Акустический преобразователь

 

АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий трубчатый корпус с активным элементом, размещенным .-. между двумя крьшками, во внтуреннюю полость которого залита компенсационная жидкость, отличающийся тем, что, с целью увеличения акустической мощности, эффективности в режиме излучения и чувствительности в режиме приема, он снабжен двумя жесткими экранами, один из которых повторяет форму активного элемента и скреплен с торцовой поверхностью активного злеменга, а второй выполнен в виде перегородок, соединенных с трубчатым корпусом длиной не более четверти длины волны упругих колебаний в жидкости и высотой, равной высоте активного элемента, при этом в пер (Л вом из экранов выполнены отверстия, с отстоящие от середины активного элемента на половину длины волны упругих колебаний в жидкости.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4 (51) G 01 Ч 1/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ с

Лг ! (21) 338494 7/24-25 (22) 18.01. 82 (46) 15.02.85. Бюл. Р б (72) В.Н.Носов, И.Г.Можаев и В.А.Виноградов (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт ядерной геофизики и геохимии (53) 550.83(088.8) (56) 1. Булатова Ж.М., Волкова С.А., Дубров Е. . Акустический каротаж.

Л., "Недра", 1970, с. 79 °

2. Простаков А.Л. Гидроакустика в иностранных лотах. "Судостроение"

Л., 1964, с. 38-39, рис. 20;

3. Патент США В 3258741, кл. 340-17, опублик. 1965 (прототип) ° (54) (57) АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий трубчатый корпус с активным элементом, размещенным .

„„SU, I 1400 6 А между двумя крышками, во внтуреннюю полость которого залита компенсационная жидкость, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения акустической мощности, эффективности в режиме излучения и чувствительности в режиме приема, он снабжен двумя жесткими экранами, один из которых повторяет Аорму активного элемента и скреплен с торцовой поверхностью активного элемента, а второй выполнен в виде. перегородок, соединенных с трубчатым корпусом длиной не более четверти длины волны упругих колебаний в жидкости и высотой, равной высоте активного элемента, при этом в первом из экранов выполнены отверстия, отстоящие от середины активного элемента на половину длины волны упругих колебаний в жидкости.

1140076

Изобретение относится к скважинным акустическим нреобразователяэ, приборостроению, гидроакустическим преобразователям и может быть исМ нользовано для акустического каро- 5 тажа при геологоразведке на нефть и газ,акустического воздействия на пласты с целью повышения дебита и вызова притока нефти в скважины, для акустических измерений, для 1О гидролокаторов и других акустических приборов в геологоразведочной, нефтяной, газовой, судостроительной и других отраслях промышленности.

Известен пьезокерамический акустический преобразователь с односторонним излучением и приемом для акустического каротажа, содержащий ,серебряные электроды на внутренней и наружной поверхностях и выполненный в виде цилиндра (1 .

Недостатками этого преобразователя являются небольшая эффективность в режиме излучения и небольшая развиваемая мощность вследствие недостаточной величины сопротивления излучения и наличия акустического короткого замыкания между наружной и внутренней поверхностями с одной стороны и торцами и этими же поверхностями — с другой.

Известен цилиндрический преобразователь, изготовленный из трех колец из титаната бария, герметизированный снаружи защитной оболочкой иэ звукопрозрачной резины, причем цилиндры установлены и соединены между собой механически и изолированы с помощью соединительных втулок, на торцы крайних цилиндров насажены 40 крышки с сальниками, стянутые между собой болтом и гайкой, внутреннее пространство пьезоцилиндров заполнено воздухом (21.

Однако этот преобразователь харак-45 теризуется тем, что он развивает недостаточную мощность и имеет небольшие эффективность в режиме излу.чения и чувствительность в режиме приема вследствие малого сопротив- 5О пения излучения.

Наиболее близким к предлагаемому является акустический преобразователь, содержащий трубчатый корпус с активным элементом, размещенным . между двумя крышками, во внутреннюю полость которого залита компенсационная жидкость 53).

