УСТРОЙСТВО СБОРА ДАННЫХ, СНАБЖЕННОЕ СРЕДСТВОМ ОБНАРУЖЕНИЯ ОТКЛЮЧЕНИЯ НАБОРА, СОСТОЯЩЕГО ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ИЗ ОДНОГО АНАЛОГОВОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО ДАТЧИКА Российский патент 2018 года по МПК G01V1/16 G01V1/20 G01V1/22 G01R27/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Областью техники, к которой относится изобретение, является сбор сейсмических данных.

Более конкретно, изобретение относится к способу обнаружения частичного или полного отключения набора, состоящего по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, от устройства сбора данных, содержащего пару входных выводов, выполненных с возможностью соединения с этим набором по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика.

Конкретное применение изобретения связано с наземными системами сбора сейсмических данных.

Изобретение может применяться, в частности, в отрасли разведки нефти сейсмическим способом, но может быть применимо в любой области, осуществляющей сбор сейсмических данных.

Уровень техники

Системы сбора сейсмических данных традиционно используют кабельные сети, содержащие электронные блоки, к которым подключаются датчики движения грунта.

На фиг.1 схематично представлена система сбора сейсмических данных, соответствующая первому известному решению, основанному на использовании аналоговых датчиков 4.

Для упрощения, каждая ссылочная позиция 4 определяет аналоговый датчик и его соответствующий корпус и кожух (как уточняется ниже на фиг.2).

Чтобы собрать сейсмические данные (геофизические данные), один или множество сейсмических источников (не показаны на фиг.1), находящихся в контакте с грунтом, активируются, чтобы распространять всенаправленные последовательности сейсмических волн. Источники могут, среди прочих, состоять из взрывчатых веществ, падающих грузов, вибраторов или пневматических источников сейсмических сигналов в морских средах. Последовательности волн, отраженные уровнями нижнего горизонта, обнаруживаются аналоговыми датчиками 4, формирующими аналоговый сигнал, характеризующий отражение волн на геологических поверхностях раздела нижнего горизонта.

Для обозначения аналоговых датчиков 4 обычно используется термин "аналоговые сейсмоприемники". Как показано в примере на фиг.2, они обычно соединяются в группы датчиков двухпроводной линией 5 (или трехпроводной линией для последовательно-параллельной конфигурации), чтобы формировать группы, называемые "связками аналоговых сейсмоприемников" (или "связками сейсмоприемников") 33. С этой целью, каждый аналоговый сейсмоприемник монтируется в механическом корпусе (или картридже) 62. Этот механический корпус 62 аналогового датчика вставляется с механическими допусками в кожух 61 (изготовленный обычно из пластмассы), форма которого зависит от типа исследуемой области (болото, суша, …). Двухпроводная линия 5 обычно крепится к кожуху 61. Каждая из связок 33 соединяется с устройством 3 сбора данных. С этой целью, устройство 3 сбора данных также монтируется в механическом корпусе, содержащем соединитель 63 с двумя контактами, выполненный с возможностью стыковки с соединителем 64 того же самого типа, установленным на двухпроводной линии 5 (то есть на кабеле связки).

Для обозначения устройства 3 сбора данных обычно используется термин "цифровой блок". Они соединяются между собой с помощью беспроводных технологий или кабельной сетью (например, четырехпроводной линией), выполняют аналого-цифровое преобразование аналоговых сигналов, приходящих от групп датчиков, и посылают результирующие цифровые сейсмические данные на центральную систему 1 регистрации (также упоминаемую, используя термин "центральный блок обработки данных") через промежуточные устройства 2 сбора данных (также упоминаемые, используя термин "устройство концентратора"). Центральная система 1 регистрации обычно встроена в передвижную сейсмическую станцию. Устройства 3 сбора данных также выполняют другие функции, а именно: синхронизацию с центральной системой 1 регистрации, обработку сейсмического сигнала и сопряжение с цифровой сетью (то есть передачу сейсмических данных центральной системе 1 регистрации, прием и обработку команд, принятых от центральной системы 1 регистрации).

Расположение аналоговых сейсмоприемников для формирования связки 33 сейсмоприемников зависит от соотношения полезного уровня сигнала и уровня сигнала помехи и от требуемого уровня пространственной фильтрации, которые сами зависят от типа грунта и изменяются от одной экспедиции к другой.

Обычной практикой является сбор данных, последовательно и/или параллельно, от множества сейсмоприемников, чтобы сформировать связку 33 сейсмоприемников, поскольку:

- сейсмоприемники, соединенные последовательно, позволяют усиливать сигнал (чем слабее сигнал, тем больше должно быть количество Ns сейсмоприемников, соединенных последовательно; однако количество Ns не должно быть слишком большим, чтобы не перегрузить вход);

- сейсмоприемники, соединенные параллельно, позволяют получить низкий импеданс и быть устойчивыми к электрическим помехам.

