Введение к работе
Актуальность исследования
Чувствительные системы традиционно используемых гравиметров, градиентометров и сейсмоприемников содержат инерциальную массу, подвешенную к корпусу прибора. Чувствительность таких систем к преобразуемым ими кинематическим величинам зависит от упругих свойств элементов подвеса. В механических устройствах упругие элементы реализуются пружинами, нитями, в электромагнитных подвесах - величиной магнитного поля. Разработка устройств с различной чувствительностью требует: в механических - разработку новой конструкции чувствительного элемента с заменой пружин и нитей; в электромагнитных подвесах - без изменения конструкции - регулировку магнитного поля. В механических устройствах одна из основных погрешностей, влияющих на точность измеряемых величин, связана с наличием гармоник, вырабатываемых упругими измерительными элементами обладающими массой. В электромагнитных подвесах - гармоники отсутствуют, так как отсутствует масса магнитного поля, обеспечивающая упругость. Нужно учитывать, что измерительные устройства на электромагнитных подвесах обладают большей эксплуатационной надежностью, так как в них отсутствуют механические элементы, которые могут быть разрушены во время эксплуатации.
Как видим, разработка базовых конструкций геофизических приборов на основе электромагнитных подвесов, при конструировании гравиметров, градиентометров и сейсмоприемников является актуальной проблемой в настоящее время.
Цель и задачи исследований
Целью исследований является научное обоснование направлений существенного улучшения технических, технологических и эксплуатационных свойств гравиинерциальных преобразователей гравиметрических устройств и сейсмоприемников путем полной замены механических упругих элементов их магнитными аналогами.
Реализация поставленной цели потребовала решения следующих задач:
- анализ технических свойств механических гравиинерциальных
преобразователей и разработка математических моделей их аналогов на
основе магнитных подвесов, способных обеспечить им работу как в гра
виметрических приборах, так и в сейзд^Прйемяиниц-
*щ
МБЛИОТЕКА j
определение основных принципов конструирования высокостабильных магнитных подвесов с учетом физических свойств и условий работы магнитных материалов;
разработка гравиметров и градиентометров с расширенными эксплуатационными возможностями на основе совмещенных электромагнитных подвесов (СЭМП);
разработка высокостабильных электронных цепей СЭМП, в том числе схем для телеметрической передачи сейсмической информации;
разработка конструкторской документации и внедрение в серийное производство высокотехнологичных конструкций сейсмоприемников на основе пассивных магнитных подвесов (ПМП).
Научная новизна
В диссертационной работе впервые:
-разработаны математические модели гравиинерциальных преобразователей кинематических величин на основе магнитных подвесов;
-предложены способы расчетов линейных магнитных цепей подвесов: аналитический - для конструкций с СЭМП, включающих постоянный магнит и соленоид; графоаналитический - для конструкций ПМП, включающих постоянный магнит и индуктивный датчик;
- создана электронная схема подвеса СЭМП, в которой в качестве
первичного датчика служит параметрический резонансный LCR датчик;
-разработаны и прошли лабораторные испытания конструкции макетов гравиметров, градиентометров и сейсмоприемников на основе СЭМП;
разработаны и внедрены в производство конструкции сейсмоприемников на основе ПМП;
предложена концепция построения многофункциональной конструкции для одновременного измерения первых и вторых производных фавитационного потенциала, сейсмических волн и наклона земной поверхности.
Основные защищаемые положения
1. Гравиинерциальные преобразователи на основе совмещенного электромагнитного подвеса и пассивного магнитного подвеса, позволяющие разрабатывать высокостабильные измерительные устройства с регулируемой механической чувствительностью.
2. Принципы конструирования и способы расчетов магнитных
подвесов с использованием магнитов из закритических материалов, удов
летворяющие техническим требованиям разрабатываемых устройств.
3. Конструкции фавиметрических устройств и сеисмоприемников
с возможностью регулировки их характеристик в широких пределах.
