Виброщуп контроля плотности грунта морского дна

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для изучения поведения участков грунта с нарушенной и измененной плотностью в том числе на морском дне и на дне других водоемов. Заявлен виброщуп для контроля плотности грунта морского дна, содержащий генератор тестового сигнала, соединенный с усилителем мощности и виброисточником, сейсмоприемник, соединенный с устройством спектрального анализа сигнала сейсмоприемника. Виброисточник выполнен из двух, например, металлических прямоугольных пластин, длина и ширина которых определена объемом контролируемого грунта, и расположенных относительно друг друга в виде составной балки с возможностью совершения стержневых изгибных колебаний. Причем поверхность контакта пластин шлифованная с чистотой не менее Rz 40 имеет поперечные вырезы, распределенные периодически по всей длине пластин, а внешняя поверхность пластин покрыта резиновой прокладкой. На конце одной пластины установлен преобразователь электрического сигнала, соединенный с усилителем мощности и генератором, а на конце второй пластины установлен сейсмоприемник, соединенный с устройством спектрального анализа сигнала сейсмоприемника. Технический результат – расширение технологических возможностей по определению плотности грунта и увеличение объема контролируемого грунта. 3 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для изучения поведения участков грунта с нарушенной и измененной плотностью в том числе на морском дне и на дне других водоемов.

Известны наиболее часто применяемые конструкции датчиков напряжений в грунтах с гибкой мембраной, мембранный датчик с жесткой шайбой, поршневой и типа «грибок» (см. статью из Интернета «Измерение напряжений в грунтах» http://helpiks.org/1-116363.html).

Недостатком данного технического решения является то, что эти конструкции датчиков реагируют не только на давление со стороны грунта, но и на гидростатическое давление воды, это существенно ограничивает технологические возможности по определению плотности грунта на дне водоемов.

Известен «Способ обнаружения и распознавания неоднородностей в поверхностном слое грунта (варианты) и виброщуп для его реализации» (см. патент RU 2275657 от 24.09.2004 г., кл. МПК: G01V 1/155) - взятый за прототип. Виброщуп, содержащий генератор тестового сигнала, усилитель мощности, виброисточник, сейсмоприемник, устройство спектрального анализа сигнала сейсмоприемника и систему распознавания, причем сейсмоприемник установлен на виброисточнике и жестко соединен с ним, а на выходе усилителя мощности установлен регулятор уровня сигнала с возможностью линейного изменения уровня сигнала на виброисточнике в течение цикла измерений, причем в качестве генератора тестового сигнала установлен генератор белого шума, а виброисточник снабжен тремя точками контакта с грунтом.

Недостатком данного технического решения, является то, что эта конструкция виброщупа имеет ограниченные технологические возможности по контролю плотности глубокозалегающих слоев грунта дна водоемов.

Задача настоящего изобретения заключается в расширении технологических возможностей по определению плотности грунта на более глубокие слои грунта дна водоемов и увеличение объема контролируемого грунта, при этом не реагируя на гидростатическое давление воды.

Поставленная задача достигается тем, что виброщуп контроля плотности грунта морского дна, содержащий генератор тестового сигнала, соединенный с усилителем мощности и виброисточником, сейсмоприемник, соединенный с устройством спектрального анализа сигнала сейсмоприемника. Виброисточник выполнен из двух, например, металлических прямоугольных пластин, длина и ширина которых определена объемом контролируемого грунта, и расположенных относительно друг друга в виде составной балки с возможностью совершения стержневых изгибных колебаний. Причем поверхность контакта пластин шлифованная с чистотой не менее Rz 40 имеет поперечные вырезы, распределенные периодически по всей длине пластин, а внешняя поверхность пластин покрыта резиновой прокладкой. На конце одной пластины установлен преобразователь электрического сигнала, соединенный с усилителем мощности и генератором тестового сигнала, а на конце второй пластины установлен сейсмоприемник, соединенный с устройством спектрального анализа сигнала сейсмоприемника.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

- на фиг. 1 общий вид сбоку расположения в грунте пластин виброисточника виброщупа контроля плотности грунта морского дна, продольный разрез;

- на фиг. 2 схема физического процесса, происходящего в пластинах виброисточника виброщупа контроля плотности грунта морского дна при малой нагрузке, вид сбоку, продольный разрез;

- на фиг. 3 схема физического процесса, происходящего в пластинах виброисточника виброщупа контроля плотности грунта морского дна при большой нагрузке, вид сбоку, продольный разрез.

