МОРСКАЯ АВТОНОМНАЯ ДОННАЯ СЕЙСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ Российский патент 2006 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к области измерений, а более конкретно к устройствам измерения параметров физических полей преимущественно для контроля сейсмопроцессов посредством морской донной автономной сейсмической станции. Известен способ и устройство для его осуществления [1], в котором для измерения параметров физического поля в прибрежной зоне на глубине более 100 м размещают группу устройств регистрации, соединяют их трактом связи с наземными станциями приема и обработки сигналов для повышения надежности прогноза, в частности определения возникновения волны цунами, прогноз определяют поэтапно путем установки дополнительной группы устройств регистрации на расстоянии 2-4 тыс. км от берега, а группу устройств в прибрежной зоне размещают на расстоянии l от берега, определяемом по формуле l=τ_кр√gH, где τ_кр - нормированное время на защиту охраняемого района, g - ускорение свободного падения, Н - средняя глубина моря между берегом и устройством, и выполняют в виде модели шельфа у береговой линии охраняемого района, при этом устройства закреплены на дне моря тросами-растяжками, наклоненными под ∠30-60° к горизонту и соединенными с корпусом устройства, по крайней мере, в трех равноудаленных друг от друга точках, по сигналам дальних устройств регистрации устанавливают факт возникновения и направления распространения волн цунами, а по сигналам ближних устройств регистрации определяют степень опасности волны цунами для охраняемого района. Устройство для осуществления данного способа включает корпус с крышкой и днищем, подводной кабель связи с наземной станцией, в котором крышка выполнена куполообразной, а днище в виде усеченного конуса, входящего меньшим основанием под куполообразную крышку и соединенную с ребрами жесткости, при этом последние разделяют внутренний объем устройства по крайней мере на четыре сектора, а большее основание конуса образует с крышкой кольцевую прорезь, в которой в каждом из секторов установлены анемометры, а верхняя часть секторов и сбросной шахты под куполообразной крышкой заполнены газообразным агентом (аргентом).

Недостатком является то, что для его реализации необходимо группу устройств регистрации, размещенную на расстоянии 2-4 тыс. км от берега, соединять трактом связи с наземными станциями приема в виде кабеля, что снижает достоверность прогноза, так как при передаче исходных сигналов по кабелю точность измерений, полученная непосредственно в точке замеров, будет на 30% ниже при приеме наземной станцией. Кроме того, техническая реализация отягощена существенными материально-трудовыми затратами, обусловленными прокладкой кабелей, имеющих существенную протяженность, и необходимостью выполнения подводных монтажных работ по закреплению устройств регистрации.

Известны также устройства, представляющие собой морскую автономную донную сейсмическую станцию [2-6].

Автономная станция гидроакустического наблюдения [2] содержит подводный измерительный модуль, вычислительный бортовой модуль, устройство постановки и снятия подводного модуля с дна моря и сигнальные устройства для поиска всплывшего подводного модуля. При этом подводный модуль включает регистраторы гидроакустической информации, снабженные усилителями, фильтрами, аналогово-цифровыми преобразователями, накопитель цифровой информации, устройство определения ориентации подводного модуля, схему единого времени регистрации, источник питания, размещенные в герметичном контейнере. Вычислительный бортовой модуль включает устройство обработки информации, определитель координат, временной синхронизатор, блок управления, индикатор, блок питания. Устройство постановки и снятия подводного модуля со дна моря содержит механически связанные поплавки, якорь, размыкатель отдачи якоря, гидроакустический блок команды на размыкание, гидроакустический маяк-ответчик для поиска подводного модуля на дне моря. Сигнальные устройства для поиска всплывающего подводного модуля состоят из радиолокационного поискового ответчика и источника проблескового огня. Данное устройство не является средством объективного контроля, поскольку посредством данного устройства возможно только выполнение гидроакустических наблюдений, а регистрация сигналов осуществляется только посредством датчиков давления.

В известных устройствах [3-5] внутри контейнера размещены трехкомпонентный геофон, регистратор, датчики определения положения подводного модуля на дне моря, блок питания и система самовсплывания. Они снабжены устройствами постановки на дно, включающими поплавок, балласт, размыкатель балласта, механизм откидывания блока датчиков, гидрофоном. Более широкий состав регистрирующей аппаратуры расширяет диапазон измеряемых сигналов. Однако при эксплуатации данных устройств возможно увеличение погрешностей, обусловленных искажениями при передаче акустических сигналов на границе дно - прибор вследствие недостаточно надежного контакта грунта дна с подводным модулем ввиду того, что устройство постановки на дно выполнено в виде сборно-сварной конструкции, представляющей собой раму. Механизмы откидывания и прижатия блоков датчиков к грунту имеют сложную конструкцию, низкую надежность из-за возможности залипания механизмов при установке на рыхлый грунт морского дна или при воздействии песчаных волн.

Кроме того, состав аппаратуры известных устройств не позволяет определять с необходимой точностью местоположение подводного модуля в течение всею цикла его эксплуатации с момента постановки на грунт до всплытия на водную поверхность.