Научная и практическая значимость работы
Проведенные исследования явились:
научной основой для разработки измерительных элекфомаг-нитных подвесов, использующих пондеромоторные силы высокостабильных постоянных магнитов из закритических материалов;
базой для создания нового поколения устройств с регулируемыми в широких пределах техническими характеристиками.
Разработанные модели фавиметра, градиентометра и сейсмо-приемника на основе совмещенных электромагнитных подвесов (СЭМП) обладают:
высокой механической чувствительностью и большим диапазоном измеряемых значений кинематических величин при одновременном уменьшении размеров и массы;
возможностью варьирования в широких пределах частоты собственных колебаний инерциальной массы, которая в фавиметрах может использоваться для уменьшения влияния внешних возмущающих моментов, в фадиентометрах - для регистрации сейсмических волн различной частоты;
надежностью, благодаря отсутствию механических упругих элементов.
Разработанные и внедренные в производство в Пермской научно-производственной приборостроительной компании новые конструкции широкополосных высокочастотных и среднечастотных, вертикальных и горизонтальных сеисмоприемников на основе пассивных магнитных подвесов (ПМП) показали преимущества данных конструкций по сравнению с их механическими аналогами по амплитудно-частотным характеристикам, коэффициенту нелинейных искажений, идентичности, надежности.
Исходный материал и личное участие автора в решение задач разработки геофизических устройств
Идея использования пондеромоторных сил магнитного поля в конструкциях фавиметров предложена профессором В.М. Новоселицким в 1975 г. (А.С. № 661477). В период с 1978 г. по 1983 г., работая в Камском
отделении ВНИГНИ, а в дальнейшем с 1984 г. по 1994 г. в тресте "Перм-нефтегеофизика", автор под руководством В.М. Новоселицкого занимался теоретическими и экспериментальными исследованиями создаваемых гравиметрических приборов и сейсмоприемников на магнитных подвесах. Базой для разработки приборов послужили магнитные подвесы, впервые разработанные в России доцентом Пермского государственного университета В.М. Понизовским. С 1985 г. по 1989 г. автор являлся соискателем Института физики Земли Российской академии наук. В 1989 г. защитил кандидатскую диссертацию "Геофизические преобразователи на основе магнитного подвеса". Научными руководителями при подготовке диссертации являлись дх.-м. наук, профессор В.М. Новоселицкий и д.ф.-м. наук, профессор В.А. Кузиванов.
В 1995 г. автор был приглашен генеральным директором А.Г. Андреевым в Пермскую научно-производственную приборостроительную компанию и по 2002 г. возглавлял работы по выпуску технической документации и сопровождению серийного производства сейсмоприемников. С 2002 г. по 2005 г., находясь в докторантуре кафедры геофизики Пермского государственного университета, завершал теоретическое и технологическое обоснование задач по разработке геофизических устройств на основе магнитных подвесов.
Реализация результатов
Исследования и разработка гравиметрических устройств и сейсмоприемников в период с 1978 г. по 1994 г. проводились в рамках госбюджетных тем в Камском отделении ВНИГНИ, Пермском политехническом институте, ПО "Пермнефтегеофизика". Разработанные макеты гравиметров и градиентометров проходили лабораторные испытания в ПО "Пермнефтегеофизика", сейсмоприемников - в фирме "Western Atlas International", Хьюстон (США).
В Пермской научно-производственной приборостроительной компании в период с 1995 г. по 2002 г. творческим коллективом, руководимым автором, разработан полный комплект конструкторской документации на серийно выпускаемые сейсмоприемники. Сейсмоприемники изготовлялись по заказам Горного института Уральского отделения РАН (г. Пермь), ЗАО "Архангельскгеолразведка" (г. Новодвинск), ЗАО "Заприкаспийгеофизика" (г. Волгофад). Опытные партии сейсмоприемников прошли успешные испытания в ОАО "Пермнефтегеофизика", в ЗАО "Хантымансийскгеофи-зика", ЗАО Терус" и других организациях.
Структура и объем работы