Последовательная или параллельная конфигурация множества сейсмоприемников позволяет фильтровать шум (чем больше Вы хотите отфильтровать шум, тем большее количество сейсмоприемников должно быть включено последовательно Ns и/или параллельно Np; предельное значение является компромиссом между стоимостью и рабочими характеристиками).

В первом примере связка 33 сейсмоприемников содержит Ns сейсмоприемников, соединенных последовательно. Сопротивление этой связки 33 сейсмоприемников равно: Rstring=Rgeo×Ns, где Rgeo - сопротивление одного сейсмоприемника.

Во втором примере связка 33 сейсмоприемников содержит Np сейсмоприемников, соединенных параллельно. Сопротивление этой связки 33 сейсмоприемников равно:

Rstring=Rgeo/Np.

В третьем примере связка 33 сейсмоприемников содержит ветви Np, соединенные параллельно, причем каждая ветвь содержит Ns сейсмоприемников, соединенных последовательно. Сопротивление этой связки 33 сейсмоприемников равно:

Rstring=Rgeo×Ns/Np.

Можно рассмотреть много других примеров связок сейсмоприемников.

По причинам простоты и скорости реализации, упомянутые выше соединители 63, 64 (используемые для подключения каждой связки 33 сейсмоприемников к устройству 3 сбора данных) не имеют стопорного кольца. Чтобы добиться пространственной фильтрации, набор сейсмоприемников (аналоговых сейсмических датчиков), которые подключаются (через одну или несколько связок сейсмоприемников) к устройству сбора данных, обычно развертывается на сотнях квадратных метров и поэтому подчиняется многочисленным механическим ограничениям (транспортные средства, животные…) и климатическим ограничениям, которые могут вызвать неумышленное отключение всех или части связок сейсмоприемников или обрыв кабеля, соединяющего сейсмоприемники вместе друг с другом и с устройством сбора данных. Поэтому необходимо снабдить системных операторов решением, позволяющим дистанционно контролировать правильное соединение связок сейсмоприемников, чтобы позволить эксплуатировать или предупреждать о низком качестве данных, созданных устройством сбора данных. Эта предупреждающая информация может использоваться во время обработки полных данных.

Известное решение в настоящее время показано на фиг.3 и 4, на которых связка 33 сейсмоприемников соединяется с устройством 3 сбора данных, и устройство сбора данных выполнено с возможностью работы в режиме сбора данных (фиг.3) или в тестовом режиме (фиг.4). В этом примере связка 33 сейсмоприемников содержит пять сейсмоприемников 4, соединенных параллельно.

Устройство 3 сбора данных содержит:

- пару входных выводов 38а, 38b, к которым присоединяется связка 33 сейсмоприемников;

- пассивный фильтр 34 для фильтрации шума;

- аналого-цифровой преобразователь (ADC) 35;

- процессор 36 (например, микропроцессор или микроконтроллер);

- генератор тока 37а, 37b (показанный только на фиг.4, так как он используется только в тестовом режиме).

В режиме сбора данных, показанном на фиг.3, напряжение U между входными выводами 38а, 38b представляет полезный аналоговый сейсмический сигнал, сформированный набором сейсмоприемников 4 связки 33 сейсмоприемников. Упомянутый полезный сигнал, поступающий от сейсмоприемников, не содержит сигнала смещения. Процессор 36 обрабатывает сигнал 310, полученный в результате фильтрации (пассивным фильтром 34) и аналого-цифрового преобразования (ADC 35) этого полезного аналогового сейсмического сигнала, и формирует полезный цифровой сейсмический сигнал 39.

В тестовом режиме, показанном на фиг.4, ток I вводится генератором тока 37а, 37b в связку 33 сейсмоприемников. Напряжение U между входными выводами 38а, 38b представляет аналоговый тестовый сигнал, зависящий от эквивалентного сопротивления Req: U=Req*I, где Req - сопротивление, эквивалентное Rstring, параллельному с Rin, Rstring - сопротивление всего набора сейсмоприемников 4 связки 33 сейсмоприемников и Rin - входное сопротивление устройства 3 сбора данных:

.

Процессор 36 обрабатывает сигнал 41, полученный в результате фильтрации (пассивным фильтром 34) и аналого-цифрового преобразования (ADC 35) этого аналогового тестового сигнала, и формирует значение 40 для Rstring (поскольку I и Rin известны, значение Rstring может быть получено).

Упомянутое выше известное решение (показано на фиг.3 и 4) имеет несколько недостатков, подробно объясняемых ниже.

