Самовсплывающая портативная донная сейсмическая станция без оставления груза на дне моря Российский патент 2023 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при оценочных работах сейсмического состояния районов, мониторинга в транзитных зонах и на шельфе, геолого-геофизических исследованиях морских углеводородных месторождений.

Известна морская автономная донная станция для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга, 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 и установленный в карданном подвесе, блок синхронизации, выполненный в виде таймера, синхронизированного с хронометром, блок гидроакустического приемопередатчика, устройство управления размыкателем, соединенное с таймером и бортовым вычислительным модулем, блок питания, блок фильтров геофонов, соединенный входами с выходами геофонов, а выходами - с входами накопителя информации, устройство хронирования информации, соединенное выходом с блоком синхронизации, а входом - по гидроакустическому каналу связи с хронометром; 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; 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; 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; 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; электрохимический размыкатель установлен в верхней части корпуса носителя геофизической аппаратуры, при этом карданный подвес выполнен на подшипниках с нелинейным коэффициентом трения, датчики наклона и азимута дополнительно содержат два градиентометра, установленные на косвенно стабилизированной в горизонте платформе, также содержащей датчики углов крена, дифферента, датчики углов атаки и скольжения, датчики линейных ускорений и угловых скоростей, установленные в связанной системе координат морской автономной донной станции, и вычислитель, выполненный с возможностью совместной обработки всех датчиков, косвенно стабилизированная платформа снабжена тремя кардановыми рамками, на которых установлены три моментных электродвигателя с сервоприводом, два трехкомпонентных акселерометра с механизмом их перемещения относительно друг друга, измеритель линейной скорости перемещения трехкомпонентных акселерометров, функционально связанных с вычислителем, еще одну косвенно стабилизированную в горизонте платформу, на которой установлены три моментных электродвигателя с сервоприводом, четыре акселерометра с вертикальной осью чувствительности и с механизмом их перемещения в горизонте первой пары акселерометров навстречу друг другу по заданному направлению и второй пары акселерометров навстречу друг другу по направлению, перпендикулярному заданному направлению перемещения первой пары акселерометров, измеритель линейной скорости перемещения акселерометров относительно донной станции, регистратор моментов встречи двух акселерометров на траверзе первой и второй пар, при этом все устройства функционально связаны через блок управления с вычислителем, в котором вычисляют искомые значения составляющих уклонения отвесной линии в меридиане и в первом вертикале, скорость перемещения, направление перемещения, широту, угол сноса, радиус кривизны траектории перемещения и расстояния по вертикали от гравиметров до поверхности геоида. (Патент РФ №2572046, опубл. 27.12.2015)

Известна донная станция на основе модуля для измерения электромагнитных характеристик пород морского дна, содержащая корпус, блок плавучести, систему сбора информации, размыкатель балласта и груз, модуль, измеряющий иные характеристики пород морского дна - модуль для сейсмических измерений, при этом модуль электромагнитных датчиков состоит из двух индукционных датчиков магнитного поля и двух датчиков электрического поля с диапазоном регистрации частот электромагнитного поля от 300 до 0,0001 Гц и с периодом регистрации от 0,033 до 10000 с и размещен на прочном корпусе станции, иной модуль - модуль сейсмических датчиков состоит из сейсмического датчика, позволяющего измерять вертикальную компоненту сейсмического поля в диапазоне 0,5-40 Гц, и также размещен на корпусе станции. (Патент РФ №2484504, опубл. 10.06.2013)

Известна донная станция морского полигона, содержащая прочный корпус, связанный через размыкатель с балластом, гидроакустические излучатель и приемник, магнитный компас и вычислительное устройство, при этом станция снабжена плоским рулем, установленным на верху ее корпуса и имеющим приводы вертикального наклона и азимута, соединенными с вычислительным устройством, к которому подключены гидроакустические излучатель, приемник и магнитный компас.(Патент РФ №2744039, опубл. 02.03.2021)

Известна донная станция, содержащая герметичный контейнер с установленными в нем сейсмическими датчиками, приемной и регистрирующей аппаратурой сигналов с этих датчиков, блоком питания регистрирующей аппаратуры, высокостабильным кварцевым генератором, под управлением которого происходит работа станции, отличающаяся тем, что герметичный контейнер состоит из двух частей - кожуха и силовой платформы, которые герметично соединены между собой за счет того, что в штатном состоянии донной станции из контейнера откачан воздух, что позволяет ускорить операцию сборки контейнера перед постановкой на профиль и автоматически осуществлять контроль герметичности собранного контейнера.