Известно также устройство, представляющее собой морскую донную сейсмическую станцию [6], содержащую устанавливаемый на дне акватории глубоководный самовсплывающий носитель геофизической аппаратуры и бортовой вычислительный модуль. Носитель геофизической аппаратуры включает размещенные в герметичном сферическом контейнере блок регистрации, блок определения ориентации носителя геофизической аппаратуры, блок синхронизации, блок гидроакустического приемопередатчика, устройство управления размыкателями, блок определения местоположения устройства при всплытии, блок питания и установленные снаружи герметичного контейнера гидроакустический датчик, гидроакустическую антенну, антенну спутниковой радионавигационной системы; устройство постановки и снятия с грунта дна носителя геофизической аппаратуры, выполненное в виде якоря-балласта и закрепленное посредством размыкателей в нижней части носителя геофизической аппаратуры, и средства для поиска всплывшего носителя геофизической аппаратуры, выполненные в виде проблескового маяка или активного радиолокационного отражателя, при этом блок регистрации включает трехкомпонентный сейсмоприемный модуль и накопитель измерительной информации, к первому входу которого через последовательно соединенные усилитель, фильтр и аналогово-цифровой преобразователь подключен выход сейсмоприемного модуля, к второму входу которого через герметичный разъем и аналогово-цифровой преобразователь подключен выход гидроакустического датчика, к третьему входу которого через аналоговоцифровой преобразователь подключены выходы блока определения ориентации носителя геофизической аппаратуры, к четвертому входу которого подключен выход блока синхронизации, гидроакустическая антенна через герметический разъем подключена к входам блока гидроакустического приемопередатчика и устройства управления размыкателями, антенна спутниковой радионавигационной системы через герметический разъем подключена к входу блока определения местоположения носителя геофизической аппаратуры при всплытии, при этом якорь-балласт выполнен в виде бетонного диска или прямоугольного параллелепипеда с полусферическим углублением для размещения контейнера носителя геофизической аппаратуры с закреплением его посредством размыкателей, бортовой вычислительный модуль содержит блок съема цифровой информации с накопителя информации носителя геофизической аппаратуры, блок управления, а также связанные с блоком управления входами-выходами блок радиолокационного обнаружения всплывшего носителя геофизической аппаратуры, блок гидроакустической связи с носителем геофизической аппаратуры, блок определения местоположения но сигналам спутниковой радионавигационной системы, устройство синхронизации времени, радиохронометр и выполненное в виде графопостроителя устройство отображения, устройство синхронизации времени связано входами-выходами с блоком определения местоположения по спутниковой радионавигационной системе и радиохронометром, причем блок съема цифровой информации и блок управления выполнены как специализированные программно-вычислительные блоки персонального компьютера или малогабаритного компьютера "Note book".

В данном устройстве герметичный контейнер носителя геофизической аппаратуры выполнен из материала, выдерживающего большое гидростатическое давление и механические воздействия при постановке его на дно. В качестве материала использован титан, или стекло, или высокопрочная пластмасса. Контейнер состоит из двух полусфер, между которыми проложено уплотнительное резиновое кольцо. Блок определения ориентации носителя геофизической аппаратуры выполнен в виде датчиков наклона и азимута, представляющих собой вертикальный и горизонтальный инклинометр или магнитный компас. Блок синхронизации носителя геофизической аппаратуры выполнен в виде таймера, синхронизированного с радиохронометром и сигналами спутниковой радионавигационной системы перед установкой носителя геофизической аппаратуры на дно. Блок приемопередатчика выполнен в виде маяка-пингера. Устройство управления размыкателями выполнено с возможностью срабатывания по сигналу таймера или по гидроакустическому сигналу с блока вычислительного модуля. В качестве гидроакустического датчика давления использован гидрофон. Размыкатель выполнен в виде гидроакустического или электрохимического размыкателя. Трехкомпонентный сейсмоприемный модуль включает три геофона или три акселерометра для измерения компонент волнового поля по трем взаимно перпендикулярным осям. Накопитель информации выполнен в виде процессора с регистрацией информации на съемные флэш-карты емкостью до 2,0 Гбайт.

Принцип работы известного устройства заключается в том, что с обеспечивающего судна носитель геофизической аппаратуры опускается на дно моря, свободное погружение которого осуществляется под действием якоря-балласта. Прием сейсмической информации в виде компонент волнового поля осуществляется тремя геофонами или тремя акселерометрами по трем ортогональным направлениям, сигналы с выхода которого через усилитель, фильтр и аналогово-цифровой преобразователь поступают на первый вход накопителя информации, который выполнен в виде процессора с регистрацией информации на съемные флэш-карты. На второй вход накопителя информации через герметический разъем и аналогово-цифровой преобразователь поступает информация от гидроакустического датчика, представляющего собой гидрофон. На третий вход накопителя информации через аналогово-цифровой преобразователь поступают сигналы с выхода блока ориентации, представляющего собой вертикальный и горизонтальный инклинометры, установленные внутри корпуса контейнера. Синхронность записи данных в накопителе информации обеспечивается блоком синхронизации, представляющим собой таймер, который синхронизирован с радиохронометром, установленным в бортовом вычислительном модуле, или по сигналам спутниковой радионавигационной системы перед погружением носителя геофизической аппаратуры на дно.

После проведения донных сейсмических исследований посредством размыкателей контейнер отделяется от якоря-балласта по сигналу с устройства управления размыкателем, которое выполнено с возможностью срабатывания по сигналу таймера или по гидроакустическому сигналу, поступающему через гидроакустическую антенну на блок гидроакустического приемопередатчика, выполненного в виде маяка-пингера. После всплытия контейнера на поверхность его поиск и обнаружение производится с использованием проблескового маяка или радиолокационного отражателя и гидроакустического маяка посредством блока гидроакустической связи бортового вычислительного модуля и гидроакустического маяка носителя геофизической аппаратуры или посредством блока определения местоположения бортового вычислительного модуля по спутниковой радионавигационной системе НАВСТАР или ГЛОНАСС в дифференциальном режиме.