Измерение сопротивления Rstring (посредством введения тока) не может выполняться во время работы, то есть во время сбора данных, потому что это измерение взаимодействует с сейсмоприемниками (так как введенный ток I преобладает над полезным сейсмическим сигналом от сейсмоприемников). Поэтому измерение сопротивления Rstring обычно выполняется только два раза в день и когда система сбора сейсмических данных находится в дежурном режиме между двумя сборами сейсмических данных. Однако системы сбора данных все больше и больше используются с непрерывным (24 час/24 час) сбором данных, который не позволяет выполнять регулярный тест сопротивления, чтобы непрерывно обнаруживать любое случайное отключение всех или части связок 33 сейсмоприемников, которое может приводить к резкому ухудшению качества сейсмических сигналов.

Из-за изменений сопротивления Rstring как функции температуры и из-за несоразмерности значений сопротивления, известное решение может привести к ложным тревогам и обеспечивает хорошие результаты только при сравнении значения сопротивления, полученного заданным устройством сбора данных (с которым соединяется, например, одна связка сейсмоприемников), со средним значением измеренных значений сопротивления, полученных другими устройствами сбора данных (к каждому из который подключается, например, одна другая связка сейсмоприемников).

В известном решении делается абсолютное измерение сопротивления Rstring. Это абсолютное измерение должно быть точным, чтобы определить правильное количество присоединенных сейсмоприемников. Поэтому, чтобы быть устойчивым к шуму, необходимо вводить ток высокого уровня. Например, если мы рассматриваем связку сейсмоприемников, имеющую типичную конфигурацию с шестью сейсмоприемниками, соединенными параллельно, с целью непрерывно проверять, что существуют шесть присоединенных сейсмоприемников (то есть сопротивление связки сейсмоприемников: Rstring=Rgeo/6, где Rgeo - сопротивление каждого сейсмоприемника), мы должны быть способны измерять сопротивление Rstring связки сейсмоприемников с точностью до Rgeo/6 и сравнивать измеренное значение сопротивления с теоретическим значением сопротивления. Это означает высокую чувствительность к шуму и поэтому следует использовать ток высокого уровня.

Кроме того, если Вы учитываете влияния температуры на значение сопротивления (+/-20% от диапазона сопротивления), сравнение с теоретическим значением сопротивления невозможно. Поэтому необходимо делать сравнение с измеренными значениями сопротивления, полученными для всех других устройств сбора данных, что трудно и даже невозможно в контексте автономных устройств сбора данных.

Задачи изобретения

Изобретение по меньшей мере в одном варианте осуществления направлено специально на преодоление этих различных недостатков предшествующего уровня техники.

Более конкретно, задача по меньшей мере одного варианта осуществления состоит в обеспечении способа обнаружения частичного или полного отключения набора, состоящего по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика (сейсмоприемников, распределенных по одной или нескольким связкам сейсмоприемников), от устройства сбора данных, с возможностью обеспечения выполнения этого способа одновременно со сбором сейсмических данных.

Также задачей по меньшей мере одного варианта осуществления изобретения является обеспечение способа такого рода, который легко осуществляется при отсутствии дополнительных затрат и без полевых ограничений.

Другой задачей по меньшей мере одного варианта осуществления изобретения является обеспечение способа такого рода, который не требует знания измеренных значений, полученных другими устройствами сбора данных, и является поэтому совместимым с использованием автономных устройств сбора данных.

Дополнительной задачей по меньшей мере одного варианта осуществления изобретения является обеспечение способа такого рода, который не требует введения тока высокого уровня.

Другая задача по меньшей мере одного варианта осуществления изобретения состоит в обеспечении способа такого рода, на который не влияют изменения температуры.

Раскрытие изобретения

Частный вариант осуществления изобретения предлагает устройство сбора данных, содержащее пару входных выводов, выполненных с возможностью присоединения к набору, состоящему по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, формирующего полезный сейсмический сигнал, и средство обнаружения отключения, выполненное с возможностью обнаруживать частичное или полное отключение набора, состоящего по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика. Средство обнаружения отключения содержит:

- средство введения тока низкого уровня в набор, состоящий по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, для формирования сигнала смещения, частично зависящего от электрического сопротивления набора, состоящего по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, и добавляемого к полезному сейсмическому сигналу, причем упомянутый сигнал смещения занимает только часть рабочего диапазона устройства сбора данных;

- аналого-цифровой преобразователь и средство фильтрации для преобразования и фильтрации напряжения, измеренного на паре входных выводов, для получения измеренного значения сигнала смещения;

- и:

* средство анализа изменения во времени измеренного значения сигнала смещения и включения тревоги, если удовлетворяется заданное условие,

* или средство для передачи измеренного значения сигнала смещения удаленному устройству, выполненному с возможностью анализа изменения во времени измеренного значения сигнала смещения и включения тревоги, если удовлетворяется заданное условие.

