ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СЕЙСМОРЕГИСТРИРУЮЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ МОРСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ Российский патент 2022 года по МПК G01V1/38 G01V1/22 

Телеметрическая сейсморегистрирующая система для морских исследований относится к сейсморазведке, а точнее, к техническим средствам регистрации сейсмических сигналов искусственного происхождения.

Может быть использовано, в частности, в системах с применением буксируемых ошлангованных геленаполненных многоканальных секционированных устройств для регистрации результатов морской сейсморазведки глубоких горизонтов.

Известно многоканальное цифровое устройство [1] для морских сейсмических исследований, содержащее источник упругих колебаний, приемно-регистрирующий блок, совокупность канальных кодирующих блоков, каждый включающий сейсмический приемник, последовательно соединенные сейсмический усилитель и аналогово-цифровой преобразователь, выходы каждого соединены с приемным регистром регистрирующего блока.

Недостатком устройства является сложность состава буксируемого устройства, снижающая его надежность и одновременно исключающая его ремонт в полевых условиях на судне.

Известно устройство [2] для многоканальных морских сейсмических исследований, содержащее в буксируемой части акустический источник, линию передачи кодов, линию синхронизации и в каждом канале устройство кодирования сейсмосигналов, состоящее из последовательного соединения сейсмоприемников и аналого-цифрового преобразователя, а в бортовой части синхронизатор и устройство записи.

Реализация буксируемой части многоканальной приемной системы по данному изобретению представляет собой многоканальную ошлангованную протяженную систему последовательно включенных кодирующих станций в виде секций, подключенных с помощью линий передачи кодов к цифровому регистратору бортовой части системы.

Недостатком устройства является размещение в составе буксируемого, заполненного гелем шланга, сложных электронных узлов, снижающих надежность устройства, и практическая неремонтопригодность в условиях на борту судна.

Известно устройство [3] для регистрации сейсмической информации в цифровом виде, включающее буксируемую и бортовую части, причем каждый канал буксируемой части состоит из шланговой секции с двумя электроразъемами на концах, заполненной жидким диэлектриком, внутри которой находятся линии передачи данных, синхронизации и управления, а также не менее, чем один пьезоэлектрический гидрофон, соединенный с активным полосовым фильтром, и из присоединенного к секции посредством электроразъема электронного модуля с двумя дополнительными электроразъемами, каждый содержит последовательно соединенные усилитель и аналого-цифровой преобразователь, соединенные с линиями управления, синхронизации и передачи данных в бортовую часть устройства.

Данное устройство принято в качестве прототипа.

Недостатком устройства является ограничение глубины зондирования в связи с ограничением регистрируемого уровня сигналов сейсмоприемни-ков, передаваемых через контакты соединительного разъема на уровне 1 мВ [4, 5, б], тогда как минимальный уровень реального сигнала датчика составляет менее 2 мкВ [7].

Целью предлагаемого изобретения является увеличение глубины зондирования путем расширения динамического диапазона регистрируемых сигналов сейсмоприемника до уровня 1 мкВ.

Цель достигается тем, что в известное устройство каждой секции в составе протяженной буксируемой сейсмоприемной системы, содержащей включенный в каждом канале сейсмоприемник и присоединенный к каждой секции посредством электроразъема электронный модуль (контроллер секции), содержащий полосовой фильтр, аналого-цифровой преобразователь, подключенный к линии передачи данных в бортовую часть, дополнительно вводятся преобразователь аналогового сигнала сейсмоприемника на базе операционного усилителя, обеспечивающий путем суммирования его с опорным сигналом постоянного уровня превышение уровня межконтактного перехода разъемного соединителя во всем диапазоне изменения сигнала датчика на передающей стороне разъема, и преобразователь, вычитающий опорный сигнал на приемной стороне в контроллере секции, с последующим цифровым преобразованием восстановленного сигнала сейсмоприемника и передачей его в цифровом формате, например Ethernet, в бортовую систему регистрации.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает неискаженную передачу аналоговых сигналов сейсмоприемника приемной системы через контакты разъемного соединителя в контроллер в диапазоне до 10^-6 В с сохранением высокой надежности и ремонтопригодности системы.