В бортовом вычислительном модуле осуществляется обработка сейсмических данных, в результате которой отображаются и документируются разрезы осадочной толщи земной коры и определяются скоростные характеристики основных слоев. Посредством блока съема цифровой информации производят съем цифровой информации с флэш-карт накопителя информации с синхронизацией данных посредством устройства синхронизации времени и радиохронометра, установка которого производится по часам спутниковой навигационной системы посредством блока определения местоположения по спутниковой радионавигационной системе. Результаты исследований в виде разрезов и карт индуцируются и оформляются на устройстве отображения информации, выполненном в виде графопостроителя. Работой всех блоков бортового вычислительного модуля управляет блок управления бортового вычислительного модуля.

Данное устройство за счет возможности приема сейсмической информации по трем ортогональным направлениям повышает информативность получения первичных сигналов по сравнению с известными устройствами [1-5]. Выполнение якоря-балласта в виде бетонного диска или прямоугольного параллелепипеда с полусферическим углублением для размещения контейнера носителя геофизической аппаратуры с закреплением его посредством размыкателей по сравнению с аналогами повышает коэффициент передачи сейсмических колебаний на границе грунт - балласт за счет более плотного, распределенного по плоскости сопряжения балласта с грузом, а также по достаточно большой площади сопряжения балласта с контейнером носителя геофизической аппаратуры. Возможность параллельного использования нескольких средств поиска всплывшего контейнера носителя геофизической аппаратуры сокращает время его поиска на поверхности.

Недостатками данного устройства являются:

- размещение размыкателя в нижней части носителя геофизической аппаратуры, что не исключает возможности нарушения его функционирования по прямому назначению при размещении станции на рыхлый или каменистый грунт;

- размещение блока определения ориентации носителя геофизической аппаратуры, состоящего из магнитного компаса или вертикального и горизонтального инклинометров, внутри герметичного контейнера для определения параметров с достоверной степенью точности требует их привязки к диаметральной плоскости и метацентрической высоте контейнера, что влечет необходимость определения и ввода поправочных коэффициентов;

- применение блока ориентации носителя геофизической аппаратуры, включающего только магнитный компас, не обеспечивает определение параметров ориентации, что снижает синергетический эффект при определении местоположения подводного модуля как на дне моря, так и при его всплытии;

- выполнение якоря-балласта в виде бетонного диска или прямоугольного параллелепипеда при размещении подводного модуля на дне моря с рыхлым или неровным грунтом из-за неплотного распределения по плоскости контакта по границе грунт - балласт существенно снижает коэффициент передачи сейсмических колебаний, что в сочетании с невысокой степенью достоверности определения параметров ориентации носителя геофизической аппаратуры не позволяет обеспечить повышение чувствительности, точности и надежности измерений ввиду неполного исключения искажений сигналов при переходе через границу дно - подводный модуль, а также выполнение якоря-балласта только из бетона и размещение размыкателя в нижней части корпуса носителя геофизической аппаратуры, при попадании его на каменистый грунт из-за возможных механических повреждений может привести к нарушению целостности бетонного диска или бетонного прямоугольного параллелепипеда и как следствие к выходу из строя размыкателя;

- невысокая точность определения местоположения носителя геофизической аппаратуры на дне моря ввиду ограниченности используемых технических средств;

- определение местоположения носителя геофизической аппаратуры на поверхности по спутниковой радионавигационной системе существенно повышает стоимость станции;

- синхронизация таймера, установленного в контейнере носителя геофизической аппаратуры с радиохронометром, установленным в бортовом вычислительном модуле, и сигналами спутниковой радионавигационной системы перед установкой носителя геофизической аппаратуры на дно повышает точность временной привязки, однако в процессе эксплуатации донной станции при изменении температурного режима появляется погрешность временной привязки, обусловленная уходом опорных частот.

Задачей заявляемого технического предложения является повышение коэффициента передачи сейсмических колебаний на границе грунт - балласт и как следствие повышение достоверности вероятностного прогноза землетрясения по измеренным сигналам посредством морской автономной донной сейсмической станции.

