Составной акустический преобразователь

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЮТВЛЬСТВУ

< 661471

Союз Советсммх

Соц юалмстммесмих

Республик

8 ;17b (.:, (61) дополнительное к авт. свил-ву г (51) М. Кл.

q 01У 1Л40 (22) Заявлено10,01.77 (21) 2439657/18-25 с присоединеииеы заявки ¹(23) Приоритет

Геаударетквннык кфиятет

СССР в делам кзабретенна н втнрытнй

Опубликовано 05.05.7@Бюллетень № 17 (53) УДК 550,834 (088.8) Дата опубликования описания 30.05.79 (72) Авторы изобретения

Г. Н. Ягодов и И. П. Дзебань

Всесоюзный научно-исследовательский институт ядерной геофизики и геохимии (71) Заявитель

Ф (54) СОСТАВНОЙ АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области геофизики и предназначено дпя использования в приборах акустическогр каротажа в качестве излучающего акустического преобразователя.

Преобразователь может быть испопьэо- % ван в приборах с активным акустическим воздействием на вмешаюшие среды„в технологическом оборудовании, а также в качестве приемного преобразователя.

Известно, что при акустическом каротаже широко применяются кольцевые пьеэокерамические и магнитострикционные излучатели, работаюшие на частоте собст венных колебаний, которая определяется диаметром кольцевого преобразователя и скоростью упругих вопи в материале преобразователя.

Подобные преобразователи имеют достаточно высокий эпектрбакустический

КПД, который достигает 0,5 у магнитов стрикционных преобразователей и превышает 0,5 у пьезокерамических. Они работа1от в диапазоне частот выше 20 кГц, 2 который используется в аппаратуре дпя разведочных скважин, В настояшее время широко применяется акустический каротаж обсаженных скважин при частоте упругих колебаний

5-15 кГц. Аппаратура дпя (относительно) низкочастотного каротажа содержит элекчрогидравлический и электродинамичеакий преобразователи. Эти преобразователи имеют малый электроакустический КПД, поэтому для достижения в упругом импульсе достаточной воэбуждаюшей силы необходимы дополнительные затраты энергии, что приводит к увеличению габаритов скважинных приборов и, как следствие, затрудняет их реализацию и внедрение, а также ограничивает области применения.

Известно устройство для каротажа (11 с секционным цилиндрическим преобразователем с низкоскоростным заполнителем.

За счет уменьшения средней скорости в секционном цилиндре добиваются снижения резонансной частоты. Недостатком преобразователя является необходимость высокого напряжения питания в спучае большой толщины пьезоппастин (более 7 мм) ипи невысокая эффективность при уменьшении толщины шастин, Наиболее близок по технической суш- % ности к предложенному преобразователь (21, и котором ппя поннжтння чпототи собственных колебаний к магнитос грикци- онному сердечнику с обмоткой возбуждейия присоединяют пассивную .массу. 16, Накпример, цилиндрический преобразова тець делается толстостенным (толщина стенки более 1/10 диаметра) и изрезанным по внутреннему диаметру для умень- ° шейия его радиальной упругости. В этом спумчае участки сердечника, не имеющие сппоншности! по окружности, будут являться пассивными присоединенными массами. уменьшение отношения упругости к эффективной массе приводит к снижению . собственной резонансной частоты преобразоватепя.

Недостатком преобразователя явпя1 ется резкое уменьшение ОтдаваемОй МОш .ности (бопее чем на порядок) SB счет впияния пассивной присоединенной массы, рассеяния магнитного потока в обпасть массы и уменьшения магнитного потока

О, в наружноМ слое магнитопровода.

Бель изобретения - увеличение эффекЗО тивности преобразоватепя при снижении собственной частоты.

Согласно изобретеййю, поставленная цель достигается тем, что в преобразоЗй ватель, содержащий активный магнитострикционный сердечник с присоединенной массой, обмотки возбуждения и связующее вещество, B качестве присоединенной массы установпена пьезокерамика, электроды

40 которой соединены с выводами обмотки,, например вторичной, магнитострикционного сердечника, а сердечник скреплен с цьезокерамикой.

На фиг. 1, 2 показан предложенный преобразователь, продольный и поперечный :- разрезы.

Акустический преобразователь содержит магнитострикци оннйй ципинпрический тонкостенный сердечник 1, склеенный из ленты пермендюра GG Кф, толщина которой обусловлена необходимостью сниже ния частоты за счет присоединенных масс; изоляционный слой 2, котбрый наносится на сердечник с цепью увеличения надежнос Ги два ипя Tps раза» высокОвопьтную обмотку 3 дпя возбуждения пьезокерамики» изоляционный слой 4, нанесенный на высоковольтную обмотку (после ее намор-»

I ки)» зпектричеокую обмотку 5 возбуждения магнитострикционного сердечника 1, секционную пьезокерамику 6, распопоженную по цилиндру и поляризованную таким образом, что при ее возбуждении от обмо1 ки 3 используется пьезомодупь d 33 (2)» склеивающее вещество 7» входное амор,тизационное кольцо 8 уплотнения; проме-, жуточные уплотнительные кольца 9; контактные проводники 10, которые соединяют положительные электроды (например» вверху) и отрицательные электроды (например, внизу) преобразователя.