2. Донная станция по п. 1, отличающаяся тем, что герметичная конструкция корпуса с массивными платформой и заглубителем обеспечивает надежный контакт сейсмических датчиков, установленных на платформе, с грунтом как на дне акватории, так и на суше, что позволяет проводить сейсмическую съемку на профилях «суша-море» одинаковой аппаратурой. (Патент РФ №168834, опубл. 21.02.2017)

Известна донная сейсмическая станция, содержащая защищенный бандажом корпус, в котором расположены датчики, получающие сейсмическую информацию, преобразуемую посредством аналогово-цифровых преобразователей в цифровой вид и записываемую в устройстве хранения данных, а также источник питания, отличающаяся тем, что корпус выполнен, по меньшей мере, из двух частей, при этом одна часть выполнена в виде блока датчиков, включающего, по меньшей мере, аналогово-цифровые преобразователи, сейсмические датчики и локальный источник питания, а другая часть - в виде блока аккумуляторной батареи, включающего устройство хранения данных и основной источник питания, причем, по крайней мере, блок аккумуляторной батареи выполнен съемным, с возможностью его замены на сменный блок с заряженным источником питания, а также зарядки отсоединенного блока и считывания записанной в устройстве хранения данных информации, при этом на торцевых заглушках размещены датчики, цилиндрические части корпуса расположены параллельно, а в соседних торцевых заглушках установлены электрические разъемы, соединенные между собой при помощи быстросъемной перемычки, коммутирующей аппаратуру, установленную в разных частях корпуса. Части корпуса выполнены цилиндрической формы с торцевыми заглушками. Электрические разъемы выполнены с возможностью их использования после отсоединения перемычки, по меньшей мере, для зарядки источника питания и считывания записанной сейсмической и служебной информации. Бандаж выполнен составным, собранным из частей с помощью быстроразъемных соединений (Патент РФ №2748015, опубл. 18.05.21)

Известна донная станция на основе модуля для измерения электромагнитных характеристик пород морского дна, содержащая корпус, блок плавучестей, систему сбора информации, включающую «удочки» с электродами, размыкатель балласта и груз, при этом между модулем, предназначенным для измерения электромагнитных характеристик пород морского дна и грузом установлен по крайней мере один модуль, измеряющий иные характеристики пород морского дна, причем все системы регистрации и питания расположены в первом модуле и связаны с другими модулями через герморазъемы, установленные в корпусе этого модуля, а сами модули фиксированы на грузе с помощью кевларовых шкотов, снабженных электрохимическим размыкателем. В качестве дополнительного модуля она содержит модуль для магнитных измерений. В качестве дополнительного модуля она содержит модуль для сейсмических измерений. «Удочки» закреплены на нижней части корпуса станции, в исходном состоянии направлены вверх под углом не менее 15° от вертикали и зафиксированы с помощью фиксаторов, соединенных с размыкающим элементом спуско-подъемного устройства. «Удочки» выполнены телескопическими. Донная станция для измерения электромагнитных характеристик пород морского дна, содержащая корпус, блок плавучестей, систему сбора информации, включающая «удочки» с электродами, размыкатель балласта и груз, отличающаяся тем, что между корпусом и грузом установлен дополнительно жесткий конический элемент, изготовленный из непроводящего материала, например полиэтилена, полиуретана и т.п.материалов, а «удочки» закреплены на нижней части корпуса, в исходном состоянии направлены вверх под углом не менее 15° от вертикали и зафиксированы с помощью фиксаторов, соединенных с размыкающим элементом спуско-подъемного устройства. «Удочки» выполнены телескопическими». К корпусу дополнительно подсоединен на полужесткой штанге модуль магнитных измерений. (Патент РФ №2377606, опубл. 27.12.09)