Сравнительный анализ заявленного технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «новизна».

Из патентной и научно-технической литературы неизвестны вышеуказанные отличительные признаки заявляемого устройства в предлагаемой совокупности, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «изобретательский уровень».

Заявляемое устройство позволяет, в частности, обеспечить технологичность и эксплуатационную надежность устройства без специальных средств, используя те из них, которые уже применяются для его реализации. При этом обеспечивается необходимое условие для реализации заявляемого устройства и безопасной работы с ним.

Таким образом, заявляемое устройство удовлетворяет критерию «промышленная применяемость».

Заявляемое устройство поясняется чертежами, где изображены схема телеметрической сейсморегистрирующей системы для морских исследований (рисунок 1) и модуль межсекционного соединителя (рисунок 2).

На рисунках использованы следующие обозначения:

1 - исследовательское судно;

2 - бортовая часть цифрового устройства;

3 - цифровое устройство управления;

4 - канал управления;

5 - канал синхронизации;

6 - канал регистрации;

7 - устройство акустического зондирования;

8 - источник акустических сигналов;

9 - линии управления;

10 - линии синхронизации;

11 - линии регистрации данных;

12 - многоконтактный герметичный разъем;

13 - межсекционная соединительная муфта;

14 - секция приемной косы;

15 - шланговый соединитель;

16 - контроллер секции;

17 - резьбовая соединительная втулка;

18 - отрезок линий управления;

19 - отрезок линий синхронизации;

20 - отрезок линий регистрации данных;

21 - сейсмоприемник;

22 - пьезоэлектрический гидрофон;

23 - согласующий усилитель;

24 - преобразователь уровня сигналов сейсмоприемника;

25 - преобразователь уровня входного сигнала в контроллер;

26 - операционный усилитель;

27-28 - резисторы отрицательной обратной связи;

29 - инвертирующий вход операционного усилителя;

30 - выход сейсмоприемника;

31-32 - контакты разъемного соединителя;

33 - разъемный соединитель в сборе;

34 - неинвертирующий вход операционного усилителя;

35 - источник опорного сигнала;

36 - полосовой фильтр;

37 - аналого-цифровой преобразователь;

38 - контроллер Ethernet;

39 - устройство передачи данных;

40 - выход преобразователя на принимающей стороне;

41 - шланг приемной секции.

Заявляемое устройство (рисунок 1) представляет размещенную на судне 1 бортовую часть 2 системы регистрации данных морской сейсморазведки в составе цифрового устройства 3 с каналами управления 4, синхронизации 5 и регистрации 6, устройства акустического зондирования 7 с источником акустических сигналов 8 и буксируемую часть, в составе протяженной многоканальной секционированной сейсмоприемной косы в составе с контроллерами 16 секций, последовательно соединенных между собой с помощью межсекционных муфт 13 (рисунок 2) секций 14 с установленными в каждой аналоговыми сейсмоприемниками 21 по числу каналов в секции, последовательно соединенными в каждом канале с вновь введенным преобразователем 24 уровня сигналов сейсмоприемников, подключенными с помощью многоконтактного герметичного разъема 12 на вход вновь введенного в состав каждого канала каждого контроллера 16 преобразователя 25 уровня выходных сигналов секции 14, с выхода которого после преобразования с помощью аналого-цифрового преобразователя 37 устройства передачи данных 39 через контроллер 38 сигнал в цифровом формате, например Ethernet, транслируется по высокоинформативному каналу регистрации данных 6 в цифровое устройство управления 3.