Виброщуп контроля плотности грунта морского дна, содержит генератор тестового сигнала 1, соединенный с усилителем мощности 2 и виброисточником, сейсмоприемник 3, соединенный с устройством спектрального анализа сигнала сейсмоприемника 4. Виброисточник выполнен из двух, например, металлических прямоугольных пластин 5 и 6, длина и ширина которых определена объемом контролируемого грунта 7, и расположенных относительно друг друга в виде составной балки с возможностью совершения стержневых изгибных колебаний. Причем поверхность контакта 8 пластин 5 и 6 шлифованная с чистотой не менее Rz 40 имеет поперечные вырезы 9, распределенные периодически по всей длине пластин 5 и 6, а внешняя поверхность 10 пластин 5 и 6 покрыта резиновой прокладкой 11. На конце одной пластины 5 установлен преобразователь электрического сигнала 12, соединенный с усилителем мощности 2 и генератором тестового сигнала 1, а на конце второй пластины 6 установлен сейсмоприемник 3, соединенный с устройством спектрального анализа сигнала сейсмоприемника 4.

Виброщуп контроля плотности грунта морского дна работает следующим образом:

Генератором тестового сигнала 1 возбуждают, а усилителем мощности 2 усиливают электрические колебания с частотой равной частоте собственных механических стержневых изгибных колебаний составной балки, состоящей из пластин 5 и 6, плотно прижатых друг к другу, на фиг. 2 и 3 показана часть продольного разреза пластин 5 и 6. Преобразователь электрического сигнала 12, установленный на конце пластины 5, преобразует электрические колебания в механические и возбуждает механические изгибные колебания составной балки. При этом точки пучности, обозначенные буквой «А», обеих пластин 5 и 6 не перемещаются относительно друг друга потому, что в них отсутствуют напряжения сдвига. С другой стороны, в узловых точках, обозначенных буквой «Б», напряжения сдвига имеют максимальную величину, на фиг. 2 и 3 векторы сдвига обозначены буквой V. При отсутствии давления на внешнюю поверхность пластин 10, напряжения сдвига, при изгибных колебаниях, вызывают периодическое скольжение поверхностей контакта 8 пластин 5 и 6, относительно друг друга. При этом зона трения скольжения простирается вплоть до точек пучности. Скольжение поверхностей контакта 8 пластин 5 и 6, относительно друг друга максимально в узловых точках «Б» и при приближении к точкам пучности «А», равномерно уменьшается до нуля. На фиг. 2 точки «А» находятся в середине коротких отрезков, обозначенных толстой линией, эти отрезки обозначают участки в которых отсутствует скольжение пластин 5 и 6 относительно друг друга. Это зона трения покоя. При приложении равномерно распределенной силы (давления) на внешнюю поверхность пластин 10, она обозначена буквой «D» на фиг. 3, пластины 5 и 6 прижимаются друг к другу, т.е. возникает нормальная сила, вызывающая силу трения, что приводит к уменьшению зоны трения скольжения. Чем больше сила давления «D», тем меньше зона трения скольжения и, соответственно, растет зона трения покоя. С увеличением давления зона трения покоя распространяется симметрично в обе стороны от точки пучности «А». В зоне трения покоя обе пластины 5 и 6 деформируются, как «одно целое». Уменьшение зоны трения скольжения уменьшает количество рассеиваемой энергии, что в свою очередь уменьшает площадь петли гистерезиса и демпфирующую составляющую колебательного процесса и способствует увеличению амплитуды собственных колебаний составной балки. На фиг. 3 показан предельный случай, когда вся поверхность контакта 8 пластин 5 и 6 является зоной трения покоя, она показано сплошной толстой линией. Это соответствует максимальному измеряемому значению давления, дальнейшее повышение давления больше не повышает амплитуду собственных колебаний составной балки. Изменение амплитуды собственных колебаний составной балки фиксирует сейсмоприемник 3 электрический сигнал с которого поступает на устройство спектрального анализа сигнала сейсмоприемника 4. Устройство спектрального анализа сейсмоприемника 4 фиксирует величину амплитуды электрического сигнала на данной частоте, которая идентична давлению на внешнюю поверхность пластин 10 со стороны контролируемого грунта 7. При этом гидростатическое давление воды не фиксируется потому, что давление воды проникает в область поверхности контакта 8 пластин 5 и 6.

Экспериментальные исследования виброщупа показали, что при наличии в пластинах 5 и 6 поперечных вырезов 9, распределенных периодически по всей длине пластин 5 и 6, расширяет технологические возможности контроля плотности грунта, а именно позволяет увеличить длину, ширину и толщину пластин 5 и 6 и тем самым увеличить объем контролируемого грунта.

