МОДУЛЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ, СОЕДИНИТЕЛЬ И ПОДСБОРКА
MODULE FOR PROCESSING GEOPHYSICAL DATA, CONNECTOR AND SUBUNIT

Изобретение относится к системе сбора геофизических данных.
В этих системах обычно используется множество электронных модулей, которые обрабатывают сигнал, полученный от сейсмических датчиков. Эти датчики включают велосиметры (например, сейсмоприемники), акселерометры (например, MEMS), гидротелефоны или любой датчик, известный в области техники.
Системы известного уровня техники могут быть разработаны согласно следующей архитектуре, которая описана более подробно со ссылками на фигуры 1a и 1b.
Фигура 1a описывает архитектуру одного электронного модуля 1, раскрытого в патентном документе EP-1145045. Этот электронный модуль 1 содержит:
- крышку 2 и электронную плату 3, используемую для оцифровки и обработки данных, полученных от каждого датчика;
- два типа кабельных секций 4, описанных более подробно со ссылкой на фигуру 1b;
- средство распределения нагрузки основанное на наличии жесткой части, состоящей из металлической пластины 7, прикрепленной к соединителям 6 с помощью средства зацепления и штырей 8, 9;
- водонепроницаемое уплотнение для интерфейсов;
- соединительное средство 10 для подключения, по меньшей мере, одного датчика (не показано).
Специалистам ясно, что могут иметь место другие конфигурации с более чем одним электронным модулем (фигура 1а), например с тремя электронными модулями 1000, 10000, как показано на фигуре 1b, формируя, таким образом, "звено" 100.
Это звено 100 включает два типа электронных модулей 1000, 10000, каждый из которых содержит:
- крышку 2 и электронную плату 3, используемую для оцифровки и обработки данных, полученных от каждого датчика;
- две кабельных секции;
- средство распределения нагрузки, основанное на наличии жесткой части, состоящей из металлической пластины 7, прикрепленной к соединителям 6 с помощью средства зацепления и штырей 8, 9;
- водонепроницаемое уплотнение для интерфейсов;
- средство соединения 10 для подключения, по меньшей мере, одного датчика (не показано).
Более точно, первый тип электронного модуля 1000 включает два типа кабельных секций:
- первую кабельную секцию 4, имеющую:
на своем первом конце один соединитель 6, обеспечивающий электрическое соединение между кабелем 4 и электронной платой 3, расположенный под крышкой 2 модуля 1000; и
- на своем втором конце один двухсторонний соединитель 5, соединенным с другим концом секции двухсторонним соединителем 5 другой кабельной секции 4;
- вторую кабельную секцию 40, имеющую:
- на своем первом конце один соединитель 6, обеспечивающий электрическое соединение между кабелем 4 и электронной платой 3, расположенной под крышкой 2 модуля 1000; и
- на своем втором конце другой соединитель 6, обеспечивающий электрическое соединение между кабелем 40 и электронной платой 3 одного другого модуля 10000.
Более точно, второй тип электронного модуля 10000 включает две идентичных кабельных секции 40, как описано выше, каждая из которых содержит на своем первом конце один соединитель 6, обеспечивающий электрическое соединение между кабелем 40 и электронной платой 3, расположенной под крышкой 2 модуля 10000, и на своем втором конце другой соединитель 6, обеспечивающий электрическое соединение между кабелем 40 и электронной платой 3 другого модуля 1000.
Следует отметить, что в каждом отдельном соединении используются электронные модули одного и того же типа.
Эта система сбора геофизических данных, в которой может быть использовано множество типов электронных модулей, как определено выше, работает очень хорошо и обеспечивает эффективный ответ на запрос рынка, который требует легкого в обращении, мобильного и механически прочного устройства во время транспортировки и работы под действием сил растяжения или изгиба, приложенных на секции кабеля, а также усилий сжатия на крышку 2.
Портативность характеризуется системой, имеющей самую низкую линейную массовую плотность и объем, высокую гибкость и требует только небольших затрат труда для установки.
Прочность под воздействием механических напряжений характеризуется функциональностью крышки 2, соединителя 6 и электронной платы 3 при данном механическом воздействии или после того, как устройство подверглось этому воздействию, чтобы сохранить работоспособность. В определенных случаях прочность также характеризуется сохранением функций электронной платы 3 после поломки крышки 2 под воздействием механических напряжений, например при ударе.