КРАБ состоит из гидроаккумулятора со сменной мембраной, и воздушного клапана, пластикового корпуса с местом крепления гидроаккумулятора и наружной резьбой креплений гайки колбы; двумя резьбовыми штуцерами с внутренней резьбой 1 дюйм, шаровым краном и обратным клапаном, манометра. Реле давления с выводами для подключения электропитания и насоса, пластиковой колбы с фильтрующим катриджем и сливной пробкой, ключа для замены фильтрующего картриджа, кронштейна со стальным хомутом для крепления «КРАБ» к вертикальной поверхности, площадки со шкалой и ползуном, заглушек, силового кабеля с штепсельной вилкой и силового кабеля с разеткой. (донные станции краб состоит из элементов: 1 тыс изображений найдено в Яндекс Картинках (yandex.ru))

Известна донная станция для морской сейсморазведки, состоящая из бортового модуля, содержащего устройство управления, и донного модуля, имеющего корпус, на внешней поверхности которого установлены гидроакустическая антенна, средства для поиска донной станции при всплытии, гидрофон, герморазъем и якорь-балласт, а внутри корпуса размещены измерительные датчики геофонного типов, модули приема, регистрации, преобразования и хранения зарегистрированных сигналов, гидроакустический канал связи, блок синхронизации, блок управления размыкателем и блок питания, при этом устройство управления бортовым модулем дополнено схемой синхронизации, выполненной таким образом, что в момент отстрела одновременно с командой «на подрыв» она передает команду «начать запись показаний сейсмоприемников» на донные модули, а донный модуль оборудован блоком синхронизации, связанным каналом через блок регистрации с геофоном и блоком антенн, причем корпус выполнен в виде герметичного контейнера цилиндрической формы с выпуклой верхней крышкой и радиусным скруглением боковой поверхности в области смежной с плоским дном. (Патент РФ №13091, опубл. 10.07.2013)

Известна система «КРАБ», которая состоит из аппаратной и программной частей. Аппаратная включает корпус с расположенным на нем электрическим разъемом для подзарядки аккумулятора, управления донной станцией и скачивания информации, свето-диод индикатор и вакуумный порт. Внутри корпуса расположены блок сейсмоприемников, состоящий из правой ортогональной тройки двух горизонтальных геофонов GS-20DX и одного вертикального GS-30CT, имеющих частотный диапазон входных сигналов 8-250 Гц и чувствительность 27,5 В/м/с с допустимым углом наклона от вертикали до 20° (ось X ортогональной тройки параллельна оси магнитного датчика компаса инклинометра); - измерительный гидрофон ГС-10 с рабочим диапазоном 2-600 Гц; - компас-инклинометр, который служит для определения ориентации СДС в пространстве; - регистратор, обеспечивающий прием, усиление, преобразование и запись в цифровом виде сейсмической информации, получаемой от трех геофонов и гидрофона. СЕЙСМОРАЗВЕДКА В ТРАНЗИТНОЙ ЗОНЕ. НАТУРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМЫ "КРАБ" (ЭТАП 1) (cyberleninka.ru)