Общий принцип заключается в замене измерения абсолютного сопротивления (со сравнением с теоретическим значением сопротивления) измерением относительного сопротивления (с анализом изменения во времени сигнала смещения). Быстрое изменение сопротивления (Rstring) всего набора аналогового сейсмического датчиков или датчиков элементов будет замечено, и включится тревога (чтобы указать отключение).

Так как решение основано на изменении во времени, а не на абсолютном значении, нет необходимости в такой высокой точности, как в решении на предшествующем уровне техники. С помощью настоящего изобретения мы делаем непрерывное измерение относительно предшествующих значений (факторы ошибок, которые остаются постоянными от одного момента к другому, компенсируют друг друга), в то время как в решении на предшествующем уровне техники выполняется абсолютное измерение и результат этого измерения сравнивается с теоретическим значением. Тестовый сигнал (то есть сигнал смещения), соответствующий настоящему изобретению, может иметь более низкий уровень, чем тестовый сигнал в решении на предшествующем уровне техники (как подробно описано ниже, это позволяет избежать влияния на амплитуду полезного сейсмического сигнала). Становится возможным выполнять обнаружение отключения непрерывно и одновременно со сбором данных.

Кроме того, устройство сбора данных принимает решение о включении тревоги независимо от других устройств сбора данных, поэтому предложенное решение является совместимым с использованием автономных устройств сбора данных.

В соответствии с частным признаком, средство фильтрации содержит цифровой фильтр верхних частот, имеющий частоту среза, позволяющую разделить сигнал смещения и полезный сейсмический сигнал, соответственно, ниже и выше частоты среза.

Таким образом, фильтрация легко выполняется.

В соответствии с частным признаком, средство фильтрации содержит цифровой фильтр с бесконечной импульсной характеристикой.

Таким образом, фильтрация легко выполняется. Кроме того, цифровой фильтр с бесконечной импульсной характеристикой (IIR) может выполнять усреднение, которое удаляет шум.

В первой частной реализации заданным условием является проверка того, что амплитуда измеренного значения сигнала смещения превышает порог.

Таким образом, можно легко выполнять включение тревоги.

Если заданная продолжительность времени является достаточно короткой (по сравнению со скоростью изменения сопротивления как функции температуры), на предложенный способ не влияют изменения температуры.

При этой первой частной реализации (обнаружение превышения порогового значения) могут иметь место температурные дрейфы, которые могут уводить значение сигнала смещения (Voffset) выше порога и, таким образом, вызывать ложную тревогу.

Во второй частной реализации определяющим условием является проверка того, что абсолютное значение крутизны измеренного значения сигнала смещения превышает порог.

Таким образом, это решение (обнаруживающее изменение значения крутизны) является оптимальным, потому что оно быстрое (критерием является крутизна, выраженная в мВ/с). Затем, по сравнению с вышеупомянутой первой частной реализацией, можно ввести более низкое значение тока для создания сигнала смещения (Voffset). Это позволяет не требовать введения большого смещения и, таким образом, занимать лишь малую часть рабочего диапазона (Vfullscale) устройства сбора данных (который определяется рабочим диапазоном аналого-цифрового преобразователя).

В соответствии с частным признаком, отношение R между сигналом смещения и рабочим диапазоном аналого-цифрового преобразователя удовлетворяет соотношению: О<R<99%.

Это позволяет выполнять обнаружение отключения непрерывно и одновременно со сбором данных.

В соответствии с частным признаком, R<1%.

Это позволяет обнаруживать очень малое изменение амплитуды полезного сигнала. Другими словами, обнаружение отключения выполняется непрерывно и одновременно со сбором данных, но не влияет на сбор данных.

В соответствии с частным признаком, R>(SNRoffset/Vfullscale)*(Req/dR), где:

- SNRoffset - шум измерительных электронных устройств, содержащийся в аналого-цифровом преобразователе;

- Vfullscale - рабочий диапазон аналого-цифрового преобразователя;

- Req - эквивалентное электрическое сопротивление для электрического сопротивления набора по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, параллельного входному сопротивлению устройства сбора данных; и

- dR - разрешающая способность обнаружения, то есть минимальное изменение сопротивления, которое должно быть обнаружено.

Таким образом, выбирая для отношения значение, близкое к предельному значению, можно минимизировать значение сигнала смещения (и поэтому максимизировать значение полезного сигнала).