Механическое поведение электронного модуля 1, как описано выше, зависит от приложенной нагрузки, как показано на фигурах 2a-2f. Более конкретно, значение момента инерции электронной платы 3 хорошо адаптировано к характеристикам механического поведения электронного модуля 1. Действительно, следует считать, что момент инерции характеризует возможность геометрии части, и особенно ее поперечного сечения, выдерживать механические напряжения, такие как изгиб. В случае прямоугольного поперечного сечения момент инерции пропорционален ширине и кубу толщины следующим образом:
3
I=(W*T)/12,
где I соответствую моменту инерции, W - ширина и Т - толщина.
Фигура 2a - вид сбоку на электронный модуль 1, который подвергается одному вертикальному падению (или удару) (см. стрелку F1 на фигуре 2a, которая показывает направление этого падения/воздействия). Когда имеется вертикальное воздействие, оно действует на нижнюю часть внешних поверхностей 11 соединителя 6. Эти поверхности являются плоскими поверхностями. Следовательно, преданная энергия поглощается всей соответствующей поверхностью. Кроме того, деформация этой поверхности является относительно небольшой. Тем не менее, момент инерции, приложенный к ускорению удара, является минимальным моментом платы (как вычислено ниже). Следовательно, деформация электронной платы 3 является высокой и изгибающая сила действует на электронные компоненты электронной платы 3.
4
Чтобы проиллюстрировать этот случай, предположим, что электронная плата 3 имеет ширину W сечения, характеризуемого длиной 31, например, 75 мм и толщину T, характеризуемую длиной кромки 32, обычно порядка 1,6 мм (например). Величина полученного момента инерции на вышеупомянутой конфигурации составляет 25,6 мм.
Фигура 2b - вид сверху на электронный модуль 1 и величина напряжения, которому подвергается крышка 2 при боковом ударе (см. стрелку F2, показывающую направления движения). При боковом перемещении электронного модуля 1 удар приходится на жесткую внешнюю поверхность 12 крышки 2. Поскольку внешняя поверхность 12 сделана из жесткого материала, энергия удара поглощается только в малой степени и ускорение, которому подвергнута электронная плата 3, следовательно, является максимальным. При изменении направления удара, рассматриваемая размерность, в частности толщина, также изменяется.
4
Если мы возьмем ту же самую описанную выше конфигурацию, в которой ширина W по-прежнему равна 75 мм, то же самое, что описано для вертикального удара, но величина толщины T изменяется на 45 мм (то есть соответствует ширине электронной платы 3). Величина полученного момента инерции в этом случае составляет 569 531,2 мм.
Как можно видеть, величина момента инерции электронной платы 3 при вертикальном падении (фигура 2a) менее важна, чем величина момента инерции для бокового удара (фигура 2b). Следовательно, согласно вышеупомянутому определению момента инерции, деформация электронной платы 3 менее важна в конфигурации фигуры 2b.
Иными словами, чтобы снизить деформацию, которой подвергается электронная плата во время удара, лучше разместить электронную плату перпендикулярно земле.
Фигура 2c - вид сбоку на электронный модуль 1 и крышку 2, которые подвергаются действию силы растяжения (иллюстрируемого стрелкой F3). Под действие силы растяжения, приложенной к кабелю 4, основная часть этой силы передается кабельным секциям 4 через распределяющие нагрузку штыри 8, 9 и пластину 7 (показанные стрелками F3b). Крышка 2 должна выдержать очень небольшое растяжение. Электронная плата 3, смонтированная на пластине 7, должна справиться с небольшими ограничениями.
Фигуры 2d и 2e - виды сбоку электронного модуля 1 и напряжения, которому подвергается крышка 2 под действием изгибающих сил по направлению к крышке 2 или наоборот (показано стрелками F4 и F5). Опора 13 расположена на крышке 2 электронного модуля 1 (фигура 2e) или под электронным модулем 1 в контакте с одной поверхностью соединителя 6 (фигура 2e). Под действием изгибающих сил, направленных к крышке 2, или в противоположном направлении, результирующая сила, действует через соединитель 6 в противоположном направлении и создает растягивающий компонент (см. стрелки F4e, F5e) на стыке между каждым кабелем 4 и каждым соединителем 6 или сжимающий компонент (см. стрелки F4b, F5b), скрепляющий соединитель 6 с пластиной 7. Пластина 7 подвергается изгибающим моментам на своих концах.
Фигура 2f - вид сбоку электронного модуля 1 и напряжения, которому подвергается крышка 2 во время сжатия (показано стрелкой F6). Во время сжатия крышки 2 в крепеже соединителей 6 создаются изгибающие силы. Пластина 7 ограничивает эти силы, ограничивая вращение крепежа. Сжатие передается непосредственно соединителям 6 в виде сжимающего усилия (см. стрелки F6b) и растягивающего усилия (см. стрелку F6a) в стыке между каждым кабелем 4 и каждым соединителем 6.
