Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ПЬЕЗОПРИЕМНИК
ПЬЕЗОПРИЕМНИК

ПЬЕЗОПРИЕМНИК

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для измерения упругих колебаний в жидких, газообразных и твердых средах и может быть использовано как часть измерительного тракта для регистрации сейсмических колебаний в море, в скважине при сейсморазведке, при акустическом каротаже. Сущность изобретения: пьезоприемник, содержащий корпус и размещенный в нем сферический пьезоэлемент с нанесенными на его поверхность электродами, снабжен диэлектрической втулкой, диэлектрически упругим стаканом и патрубком из жесткого материала с отверстием для вывода провода, причем пьезоэлемент через диэлектрическую втулку закреплен в диэлектрически упругом стакане, размещенном в патрубке из жесткого материала, а корпус пьезоприемника выполнен из компаунда. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2010203
Класс(ы) патента: G01L11/00
Номер заявки: 4950098/10
Дата подачи заявки: 03.06.1991
Дата публикации: 30.03.1994
Заявитель(и): Западно-Сибирский научно-исследовательский геологоразведочный нефтяной институт
Автор(ы): Кулиев Ю.Н.
Патентообладатель(и): Западно-Сибирский научно-исследовательский геологоразведочный нефтяной институт
Описание изобретения: Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения упругих колебаний в жидких, газообразных и твердых средах, и может быть использовано как часть измерительного тракта, для регистрации сейсмических колебаний в море, в скважине при сейсморазведке, при акустическом каротаже и при ультразвуковом озвучивании межскважинного пространства при геофизической разведке, при измерении давления при обратном промерзании многолетнемерзлых пород в околоскважинном пространстве.
Известен датчик давления, содержащий упругий полый цилиндр с двумя крышками на торцах, во внутренней полости которого соосно установлен пьезоэлемент в виде диска с нанесенным на его поверхность первым электродом, крышка, расположенная против 1-го электрода, выполнена в виде жесткого стакана, дно которого, в виде мембраны является вторым электродом [1] .
Известный датчик принимает сигнал на радиальных колебаниях как на сжатие, так и на растяжение. Недостатком датчика является то, что он выдерживает малые нагрузки и работает на небольших давлениях.
Известен пьезоприемник для морской сейсморазведки [2] . Пьезоприемник состоит из корпуса с размещенным в нем сферическим пьезоэлементом с нанесенными на его поверхность электродами.
Недостатком известного устройства является то, что при больших давлениях сферические элементы изгибаются как консольные тела. В плоскости действия давления и в точке закрепления возникают большие механические напряжения. Таким образом, пьезоэлементы работают не только от всестороннего сжатия, но и от растяжения на изгибе.
Целью изобретения является подавление побочных мод колебаний.
Цель достигается тем, что пьезоприемник, содержащий корпус и размещенный в нем сферический пьезоэлемент с нанесенными на его поверхность электродами, снабжен диэлектрической втулкой, диэлектрически упругим стаканом и патрубком из жесткого материала с отверстием для вывода проводов, причем пьезоэлемент через диэлектрическую втулку закреплен в диэлектрически упругом стакане, размещенном в патрубке из жесткого материала, а корпус пьезоприемника выполнен из компаунда.
На чертеже изображен пьезоприемник высокого давления.
Пьезоприемник состоит из поляризованного по разрезу сферического пьезоэлемента 1, закрепленного через герметизирующую диэлектрическую втулку 2 в диэлектрически упругом стакане 3, размещенном в патрубке 4 из жесткого материала и имеющем отверстие для вывода проводов. Цилиндрическая форма пьезоприемника выполнена из компаунда 5.
Пьезоприемник работает на радиальных колебаниях при всестороннем сжатии. Цилиндрическая конструкция пьезоприемника, а также совпадение направления приема давления и вектора поляризации обеспечивают симметрическую нагрузку на пьезоэлемент по всей поверхности.
Пьезоприемник работает следующим образом. При приеме упругих колебаний сферический пьезоэлемент совершает колебания по радиусу и продольные колебания по длине патрубка. Наличие диэлектрической втулки 2 и диэлектрического стакана 3 "развязывает" продольные колебания по радиусу и подавляет их. Пьезоприемник совершает моночастотные колебания по радиусу. В результате колебаний пьезоприемника согласно прямому пьезоэлектрическому эффекту между внутренним и внешним электродами пьезоприемника возникает переменный во времени электрический потенциал
ϕ = g 1- +1- eiωt, где g33 - пьезочувствительность по радиусу сферы;
Ро - амплитуда принимаемого сигнала;
R1, R2 - внутренние и внешние радиусы сферы соответственно;
С11, С13, С33 - модули упругости материала пьезокерамической сферы;
ω - собственная частота принимаемого сигнала;
i - мнимая единица;
e - экспоненциальная функция.
Частота колебаний пьезоприемника определяется параметрами как пьезокерамической сферы, так и компаундного слоя, ее можно записать:
f = f , где fo - резонансная частота радиальных колебаний пьезокерамической сферы;
ρk - плотность компаундного слоя;
ϕo - плотность пьезоприемника.
Частота колебаний пьезокерамической сферы fo определяется его материалами и размерами. Пьезокерамическая сфера из материала УТС-19 с параметрами ρo = 7 ˙45x x 103 кг/м3; С11 = 0,8˙ 1011 н/м2; С33 = 0,79˙ 1011 н/м2; С13 = 0,3˙ 1011 н/м2; g33 = 34˙ 5˙ 10-3 вм/н, имеющая геометрические размеры R1 = 14 мм. R2 = 15 мм, обладает частотой fo = 24,6 кГц. Частота колебаний пьезоприемника f = 24,4 кГц.
Амплитуда колебания пьезоприемника U = 86 мм, разность потенциала ϕmax = 13 кВ. Амплитуда давления соответствует Umax Ро = 600 атм, величина Ро определяется из расчета максимального значения электроакустического коэффициента преобразования энергии, а также из расчета предельного значения механического напряжения Tmax = 0,4 кг/мм2.
Ниже приведена сравнительная таблица характеристик заявленного пьезоприемника и прототипа.
Предложенная конструкция обеспечивает совпадение направления погружения и вектора поляризации, что позволяет подавить побочные мод колебания, достигать больших глубин погружения и повышать чувствительность устройства по сравнению с прототипом в 3 раза. Простота конструкции обеспечивает также надежность работы. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1425491, кл. G 01 L 11/00, 1988.
2. Кулиев Ю. Н. и Конопкин В. Ф. Пьезоприемники давления. Изд. РГУ, 1976.
Формула изобретения: ПЬЕЗОПРИЕМНИК , содеpжащий коpпус и pазмещенный в нем сфеpический пьезоэлемент с нанесенными на его повеpхность электpодами, отличающийся тем, что, с целью подавления побочных мод колебаний, он снабжен диэлектpической втулкой, диэлектpически упpугим стаканом и патpубком из жесткого матеpиала с отвеpстием для вывода пpоводов, пpичем пьезоэлемент чеpез диэлектpическую втулку закpеплен в диэлектpически упpугом стакане, pазмещенном в патpубке из жесткого матеpиала, а коpпус пьезопpиемника выполнен из компаунда.