За прототип выбран донный модуль сейсмической станции, содержащий сборный герметичный корпус с внешним гидрофоном, блоки сопряжения с бортовым модулем, такелажные элементы, а также размещенные внутри блок геофонов, компас, блок питания и блок управления и регистрации, выполненный с обеспечением возможности приема, регистрации, преобразования и хранения зарегистрированных сигналов, включающий АЦП и блок памяти, при этом корпус выполнен компактным в виде герметичного контейнера цилиндрической формы с выпуклой верхней крышкой и радиусным округлением боковой поверхности в области, смежной с плоским дном, с обеспечением возможности минимизации шумов, возникающих вследствие обтекания корпуса течениями, и дополнительно содержит амортизирующие элементы, расположенные с внешней стороны боковой поверхности корпуса, с обеспечением возможности защиты внешних элементов конструкции. Компас выполнен цифровым и соединен с блоком геофонов через связанные между собой по мультиплексным каналам связи платы регистратора и интерфейсной платы блока управления и регистрации, выполненные под управлением микроконтроллеров и соединенные с задающим генератором, выполненным на плате, связанным по каналам мультиплексной связи с блоком геофонов, при этом интерфейсная плата соединена с блоком питания, а плата регистратора - с гидрофоном. Блок геофонов является правой ортогональной тройкой геофонов. Блок геофонов снабжен средством коррекции ориентации в направлении оси X в зависимости от контролируемых платой регистратора положения и данных цифрового компаса. Плата регистратора содержит четыре одинаковых раздельных канала соединений с блоком геофонов и гидрофоном и выполнена с обеспечением возможности приема, обработки и записи сейсмических колебаний как продольных, так и поперечных волн по четырем компонентам в направлениях X, Y, Z от блока геофонов и компоненте Н от гидрофона. Плата регистратора содержит многофункциональный чип, содержащий программируемый усилитель и аналого-цифровой преобразователь, связанный по каналам мультиплексной связи с блоком геофонов и гидрофоном, с обеспечением возможности приема, обработки и записи сейсмических колебаний по четырем компонентам в направлениях X, Y, Z от блока геофонов и Н от гидрофона. Программируемый усилитель выполнен с обеспечением возможности выбора и сохранения коэффициента усиления по каждому каналу и дополнительно содержит предварительный усилитель, установленный в канале связи с гидрофоном. Плата регистратора дополнительно снабжена цифровым фильтром низких частот на основе программируемого чипа, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход - с микроконтроллером. Микроконтроллер соединен с блоком памяти и снабжен программно-аппаратными средствами преобразования битовых последовательностей сейсмической информации от каждого канала датчиков блока геофонов и гидрофона в байто-страничную структуру, записи ее в блок памяти, а также обеспечения возможности синхронизации работы систем платы регистратора в едином времени от задающего генератора. Блок памяти платы регистратора выполнен в виде энергонезависимой флеш-памяти. Фильтр нижних частот содержит четыре раздельных канала обработки сейсмического сигнала по четырем компонентам от гидрофона и блока геофонов, выполненные с обеспечением возможности передачи обработанного сигнала в последовательном коде, в виде битовой последовательности на микроконтроллер. Фильтр нижних частот снабжен программно-аппаратными средствами передачи обработанного сигнала на микроконтроллер со сдвигом по фазе сигналов соседних каналов относительно друг друга. Фильтр нижних частот снабжен программно-аппаратными средствами передачи обработанных сигналов соседних каналов на микроконтроллер со сдвигом по фазе на 0,25 периода квантования друг от друга. Дополнительно содержит расположенный с внешней стороны корпуса электрический герморазъем для подключения внешних устройств и бортового модуля, выполненный с обеспечением возможности зарядки аккумуляторов блока питания. Дополнительно содержит внешний вакуум-порт, выполненный с обеспечением возможности откачки воздуха из внутреннего объема корпуса. Дополнительно содержит индикатор состояния, размещенный с внешней стороны корпуса. Дополнительно содержит синхронизатор, выполненный с обеспечением возможности синхронизации работы всех модулей по сигналам GPS или ГЛОНАСС. Интерфейсная плата содержит микроконтроллер, выполненный с обеспечением возможности приема, обработки и сохранения во внутренней памяти значения углов, получаемых с выхода цифрового компаса, осуществления индикации состояний системы по запросу, контроля состояния блока питания и управления процессом зарядки аккумуляторов блока питания через электрический герморазъем, считывания сейсмической информации из внутренней памяти и передачи ее по скоростному каналу на внешние компьютерные устройства и устройства памяти, а также с обеспечением возможности переключения в режим с минимальным потреблением энергии при работе на профиле. Гидрофон выполнен выносным. (Патент РФ №111691, опубл. 20.12.2011 г.)

К общим недостаткам известных технических решений следует отнести отсутствие возможности самовсплытия донных сейсмических станций, оставление якоря станции на дне. Усложнение работ по проведения мобилизации при подготовке съемки, т.к. необходимо изготавливать и перевозить на место съемки огромное количество грузов-якорей, которые соответствует числу мест постановки станции и даже в небольших съемках может достигать нескольких тысяч.

Задача - конструктивное выполнение самовсплывающей портативной сейсмической донной станции без оставления груза на дне моря.

Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик сейсмической донной станции, повышение скорости проведения донной сейсмической съемки, улучшение качества получаемых сейсмических данных, упрощение проведения мобилизации при подготовке съемки.