Число деталей крепежа (например, винтов), требуемых для крепления крышки к описанным здесь соединителям 6, является важным фактором (восемь винтов в этом примере патентного документа EP-1145045), чтобы выдержать многочисленные силы, которые проходят через них, как показано на чертежах 2d-2f. Это связано с объемом обслуживания и ремонта и устранением неисправностей.
Таким образом, регистрирующий модуль, описанный в EP 1145045, требует, чтобы в конструкции различных частей учитывалось множество различных сил в зависимости от нагрузки, прилагаемой к электронному модулю 1. Важна портативность из-за требования небольшого пространства и малого веса модуля. Однако легкость сборки затрудняется количеством необходимых крепежных элементов.
Кроме того, электрическое соединение между соединителями 6 и электронной платой 3 получается путем точки соединения на электронной плате, которая для данного соединителя обеспечивается на соответствующем конце электронной платы. Электронная плата и расположение компонентов на плате учитывают положение этих точек контакта. Это приводит к увеличению пространства, занимаемого этими деталями на электронной плате.
Первой целью изобретения является обеспечить электронные модули большим допуском по конструкции и деформации, которая появляется под действием механических напряжений.
Второй целью изобретения является упрощение сборки электронной платы и ассоциированной крышки с соединителями. Таким образом, время поиска и устранения неисправностей в полевых условиях можно значительно уменьшить.
Третья цель изобретения состоит в повышении механической надежности компонентов регистрирующего модуля.
Еще одной целью изобретения является снижение бокового ускорения, которому подвергается электронная плата и электронные компоненты во время бокового удара.
Для достижения этих целей, изобретение предлагает модуль для обработки геофизических данных. Этот модуль содержит электронную плату, предназначенную для обработки геофизических данных, полученных, по меньшей мере, одним указанным геофизическим датчиком, и две кабельные секции, каждая из которых имеет на одном конце соединитель, предназначенный для соединения с платой. Каждый соединитель формирует полуоболочку, которая взаимодействует с одной другой полуоболочкой так, чтобы сформировать корпус, в котором размещается электронная плата.
Таким образом, согласно изобретению, можно получить модуль для обработки геофизических данных, прочность которого, в основном, увеличена по сравнению с известными модулями этого типа.
Кроме того, соединители непосредственно и жестко прикреплены друг к другу, позволяя силам, действующим на кабель, проходить, в основном, через соединители, ограничивая силы, действующие непосредственно на электронную плату.
Кроме того, как будет описано ниже более подробно, время, требуемое для сборки электронных модулей согласно изобретению, является небольшим по сравнению с известными модулями, следовательно, давая выигрыш во времени для поиска и устранения неисправностей и, таким образом, снижая потери времени на отказ оборудования во время работы.
Согласно выгодному варианту воплощения, модуль содержит верхнюю крышку и нижнюю крышку, расположенные так, что они формируют подсборку, в которой размещается электронная плата. В этом случае указанная подсборка удерживается формирующими корпус соединителями.
Следовательно, обслуживание (разборка и повторная сборка) такого модуля намного легче и может быть выполнена быстро. Действительно, оператор не должен отвинчивать огромное число винтов, когда необходимо выполнить обслуживание модуля.
Согласно предпочтительному варианту воплощения изобретения, электронная плата расположена по длине вдоль оси, сформированной кабельными секциями, окруженными по сторонам формирующими корпус соединителями. Электронная плата может проходить вертикально между формирующими корпус соединителями.
Вертикальное расположение платы в модуле максимизирует момент инерции по вертикальной оси регистрирующего модуля. Таким образом, деформация платы при вертикальном воздействии сводится к минимуму.
Согласно одному предпочтительному варианту воплощения, соединители, формирующие указанный корпус, идентичны и расположены симметрично относительно указанной вертикальной оси.
Следовательно, сборка модуля облегчается и производственные расходы снижаются. Согласно предпочтительному варианту воплощения изобретения, указанная нижняя крышка содержит, по меньшей мере, один вертикальный слот, предназначенный для вставки в него электронной платы.
Таким образом, электронная плата жестко закреплена, когда модуль падает на землю.
Согласно удачному подходу изобретения, электронная плата содержит, по меньшей мере, одну точку электрического соединения для каждого соединителя, причем указанные точки электрического соединения находятся в центральной области указанной электронной платы. Предпочтительно, точки электронного контакта электронной платы размещены рядом друг с другом.
Таким образом, конструкция платы и расположение компонентов облегчены наличием этих двух точек контакта в непосредственной близости относительно друг друга. Эта конструкция повышает устойчивость электронной платы против воздействий окружающей среды, таких как электрические разряды при грозе.