Другой вариант осуществления изобретения предлагает способ обнаружения частичного или полного отключения набора, состоящего по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, формирующего полезный сейсмический сигнал и соединенного с парой входных выводов устройства сбора данных. Способ содержит этапы, на которых:

- вводят малый ток в набор, состоящий по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, для формирования сигнала смещения, частично зависящего от электрического сопротивления набора, состоящего по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, и добавляемого к полезному сейсмическому сигналу, причем упомянутый сигнал смещения занимает только часть рабочего диапазона устройства сбора данных;

- фильтруют напряжение, измеренное на паре входных выводов, для получения измеренного значения сигнала смещения;

- анализируют изменение во времени измеренного значения сигнала смещения и включают тревогу при соблюдении заданного условия.

Предпочтительно способ содержит этапы, соответствующие реализации различных средств устройства сбора данных, как описано выше, в любом из его различных вариантов осуществления.

Краткое описание чертежей

Другие признаки и преимущества вариантов осуществления изобретения будут понятны из последующего описания, представленного посредством иллюстративных и не создающих ограничений примеров и прилагаемых чертежей, на которых:

Фиг.1 - сейсмическая система сбора данных, соответствующая предшествующему уровню техники, основанная на использовании аналоговых датчиков;

Фиг.2 - соединение между связкой аналоговых сейсмоприемников и устройством сбора данных, соответствующее предшествующему уровню техники;

Фиг.3 и 4 - решение, соответствующее предшествующему уровню техники, для обнаружения частичного или полного отключения набора, состоящего по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, от устройства сбора данных;

Фиг.5 - решение, соответствующее конкретному варианту осуществления изобретения, для обнаружения частичного или полного отключения набора, состоящего по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, от устройства сбора данных; и

Фиг.6 - пример глобального сигнала (сумма полезного сейсмического сигнала и сигнала смещения) и соответствующего сигнала смещения, поясняющий работу устройства сбора данных, показанного на фиг.5.

Подробное раскрытие

На всех чертежах в настоящем документе идентичные элементы и этапы обозначаются одними и теми же цифровыми ссылочными позициями.

Фиг.1-4, относящиеся к предшествующему уровню техники, уже были описаны выше и не будут обсуждаться снова.

Теперь, со ссылкой на фиг.5, мы представляем устройство 51 сбора данных, соответствующее частному варианту осуществления изобретения, позволяющее обнаруживать частичное или полное отключение набора, состоящего по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика 4.

В примере, показанном на фиг.5, а также на фиг.3 и 4, предполагается, что связка 33 сейсмоприемников (содержащая пять сейсмоприемников 4) соединяется с устройством сбора данных.

Устройство сбора данных 51 содержит:

- пару входных выводов 58а, 58b (идентичных паре входных выводов 38а, 38b на фиг.3 и 4), с которыми соединяется связка 33 сейсмоприемников;

- пассивный фильтр 54 (идентичный пассивному фильтру 34 на фиг.3 и 4) для фильтрации шума;

- аналого-цифровой преобразователь (ADC) 55 (идентичный ADC 35 на фиг.3 и 4);

- процессор 56 (например, микропроцессор или микроконтроллер);

- средство для ввода малого тока в связку 33 сейсмоприемников, содержащее два резистора R1 и R2 с высоким значением сопротивления. Резистор R1 соединяется с электрическим потенциалом V с одной стороны и входным выводом 58а с другой стороны. Резистор R2 соединяется с входным выводом 58b с одной стороны и электрическим потенциалом V с одной стороны и с корпусом с другой стороны.

Для электрического потенциала V возможно просто использовать напряжение электропитания, уже присутствующее на печатной плате устройства сбора данных.

Благодаря малому значению тока, вводимому через резисторы R1 и R2, набор сейсмоприемников 4 связки 33 сейсмоприемников формирует аналоговый сигнал смещения Voffset (то есть сигнал постоянного тока), частично зависящий от электрического сопротивления Rstring всего набора сейсмоприемников 4 связки 33 сейсмоприемников.

Фактически, мы имеем:

,

где Voffset равно напряжению U между входными выводами 58а, 58b, когда нет никакого аналогового сейсмического сигнала (то есть никакого сигнала переменного тока),

и Req - сопротивление, эквивалентное Rstring, параллельному Rin (Rin является входным сопротивлением устройства 51 сбора данных):

.

Теперь мы подробно описываем три примера в числах, полагая V=4,9В, R1=R2=3,9 МОм, Rgeo=500 Ом и Rin=20 кОм.

В первом примере связка 33 сейсмоприемников содержит Ns сейсмоприемников, соединенных последовательно. Rstring=Rgeo×Ns.

- Если мы рассматриваем Ns=6 при нормальной работе, мы имеем:

Voffset=l,63 мВ.