Поставленная задача решается за счет того, что в морской автономной донной сейсмической станции, содержащей установленный на дне акватории глубоководный самовсплывающий носитель геофизической аппаратуры и бортовой вычислительный модуль, установленный на борту судна, носитель геофизической аппаратуры включает размещенные в герметическом сферическом контейнере, состоящем из двух полусфер, между которыми проложено уплотнительное резиновое кольцо, блок регистрации, блок определения ориентации, выполненный в виде датчиков наклона и азимута, блок синхронизации, выполненный в виде таймера, синхронизированного с хронометром, блок гидроакустического приемопередатчика, устройство управления размыкателем, соединенное с таймером и бортовым вычислительным модулем, блок питания; установленные снаружи герметического контейнера гидроакустический датчик в виде гидрофона, гидроакустическую антенну, устройство постановки и снятия носителя геофизической аппаратуры с грунта дна, выполненное в виде якоря-балласта и закрепленное посредством размыкателя, выполненного в виде электрохимического размыкателя, средство для поиска всплывшего носителя геофизической аппаратуры, выполненное в виде проблескового маяка, причем блок регистрации включает трехкомпонентный сейсмоприемный модуль и накопитель измерительной информации, к первому входу которого через последовательно соединенные усилитель, фильтр и аналогово-цифровой преобразователь подключен выход сейсмоприемного модуля, к второму входу через герметический разъем и аналогово-цифровой преобразователь подключен выход гидроакустического датчика, к третьему входу через аналогово-цифровой преобразователь подключены входы блока определения ориентации, к четвертому входу подключен выход блока синхронизации; гидроакустическая антенна через герметичный разъем подключена к входам блока гидроакустического приемопередатчика и устройства управления размыкателем, при этом якорь-балласт выполнен с полусферическим углублением для размещения контейнера с закреплением его посредством размыкателя; бортовой вычислительный модуль содержит блок съема цифровой информации с накопителя измерительной информации, блок управления, соединенный с входами-выходами блока радиолокационного обнаружения всплывшего носителя геофизической аппаратуры, блок гидроакустической связи с носителем геофизической аппаратуры, устройство синхронизации времени, устройство отображения, в котором полусфера сферического контейнера с размещенной в ней аппаратурой, соединенная с якорем-балластом, имеет меньшую массу, чем вторая полусфера сферического контейнера; якорь-балласт выполнен корзинообразной формы из арматурного каркаса заполненного бетоном, в полусферическом углублении которого размещен поплавок, снабженный фалом; один из датчиков наклона и азимута размещен на корпусе сейсмоприемного модуля в карданном подвесе, другой датчик наклона и азимута установлен на корпусе геофизической аппаратуры, дополнительно введен блок фильтров геофонов, соединенный входами с выходами геофонов и выходами с входами накопителя информации, устройство хронирования, информации, соединенное выходом с блоком синхронизации, а входом по гидроакустическому каналу связи с хронометром, блок фильтров геофонов выполнен в виде многоканального полосового фильтра третьего порядка астатизма, устройство хронирования информации содержит два генератора тактовых импульсов, измеритель частоты, кодировщик, регистратор, реверсивный счетчик, триггер, схему дифференцирования, делитель частоты, вход которого соединен с выходом первого опорного генератора тактовых импульсов, который этим же выходом соединен с входом измерителя частоты, входом кодировщика и входом делителя частоты, который первым выходом соединен с входом триггера, вторым выходом с еще одним входом триггера и входом реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с выходом второго генератора тактовых импульсов, а третий вход соединен с выходом триггера, который этим же выходом соединен с входом схемы дифференцирования, выход которой соединен с входом регистратора, второй вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, третий вход которого соединен с выходом кодировщика, а электрохимический размыкатель размещен в верхней части корпуса носителя геофизической аппаратуры и содержит электрод, выполненный из проволоки и закрепленный на скобе, сочлененной с корпусом герметичного контейнера носителя геофизической аппаратуры и соединенной с силовой планкой, которая через рычажный механизм соединена с исполнительным механизмом, сочлененным с якорем-балластом.

В отличие от известного устройства, в заявляемом техническом решении полусфера сферического контейнера с размещенной в ней аппаратурой, соединенная с якорем-балластом, имеет меньшую массу, чем вторая полусфера сферического контейнера, что при всплытии контейнера после его отсоединения посредством размыкателя от якоря-балласта. обеспечивает переворот контейнера на 180 градусов в вертикальной плоскости, что обеспечивает сохранение информационных связей по гидроакустическому каналу не только при всплытии, но и при нахождении контейнера на поверхности. В известном устройстве [6] гидроакустическая антенна при всплытии контейнера находится в воздушной среде и не работоспособна, что вынуждает оснащать станцию спутниковой антенной для сохранения информационных связей и определения ее местоположения для последующею ее поиска судном.

Выполнение якоря-балласта корзинообразной формы из арматурного каркаса, заполненного бетоном, в полусферическом углублении которого размещен поплавок, снабженный фалом, уменьшает вероятность механического повреждения якоря-балласта при соприкосновении его с дном, расширяет площадь контакта контейнера с якорем-балластом, и якоря-балласта с грунтом, что позволяет обеспечить более высокий коэффициент передачи сейсмических колебаний по сравнению с якорем-балластом выполненным из бетона, в виде диска или прямоугольного параллелепипеда. Размещение поплавка с фалом в полусферическом углублении полусферы, соединенной с якорем-балластом, которая при всплытии поворачивается на 180 градусов в вертикальной плоскости, обеспечивает беспрепятственное расположение поплавка с фалом на водной поверхности, что упрощает процесс поиска как самого контейнера, так и фала, предназначенного для захвата его для поднятия контейнера на борт судна.

Размещение одного из датчиков наклона и азимута в карданном подвесе непосредственно на корпусе блока сейсмодатчиков позволяет уменьшить влияние нежелательных наклонов отрицательно сказывающихся на чувствительности сейсмодатчиков. Размещение второго датчика наклона и азимута непосредственно на корпусе контейнера носителя геофизической аппаратуры позволяет обеспечить диаграмму направленности сигналов волнового поля в пределах ±30 градусов для получения однозначных сигналов.

Ввод в устройство блока фильтров геофонов позволяет получать полезные сигналы, очищенные от помех в полосе пропускания 3-125 Гц, что повышает достоверность прогноза.

Ввод устройства хронирования непосредственно в схему носителя геофизической аппаратуры позволяет уменьшить погрешность временной привязки, обусловленной уходом опорных частот при изменении температурного режима за счет ввода поправки во временной код.

Выполнение электрохимического размыкателя, размещенного в верхней части корпуса носителя геофизической аппаратуры и содержащего электрод, выполненный из проволоки и закрепленный на скобе, сочлененной с корпусом герметического контейнера носителя геофизической аппаратуры и соединенной с силовой планкой, которая через рычажный механизм соединена с исполнительным механизмом, сочлененным с якорем-балластом, обеспечивает жесткую механическую связь, что уменьшает вероятность его повреждения при постановке станции на грунт.

Совокупность новых признаков из известного уровня техники не выявлена, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами.