Согласно одному предпочтительному варианту воплощения, нижняя крышка, верхняя крышка и соединители взаимодействуют друг с другом, чтобы сформировать хорошо корпус вокруг электронной платы с хорошим уплотнением.
Более точно, электронная плата сначала размещается вертикально в слоте указанной нижней крышки. После этого верхняя крышка размещается вокруг электронной платы. В этом случае верхняя крышка полезно используется как закрывающий элемент, в котором размещается электронная плата, причем этот закрывающий элемент опирается на нижнюю крышку. Следовательно, создается одна подсборка. Затем вокруг этой подсборки монтируются соединители, формирующие корпус.
Предпочтительно, указанная верхняя крышка содержит отверстие напротив каждой поверхности электронной платы, обеспечивая каждую из них связью между одним из соединителей и одной точкой контакта платы.
Согласно одному предпочтительному варианту воплощения, каждый соединитель содержит одну внешнюю поверхность, сделанную из гибкого материала, и одну внутреннюю поверхность, сделанную из жесткого материала. Предпочтительно, каждый соединитель имеет на своей нижней поверхности одну полоску, сделанную из гибкого материала. В частности, твердость указанной внешней поверхности и внутренней поверхности лежит в диапазоне 60-90 по Шору A и 60-90 по Шору D, соответственно, и твердость указанных полосок лежит в диапазоне 60-90 по Шору A.
В первом варианте воплощения, указанный, по меньшей мере, один геофизический датчик содержит, по меньшей мере, один сейсмоприемник. Во втором варианте воплощения, указанный, по меньшей мере, один геофизический датчик содержит, по меньшей мере, один датчик MEMS.
Согласно одному выгодному варианту воплощения, каждая кабельная секция содержит:
- один двухсторонний соединитель концевой секции, приспособленный для соединения с одним другим концом двухстороннего соединителя одной другой кабельной секции; и
- один соединитель, обеспечивающий электрическое соединение между кабельной секцией и электронной платой, расположенной в крышке.
Согласно еще одному варианту воплощения, каждая кабельная секция содержит на каждом из своих концов один соединитель, обеспечивающий электрическое соединение между кабельной секцией и электронной платой, расположенной в крышке.
Изобретение также относится к соединителю, формирующему полуоболочку и расположенному так, чтобы взаимодействовать с одним другим соединителем, формирующим другую полуоболочку, чтобы сформировать корпус, в котором размещается электронная плата модуля, как описано выше.
Изобретение также относится к нижней и верхней крышкам, действующим вместе, чтобы сформировать подсборку, в которой, как описано выше, размещается и хранится электронная плата модуля.
Другие аспекты, цели и преимущества настоящего изобретения станут более ясными при чтении следующего подробного описания примерного предпочтительного варианта воплощения со ссылками на фигуры 3-5 приложенных чертежей, на которых:
- фигура 1 представляет архитектуру одной известной электронной технологии модуля для сбора данных;
- фигуры 2a-2f представляют схематические виды сбоку известного электронного модуля фигуры 1 в различных конфигурациях с различными силовыми воздействиями на модуль;
- фигура 3 - вид первого варианта воплощения геофизического модуля для обработки данных, также называемого электронным модулем, согласно настоящему изобретению;
- фигуры 4a и 4b - схемы поведения собранного электронного модуля под действием растягивающих и сжимающих сил;
- фигура 5 - схемы поведения собранного электронного модуля под действием напряжения изгиба и сил, приложенных на верхнюю крышку;
- фигура 6 - вид нижней крышки электронного модуля, представленного на фигуре 3;
- фигуры 7 и 8 - поперечный разрез электронного модуля, представленного на фигуре 3;
- фигура 9 - схематическое представление другого варианта воплощения одного электронного модуля согласно настоящему изобретению.
На фигуре 3 показан геофизический модуль 1 для обработки данных, также называемый электронным модулем 1, который содержит:
- верхнюю крышку 2;
- соединительное средство 20, используемое для соединения, по меньшей мере, с одним датчиком геофизических данных (не показано);
- электронную плату 3, сконфигурированную для обработки геофизических данных, полученных, по меньшей мере, от одного датчика геофизических данных (например, от сейсмоприемника, MEMS и т.д.), соединенного с соединительным средством 20;
- две кабельные секции 4, каждая из которых имеет соединитель 15 на одном из своих концов, который соединен с электронной платой 3.
Следует отметить, что датчик может быть встроен в указанный электронный модуль. Эта конфигурация будет описана ниже более подробно со ссылкой на фигуру 9.