Технический результат достигается самовсплывающей портативной донной сейсмической станцией без оставления груза на дне моря, которая состоит из герметичного корпуса цилиндрической формы с верхней крышкой, на которой внешне установлен гидрофон, а также размещенных внутри герметичного корпуса блока геофонов, цифрового компаса, блока питания и четырехканальной сейсмической платы регистратора, GPS/Глонас приемника, при этом четырехканальная плата сейсмического регистратора выполнена с обеспечением возможности приема, регистрации, преобразования и хранения зарегистрированных сейсмических/акустических сигналов и связана по каналам мультиплексной связи с блоком геофонов и гидрофоном с обеспечением возможности приема, обработки и записи сейсмических колебаний по четырем компонентам в направлениях X, Y, Z от блока геофонов и Н от гидрофона, плата регистратора содержит многофункциональный чип, а ее блок памяти выполнен в виде энергонезависимой флеш-памяти, интерфейсная плата соединена с блоком питания при этом дополнительно содержит блок всплытия, электромагнитный клапан, гидроакустический модем и плату периферийных устройств, при этом блок всплытия состоит из баллона сжатого воздуха высокого давления, закрепленного в удерживающем каркасе, компенсатора плавучести с установленным в нем клапаном сброса излишнего давления, воздушного редуктора и двух внешних герметичных воздушных магистралей, одна из которых вводит воздух пониженного давления из баллона сжатого воздуха через воздушный редуктор на штуцер входа пневматического электромагнитного воздушного клапана, нормально закрытого для пропуска воздуха высокого давления, другая воздушная магистраль выводит воздух с выхода электромагнитного клапана на вход компенсатора плавучести, плата регистратора содержит слот энергонезависимой памяти и беспроводной USB приемник, плата периферийных устройств состоит из магнитного геркона, четырех светодиодов, высокоточных кварцевых часов, акселерометра, датчиков давления и температуры, радиоплаты, цифрового магнитного компаса и GPS/Глонас приемника, интерфейсная плата состоит из модуля преобразователя электропитания, электрически связана с блоком питания и с платой регистратора, которая электрически связана с платой периферийных устройств, герметичный корпус выполнен радиопрозрачным с верхней оптически прозрачной плоской акриловой крышкой и нижней плоской алюминиевой крышкой, к которой посредством винтов крепится каркас блока всплытия, блок питания состоит из четырех аккумуляторных батарей 18650 и электрически соединен с платой регистратора, гидроакустический модем внешне установлен на верхней крышке герметичного корпуса, сейсмический гидрофон выполнен низкочастотным, блок геофонов выполнен в виде закрепленных ортогонально низкочастотных геофонов по осям X,Y,Z в кардановом подвесе с возможностью компенсации наклона горизонтальной плоскости подвеса до +/- 90 градусов в обоих направлениях плоскости крена и тангажа, гидроакустический модем, сейсмический гидрофон и блок низкочастотных геофонов электрически соединены с платой регистрации, интерфейсная плата, плата периферийных устройств и четырехканальная плата сейсмического регистратора связаны между собой по каналам мультиплексной связи, корпус выполнен диаметром 225 мм и толщиной стенки 10 мм.

Выполнение верхней крышки прозрачной, на которой размещен внешний гидрофон и гидроакустический модем, позволяет наблюдать за режимом работы 4-х светодиодов, порядок мигания которых сообщает о режиме и фазе режима работы донной станции, и сообщает об обнаруженных неисправностях.

Радиопрозрачный корпус позволяет принимать сигналы GPS/GLONASS установленному внутри герметичного корпуса приемнику и автоматически синхронизировать точные кварцевые часы донной станции перед началом записи и сразу после всплытия на поверхности моря. Радиопрозрачный корпус позволяет безпроводно взаимодействовать с донной станцией, запускать программы всестороннего тестирования донной станции с отображением результатов в графическом и цифровом виде на терминале пользователя и с записью протокола взаимодействия в журнал на терминале пользователя; задавать параметры сбора сейсмических данных и программу всплытия донной станции.

