Вопрос 2. Назначение, устройство, принцип работы излучателей в аппаратуре акустического каротажа

Акустические зонды предназначены для изучения упругих свойств окружающей среды путем наблюдения за характером распространения в ней упругих колебаний. С помощью акусти­ческих зондов определяют либо скорость распространения ко­лебаний в горных породах (акустический каротаж по скорости), либо уменьшение энергии колебаний на определенном отрезке пути (акустический каротаж по затуханию). Наблюдения в большинстве случаев осуществляют над преломленными го­ловными волнами.

Основными элементами акустического зонда являются излу­чатели и приемники упругих колебаний. По числу элементов различают двухэлементные, трехэлементные и многоэлементные зонды.

Излучатель должен: 1) иметь небольшой наружный; 2) обладать работоспособностью при высоких темпера­турах (до 250 °С) и гидростатических давлениях (до 200 МПа); 3) характеризоваться высокой абразивостойкостью, ударной прочностью и вибропрочностью; 4) обладать высокой надеж­ностью и долговременной стабильностью; 5) потреблять не­большую мощность и обеспечивать высокую частоту посылок акустиче­ских импульсов.

Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют магнитострикционные излучатели цилиндрического типа, которые с целью компенсации образующегося маг­нитного поля выполняются на двух сердечниках с обмотками, имеющими встречное включение.

Цилиндрические (кольцевые) преобра­зователи в наибольшей степени отвечают геометрии среды при скважинных исследованиях; они получили преимуществен­ное распространение в акустической геофизической аппаратуре. Такой преобразователь (рис. 20,6) выполнен в виде полого ци­линдра, состоящего из тонких (0,1—0,2 мм) кольцевых пластин из магнитоупругого материала, склеиваемых между собой. Вы­сота цилиндра обычно мала по сравнению с длиной излучаемой волны, поэтому такие преобразователи практически не обла­дают направленностью действия. В пластинах предусматрива­ются отверстия или пазы для обмотки с целью ее защиты от механических повреждений.

Иногда сердечник преобразователя выполняют путем на­вивки из ленты магнитоупругого материала и последующей его склейки в виде цилиндра.

В цилиндрических преобразователях линии магнитной индук­ции имеют форму колец с центром на оси цилиндра и замы­каются внутри обмотки. Поэтому при пропускании по обмотке переменного или пульсирующего тока будет происходить перио­дическое изменение длины средней окружности цилиндра, а сле­довательно, и длины его наружной и внутренней окружностей, что вызовет радиальные упругие колебания преобразователя, ко­торые передадутся в окружающую среду. При работе преобра­зователя в режиме приема упругих колебаний происходит об­ратный процесс. Магнитоупругие преобразователи характеризуются простотой конструкции, высокой механической прочностью и не нуждаются в герметизации, вследствие чего устраняются потери энергии упругих колебаний на герметизирующей оболочке; в то же время они обладают значительной акустической мощностью и сравни­тельно высоким электроакустическим к. п. д. (отношением аку­стической мощности, отдаваемой на выходе, к электрической мощности, потребляемой на входе). Для возбуждения преобра­зователей, работающих в режиме излучения колебаний, не тре­буется высокого напряжения, а нужен лишь мощный импульс тока в обмотке для создания магнитного поля. Это весьма важно в условиях скважины, где иногда трудно обеспечить высокое качество электрической изоляции.

В скважинкой акустической аппаратуре магнитоупругие пре­образователи используются главным образом в качестве излу­чателей и реже — приемников упругих колебаний.