Преобразователь возбуждается пода рй напряжения на зпектрйческую обмотку 5, эффективная индуктивность которой явпяется согпасованной нагрузкой дпя генератора возбуждения..

Связь обмоток через сердечник приводит к трансформации и повышению напрякения на вторичной обмотке 3, к одному концу которой присоединяются все по : ложительные электроды пьезокерамических пластин, к другому - все отрицательные.

Индуктивность данной обмотки подбирается таким образом, что она составпяет с суммарной емкостью пьезокерамических пластин электрический копебатепьный кон- . тур с собственной резонансйой частотой, равщй резонансной частоте механических копебаний магнитострикционного сердечника 1, с учетом йойижетнйя ее за счет присоединенной массы. Это частично компенсирует уменьшение добротиости магии« тострикционного сердечника, которое воз-: никает из-за уменьшения тошцинй стенки, и увеличивает его эпектроакустйческий

КПД.

Пьезокерамические пластинки, которые играют роль присоединенной массы дпя магнитострикционного сердечника 1, возбуждаются от высоковопьтной обмотки 3 и поэтому вносят определенную долю в энергию упругих колебаний и этим увеличивают КПД преобразователя и его эффективность. За счет того, что вся обмотка 3 находится в залитом состоянии, надежность преобразователя по высоковольтному пробою резко возрастает.

При импульсном возбуждении преобразоватепя через кшочевую схему к индуктивности обмотки 5 подбирается накопитепьная разрядная емкость, чтобы образуемый ими контур соответствовап также необходимой резонансной частоте. Это способствует допопнитепьному увепичению эпехтро-акус гического КПД.

Выводы первичной обмотки 5 преобра«зователя имеют запитые изоляционным герметиком (скпеивающим веществом) уппотнитепьные резиновые кольца, которые обеспечивают герметичность при внешних гидростатических давпениях и изменениях температуры. Они нанизываются на выводы после намотки (перед заливкой).

На фиг. 3 изображен выходной сигнап 1> предложенного преобразоватепя, снятый с акрана осциппографа С1-16 (диаметр преобразователя 88 мм); на фиг. 4 - сигнан серийного преобразоватепя СПАК-2 (од,на клетка на горизонтальной оси равна И

100 мкс, по вертикали отпожейа относи-. тепьная амплитуда).

Возбуждение преобразователей осущест,впяпось путем разряда емкости С1,0 мкф через полупроводникврый тиристорный ключ. ©

Напряжение на емкости 900 в. Преобразователи в момент возбуждения находипись в модели скважины, запопиенной водой. Упругий импульс принимался широкополосным приемником, находящимся в скважине, в И

2 м от излучателя. Усповия дпя возбуждения и приема обо их преобраэоватепей идентичные.

Результаты испытаний показывают, что эффективность предложенного преобра30 зоватепя выше, чем известного.

Акустический преобразовагепь (и скважинном варианте) при сохранении максимального диаметра ((90 мм) излучает низкоЧастотный упругий импульс с види 33 мой частотой 10-12 кГп, при атом имеет бопьшую амплитуду (по сравнению с амп-

471 питудой серийного), В прототипе с пони« жением частоты излучаемая мощность эначитепьно уменьшается (в 15 раэ).

Преобразователь может быть аффективным s случаях, когда требуется уменьшить (в целях противопожарной безонаоности) или увеличить (с целью уменьшения потерь в длинных линиях передачи) подводимое напряжени6, при его применении в технологическом оборудовании. Он может быть использован и как приемный акустический преобразователь.

Формула изобретения

Составной акустически и преобразоватепь, содержащий активный магнитострикпиоййый нреобраэователь с активным магнитострикционным сердечником и присоединенной к нему массой и,обмотку воэ буждения, о т и и ч а ю шийся тем, что, с цепью увелиЧения аффективности преобразователя при снижении собственной частоты, в качестве присоединенной массы в нем установпена пьеэокерамика, апектроды которой соединены с выводами обмотки воэбужденйя магнитострикционного сердечника, .соторый скреппен с пьезокерамикой.

Источники информации, прин ятые вб внимание при аксаертизе

1. Авторское евйдетепьство СССР

¹ 440810, кп. Н 04 g 17/00, 1972.

2. "Геология м разведка, 1975, % 6, с. 144.

Составитель Э. Терехова

Редактор Т. Орповскан Текред И. Лстапош Корректор О. Ковииская

Заказ 2460147 Тираж 696 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113038, Москва, Ж-35, Раушскаи наб., д. 4/5

МФ УВ ° Э» филиал ППП «Патент«, r. Ужгород, ул. Проектнаи, 4