- Если мы рассматриваем Ns=5 после отсоединения одного сейсмоприемника, мы имеем: Voffset=l,395 мВ.

Во втором примере связка 33 сейсмоприемников содержит Np сейсмоприемников, соединенных параллельно. Rstring=Rgeo/Np.

- Если мы рассматриваем Np=6 при нормальной работе, мы имеем: Voffset=0,000521 мВ.

- Если мы рассматриваем Np=5 после отсоединения одного сейсмоприемника, мы имеем: Voffset=0,000625 мВ.

В третьем примере связка 33 сейсмоприемников содержит Np параллельных ветвей и каждая ветвь содержит Ns сейсмоприемников, соединенных последовательно.

- Если мы рассматриваем три ветви (Np=3), каждая из которых содержит 12 сейсмоприемников (Ns=12) при нормальной работе, мы имеем: Voffset=1,1419 мВ.

- Если мы рассматриваем отключение одного сейсмоприемника в одной ветви (то есть две ветви по двенадцать сейсмоприемников и в одной ветви одиннадцать сейсмоприемников: Rstring=Rgeo×12/2//Rgeo×11=6Rgeo//11Rgeo=6*11/(6+11)Rgeo=3,88Rgeo), мы имеем: Voffset=1,1113 мВ

Во время сбора данных аналоговый сигнал смещения Voffset (то есть сигнал постоянного тока) прибавляется к полезному аналоговому сейсмическому сигналу Vuseful (то есть сигналу переменного тока), также сформированному набором сейсмоприемников 4 связки 33 сейсмоприемников. Таким образом, во время сбора данных напряжение U, измеренное на паре входных выводов 58 a, 58b, является аналоговым глобальным сигналом, полученным в результате сложения полезного аналогового сейсмического сигнала Vuseful (сигнала переменного тока) и аналогового сигнала смещения (сигнала постоянного тока). Как ранее замечено, напряжение U равно Voffset, когда нет сигнала переменного тока.

Параметры (I, Rin, Rstring) выбираются так, чтобы отношение R между аналоговым сигналом смещения Voffset и рабочим диапазоном (Vfullscale) аналого-цифрового преобразователя 55 (то есть R=VofTset/Vfullscale), удовлетворяло соотношению: 0<R≤99%.

Предпочтительно R≤1%. Это позволяет работать с очень малыми изменениями амплитуды полезного сигнала Vuseful (если мы полагаем, что максимальная амплитуда полезного сигнала задается как: Vfullscale минус максимальная амплитуда сигнала смещения Voffset). Другими словами, обнаружение отсоединения может выполняться непрерывно и одновременно со сбором данных, но без влияния на сбор данных.

Также предпочтительно R>(SNRoffset/Vfullscale)*(Req/dR), где:

- SNRoffset - шум измерительных электронных устройств, содержащихся в аналого-цифровом преобразователе 55;

- dR - разрешающая способность обнаружения, то есть минимальное изменение сопротивления, которое должно обнаруживаться (например, чтобы обнаружить потерю одного сейсмоприемника в связке из шести сейсмоприемников, соединенных параллельно, мы имеем: dR=Rgeo/6-Rgeo/5=-Rgeo/30).

Процессор 56 обрабатывает сигнал 510, полученный в результате фильтрации (пассивным фильтром 54) и аналого-цифрового преобразования (ADC 55) этого глобального аналогового сигнала. Как подробно описано ниже, процессор 56 формирует цифровой полезный сейсмический сигнал 59а, цифровой сигнал 59b смещения и сигнал 59с тревоги.

На фиг.6 показан пример такого сигнала 510 (упомянутого выше глобального сигнала) и соответствующего сигнала 59b смещения и полезного сейсмического сигнала 59а (последний получен фильтрацией сигнала смещения). В этом примере мы предполагаем, что отключение происходит во время t_d, как указано ссылочной стрелкой 62.

Более точно, процессор 56 выполняет следующие два основных этапа (с помощью выполнения набора команд управляющей программы, хранящихся на несъемном считываемом компьютером носителе данных):

- цифровая фильтрация сигнала 510, чтобы получить цифровой сигнал 59b смещения (то есть измеренное значение сигнала смещения) и полезный цифровой сейсмический сигнал 59а (то есть измеренное значение полезного сейсмического сигнала); и

- анализ изменения во времени измеренного значения цифрового сигнала 59b смещения, позволяющий включить сигнал 59с тревоги, если определяющее условие удовлетворяется.

В первой реализации определяющим условием является проверка, что амплитуда цифрового сигнала 59b смещения выше первого порога S1 включения тревоги (ссылочная позиция 61 на фиг.6). Другими словами, тревога включается, если обнаруживается аномальное изменение цифрового сигнала 59b смещения.