Телеметрическая сейсморегистрирующая система для морских исследований содержит установленную на борту исследовательского судна 1 бортовую часть 2 в составе цифрового устройства управления 3, например программно-управляемого компьютера, с каналами 4, 5 и 6 подключения линий управления, синхронизации и регистрации данных, соединенного с помощью соответствующих проводных линий 9, 10, 11 и многоконтактного герметичного разъема 12 с буксируемой частью системы, и устройством акустического зондирования 7 с источником акустических сигналов 8 и буксируемую часть в виде протяженной многоканальной ошлангованной 41 сейсмопри-емной косы в составе последовательно соединенных между собой с помощью межсекционных муфт 13 заполненных жидким диэлектриком секций 14, каждая со шланговым соединителем 15 на обоих концах, с подключенным контроллером секции 16, размещенным в составе межсекционной муфты 13, и закрепленным на обоих концах резьбовыми втулками 17, отрезками линий управления 18, синхронизации 19, регистрации данных 20, сейсмоприемниками 21, по числу каналов в секции, каждый в составе пьезоэлектрического гидрофона 22 с согласующим усилителем 23, вновь введенным в каждый канал преобразователем 24 уровня сейсмосигнала, и, в состав каждого канала контроллера 16, соединенного с каждой секцией с помощью шлангового соединителя 15, преобразователем 25 уровня входного сигнала в контроллер, выполненных в виде операционного усилителя 26 с резистивной отрицательной обратной связью 27-28 с единичным коэффициентом передачи, инвертирующий вход 29 которого на передающей стороне подключен к выходу 30 сейсмоприемника 21, а на принимающей стороне через контакты 31-32 разъемного соединителя 33 к выходу преобразователя 24 уровня сейсмосигнала, неинвертирующий вход 34 которого подключен к источнику опорного сигнала 35, выход 40 преобразователя 25 через последовательно соединенные полосовой фильтр 36, аналого-цифровой преобразователь 37 и контроллер Ethernet 38 устройства передачи данных 39, в цифровом формате, например Ethernet, подключен через высокоинформативный канал 6 регистрации данных к цифровому устройству управления 3.

Устройство работает следующим образом. Сейсмоакустический сигнал, возбужденный источником 8, по заданной программе зондирования формирует сигнал «отметки момента» (начало регистрации), в свою очередь, запускающий программу формирования временных интервалов регистрации -момент запуска, время задержки регистрации, время регистрации и период повторного излучения (зондирования), по истечении которого процесс повторяется, при этом формируемый каналами приемной системы (косы) электрический аналоговый сигнал сейсмоприемника 21 каждого канала поступает на инвертирующий вход 29 операционного усилителя преобразователя 24 уровня сигналов сейсмоприемника 21 секции 14, неинвертирующий вход 34 операционного усилителя, в свою очередь, подключен к источнику 35 опорного сигнала высокого уровня, превышающего максимальный уровень сигнала сейсмоприемника на величину превышающую уровень контактного перехода контактов 31-32 разъемного соединителя 33, соединяющего секцию 14 с контроллером 16, выходной суммированный сигнал каждого канала секции 14 поступает на инвертирующий вход 29 операционного усилителя преобразователя 25 уровня входного сигнала в контроллер 16, неинвертирующий вход 34 операционного усилителя подключен к источнику 35 опорного сигнала.

При условии:

- выходной сигнал датчика равен ±е;

- уровень опорного сигнала равен U₀;

Выходной сигнал преобразователя 24 равен:

Выходной сигнал 40 преобразователя 25 равен:

представляет восстановленный исходный сигнал сейсмоприемника 21, поступающий после цифрового преобразования по каналу 6 регистрации в цифровое устройство управления 3.

е - выходной сигнал 30 датчика (сейсмоприемника 21);

U₀ - опорный сигнал источника 35;

U₂₄ - выходной сигнал преобразователя 24;

U₄₀- выходной сигнал преобразователя 25.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № SU 1037317 А, кл. G08C 19/28, 1982.

2. Авторское свидетельство СССР № SU 558236 А1, кл. G01V 1/24, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР № SU 1385113 А1, кл. G01V 1/22, 1986. (прототип).

4. И.Б. Бондаренко, Ю.А. Гатчин, Н.Ю. Иванова, А.А. Шилкин. Соединители и коммуникационные устройства. Учебное пособие. ИТМО С.Петербург, 2007 г.