Модуль 1 фигуры 3 может состоять из кабельных секций 4 двух типов (как описано со ссылкой на фигуру 1b), каждая из которых содержит:
- на своем первом конце соединитель 15, обеспечивающий электрическое соединение между кабелем 4 и электронной платой 3, расположенной под крышкой 2; и
- на своем второй конце один соединитель двухсторонней концевой секции 5, служащей для соединения с одним другим концом соединителя другой двухсторонней кабельной секции 4 типа, описанного в связи с известным уровнем техники (см. фигуру 1b), или один другой соединитель 15, предназначенный для соединения с одним другим соединителем другого модуля (не показан), формируя цепь связи.
Согласно первому варианту воплощения, показанному на фигуре 3, нижняя крышка 14 содержит углубление 144. Это углубление имеет, по меньшей мере, один слот 140 (один слот в этом примере) на каждом из его продольных концов. Чтобы ограничить силу удара по электронной плате, в углублении нижней крышки 14 могут быть размещены амортизаторы (не показаны), которые примыкают к электронной плате 3, размещенной в слотах 140.
Когда электронная плата размещена в слотах 140, эта плата вставлена вертикально в верхнюю крышку 2. Верхняя крышка 2 охватывает электронную плату 3. Нижняя крышка 14 закрывает сборку, сформированную верхней крышкой 2 и электронной платой 3, и обеспечивает эту сборку уплотнением в ее нижней части.
Соединители 15 собраны вокруг подсборки, сформированной верхней крышкой, нижней крышкой и электронной платой. Каждый соединитель 15 крепится к другому соединителю 15 с помощью крепежных винтов 16. Соединители 15 обеспечивают электрическое соединение между кабельными секциями 4 и электронной платой 3 с помощью средств электрического соединения 30 на электронной плате 3 (фигура 7). Это электрическое соединение изолировано от окружающей среды.
Как можно видеть на фигурах 3, 4a, 4b и 5, электронная плата 3 помещена в слоты 140 (фигура 3) нижней крышки 14. Таким образом, электронная плата 3 смонтирована вертикально в верхней крышке 2 или, иными словами, перпендикулярно относительно основной плоскости нижней крышки 14. Затем, верхняя крышка 2 размещается в нижней крышке 14. Следовательно, верхняя крышка 2 охватывает электронную плату 3. Кроме того, верхняя крышка 2 имеет периферийный выступ 21. Следует отметить, что окружность, определенная периферийным выступом 21, соответствует окружности основной плоскости 141 нижней крышки 14. Нижняя крышка 14 и верхняя крышка 2 крепятся вместе винтами 142 (фигура 3), чтобы сформировать с электронной платой подсборку. Эта подсборка не предназначена для разборки в полевых условиях. Затем вокруг подсборки собираются соединители 15. Для крепления сборки из верхней крышки 2 и нижней крышки 14 к соединителю 15 не используется никаких защелок, соединение обеспечивается уплотнением и остальной частью соединителя 15 на верхней крышке 2.
Как описано в примере известной области техники, представленной на фигуре 1b, конфигурация такого модуля позволяет собирать несколько подсистем с промежуточными кабельными секциями 4 или 40, чтобы сформировать соединительное звено.
Таким образом, облегчается обслуживание системы в полевых условиях. В случае отказа электронной платы можно заменить подсборку, отсоединяя соединители 15. В случае отказа кабельной секции 4 или 40 (например, обрыв кабеля) можно легко заменить указанную кабельную секцию другой кабельной секцией 4 или 40, также отсоединяя соединители 15.
Кроме того, согласно принципам изобретения, каждый соединитель 15 формирует полуоболочку, взаимодействующую с другой полуоболочкой (то есть с другим соединителем 15) так, что вместе они формируют корпус, в котором расположена электронная плата 3. Иными словами, форма соединителей 15 разработана так, что при сборке соединителей они формируют корпус вокруг электронной платы. Такое выполнение соединителей 15 и отсутствие защелок между соединителями 15 и верхней крышкой 2 предотвращает ослабление винтов 16.
