Пьезоэлектрические сейсмоприемники

При морской и речной сейсморазведке, когда условия кон­такта приемника со средой улучшаются, применяют пьезоэлек­трические приемники давления. В отличие от инерционных электромеханических приборов, обладающих особой инертной массой, в таких приемниках, использующих прямой пьезоэффект, происходит непосредственное преобразование механиче­ского давления внутри среды в электрические величины. В без­граничной среде это давление определяется соотношением

,

где — плотность жидкости; —скорость распространения в ней продольной волны; —скорость относительного пере­мещения частиц жидкости.

Измеряя функцию давления в жидкости, тем самым изме­ряют скорость смещения ее частиц.

Основой пьезоэлектрического приемника давления является пьезоэлектрический элемент, изготовляемый обычно из цирконат - титаната свинца или другой керамики. Он обладает высокими пьезоэлектрическими свойствами и достаточной проч­ностью. Элемент может иметь форму диска, пластины, цилиндра. В зависимости от способа закрепления элемента в кор­пусе прибора он работает на сжатие или на изгиб. Когда вслед­ствие изменения внешнего давления элемент деформируется, то на его гранях возникают электрические заряды. Вследствие присущей элементу электрической емкости между гранями воз­никает разность потенциалов , прямо пропорциональная при­ложенному давлению:

,

где — коэффициент пропорциональности, зависящий от вида кристалла, ориентировки его граней относительно пьезоэлектрических осей, площади поверхности граней, числа совместно при­меняемых кристаллов.

Электрическую систему при гармоническом возбуждении можно рассчитать на основании законов Кирхгофа для развет­вляющихся электрических цепей.

При морской и речной сейсморазведке пьезоэлектрические приемники по сравнению с электромеханическими имеют сле­дующие преимущества: 1) независимость от ориентировки при­бора; 2) малый размер; 3) простота изготовления; 4) меньшая чувствительность к помехам от сотрясений.

Контрольные вопросы:

1. Что такое сейсмоприемник, для чего он предназначен?

2. Основные части сейсмоприемника.

3. Виды сейсмоприемников.

4. Какие типы индукционных преобразователей используются в сейсморазведке?

5. Что такое демпфер?

6. От чего зависят основные свойства механической части сейсмоприемника?

7. Чем отличаются электродинамические сейсмоприемники от электромеханических?

8. Устройство электродинамического сейсмоприемника.

9. Как определяется давление пьезоэлектрических приемников в безграничной среде?

10. Преимущества пьезоэлектрических сейсмоприемников.

Лабораторная работа №7 Тема: Определение эффективной скорости по годографам отраженных и преломленных волн

Цель работы: Ознакомить студента с различными методами вычисления скоростей.

По годографам отраженных волн можно определить эффективную скорость горных пород, залегающих выше отражающей границы. Эффективной скоростью называют скорость в покрывающей толще, вычисленную по годографам отраженных волн при допущении, что среда между сейсмической границей и поверхностью земли однородна, а сейсмическая граница плоская. В случае отражающей горизонтальной границы уравнение годографа отраженной волны имеет вид:

,

Взяв две точки годографа с абсциссами и и соответствующими им ординатами и получим систему уравнений с двумя неизвестными и , из которой, исключая , можно определить . Такой способ может содержать большую погрешность, связанную с определением отдельных точек на годографе, поэтому им в практике не используется. Обычно применяют способы, использующие по возможности много точек годографа или два встречных годографа. Они позволяют надежно определять ввиду их статистичности, т.е. использование полной кривой годографа.

Наиболее простым и распространенным является способ встречных годографов (рисунок 7.1). Если из пунктов взрыва и , расположенных на расстоянии , получены два встречных ,увязанных во взаимных точках годографа отраженных волн и то их уравнения в случае горизонтальной отражающей границе имеют вид:

,

Рисунок 7.1 – Определение эффективной скорости по способу встречных годографов

.

Найдем функцию:

,

Продифференцируем ее по :

,

Отсюда:

.

Таким образом, функция позволяет определить величину . Практически для ее определения промежуток разбивают на ряд интервалов, в пределах которых можно считать поведение годографа прямолинейным, т.е. принять, что . Затем в точках границ интервалов находят величину . Через эти точки проводят линию и определяют отношение , которое и позволяет вычислить величину . Формула справедлива и для слабо накопленных (7- 10⁰) отражающих границ.

Система встречных годографов преломленных волн позволяют определить граничную скорость . Пусть и - встречные годографы (рисунок 7.2) преломленных волн, увязанные во взаимных точках. Найдем разностый годограф

,

где и - время по прямому и встречному годографу; - время над пунктами взрыва для взаимных годографов:.

Если угол наклона преломляющей границы составляет 10–15⁰, то

Рисунок 7.2 – Определение граничной скорости и преломляющей границы по системе встречных годографов

,

,

или .

Величина зависит от и представляет собой уравнение разности годографа. Его строят по точкам ; ; и т.д., в которых вычисляют величину и т.д. Затем по разностному годографу находят отношение , которое и позволяет определить граничную скорость . Имеются и другие способы определения величины и .