msub><mi>ρ</mi><mi>ф</mi></msub><mo>/</mo><msub><mi>ρ</mi><mi>м</mi></msub></mrow><mn>3</mn></mroot></mrow>
ф
м
Внутренний диаметр инерционного груза определяют из соотношения
, где ρ - плотность флюида, ρ - плотность материала, из которого выполнен инерционный груз, D - диаметр инерционного груза.
Установка кожухов, выполненных из упругого и гофрированного материала, позволяет защитить кольцевые магниты и катушки индуктивности от попадания флюида и увеличить долговечность.
Установка приспособления для подачи флюида в отверстие корпуса позволяет заполнить внутреннее пространство трехкомпонентного велосиметра флюидом.
Определение внутреннего диаметра инерционного груза из вышеуказанного соотношения обеспечивает ему требуемую плавучесть внутри корпуса и компенсирует влияние гравитации, увеличивая тем самым чувствительность трехкомпонентного велосиметра к вертикальной компоненте волнового поля.
Заполнение внутреннего пространства корпуса флюидом с требуемой вязкостью и упругими свойствами позволяет регулировать нижний частотный диапазон трехкомпонентного велосиметра. При этом движение инерционного груза внутри прочного корпуса компенсируется вязким наполнителем и, следовательно, позволяет повысить ударостойкость трехкомпонентного велосиметра.
Трехкомпонентный велосиметр поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведен общий вид устройства.
Трехкомпонентный велосиметр состоит из прочного водонепроницаемого корпуса 1, изготовленного из высокопрочного немагнитного материала (сплава), инерционного груза 2, выполненного полым и изготовленного из немагнитного материала, с внутренней полостью 3, трех пар катушек индуктивности 4, жестко связанных с инерционным грузом, трех взаимно перпендикулярных пар кольцевых магнитов 5, расположенных в корпусе 1 по трем взаимно ортогональным направлениям, в зазорах 6 которых без трения могут перемещаться катушки индуктивности 4, гофрированного кожуха 7, связанного с корпусом 1, в который герметично установлены кольцевые магниты 5 и катушки индуктивности 4, отверстие 8 в корпусе 1, в котором установлено приспособление 9 для подачи флюида, при помощи которого пространство внутри корпуса заполняется флюидом 10.
Трехкомпонентный велосиметр работает следующим образом.
Перед началом проведения измерений проводится настройка частотной характеристики трехкомпонентного велосиметра на ожидаемый частотный диапазон принимаемого сигнала. Для этого через приспособление 9 для подачи флюида внутреннее пространство корпуса 1 заполняется флюидом 10 требуемой вязкости. При колебаниях прочного корпуса 1 трехкомпонентного велосиметра относительно инерционного груза 2 в среде под действием сейсмических или акустических волн, при помощи измерения ЭДС индукции, возникающей в катушках индуктивности 4, связанных с инерционным грузом 2, из-за их перемещений в магнитном поле постоянного кольцевого магнита 5, определяют зависимость амплитуды электрических колебаний от времени. Так как амплитуда возникающего тока пропорциональна скорости движения катушки индуктивности 4 в магнитном поле (а значит, и корпуса 1 относительно инерционного груза 2), то измеряемой величиной является колебательная скорость смещений частиц среды. Три взаимно ортогональных направления, вдоль которых расположены чувствительные элементы, соответствуют трем компонентам измеряемого волнового возмущения. Движение катушек индуктивности 4 происходит в разреженной среде зазоров 6 кольцевых магнитов без трения.
Предлагаемый трехкомпонентный велосиметр может применяться в различных природных условиях, повышает точность измерений в низкочастотной области, надежен и долговечен.