Кроме того, уплотнение электрического соединения обеспечивается радиальным сжатием. Радиальное сжатие кольцевого уплотнителя создает давление на кольцевой уплотнитель по его радиусу. Это сжатие требует управляемого стягивания двух частей, но не требует стягивания с помощью крепежа (например, винтов). В виде сравнения, в патентном документе EP-1145045 используется другое технологическое решение. Как показано на фигуре 1, водонепроницаемость между соединителем 6 и верхней крышкой 2 обеспечивается осевым сжатием кольцевого уплотнителя, что означает сжатие по оси, перпендикулярно радиусу кольцевого уплотнителя. Это сжатие обеспечивается с помощью винтов. Следовательно, водонепроницаемость самой сборки непосредственно зависит от винтов. Решение, используемое в настоящем изобретении, предотвращает использование винтов 16 для прочного соединения этих двух соединителей 15, чтобы обеспечить водонепроницаемое уплотнение электрического соединения и, таким образом, ограничить риск отказа из-за попадания влаги (например, в случае самоотвинчивания винтов).
Кроме того, когда электронные модули 1 настоящего изобретения диагностируются в поле, число операций (сборки/разборки) во время поиска и устранения неисправностей (или обслуживание) значительно меньше, потому что для крепления соединителей 15 к подсборке используются только два винта 16. Следовательно, увеличивается время для сбора сейсмических данных.
Каждый соединитель имеет проксимальный конец 150 около соответствующего кабеля 4 и дистальный конец 151, противоположный проксимальному концу (фигура 3).
Крепежные винты 16 надежно соединяют эти два соединителя 15 так, что проксимальный конец первого из этих двух соединителей жестко соединен с дистальным концом другого соединителя, тогда как дистальный конец первого соединителя соединен с проксимальным концом другого соединителя. Кроме того, чтобы оптимизировать производительность подрядчика, важно обеспечить простой и быстрый поиск и устранение неисправностей оборудования. Поскольку соединители 15 идентичны и их расположение вокруг сборки верхней крышки 2 и нижней крышки 14 симметрично, это позволяет осуществлять обратимое соединение соединителей 15, то есть один из них может быть установлен вместо другого. Это помогает пользователю решать любые проблемы и уменьшить время восстановления.
Кроме того, как можно видеть на фигуре 3, верхняя крышка 2 имеет отверстие 220 на каждой из ее продольных поверхностей 22. Соединители 15 имеют внутреннее цилиндрическое удлинение 152, размер которого позволяет вставить его в отверстие 220 корпуса, соответствующего верхней крышке 2. Наружный диаметр внутреннего удлинения 152 соответствует диаметру отверстия 220 в верхней крышке 2.
Каждый кабель 4 проходит через соответствующий соединитель 15 и соединен с ним с помощью, по меньшей мере, одного электрического соединения (не показано), например, через множество штырьков, непосредственно встроенных в указанный соединитель 15. Когда электронный модуль 1 собран, кабель 4 соединен с электронной платой 3 с помощью металлических штырьков 156 (создающих штекер), вставляемый в металлический корпус 31 (розеточную часть) электронной платы (фигура 7).
Металлические корпуса 31, выполненные на электронной плате 3, должны также соответствовать конструкции сборки. Следует отметить, что электронная плата 3 как бы плавает в верхней крышке 2 при разборке соединителей 15. Следовательно, во время сборки первого соединителя 15 со вторым соединителем вставкой металлических штырьков 156 соединителя 15 в металлические корпуса 31 электронной платы 3 это зафиксирует электронную плату 3 в нужном положении в верхней крышке 2. Первый соединитель 15 относится к верхней крышке 2, следовательно, металлические корпуса 31 электронной платы 3 также относятся к верхней крышке 2. Сборка второго соединителя 15 также относится к верхней крышке 2. Следовательно, конструктивная связь, существующая между соединителем 15, относящимся к верхней крышке 2, и соответствующим металлическим корпусом 31 электронной платы 3, должна входить в указанный металлический корпус. Например, в описанном варианте воплощения допуск, которому должны отвечать эти металлические корпуса, лежит в диапазоне ±1 мм.
Кроме того, каждый соединитель имеет внутренний фланец 153 в своей нижней части. Этот внутренний фланец 153 должен быть расположен ниже основной плоскости нижней части 141 нижней крышки 14.
Согласно другой характеристике изобретения, точки контакта электронной платы, по которым проходят электрические соединения каждого соединителя 15 через внутренние удлинения 152 и, следовательно, через соответствующее отверстие 220, электрически соединены и размещены рядом друг с другом, проксимально к центру электронной платы 3.
Близость точек контакта 15 помогает более жесткой реализации платы. Вводы передачи проходят через соединители, но также выдерживают экологические нагрузки, такие как электрические разряды при грозе. В этом случае наилучший вариант состоит в том, чтобы отвести разряд через узел таким образом, чтобы он мог быть рассеян через заземление. Чтобы минимизировать риск отказа во время отвода разряда, требуется уменьшить до максимально возможной степени длину дорожки между этими двумя соединителями на электронной плате. Из-за огромной силы тока эти дорожки являются очень большими и, следовательно, занимают значительную часть поверхности платы. Например, согласно одному варианту воплощения настоящего изобретения, расстояние X (фигура 8) между этими двумя соединителями 15 находится в пределах 12 мм, тогда как в известной области техники это расстояние равно 65 мм. Таким образом, наличие этих двух соединителей вблизи друг друга оптимизирует устойчивость платы против электрических разрядов и ограничивает поверхность, требуемую для дорожек, используемых для отвода токов молнии.