Во второй реализации определяющим условием является проверка, что абсолютное значение крутизны (в мВ/с) цифрового сигнала 59b смещения выше второго порога S2 включения тревоги. Если величина порога включения тревоги выбирается соответственно (например, S2=dR×IB/с, где dR - минимальное значение сопротивления, которое должно обнаруживаться, и I - введенный ток), тревога включается, если обнаруживается аномально быстрое изменение цифрового сигнала 59b смещения.

Другие реализации могут быть предусмотрены, не отступая от объема настоящего изобретения. Независимо от реализации, идея состоит в обнаружении, непрерывно и одновременно со сбором сейсмических данных, любого аномального изменения цифрового сигнала 59b смещения и, следовательно, электрического сопротивления Rstring всего набора сейсмоприемников 4 связки 33 сейсмоприемников.

В частном варианте осуществления цифровая фильтрация сигнала 510, выполняемая процессором 56, осуществляется посредством цифрового фильтра с IIR ("бесконечной импульсной характеристикой"), то есть цифрового фильтра верхних частот, имеющего частоту среза, позволяющую разделить цифровой сигнал 59b смещения (который ниже частоты среза) и полезный цифровой сейсмический сигнал 59а (который выше частоты среза). Цифровой фильтр с IIR предпочтителен по сравнению с цифровым фильтром с FIR ("конечной импульсной характеристикой"). Действительно, для такого фильтра верхних частот с очень низкой частотой среза, как FIR, временная нагрузка для вычислений должна быть намного выше из-за большого количества коэффициентов.

В первой реализации процессор 56 выполняет следующее вычисление для последовательности выборок, чтобы обработать Filterin:

FilterOut(t)=Filterin(t)+Alpha*FilterOut (t-1).

Частота среза является настраиваемой путем регулировки параметра Alpha.

Во второй реализации, более эффективной с точки зрения требующихся вычислительных ресурсов и того, что она напрямую дает значение смещения, выполняется следующее вычисление:

FilterOut(t)=Filterin(t)-Alpha * SUM (t-1),

где SUM(t)=FilterOut(t)+SUM (t-1)

и Alpha - коэффициент, определяющий частоту среза.

В обеих реализациях фильтр непрерывно удаляет смещение в режиме реального времени из необработанных собранных данных, чтобы получить полезный сейсмический сигнал. Извлеченное значение смещения непрерывно контролируется и говорят, что аномальная флюктуация этого значения, которая не может быть связана ни с каким обычным дрейфом (из-за температуры, старения или чего угодно другого), имеет место за счет случайного отключения одного или более сейсмоприемников в связке сейсмоприемников (смотрите выше примеры определяющего условия, используемого для включения тревоги).

Значение смещения в момент t напрямую дается следующим выражением:

Смещение (t)=Alpha * SUM (t).

В альтернативном варианте осуществления (не показан) процессор 56 выполняет только цифровую фильтрацию сигнала 510 и передает цифровой сигнал 59b смещения и цифровой полезный сейсмический сигнал 59а на удаленное устройство. Это удаленное устройство выполняет анализ изменения во времени цифрового сигнала 59b смещения и включает сигнал 59с тревоги, если определяющее условие удовлетворяется.

В другом альтернативном варианте осуществления (не показан) устройства сбора данных, упомянутые выше два основных этапа (цифровая фильтрация сигнала 510 и анализ изменения во времени измеренного значения цифрового сигнала 59b смещения, позволяющий включать сигнал 59 с тревоги, если удовлетворяется определяющее условие) выполняются не процессором 56, а одним или несколькими специализированными устройствами или компонентами, содержащимися в устройстве сбора данных, такими как FPGA ("программируемая логическая интегральная схема, ПЛИС"), ASIC ("специализированная интегральная схема") или любой специализированный аппаратурный компонент. Другими словами, изобретение не ограничивается только основанной на программном обеспечении реализацией (например, в процессоре), в форме команд компьютерной программы, но оно может также быть осуществлено в форме аппаратурного обеспечения или в любой форме, объединяющей часть аппаратурного обеспечения и часть программного обеспечения.