Фиг.1. Расположение носителя геофизической аппаратуры 1 в контролируемой зоне на акватории моря, которые закреплены на дне моря посредством якоря-балласта 2. Диспетчерские станции приема и обработки сигналов 3, 4 установлены соответственно на море и на побережье. Устройства 1 соединены с диспетчерскими станциями приема и обработки сигналов 3 и 4 гидроакустическим трактом связи 5.

Фиг.2. Носитель геофизической аппаратуры 1 включает сферический корпус 6, состоящий из двух полусфер 7 и 8, сочлененных элементами крепления 9, снабженного верхним и нижним отверстиями 10, 11 соответственно, в которых установлены гидроакустическая антенна 12, гидрофон 13, размыкатель 14, проблесковый светодиод 15. Полусфера 8 с размещенной в ней аппаратурой имеет массу меньше, чем полусфера 7 с размещенной в ней аппаратурой, сочленена с якорем-балластом 2, выполненным корзинообразной формы из арматурного каркаса, заполненного бетоном, в полусферическим углубления которой располагается поплавок 16, снабженный фалом 17.

Фиг.3 Общий вид размыкателя 14, который включает электрод 18, выполненный из проволоки и закрепленный на скобе 19, сочлененной с корпусом 6 и соединенной с силовой планкой 20, которая через рычажный механизм 21 соединена с исполнительным механизмом 22, сочлененным с якорем-балластом 2.

Фиг.4. Носитель геофизической аппаратуры включает размещенные в корпусе 6 герметического сферическою контейнера блок регистрации 23, блок определения ориентации 24, блок синхронизации 25, блок гидроакустического приемопередатчика 26, устройство управления 27 размыкателем 14, блок питания 28, блок фильтров геофонов 29, устройство хронирования информации 30.

Фиг.5. Общий вид морской автономной донной станции, включающей корпус 6 герметичного контейнера, состоящего из двух полусфер 7 и 8, сочлененных элементами крепления 9. По окружности плоскости сочленения полусфер 7 и 8 установлен герметический резиновый пояс 31. Полусфера 8 сочленена с якорем-балластом 2 через размыкатель 14.

Корпус 6 изготовлен из высокопрочного алюминиевого сплава. В качестве элементов крепления 9 использованы болты.

Для установки внешних устройств в полюсах корпуса 6 имеются два отверстия 10 и 11, в которых установлены гидроакустическая антенна 12, гидрофон 13, размыкатель 14, проблесковый светодиод 15 повышенной яркости для поиска носителя геофизической аппаратуры после всплытия в ночное время суток и при пониженной видимости в дневное время суток.

Фиг.6. Блок регистрации 23 включает трехкомпонентный сейсмоприемный модуль 31, накопитель измерительной информации 32, усилитель 33, фильтр 34, аналогово-цифровой преобразователь 35, в котором к первому входу накопителя измерительной информации 32 через последовательно соединенные усилитель 33, фильтр 34 и аналогово-цифровой преобразователь 35 подключен выход трехкомпонентного сейсмоприемного модуля 31; к второму входу накопителя измерительной информации 32 через герметичный разъем 33 и аналогово-цифровой преобразователь 35 подключен выход гидроакустического датчика 13; к третьему входу накопителя измерительной информации 32 через аналогово-цифровой преобразователь 35 подключены входы блока определения ориентации 24; к четвертому входу накопителя измерительной информации 32 подключен выход блока синхронизации 25.

Трехкомпонентный сейсмоприемный модуль 31 установлен в карданном подвесе и представляет собой кассету, в которую вставлены три геофона, работающий соответственно по осям X, Y, Z. Кассета размещена в пластмассовом корпусе, снабженном разъемами для подключения внешних устройств. Карданный подвес предназначен для того, чтобы обеспечить правильную работу датчиков в случаях, когда носитель геофизической аппаратуры 1 окажется стоящим на грунте морского дна с наклоном, превышающим допустимый наклон сейсмодатчиков. Максимально отрабатываемый угол наклона карданного подвеса составляет 45 градусов. В модуле 31 применены сейсмодатчики типа GD-20DX.

Накопитель измерительной информации 32 представляет собой процессор.

Блок определения ориентации 24 предназначен для определения ориентации носителя геофизической аппаратуры 1 относительно горизонтальной плоскости, а также стран света по отношению к магнитному полю Земли. Блок 24 позволяет измерять и регистрировать наклоны как корпуса носителя геофизической аппаратуры в целом, так и блока 31, размещенного в подторможенном карданном подвесе в ходе погружения, измерения физических величин и всплытии блока 1. Блок 24 состоит из двух датчиков наклона, представляющих собой двухосевые акселерометры типа ADXL 202 и магнитного двухкомпонентного компаса типа VECTOR V2X. Емкость архива блока 24 составляет 64000 записей.

Основная плата блока 24 снабжена контроллером типа AVR8515, часами реального времени типа РСР8583, энергонезависимой памятью типа AT45D081 объемом 1 Мбайт, содержащей время, уклоны и компоненты магнитного поля, тумблером, кнопкой, светодиодом, определенным набором дискретных электронных элементов, разъемами для подключения датчиков наклона, а также кабелем с разъемом для подсоединения к СОМ-порту компьютера бортового вычислительного модуля через блок регистрации 23.

Блок регистрации 23 имеет два основных режима работы, определяемых положением Первый режим - диалог с оператором. В этом режиме контролируется состояние устройства регистрации 1 и выполняется его калибровка и настройка. Диалог осуществляется с помощью компьютера, оснащенного специальной программой и связанного с блоком через СОМ-порт. Диалог с оператором заканчивается либо выходом из программы, при этом сам блок продолжает ожидать команды, либо путем перевода блока в режим регистрации посредством переключения тумблера. Переход в режим регистрации производится после переключения тумблера автоматически через несколько секунд.