Однако известный преобразователь характеризуется небольшой излучаемой мощностью и чувствительностью в режиме приема вследствие наличия акустического короткого замыкания между внешней, внутренней и торцовыми поверхностями, а также малой эффективностью в режиме излучения изза недостаточного сопротивления излучения и акустического короткого замыкания между поверхностями активного элемента.

Цель изобретения — увеличение акустической мощности, эффективности в режиме излучения и чувствительности в режиме приема. указанная цепь достигается тем, что акустический преобразователь, содержащий трубчатый корпус с активным элементом, размещенным между двумя крышками, во внутреннюю полость которого запита компенсационная жидкость, снабжен двумя жесткими экранами, один из которых повторяет форму активного элемента и скреплен с торцовой поверхностью активного элемента, а второй выполнен в виде перегородок, соединенных с трубчатым корпусом длиной не более четверти длины волны упругих колебаний в жидкости н высотой, равной высоте актив ного элемента, при этом в первом из экранов выполнены отверстия, отстоящие от середины активного элемента на половину длины волны упругих колебаний в жидкости.

На фиг. 1 представлен вариант выполнения акустического преобразователя с одним акустическим экраном; на фнг. 2 — сечение А-А на фиг. 1.

Акустический преобразователь содержит трубчатый корпус 1 — основу, на которой крепится вся конструкция преобразователя. На внешней поверхности сверху и снизу в корпусе выполнены канавки для резиновых уплотнений 2. Поверх уплотнений размещена крышка 3, внешняя поверхность которой защищена резиновой оболочкой

4. Под крышкой находится уплотнение кольца 5 пьезоэлемента 6 цилиндрической формы, нижний торец которого опирается на уплотнительное и электроизолирующее кольцо 7. Кольца 5 и

7 выполняются из фтороппаста, резины, полистирола ипн другого электроизолирующего материала. Нижняя часть кольца 7 состыкована своим буртиком с

Э 1140076 4 ски жесткого эк- полнен зазор 17, равный нескольким го в виде толсто- десятым миллиметра во избежание каI или другого проч- сания пьезоэлемента и перегородки лщина этого экра- между собой во время работы и для ого корпуса 1 вы- 5 создания большого гидравлического примерно 1/40 дли- сопротивления между секциями А, Б, ы на резонансной В, и т.д. — вывод 18 от внутренней или другого исполь- оболочки пьезоэлемента к свечному

В нижней части вводу 19 для соединения с выводами. отверстия 9, на- 1п Жидкость 20 служит для компенсации оянии, равном по- статического давления и для распрораспространяю- странения звуковой энергии от внутонной жидкости, ренней поверхности пьезоэлемента образователя от для вывода во внешнее пространство. и пьезоэлемента 6. 15 Оболочка 4 выполняет также функцию и экрана 8 велика компенсатора при расширениях или инять во внимание, сжатии жидкости 20. Расстояние между серединой высо- перегородками в одной секции не и центром отверс- должно превышать одной половины длити длины полувол- 2О ны волны, распространяющейся в жидной жидкости и кости 20 на резонансной частоте. стенки. Форма от- Это расстояние отсчитывается между любой. Вместо од- кромками соседних перегородок. С экране 8, число целью дальнейшего уменьшения потерь больше одного, 25 в отверстиях 9 и сужении ширины но несколько от- диаграммы направленности в вертикаль. адью, равной пло- ной плоскости, повышения мощности верхности пьезо- между крышкой 4 и кольцом 5 может оследнего не долж- быть установлен дополнительный акусрти длины волны ЗО тически жесткий экран, аналогичжидкости во избе- ный экрану 8. Расстояние между внешраженных волн про- ней поверхностью трубчатого корпуности. В качестве са, станками пьезоэлемента и экрана т быть также ис- 8 составляет менее четверти длины о пьезокерамичес- волны в жидкости 20.