Предполагаемое изобретение позволит расширить технологические возможности по контролю плотности грунта дна водоемов на более глубокие слои грунта дна и увеличить объем контролируемого грунта, при этом не реагируя на гидростатическое давление воды.

Виброщуп для контроля плотности грунта морского дна, содержащий генератор тестового сигнала, соединенный с усилителем мощности и виброисточником, сейсмоприемник, соединенный с устройством спектрального анализа сигнала сейсмоприемника, отличающийся тем, что виброисточник выполнен из двух, например, металлических прямоугольных пластин, длина и ширина которых определена объемом контролируемого грунта, и расположенных относительно друг друга в виде составной балки с возможностью совершения стержневых изгибных колебаний, причем поверхность контакта пластин шлифованная с чистотой не менее Rz 40 имеет поперечные вырезы, распределенные периодически по всей длине пластин, а внешняя поверхность пластин покрыта резиновой прокладкой, на конце одной пластины установлен преобразователь электрического сигнала, соединенный с усилителем мощности и генератором, а на конце второй пластины установлен сейсмоприемник, соединенный с устройством спектрального анализа сигнала сейсмоприемника.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Предложен способ контроля линии электропитания, содержащейся в сейсмическом кабеле и проходящей вдоль сейсмического кабеля, причем сейсмический кабель дополнительно содержит: множество сейсмических датчиков, размещенных вдоль сейсмического кабеля, множество контроллеров, размещенных вдоль сейсмического кабеля, оптическую линию передачи, проходящую вдоль сейсмического кабеля, для передачи информационных сигналов из или в контроллеры.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для проведения морских сейсморазведочных работ в зонах, покрытых ледовым покровом. Согласно заявленному решению предложена морская сейсморазведочная аппаратура для судна, при этом аппаратура содержит множество буксируемых компонентов, получающих сейсмические данные, при этом буксируемые компоненты буксируются судном в горизонтальной расстановке и погружены на первые уровни ниже поверхности воды, по меньшей мере один первый приемопередатчик, расположенный на судне, при этом по меньшей мере один первый приемопередатчик излучает первый сигнал и обнаруживает первую информацию о положении буксируемых компонентов в горизонтальной расстановке по первому сигналу, и по меньшей мере один второй приемопередатчик, буксируемый с судна и погруженный на второй уровень ниже поверхности воды, при этом по меньшей мере один второй приемопередатчик излучает второй сигнал и обнаруживает вторую информацию о положении буксируемых компонентов по второму сигналу.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для проведения морских сейсморазведочных работ в зонах, покрытых ледовым покровом. Согласно заявленному решению предложена морская сейсморазведочная аппаратура для судна, при этом аппаратура содержит множество буксируемых компонентов, получающих сейсмические данные, при этом буксируемые компоненты буксируются судном в горизонтальной расстановке и погружены на первые уровни ниже поверхности воды, по меньшей мере один первый приемопередатчик, расположенный на судне, при этом по меньшей мере один первый приемопередатчик излучает первый сигнал и обнаруживает первую информацию о положении буксируемых компонентов в горизонтальной расстановке по первому сигналу, и по меньшей мере один второй приемопередатчик, буксируемый с судна и погруженный на второй уровень ниже поверхности воды, при этом по меньшей мере один второй приемопередатчик излучает второй сигнал и обнаруживает вторую информацию о положении буксируемых компонентов по второму сигналу.

Изобретение относится к технике сейсмокос, применяемых в морской геофизике и может найти применение в гидроакустике при изготовлении в гибких протяженных буксируемых антенн.

Изобретение относится к морской геофизике и может быть использовано при поиске полезных ископаемых на морском шельфе, в том числе в районах шельфа, находящихся подо льдом.

Изобретение относится к морской геофизике и может быть использовано при поиске полезных ископаемых на морском шельфе, в том числе в районах шельфа, находящихся подо льдом.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении морских сейсморазведочных работ. Предложены способ и сенсорное устройство для регистрации сейсмических данных.

Изобретение относится к области сейсморазведки буксируемыми сейсмокосами и предназначено для закачки заполнителей в секции сейсмокос для придания последним нейтральной плавучести.

Изобретение относится к области сейсморазведки буксируемыми сейсмокосами и предназначено для закачки заполнителей в секции сейсмокос для придания последним нейтральной плавучести.