В другом альтернативном варианте осуществления (не показан) устройства сбора данных средство для введения тока с низким значением (в связку 33 сейсмоприемников) содержит генератор тока (идентичный генератору тока 37а, 37b на фиг.4), который заменяет Rl, R2 и V в варианте осуществления, показанном на фиг.5. Уровень тока регулируется, чтобы создать тот же самый уровень смещения:

Напряжение смещения, создаваемое в эквивалентном резисторе Req (резистор Rstring, параллельный с Rin):

Voffiset=I×Req,

где

.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано в процессе проведения сейсморазведочных работ. Предлагается устройство сбора данных, содержащее пару входных выводов, выполненных с возможностью соединения с набором, состоящим по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, формирующего полезный сейсмический сигнал, и средство обнаружения отключения для обнаружения частичного или полного отключения набора, состоящего по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика. Средство обнаружения отключения содержит средство введения малого тока в набор, состоящий по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, для формирования сигнала смещения, частично зависящего от электрического сопротивления набора, состоящего по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, и добавляемого к полезному сейсмическому сигналу, причем сигнал смещения занимает только часть рабочего диапазона устройства сбора данных. Средство обнаружения отключения также содержит аналого-цифровой преобразователь и средство фильтрации для преобразования и фильтрации напряжения, измеренного на паре входных выводов, для получения измеренного значения сигнала смещения, и либо средство анализа изменения во времени измеренного значения сигнала смещения и включения сигнала тревоги при выполнении заданного условия, либо средство передачи измеренного значения сигнала смещения на удаленное устройство, выполненное с возможностью анализа изменения во времени измеренного значения сигнала смещения и включения тревоги при выполнении заданного условия. Технический результат – повышении точности получаемых данных. 2 н. и 7 з.п. ф -лы, 6 ил.

1. Устройство сбора данных, содержащее пару входных выводов, выполненных с возможностью соединения с набором, состоящим по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, формирующего полезный сейсмический сигнал, и средство обнаружения отключения, выполненное с возможностью обнаруживать частичное или полное отключение набора, состоящего по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, при этом средство обнаружения отключения содержит:

средство для ввода малого тока в набор, состоящий по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, для формирования сигнала смещения, частично зависящего от электрического сопротивления набора, состоящего по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, и добавляемого к полезному сейсмическому сигналу, причем упомянутый сигнал смещения занимает только часть рабочего диапазона устройства сбора данных;

аналого-цифровой преобразователь и средство фильтрации для преобразования и фильтрации напряжения, измеренного на паре входных выводов, для получения измеренного значения сигнала смещения;

и:

либо средство для анализа изменения во времени измеренного значения сигнала смещения и включения сигнала тревоги при выполнении заданного условия,

либо средство для передачи измеренного значения сигнала смещения удаленному устройству, выполненному с возможностью анализа изменения во времени измеренного значения сигнала смещения и включения сигнала тревоги при выполнении заданного условия.

2. Устройство сбора данных по п.1, в котором средство фильтрации содержит цифровой фильтр верхних частот, имеющий частоту среза, позволяющую разделить сигнал смещения и полезный сейсмический сигнал соответственно ниже и выше частоты среза.

3. Устройство сбора данных по п.1, в котором средство фильтрации содержит цифровой фильтр с бесконечной импульсной характеристикой.

4. Устройство сбора данных по п.1, в котором заданным условием является проверка того, что амплитуда измеренного значения сигнала смещения выше порога.

5. Устройство сбора данных по п.1, в котором заданным условием является проверка того, что абсолютное значение крутизны измеренного значения сигнала смещения выше порога.

6. Устройство сбора данных по п.1, в котором отношение R между сигналом смещения и рабочим диапазоном аналого-цифрового преобразователя удовлетворяет соотношению: 0<R≤99%.

7. Устройство сбора данных по п.6, в котором: R≤1%.

8. Устройство сбора данных по любому из пп.6 и 7, в котором: R>(SNRoffset/Vfullscale)*(Req/dR), где:

SNRoffset - шум измерительных электронных устройств, содержащихся в аналого-цифровом преобразователе;

Vfullscale - рабочий диапазон аналого-цифрового преобразователя;

Req - эквивалентное электрическое сопротивление для электрического сопротивления набора, состоящего по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, параллельного входному сопротивлению устройства сбора данных; и

dR - разрешающая способность обнаружения, то есть минимальное изменение сопротивления, которое должно обнаруживаться.

9. Способ обнаружения частичного или полного отключения набора, состоящего по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, формирующего полезный сейсмический сигнал и соединенного с парой входных выводов устройства сбора данных, в котором упомянутый способ содержит этапы, на которых:

вводят малый ток в набор, состоящий по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика для формирования сигнала смещения, частично зависящего от электрического сопротивления набора, состоящего по меньшей мере из одного аналогового сейсмического датчика, и прибавляемого к полезному сейсмическому сигналу, причем упомянутый сигнал смещения занимает только часть рабочего диапазона устройства сбора данных;

фильтруют напряжение, измеренное на паре входных выводов, для получения измеренного значения сигнала смещения;

анализируют изменение во времени измеренного значения сигнала смещения и включают тревогу при выполнении заданного условия.