35 канавкой акустиче рана 8, выполненно

ro кольца из стали ного материала. То на, стенки трубчат полняются равными ны продольной волн частоте для стали зуемого материала. экрана 8 выполнены ходящиеся на расст ловине длины волны шейся в компенсаци залитой внутрь пре середины образующе

Если толщина стенк и ее необходимо пр то расстояние между ты пьезоэлемента 6 тий 9 равно разнос .ны в компенсацион толщины указанной верстий может быть ного отверстия в которых может быть может быть выполне верстий общей площ щади внутренней по элемента. Высота п на превышать четве в компенсационной жание появления от тивоположной поляр . пьезоэлемента може пользован не тольк кий, но и витой или шихтованный магнитострикционный преобразователь, выполненный в виде цилиндра. Диаметр отверстия 9 выбирается таким образом, чтобы получить наименьшее

40 сопротивление при распространении акустической волны через отверстие.

Нижняя крышка 10 насажена на труб чатый корпус 1 с помощью уплотнений 11. Крьппка 10, имеющая как.и

45 крышка 3 наружную резьбу 12 для стыковки преобразователя с корпусом скважинного снаряда, закреплена на трубчатом корпусе 1 с помощью гай-! ки 13. На крьппке 3 выполнена наруж50 ная резьба 14, в трубчатом корпусе

1 выполнено отверстие 15 для кабелей.

На фиг. 2 показана звуконепроницаемая перегородка 16 выполненная

У 55 отдельно или заодно с трубчатым корпусом 1. Между пьезоэлементом 6 и торцом перегородки 16 (экрана) выАкустический преобразователь работает следующим образом.

С помощью выводов на обкладки пьезоэлемента 6 через свечные вводы ю

19 от генератора высокой частоты .(не показан) подается напряжение высокой частоты, равной резонансной частоте пьезоэлемента„ Эта частота равна $ = С/3,14 Д, где С вЂ” скорость распространения продольных волн в материале пьезоэлемента, а

D — средний диаметр цилиндра.

Пьезоэлемент совершает при этом радиальные колебания, причем если высота образующей больше толщины стенки цилиндра1 то смещение стенок является односторонним. Это вызывает акустические колебания в озвучиваемой среде снаружи и в секциях

А, Б, В, Г, Д с противоположными фазами. В устройстве-прототипе энергия колебаний, излучаемых пьезо-

1140076 элементом 6 в жидкость 20, не используется и уходит в потери на .трение. В данном случае эта энергия получает временную задержку вследствие смещения отверстий 9 на экране

8 на половину длины волны в жид- . кости 20 и излучается во внешнее пространство -синфазно с энергией колебаний излучаемой наружной поверхностью пьезоэлемента. Таким образом достигается увеличение сопротивления излучения, что и приводит к повышению мощности, эффективности в режиме излучения и чувствительности в режиме приема. Во избежание прохождения акустической энергии в, другие отверстия экрана 8, расположенные дальше, чем на половину длины волны, внутри преобразователя установлены звуконепроницаемые перегородки 36, направляющие поток энергии только в те отверстия в экране

8, в которых происходит инвертирование фазы на 180 . Это позволяет увеличить сопротивление излучения преобразователя на 70-80Х, что в свою очередь приводит к соответствующему увеличению мощности и эффективности в режиме излучения на 30-40Х. Увеличение чувствительности в режиме приема реализуется на 70-80Х. Кроме того, в преобразователе, снабженном двумя экранами 8 (снизу и сверху пьезоэлемента 6), можно широко варьи5 ровать частотную характеристику, форму и ширину диаграммы направленности путем смещения отверстий 9 относительно центра образующей цилинд-. ра пьезоэлемента 6. Увеличение расстояния между отверстиями 9 и центром дает подъем в частотной характеристике на частотах ниже резонанса, уменьшение этого расстояния — на частотах выше резонанса.

При использовании предлагаемого акустического преобразователя для акустического воздействия на нефтяные и иные пласты время обработки последних может сократиться примерно в 3,5 раза. При использовании прибора для каротажа эффективность последнего повышается путем повышения излучаемой мощности, чувствительности в режиме приема и эффективности в режиме излучения, что, в свою очередь, приводит к повышению отношения сигнал-шум всей каротажной аппаратуры в общей и ее разрешающей способности.

1140076

Составитель Н.Журавлева

Редактор С.Лисина Техред М.Кузьма Корректор Л.Пилипенко

Заказ 258/35 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4