В режиме регистрации блок устанавливает будильник часов в соответствии с действующим значением интервала опроса датчиков и переходит в состояние пониженного энергопотребления. В момент достижения часами времени установки будильника возникает сигнал пробуждения, который через синхронизатор вызывает переход контроллера в активное состояние. Контроллер производит опрос датчиков, заносит результат в память совместно со временем начала измерения. Данный процесс повторяется циклически. Выход из цикла регистрации производится переключением тумблера. Регистрация сейсмосигналов осуществляется по четырем каналам - три для сейсмических датчиков (геофонов) и один для гидрофона 13. Кроме того, имеется служебный канал для записи времени регистрации, угла наклона и азимута с заданной периодичностью. Диапазон регистрируемых частот от 5 до 125 Гц. Чувствительность геофонов на частоте 10 Гц не менее 2000 V/m/s. Чувствительность гидрофона не менее 25 mkV/Pa. Динамический диапазон сейсмоканала не менее 105 Дб. Погрешность измерения магнитного склонения не более 2-х градусов.

Блок синхронизации 25 выполнен в виде таймера, синхронизированного с радиохронометром.

Блок гидроакустического приемопередатчика 26 представляет собой стандартный гидроакустический приемопередатчик.

Устройство управления 27 размыкателем 14 представляет собой командный прибор в виде платы плавного пуска, которая по принятому сигналу подает электрический сигнал на электрод 18 размыкателя 14.

Фиг.7. Устройство хронирования информации 30 содержит два генератора тактовых импульсов 36 и 37, измеритель частоты 38, кодировщик 39, регистратор 40, реверсивный счетчик 41, триггер 42, схему дифференцирования 43, делитель частоты 44, вход которого соединен с выходом опорного генератора тактовых импульсов 36, который этим выходом соединен с входом измерителя частоты 38, входом кодировщика 39 и входом делителя частоты 44, который первым выходом соединен с входом триггера 42, вторым выходом с еще одним входом триггера 42 и входом реверсивного счетчика 41, второй вход которого соединен с выходом второго генератора тактовых импульсов 37, а третий вход соединен с выходом триггера 42, который этим же выходом соединен с входом схемы дифференцирования 43, выход которой соединен с входом регистратора 40, второй вход которого соединен с выходом кодировщика 39.

Принцип работы устройства 30 заключается в генерации тактовых импульсов посредством опорного генератора 36, временном кодировании импульсов и записи временного кода параллельно с записью поступающей информации. Отдельно генерируют тактовые импульсы посредством генератора 37, температурная зависимость частоты которого выше по сравнению с генератором 36, при этом периодически определяют разницу количества импульсов генераторов 36 и 37 за выбранную единицу временного кодирования и запоминают разницу с привязкой относительно автономного времени носителя геофизической аппаратуры, после чего определяют частоту генератора 36 и вводят поправку во временной код.

При этом перед постановкой носителя геофизической аппаратуры 1 на дно производят определение калибровочной кривой как зависимость частоты генератора 36 и разницы количества импульсов генераторов 36 и 37 за одну секунду автономного времени. Для этого устройство хронирования информации 30 помещают в термошкаф и последовательно задают в нем разные температуры от 40 до 0 градусов. Каждое заданное значение температуры выдерживают в течение некоторого интервала времени. При этом с выхода реверсивного счетчика 41 снимают разницу количества импульсов генераторов 36 и 37 посредством регистратора 40, а с выхода генератора 36 частоту посредством измерителя частоты 38, который может быть установлен непосредственно в устройстве 30 или на борту диспетчерской станции 3. После этого устройство 30 устанавливают на штатное место и производят временную привязку показаний кодировщика 39. В период выполнения сейсмических исследований параллельно запоминают получаемую информацию и значения автономного времени, поступающие на регистратор 40 от кодировщика 39. В начале каждой минуты с выхода делителя частоты 44 на триггер 42 поступает управляющий импульс, сбрасывающий показания реверсивного счетчика 41 на ноль. Одновременно управляющий импульс с выхода делителя частоты 44 поступает на вход триггера 42. В результате чего на выходе триггера 42 и входе реверсивного счетчика 41 вместо сигнала "1" появляется сигнал "0" и реверсивный счетчик 41 подключается к генератору 37. После каждого очередного импульса генератора 37 показания реверсивного счетчика 41 уменьшаются на единицу. При появлении на выходе делителя частоты 44 очередного секундного импульса последний поступает на вход триггера 42, переводя сигнал на выходе триггера 42 в положение "1", что приводит к отключению реверсивного счетчика 41 от генератора 37. При этом схема дифференцирования 43 дифференцирует сигнал на выходе триггера 42, вырабатывая на своем выходе положительный импульс, поступление которого на управляющий вход регистратора 40 приводит к записи информации, представляющей собой разницу количества импульсов генераторов 36 и 37. Операции по определению и запоминанию разницы количества импульсов генераторов 36 и 37 выполняются через каждую секунду, что позволяет определять автономное время с последующим переходом к истинному за счет уменьшения погрешности временной привязки так, как исключается неконтролируемый уход частот.

Блок синхронизации 25 выполнен в виде таймера, синхронизированного с радиохронометром, установленным на диспетчерской станции (судне) через устройство хронирования информации 30.

Блок фильтров геофонов 29 представляет собой электронную плату, на которой расположены три идентичных канала полосовых фильтров третьего порядка с полосой пропускания 3-125 Гц.

