СПОСОБ СОЗДАНИЯ НОРМИРОВАННОГО НАТЯЖЕНИЯ ВОЛОКОННОГО СВЕТОВОДА В КОРПУСЕ ГЕОФОНА
METHOD OF GENERATING STANDARD TENSION OF FIBRE-OPTIC GUIDE IN GEOPHONE HOUSING

Изобретение относится к области производства подводных сейсмических датчиков, используемых для контроля и измерения параметров сейсмических и гидрологических процессов, протекающих в морях и океанах.
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, стабильность, 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 (пат. РФ №2231088, МПК G01V 1/18, опубл. 20.06.204 г.), содержащий инерционную массу, упругую подложку и волоконно-оптический интерферометр, выполненный в виде двух идентичных волоконных катушек, в котором нормированное натяжение создают в результате намотки одной из катушек с натягом на упругую подложку.
Недостатком реализованного в данном геогидрофоне метода создания и фиксации натяжения волоконного световода является невозможность обеспечения нормируемого значения натяжения волоконного световода, приемлемой воспроизводимости натяжения при серийном выпуске и значительном влиянии температуры на натяжение волоконного световода.
Известен волоконно-оптический сейсмодатчик (пат. US №4,534,222, МПК G01H 1/00, G01V 1/16, опубл. 13.08.1985 г.), 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 заявляемого изобретения является создание способа для 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 при создании нормированного натяжения волоконного световода в корпусе геофонов.
Поставленная задача решается предложенным способом создания нормированного натяжения волоконного световода в корпусе геофона, основанным на том, что устанавливают стойку и примыкающую к ней наклонную поверхность, устанавливают угол наклона наклонной поверхности, соответствующий нормированному значению натяжения волоконного световода, закрепляют чувствительный участок волоконного световодана на конце первой опоры, установленной в корпусе геофона, размещают геофон на наклонной поверхности таким образом, чтобы корпус геофона был наклонен первой опорой вниз, закрепляют верхнюю часть волоконного световода на стойке, размещают чувствительный участок волоконного световода на конце второй опоры, установленной в корпусе геофона, а требуемое нормированное натяжение волоконного световода создают под действием силы тяжести корпуса геофона, после чего закрепляют чувствительный участок волоконного световода на конце второй опоры геофона.
Рационально нормированное значение натяжения волоконного световода контролируют динамометром, установленным между верхней частью волоконного световода, проходящего через вторую опору, и стойкой.
Для уменьшения изгиба волоконного световода, выводимого за внешнюю границу корпуса, опоры выполнены разновысокими.
Заявляемый способ позволяет обеспечить высокую точность, чувствительность и воспроизводимость параметров геофонов.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом (фиг. 1), на котором схематически представлена конструкция одного из вариантов устройства, реализующего способ создания нормированного натяжения волоконного световода в корпусе геофона.
На фиг. 1 показаны стойка 8 и примыкающая к ней наклонная поверхность 9, корпус геофона 1 с первой опорой 2, второй опорой 4 и крышкой 5. Чувствительный участок 3 волоконного световода 6 размещен на концах первой опоры 2 и второй опоры 4, установленных в корпусе геофона 1. Корпус геофона 1 размещен на наклонной поверхности 9 первой опорой 2 вниз. На стойке 8 установлен зажим 7, в котором закреплена верхняя часть волоконного световода 6. На векторной диаграмме изображены: сила притяжения - 11, усилие натяжения - 12 и усилие прижатия - 10 корпуса геофона 1 к наклонной поверхности 9.
Наклонная поверхность 8 может быть выполнена со скользящей поверхностью, достигаемой путем обработки высокой степени чистоты, либо с роликовым покрытием.
Для создания и фиксации нормированного натяжения волоконного световода в корпусе геофона 1 устанавливают стойку 8 и примыкающую к ней наклонную поверхность 9, устанавливают угол наклона наклонной поверхности 9, соответствующий нормированному значению натяжения волоконного световода 6, закрепляют чувствительный участок 3 волоконного световода на конце первой опоры 2, установленной в корпусе геофона 1, размещают корпус геофона 1 на наклонной скользящей плоскости 9 таким образом, чтобы корпус геофона 1 был наклонен первой опорой 2 вниз, закрепляют при помощи зажима 7 верхнюю часть волоконного световода 6 на стойке 8, размещают чувствительный участок 3 волоконного световода 6 на конце второй опоры 4, установленной в корпусе геофона 1. Требуемое нормированное натяжение волоконного световода создают под действием веса корпуса геофона 11, создающего усилие натяжения 12 и усилие 10, прижимающее корпус геофона 1 к наклонной поверхности 9. Натяжение чувствительного участка 3 волоконного световода 6 фиксируют путем закрепления чувствительного участка 3 на конце второй опоры 4 геофона.
Способ создания нормированного натяжения волоконного световода в корпусе геофона поясняется следующим примером реализации.
Пример
Устанавливали вертикально стойку 8 и примыкающую к ней верхней частью наклонную поверхность 9, установили угол наклона наклонной поверхности 9 относительно вертикали 45 градусов, соответствующий нормированному значению натяжения волоконного световода 6, равному 2Н, закрепили клеевым соединением чувствительный участок 3 волоконного световода 6, диаметр которого в защитной оболочке составлял 200 мкм, на первой опоре 2, установленной на основании корпуса 1 геофона. Разместили корпус 1 геофона на наклонной поверхности таким образом, что корпус оказался наклоненным первой опорой 2 вниз, закрепили верхнюю часть волоконного световода 6 при помощи зажима 7 на стойке 8, разместили чувствительный участок 3 волоконного световода 6 на конце второй опоры 4, установленной на основании корпуса 1 геофона. Натяжение волоконного световода 6 производилось под действием силы тяжести 11 корпуса 1 геофона. При этом значение силы натяжения 12, равное проекции вектора силы тяжести 11 корпуса 1 геофона на наклонную поверхность 9, составило 2Н. После этого зафиксировали натяжение путем закрепления чувствительного участка 3 волоконного световода на второй опоре 4 корпуса 1 геофона при помощи клеевого соединения и дали временную выдержку для полимеризации клея.
Нормированное значение натяжения волоконного световода контролировали динамометром с чувствительностью 0,01Η и пределом измерения, равным 3Н, установленным между верхней частью волоконного световода 6, проходящего через вторую опору 4, и зажимом 7.
Использование заявляемого способа позволяет установить и зафиксировать нормированное натяжение волоконного световода в корпусе геофона и создать геофон, обладающий высокой точностью и стабильностью. При этом обеспечивается высокая точность, стабильность и воспроизводимость параметров геофона при его серийном выпуске.
Прецизионный контроль натяжения волоконного световода обеспечивается при помощи динамометра, установленного между верхней частью волоконного световода, проходящего через вторую опору, и зажимом, закрепленным на стойке.
Заявляемый способ обеспечивает высокую эффективность при серийном производстве геофонов и создании распределенных систем на их основе.