ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение............................................................................................................ 8
Сокращенные обозначения......................................................... 11
Глава 1
Анализ работы гравиинерциальных преобразователей сейсмоприемников и гравиметров............................................................................................................... 12
1.1. Основные требования, предъявляемые к преобразователям сейсмоприемников и гравиметров 12
1.2. Анализ сейсмической системы преобразователей с учетом инерциальных свойств подвижной массы 14
1.3. Анализ датчиков преобразователей...................................................... 23
1.3.1. Простые параметрические датчики............................................ 24
1.3.1.1. Датчик сопротивлений..................................................... 24
1.3.1.2. Емкостный датчик............................................................. 24
1.3.1.3. Индуктивный датчик........................................................ 25
1.3.2. Простые генераторные датчики.................................................. 26
1.3.2.1. Индукционный датчик..................................................... 26
1.3.2.2. Оптический датчик............................................................ 27
1.3.2.3. Пьезоэлектрический датчик........................................... 28
1.3.2.4. Электретный датчик......................................................... 29
1.3.3. Математическая модель работы резонансного контура сложного LCR датчика 29
1.3.4. Сложный параметрический LCR датчик.................................. 34
1.4. Электромагнитные подвесы как гравиинерциальные преобразователи 37
1.4.1. Сложный LCR датчик с учетом инерциальных свойств подвижной массы 37
1.4.2. Сложные LCR датчики с учетом гравиинерциальных свойств подвижной массы 43
1.4.2.1. Магниторезонансный подвес (МРП)............................ 43
1.4.2.2. Электростатический резонансный подвес (ЭРП)..... 46
1.4.2.3. Совмещенный электромагнитный подвес (СЭМП).. 48
1.5. Электромагнитные подвесы как инвариантные преобразователи кинематических величин 50
Глава 2
Физические основы конструирования высокостабильных электромагнитных подвесов................................................................................................................... 53
2.1. Исследование адекватности намагничивания тел напряженности магнитного поля 53
2.1.1. Перемагничивание ферромагнетиков......................................... 54
2.1.2. Исследование работоспособности постоянных магнитов... 58
2.1.2.1. Метод компенсации температурных погрешностей постоянных магнитов 61
2.1.2.2. Оптимизация энергетических параметров магнитов из закритических материалов 63
2.1.3. Исследование работоспособности магнитно-мягких материалов.......... 68
2.2. Математическая модель взаимодействий элементов магнитной цепи совмещенного электромагнитного подвеса (СЭМП)........................................................................................................... 69
2.2.1. Аддитивность силовых характеристик магнитной цепи...... 69
2.2.2. Расчет магнитного поля по оси цилиндрического магнита. 71
2.2.3. Расчет тяговых усилий постоянных магнитов на магнитно-мягкие материалы 73
2.2.4. Расчет тяговых усилий соленоида с использованием постоянного магнита в качестве сердечника 76
2.3. Основные инструментальные погрешности магнитных подвесов и методы их компенсации 80
2.3.1. Методы компенсации температурных погрешностей сопротивлений 80
2.3.2. Погрешности от влияния посторонних электрических и магнитных полей, их компенсация 85
Глава 3
Гравиметрические преобразователи на основе совмещенного электромагнитного подвеса (СЭМП)........................................................................................... 89
3.1. Оценка работоспособности механических гравиметров................. 89
3.1.1. Гравиметр с линейным перемещением массы......................... 90
3.1.2. Гравиметр с вращательным перемещением массы................ 92
3.1.3. Исследование погрешностей механических гравиметров... 94
3.2. Исследование конструкции и основных принципов работы газового гравиметра 98
3.3. Разработка гравиметров с использованием простых электромагнитных подвесов 102
3.3.1. Гравиметр на сверхпроводящем подвесе............................... 103
3.3.2. Гравиметр на основе пассивного магнитного подвеса (ПМП).............. 104
3.3.3. Активные электромагнитные подвесы (ЭМП) и их свойства 104
3.4. Разработка гравиметра на основе измерительного совмещенного электромагнитного подвеса (СЭМП) 108
3.4.1. Разработка линейной статической характеристики магнитной цепи 110
3.4.2. Особенности конструкции гравиметрических весов на СЭМП 117
3.4.3. Инструментальные погрешности гравиметра и методы их компенсации 118
3.4.4. Устройство для измерения силы тяжести.............................. 123
3.5. Разработка градиентометра на основе совмещенного электромагнитного подвеса (СЭМП) 128
3.5.1. Математическая модель моментного подвеса коромысла 129
3.5.2. Математическая модель безмоментного подвеса коромысла 133
3.5.3. Устройство для регулировки крутильной магнитной жесткости СЭМП 138
3.5.4. Устройство для измерения вторых производных гравитационного потенциала 139
3.5.5. Разработка конструкции крутильных весов второго рода 141
3.5.6. Экспериментальная проверка работоспособности градиентометра 143
Глава 4
сейсмоприемники на основе пассивных магнитных подвесов (ПМП) 146
4.1. Оценка работоспособности механических сейсмоприемников.. 146
4.1.1. Сейсмографы маятниковые......................................................... 146
4.1.2. Сейсмоприемники пружинные................................................... 148
4.2. Разработка сейсмоприемников на основе измерительных пассивных магнитных подвесов (ПМП) 150
4.2.1. Разработка измерительного магнитного подвеса................ 151
4.2.2. Разработка конструкции базовой модели сейсмоприемника 154
4.2.3. Сейсмоприемник высокочастотный........................................ 162
4.2.4. Сейсмоприемник низкочастотный........................................... 165
4.2.5. Совершенствование механических сейсмоприемников с использованием элементов пассивного магнитного подвеса (ПМП)............................................................................... 169
4.3. Расчет магнитной системы базового сейсмоприемника................ 171
4.3.1. Особенности магнитной системы ПМП................................... 171
4.3.2. Методика расчета магнитной системы с использованием экспериментальных кривых индукции 173
4.3.3. Инженерный расчет магнитной системы базовой модели сейсмоприемника 187
4.3.3.1. Расчет магнитной системы преобразователя GS-20DX 188
4.3.4. Расчет магнитной системы базовой модели сейсмоприемника с учетом инструментальных температурных погрешностей................................................................................. 192
Глава 5
Сейсмоприемники на основе совмещенных электромагнитных подвесов (СЭМП)................................................................................................................................ 202
5.1. Сравнительный анализ работы электромагнитных подвесов..... 202
5.1.1. Разработка измерительного совмещенного электромагнитного подвеса (СЭМП) 204
5.1.2. Исследование функциональных возможностей сейсмоприемника на совмещенном электромагнитном подвесе (СЭМП)..................................................................................... 206
5.1.3. Самоориентирующийся трехкомпонентный сейсмоприемник 211
5.2. Разработка электронных цепей подвеса............................................ 214
5.2.1. Разработка электронной схемы подвеса................................ 214
5.2.2. Разработка стабилизатора напряжения электронной схемы подвеса 216
5.2.3. Приставка к электронной схеме подвеса для передачи аналогового сейсмического сигнала на УКВ диапазоне.................................................................................................... 218
5.2.4. Экспериментальная проверка работоспособности трехкомпонентного самоориентирующегося сейсмоприемника............................................................................................... 219
5.3. Использование сейсмоприемников в комплексе направленного бурения скважин 220
5.3.1. Структурная схема комплекса................................................... 220
5.3.2. Способ определения местоположения забоя скважины..... 221
5.4. Разработка многофункциональной конструкции на основе электромагнитных подвесов (ЭМП) 230
заключение............................................................................................... 234