Диспетчерская станция 3 обеспечивает выполнение функций и операций, необходимых для постановки погружаемых устройств регистрации 1 на морское дно, их возврата. Посредством бортового вычислительного модуля выполняется считывание зарегистрированных сигналов физического поля, томографического восстановления распределения параметров физического поля в пределах контролируемых зон и оперативного контроля за работой устройства 1. На диспетчерской станции 3 размещены бортовой вычислительный модуль, сопряженный с процессором накопителя измерительной информации 25, персональный компьютер типа Pentium-3, гидроакустическая система навигации и управления размыкателем, судовая гидроакустическая антенна, механические устройства спуска и подъема устройства 1.

Диспетчерская станция 4 используется для контроля работоспособности носителей геофизической аппаратуры и приема измерительной информации по гидроакустическому каналу, расположенных в прибрежной зоне.

Диспетчерские станции 3 и 4 могут быть информационно соединены между собой по спутниковому радионавигационному каналу при наличии в составе аппаратуры соответствующих приемоиндикаторов.

Размыкатель 14 и предназначен для эвакуации устройства регистрации 1 со дна моря. Эвакуация осуществляется путем сброса якоря-балласта 2 по команде, переданной с диспетчерской станции по гидроакустическому каналу связи или по сигналу таймера. Прием и исполнение команды подтверждается ответным сигналом (квитанцией), регистрируемым диспетчерской станцией.

Кроме того, посредством устройства 14 обеспечивает измерение наклонной дальности от диспетчерской станции 3 до устройства регистрации 1, что позволяет дополнительно определять координаты местоположения устройства регистрации 1.

При поступлении команды на размыкание от диспетчерской станции на устройство 1 с выбранным номером последний посылает сигнал подтверждения приема команды и отсоединяет груз. Время размыкания зависит от солености, температуры и толщины проволоки и может достигать 40 мин.

В режиме ожидания потребление тока от источника питания составляет не более 500 мкА.

Отсоединение якоря-балласта 2 может происходить также при достижении внутренним таймером размыкателя 14 установленного времени, если таймер был предварительно установлен.

Гидроакустическая антенна 12 конструктивно представляет собой цилиндрический корпус, изготовленный из нержавеющей стали. Внутри корпуса помещаются платы приемопередатчика гидроакустических сигналов.

Чувствительный элемент антенны выполнен на базе пьезокерамического кольца из цирконата-титанага свинца.

Для обеспечения всплытия носителя геофизической аппаратуры 1 с диспетчерской станции 3 или 4 подается гидроакустический сигнал на срабатывание размыкателя 14. Сигнал подается посредством судовой гидроакустической антенны или гидроакустической антенной, установленной в прибрежной морской зоне, и принимается гдроакустической антенной 12. В ответ выдается сигнал, подтверждающий, что команда всплытия принята к исполнению. Выполнение команды осуществляется путем подачи электрического напряжения на электрод 18 размыкателя 14. В результате электрохимического процесса, при средних значениях физико-химических параметров морской воды, проволока растворяется в морской воде за 1-2 минуты. При этом срабатывает механизм отстыковки якоря-балласта 2 от корпуса 6, и носитель геофизической аппаратуры 1, имеющий положительную плавучесть, начинает подъем со скоростью 1-2 м/с. При этом носитель геофизической аппаратуры 1 переворачивается на 180 градусов в вертикальной плоскости. При этом проблесковый светодиод 15 и поплавок 16 с фалом 17 оказываются на верху устройства 1, а гидроакустическая антенна 12 при всплытии оказывается внизу, что обеспечивает связь между диспетчерской станцией и устройством 1 при всплытии и поиске его на поверхности по гидроакустическому каналу.

Реализация заявляемого способа технической сложности не представляет, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности «промышленная применимость».

Источники информации

1. Патент РФ № 2066468.

2. Свидетельство РФ на полезную модель № 24890.

3. Глубоководная донная самовсплывающая сейсмическая станция АДС-8 / Соловьев С.Л, Контарь Е.А., Дозоров Т.А., Ковачев С.А. / Известия АН СССР, сер. Физика земли, 1988, № 9, с.75-85.

4. Ocean Bottom Seismometer OBS Systems. Company Profile/Проспект фирм Kieler Umwelt und Meerestechnik GmbH (K.U.M.) Signal-Elektronik und Netz-Dienste GmbH (SEND). April 2002, p.11.

5. Белавин Ю.С. Автономная аппаратура для сейсмических исследований в океане. - Труды сахалинского КНИИ Дальне-восточного научного центра АН СССР, вып.23, 1972, с.91-96.

6. Свидетельство РФ на полезную модель № 28778.