Следует отметить, что связь между верхней крышкой 2 и соединителями 15 является плавающей. Эта связь относится к радиальной прочности используемых кольцевых уплотнителей.
Следует также отметить, что изобретение может быть применено к сейсмическому датчику типа, показанного на фигуре 9. В этом варианте воплощения устройство содержит электронный модуль 1, нижнюю крышку 14, электронную плату (не показана на фигуре 9) и верхнюю крышку 2. Верхняя крышка 2, нижняя крышка 14 и электронная плата формируют подсборку. Эта подсборка затем окружена соединителями 15, которые формируют корпус, в котором размещается электронная плата. Датчики встроены в указанную верхнюю крышку 2. Верхняя крышка 2 может также включать штырь 90, чтобы облегчить его заземление.
В дополнение к преимуществам настоящего изобретения, как описано выше, значительно улучшен модуль изобретения, чтобы выдержать механические силы, которым он подвергается во время использования в поле. Эти преимущества подробно описаны ниже со ссылкой на фигуры 4a, 4b, 5 и 6.
Сборка согласно изобретению, когда она подвергнута силе растяжения на кабельной секции 4 или силе сжатия на верхней крышке 2, позволяет распределить эти силы, чтобы направить их по определенному пути и сконцентрировать силы в определенных точках. Фигуры 4a и 4b объясняют этот принцип.
На фигуре 4a, сила растяжения, приложенная к кабелю, обозначена стрелкой F4, тогда как результирующие силы обозначены стрелками F5.
На фигуре 4b, сила сжатия приложена к верхней крышке 2 и обозначена стрелкой F6, тогда как силы, полученные в результате механического напряжения, обозначены стрелками F7.
Следует отметить, что в обоих случаях силы действуют, во-первых, на продольные стенки 230 (фигура 3) верхней крышки 2 и, во-вторых, на резьбу 160 соединителей 15. Однако для той же самой зоны, в которой действует результирующая сила, соответствующая сжимающая нагрузка приложена в направлении против нагрузки силы растяжения.
Таким образом, в отличие от известного решения, модуль согласно изобретению, который подвергается воздействию сил, показанных на фигурах 4a и 4b, минимизирует результирующие силы, действующие на электронную плату.
Внешняя поверхность 154 соединителей 15 согласно изобретению сделана из гибкого материала. Как показано на фигуре 6, внешние поверхности 154 могут быть снабжены одной или несколькими полосками 1540 из гибкого материала. Предпочтительные материалы - мягкие полимеры в виде мягких пластических масс, таких как полиуретан, например, Lubrizol Estaloc Т58887, который характеризуется твердостью 90 по Шору (или 50 по Шору D), который может быть напрессован на жесткую поверхность 155 соединителя 15. Жесткая поверхность характеризуется твердостью в диапазоне 75 по Шору D.
Во время удара боковой частью электронного модуля 1 о землю гибкий материал служит амортизатором для верхней крышки 2 и, следовательно, ограничивает ускорение, которому подвергается электронная плата 3 и ее компоненты. Таким образом, деформация платы 3 ограничена и прочность сборки улучшена. Кроме того, внешняя геометрия соединителей 15 может быть приспособлена к ударам, создавая главные зоны деформации, например края, которые будут действовать как амортизаторы для верхней крышки 2 во время бокового удара. По сравнению с известным техническим решением (фигура 1), конструкция электронного модуля по настоящему изобретению позволяет увеличить вероятность контакта по краям.
При вертикальном ударе, минимальная деформация платы обеспечивается благодаря тому факту, что указанная плата расположена вертикально, чтобы создать максимальную инерцию в направлении ускорения. Это ограничивает деформации электронной платы 3 и обеспечивает сборке высокую прочность.
Как показано на фигуре 6, нижняя поверхность соединителей 15 также имеет одну полоску 157 из гибкого материала. После сборки этих двух соединителей 15 полоски 157 этих двух соединителей 15 окружают нижнюю крышку 14 и определяют периферию длиной приблизительно 260 мм. Кроме того, полоски могут иметь толщину 3 мм по нижней крышке 14 и ширину 2 мм (например). Таким образом, в случае вертикального удара (как показано на фигуре 2a), нижняя крышка 14 не входит в контакт с землей и защищена полосками 157, которые поглощают удар. Такая конфигурация модуля 1 позволяет минимизировать напряжение, вызванное инерцией электронной платы.