5. Леонид Сафонов, Александр Сафонов. Электрические прямоугольные соединители. Анализ физических процессов в контактах. Технологии в электронной промышленности №б, 2007 г.

6. Классификация электрических соединителей. URL: http://www.Stud.izhdv.ru/rir/58.htm.

7. DigiSTREAMER Интегрированная система сбора морских сейсмических данных. США, Техас, г. Стаффорд. Рекламный проспект.

Источники дополнительной информации

1. Авторское свидетельство СССР №684479, кл. G01V 1/28, кл. G 01 S 9/60, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР №803677, кл. G01V 1/24,1979.

3. Авторское свидетельство СССР №972431, кл. G01V 1/22,1980.

4. Авторское свидетельство СССР № SU 1040931 А, кл. G01V 1/38, 1981.

5. Авторское свидетельство СССР №995045, кл. G01V 1/22,1981.

6. Авторское свидетельство СССР № SU 1185287 А1, кл. G01V 1/38, кл. G01V 1/16, 1983.

7. Авторское свидетельство СССР №SU 1 078 382 А1, кл. G01V 1/24, 1984.

8. Патент РФ № RU 2111513 С1, кл. G01V 1/38, 1998.

9. Патент РФ № RU 2229734 С2, кл. G01V 1/38, 2002.

Изобретение относится к сейсморазведке, а точнее, к техническим средствам регистрации сейсмических сигналов искусственного происхождения, и может быть использовано при изготовлении многоканальных телеметрических систем для морской сейсморазведки. В частности, оно может быть использовано в системах с применением буксируемых ошлангованных геленаполненных многоканальных секционированных устройств для регистрации результатов морской сейсморазведки глубоких горизонтов. Для этого система содержит бортовую часть в составе цифрового устройства управления с каналами управления, синхронизации и регистрации, устройством акустического зондирования с источником акустических сигналов и буксируемую часть, в составе протяженной секционированной многоканальной сейсмоприемной косы шлангового типа, подключенной к бортовой системе регистрации, содержащей соединенные с каждой секцией с помощью разъемного соединителя контроллеры секции, обеспечивающие неискаженное цифровое преобразование аналоговых сигналов сейсмоприемников и передачу данных в цифровом формате, например Ethernet, в бортовую систему регистрации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Телеметрическая сейсморегистрирующая система для исследований на акватории, содержащая бортовую часть в составе цифрового устройства управления с подключёнными к нему линиями управления, синхронизации и передачи данных, и устройством акустического зондирования с источником акустических сигналов и подключённую к бортовому устройству буксируемую часть в виде протяжённой сейсмоприёмной косы в составе последовательно соединённых между собой с помощью межсекционных соединительных муфт многоканальных ошлангованных сейсмоприёмных секций, заполненных жидким диэлектриком с отрезками линий управления, синхронизации и передачи данных, а также пьезоэлектрическими гидрофонами по числу каналов в секции, с подключённым к каждой секции посредством электрического многоконтактного разъёма контроллером секции, каждый с двумя электроразъёмами на обоих концах, содержащий в каждом канале последовательно соединённые полосовой фильтр и аналого-цифровой преобразователь, подключённый к линиям управления и синхронизации, а выход подключён к устройству передачи в цифровом формате данных в бортовое устройство регистрации, отличающаяся тем, что для увеличения глубины зондирования в состав каждого канала каждой секции введён преобразователь уровня сигнала сейсмоприёмника и в состав каждого канала контроллера секции, соединённого с каждой секцией, введён преобразователь уровня входного сигнала в контроллер, каждый преобразователь содержит аналоговый сумматор на базе операционного усилителя, инвертирующий вход которого на передающей стороне подключён к выходу сейсмоприёмника, а на принимающей стороне через контакты разъёмного соединителя к выходу преобразователя на передающей стороне, неинвертирующий вход которых подключён к источнику опорного сигнала.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что межсекционный соединитель выполнен в виде цилиндрической муфты с размещённым внутри контроллером секции, соединяющим две соседние ошлангованные секции, закрепляемой на обоих концах смежных секций с помощью резьбовых втулок.