Заявленное изобретение относится к геофизике и может быть использовано для контроля сейсмопроцессов на море. Морская автономная донная сейсмическая станция содержит установленный на дне акватории глубоководный самовсплывающий носитель геофизической аппаратуры и бортовой вычислительный модуль, установленный на борту судна. Носитель геофизической аппаратуры включает размещенные в герметическом сферическом контейнере, состоящим из двух полусфер, между которыми проложено уплотнительное резиновое кольцо, блок регистрации, блок определения ориентации, выполненный в виде датчиков наклона и азимута, блок синхронизации, выполненный в виде таймера, синхронизированного с хронометром, блок гидроакустического приемопередатчика, устройство управления размыкателем, соединенное с таймером и бортовым вычислительным модулем, блок питания; установленные снаружи герметического контейнера гидроакустический датчик в виде гидрофона, гидроакустическую антенну, устройство постановки и снятия носителя геофизической аппаратуры с грунта дна, выполненное в виде якоря-балласта и закрепленное посредством размыкателя, выполненного в виде электрохимического размыкателя, средство для поиска всплывшего носителя геофизической аппаратуры, выполненное в виде проблескового маяка. Блок регистрации включает трехкомпонентный сейсмоприемный модуль и накопитель измерительной информации. Гидроакустическая антенна через герметичный разъем подключена к входам блока гидроакустического приемопередатчика и устройства управления размыкателем. Якорь-балласт выполнен с полусферическим углублением для размещения контейнера с закреплением его посредством размыкателя. Бортовой вычислительный модуль содержит блок съема цифровой информации с накопителя измерительной информации, блок управления, блок гидроакустической связи с носителем геофизической аппаратуры, устройство синхронизации времени, устройство отображения. Якорь-балласт выполнен корзинообразной формы из арматурного каркаса, заполненного бетоном, в полусферическом углублении которого размещен поплавок, снабженный фалом. Один из датчиков наклона и азимута размещен на корпусе сейсмоприемного модуля в карданном подвесе. Другой датчик наклона и азимута установлен на корпусе геофизической аппаратуры. Дополнительно введен блок фильтров геофонов. Технический результат: повышение функциональных возможностей устройства. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Морская автономная донная сейсмическая станция, содержащая установленный на дне акватории глубоководный самовсплывающий носитель геофизической аппаратуры и бортовой вычислительный модуль, установленный на борту судна, носитель геофизической аппаратуры включает размещенные в герметическом сферическом контейнере, состоящем из двух полусфер, между которыми проложено уплотнительное резиновое кольцо, блок регистрации, блок определения ориентации, выполненный в виде датчиков наклона и азимута, блок синхронизации, выполненный в виде таймера, синхронизированного с хронометром, блок гидроакустического приемопередатчика, устройство управления размыкателем, соединенное с таймером и бортовым вычислительным модулем, блок питания; установленные снаружи герметического контейнера гидроакустический датчик в виде гидрофона, гидроакустическую антенну, устройство постановки и снятия носителя геофизической аппаратуры с грунта дна, выполненное в виде якоря-балласта и закрепленное посредством размыкателя, выполненного в виде электрохимического размыкателя, средство для поиска всплывшего носителя геофизической аппаратуры, выполненное в виде проблескового маяка, причем блок регистрации включает трехкомпонентный сейсмоприемный модуль и накопитель измерительной информации, к первому входу которого через последовательно соединенные усилитель, фильтр и аналогово-цифровой преобразователь, подключен выход сейсмоприемного модуля, к второму входу через герметический разъем и аналого-цифровой преобразователь подключен выход гидроакустического датчика, к третьему входу через аналогово-цифровой преобразователь подключены входы блока определения ориентации, к четвертому входу подключен выход блока синхронизации, гидроакустическая антенна через герметичный разъем подключена к входам блока гидроакустического приемопередатчика и устройства управления размыкателем, при этом якорь-балласт выполнен с полусферическим углублением для размещения контейнера с закреплением его посредством размыкателя; бортовой вычислительный модуль содержит блок съема цифровой информации с накопителя измерительной информации, блок управления, соединенный с входами-выходами блока радиолокационного обнаружения всплывшего носителя геофизической аппаратуры, блок гидроакустической связи с носителем геофизической аппаратуры, устройство синхронизации времени, устройство отображения, отличающаяся тем, что полусфера сферического контейнера с размещенной в ней аппаратурой, соединенная с якорем-балластом, имеет меньшую массу, чем вторая полусфера сферического контейнера; якорь-балласт выполнен корзинообразной формы из арматурного каркаса, заполненного бетоном, в полусферическом углублении которого размещен поплавок, снабженный фалом; один из датчиков наклона и азимута размещен на корпусе сейсмоприемного модуля в карданном подвесе, другой датчик наклона и азимута установлен на корпусе геофизической аппаратуры; дополнительно введен блок фильтров геофонов, соединенный входами с выходами геофона и выходами с входами накопителя информации, устройство хронирования информации, соединенное выходом с блоком синхронизации, а входом по гидроакустическому каналу связи с хронометром; электрохимический размыкатель установлен в верхней части корпуса носителя геофизической аппаратуры.2. Морская автономная донная сейсмическая станция по п.1, отличающаяся тем, что блок фильтров геофонов выполнен в виде многоканального полосового фильтра третьего порядка астатизма.3. Морская автономная донная сейсмическая станция по п.1, отличающаяся тем, что устройство хронирования информации содержит два генератора тактовых импульсов, измеритель частоты, кодировщик, регистратор, реверсивный счетчик, триггер, схему дифференцирования, делитель частоты, вход которого соединен с выходом первого опорного генератора тактовых импульсов, который этим же выходом соединен с входом измерителя частоты, входом кодировщика и входом делителя частоты, который первым выходом соединен с входом триггера, вторым выходом с еще одним входом триггера и входом реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с выходом второго генератора тактовых импульсов, а третий вход соединен с выходом триггера, который этим же выходом соединен с входом схемы дифференцирования, выход которой соединен со входом регистратора, второй вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, третий вход которого соединен с выходом кодировщика.4. Морская автономная донная сейсмическая станция по п.1, отличающаяся тем, что электрохимический размыкатель содержит электрод, выполненный из проволоки и закрепленный на скобе, сочлененной с корпусом герметического контейнера носителя геофизической аппаратуры и соединенной с силовой планкой, которая через рычажный механизм соединена с исполнительным механизмом, сочлененным с якорем-балластом.