Когда модуль падает на землю, он ведет себя как эквивалентная система "масса/пружина", когда он входит в контакт с землей. Ускорение, которое набирает модуль при вертикальном падении, является функцией жесткости K компонента, подвергающегося воздействию своей массы и его скорости при воздействии x. К определяется следующим образом:
K=E*S/T,
где E - модуль Юнга, S - поверхность компонента и T - толщина компонента.
Таким образом, принцип Ньютона подразумевает, что, если К увеличивается, ускорение также увеличивается, и наоборот, если К уменьшается, ускорение также уменьшается.
В конфигурации фигуры 2a мы получаем K=495 E Н/мм (длина W=110 мм, ширина = 45 мм и толщина Т=10 мм).
2
В конфигурации фигуры 6, с такими размерностями полос 157, поверхность полосы, которая может подвергнуться удару, составляет 520 мм (2*260). Так, как определено выше, жесткость K полос - К=173 E Н/мм (длина W=260 мм, ширина = 2 мм и толщина Т=3 мм).
В заключение отметим, что величина K 2,9 является более важной в конфигурации фигуры 2a по сравнению с конфигурацией фигуры 6.
Как можно видеть, один параметр, улучшающий поведение модуля, является твердостью K части модуля в контакте с землей во время удара.
Таким образом, согласно изобретению, механическое сопротивление модуля 1 повышено и, следовательно, деформация электронной платы 3 во время вертикального удара сведена к минимуму.
Фигура 5 представляет силы во время момента изгиба, приложенного к модулю 1 сбора данных, как показано стрелкой F9 на фигуре 5. Независимо от ориентации этого напряжения вверх или вниз относительно модуля, усилия, создаваемые в модуле, идентичны. Напряжения изгиба обычно могут быть разложены на два компонента: чисто горизонтальный компонент и чисто вертикальный компонент. Горизонтальный компонент - сила растяжения. Следовательно, как описано выше, соединитель 15 лежит на периферийных поверхностях 230 верхней крышки 2 (фигура 3). Подверженный вертикальным силам соединитель 15 лежит на поверхностях 240 и 250 на фигуре 3.
Следовательно, в настоящем изобретении силы поглощаются и передаются только сжатием одного компонента с другим. Это предотвращает механические напряжения крепежных деталей.
Чтобы подвести итог, изобретение объединяет следующие преимущества.
Электронный модуль, кабельные секции и соединители собраны так, что они скользят относительно верхней крышки. Связи между верхней крышкой и соединителями являются скользящими опорами или гибкими связями. Такая сборка делает функции уплотнения более устойчивыми к деформациям, которые появляются при механических напряжениях. Радиальная водонепроницаемость определена сжатием уплотнения двумя частями, которые вставлены одна в другую. Это позволяет легче выдерживать деформацию со специальным кольцевым уплотнителем определенного размера, в то время как осевая водонепроницаемость, определяемая сжатием уплотнения двумя частями, входящими одна в другую, менее устойчива к деформации. Использование радиальной водонепроницаемости предохраняет соединители 15 от скольжения под действием силы на верхнюю крышку 2 и опору на выделенных областях.
Соединители жестко фиксированы относительно друг друга. Это рассеивает силы растяжения, действующие на кабель через соединители, и препятствует тому, чтобы они создавали напряжение на верхней крышке. Таким образом, повышается прочность регистрирующего модуля, подверженного силам растяжения.
Соединители опираются на определенные участки поверхности верхней крышки, и механические напряжения, создаваемые на этой верхней крышке, фактически являются силами сжатия, которые находятся вне предельного разрушающего напряжения для пластичного материала. Это является новизной, повышающей прочность регистрирующего модуля под напряжением изгиба.
Соединение электронного модуля с соединителями упрощено: число крепежных элементов ограничено предпочтительно одной или двумя деталями, обеспечивая выигрыш во времени при сборке или при работе в полевых условиях.
Вертикальное расположение платы в подсистеме максимизирует момент инерции по вертикальной оси регистрирующего модуля. Деформация этой платы во время вертикального удара сведена к минимуму.
Из-за неплоской поверхности соединителей их боковое расположение снижает боковое ускорение, которому подвергается электронная плата и компоненты во время бокового удара.
Благодаря гибкому материалу, размещенному на внешней поверхности соединителя, верхняя крышка менее чувствительна к результирующей силе ударов.