Изобретение относится к информационно-измерительной системе и может быть использовано в радиолокационной технике для высокоточной оценки ледовой обстановки в районах морской добычи и транспортировки нефтегазовых ресурсов.

Изобретение относится к области сейсморазведки и может быть использовано для возбуждения упругих колебаний в процессе геологоразведочных работ. Сущность: невзрывной магнитоимпульсный сейсмоисточник содержит установленную на жесткой излучающей плите-антенне (1) цилиндрическую пустотелую стойку (2) с соосно размещенным на ней пригрузом (3), выполненным с возможностью перемещения вверх-вниз.

Изобретение относится к сейсмическим источникам невзрывного типа и может быть использовано для создания продольных сейсмических волн за счет воздействия импульсного усилия на поверхность грунта или водную среду.

Изобретение относится к области геофизики и может применяться при проведении работ в морской сейсморазведке на нефть и газ. Работа заявленного устройства основана на использовании сил отталкивания, возникающих в источнике возбуждения импульса силы, расположенном в герметичном корпусе, и передающихся на исследуемую среду в виде импульсов давления, возбуждая в ней упругие колебания в нужном направлении.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для работы в многоволновой сейсморазведке при поиске нефти и газа. Устройство излучения поперечных сейсмических волн содержит излучающее тело с электродинамической системой преобразования электрической энергии в механическую, группы импульсных невзрывных управляемых источников, включающих индукторы и якоря электромагнитов, опорную плиту.

Изобретение относится к импульсным электромеханическим преобразователям индукционно-динамического типа и может быть использовано в импульсных приводах, создающих периодические импульсные воздействия на рабочий объект, например в наземных и водных источниках сейсмических волн и промышленных виброимпульсных технологических установках.

Изобретение относится к области геофизики и может быть предназначено для выполнения сейсморазведочных работ. Импульсный невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом содержит жесткую плиту - излучатель сейсмических волн, пригруз, демпферы, электрическую систему питания, состоящую из зарядного устройства и конденсаторной батареи, и электромеханический преобразователь.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Заявлен электросейсмоисточник, содержащий излучающую плиту с грунтозацепами, инертную массу, электродинамический формирователь силовых импульсов, амортизаторы, гидравлический трансформатор силовых импульсов.

Изобретение относится к устройствам для генерирования сейсмической энергии невзрывного типа, создающим поперечные сейсмические волны импульсным механическим воздействием на поверхность грунта.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Заявлен импульсный невзрывной наземный сейсмоисточник, содержащий жесткую излучающую плиту, опертый на нее защитный кожух, пригрузочную массу (пригруз) и индукционно-динамический двигатель со схемой его питания, помещенный между плитой и пригрузом с возможностью создания между ними импульсной силы.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для проведения сейсморазведочных работ. Сейсмоисточник содержит жесткое основание с полостями на его поверхности, опертый на основание пригруз и индукционно-динамический двигатель, катушка возбуждения которого помещена на нижней поверхности пригруза и прилегает к закрепленной на основании пластине якоря, выполненной из электропроводного материала.

Изобретение относится к сейсмологии и, в частности, может быть использовано для проведения широких научных исследований в сфере сейсмологии. Предложен способ определения центра сейсмических колебаний, согласно которому сейсмодатчики размещают на поверхности и в земле с понижением уровня углубления в различных точках зоны предполагаемой сейсмической активности.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для изучения поведения участков грунта с нарушенной и измененной плотностью в том числе на морском дне и на дне других водоемов. Заявлен виброщуп для контроля плотности грунта морского дна, содержащий генератор тестового сигнала, соединенный с усилителем мощности и виброисточником, сейсмоприемник, соединенный с устройством спектрального анализа сигнала сейсмоприемника. Виброисточник выполнен из двух, например, металлических прямоугольных пластин, длина и ширина которых определена объемом контролируемого грунта, и расположенных относительно друг друга в виде составной балки с возможностью совершения стержневых изгибных колебаний. Причем поверхность контакта пластин шлифованная с чистотой не менее Rz 40 имеет поперечные вырезы, распределенные периодически по всей длине пластин, а внешняя поверхность пластин покрыта резиновой прокладкой. На конце одной пластины установлен преобразователь электрического сигнала, соединенный с усилителем мощности и генератором, а на конце второй пластины установлен сейсмоприемник, соединенный с устройством спектрального анализа сигнала сейсмоприемника. Технический результат – расширение технологических возможностей по определению плотности грунта и увеличение объема контролируемого грунта. 3 ил.

Наверх