Плата регистратора, установленная в радиопрозрачном корпусе имеет беспроводный интерфейс, позволяющий беспроводно взаимодействовать с донной станцией, запускать программы всестороннего тестирования донной станции с отображением результатов в графическом и цифровом виде на терминале пользователя и с записью протокола взаимодействия в журнал на терминале пользователя, задавать параметры сбора сейсмических данных и программу всплытия донной станции.

Корпус содержит устройство дистанционного включения питания донной станции с помощью магнитного геркона, который может выполнять так же роль упрощенного интерфейса пользователя, включая/выключая питание донной станции, а также переключая ее режимы работы.

Корпус содержит закрепленные ортогонально низкочастотные геофоны (4,5 Гц собственная частота) по осям X,Y,Z в кардановом подвесе с возможностью компенсации наклона горизонтальной плоскости подвеса до +/- 90 градусов в обоих направлениях плоскости крена и тангажа. Таким образом, плоскость подвеса горизонтальных геофонов всегда перпендикулярна радиус вектору геоида Земли в данном месте. Направление горизонтальной компоненты X жестко связано с направлением на север цифрового магнитного компаса, находящегося в одной микросхеме с акселерометром, показывающим углы наклона корпуса на дне моря по крену и тангажу.

Дополнительные данные окружающей среды записываются в процессе сбора сейсмических данных в их заголовки, такие как магнитный азимут горизонтального X геофона, крен и тангаж наклона плоскости корпуса донной станции на морском дне, температура внутри герметичного корпуса донной станции, давление воздуха внутри герметичного корпуса донной станции.

Внутри герметичного корпуса донной станции находится электромагнитный клапан, нормально закрытый для пропуска воздуха высокого давления нормально закрытый. Открытием электромагнитного клапана (при подаче на него напряжения 12 вольт) и длительностью его открытия управляет 4-х канальный сейсмический регистратор и/или гидроакустический модем, при получении кодового сигнала на всплытие. Электромагнитный клапан при открытии подает воздух из баллона высокого давления через воздушный редуктор, автоматически понижающего давление до согласованного уровня окружающей воды на дне в компенсатор плавучести в необходимом объеме для получения необходимой подъемной силы и всплытия станции со дна.

На плоской прозрачной крышке герметичного корпуса станции в водной среде расположены гидроакустический модем для приема кодированного сигнала на всплытие, а также служащим гидроакустическим ответчиком для определения его местоположения на дне при работе набортной гидроакустической навигационной системы. Там же находится низкочастотный сейсмический гидрофон для получения сейсмических данных по волнам давления в воде, а также устройство, герметично проводящее провода от гидроакустического модема и сейсмического гидрофона из водной среды в герметичный корпус донной станции к плате регистрации. Сигналы сейсмического гидрофона поступают на вход одного из каналов платы сейсмического регистратора, а сигналы гидроакустического модема на служебный цифровой вход сейсмического регистратора.

Беспроводный интерфейс взаимодействия по технологии беспроводного USB позволяет достичь очень высокой скорости беспроводного копирования до 15 Мбайт/сек.

Повышенную автономность работы станции без подзаряда батарей до 50 дней обеспечивает пониженное электропотребление.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен общий вид станции.

Самовсплывающая портативная сейсмическая донная станция без оставления груза на дне моря состоит из герметичного корпуса 1 с верхней крышкой 2, на которой установлен гидрофон 3. Внутри герметичного корпуса размещены блок низкочастотных геофонов 4, цифровой компас 5, блок питания 6, четырехканальная сейсмическая плата регистратора 7, GPS/Глонас приемник 8. Четырехканальная плата сейсмического регистратора 7 связана по каналам мультиплексной связи с блоком геофонов 4 и гидрофоном 3. Плата регистратора 7 содержит многофункциональный чип 9, а ее блок памяти выполнен в виде энергонезависимой флеш-памяти 10. Интерфейсная плата 11 соединена с блоком питания 6.

Блок всплытия 12 состоит из баллона сжатого воздуха высокого давления 13, закрепленного в удерживающем каркасе 14, компенсатора плавучести 15 с установленным в нем клапаном сброса излишнего давления 16, воздушного редуктора 17 и двух внешних герметичных воздушных магистралей 18 и 19. Воздушная магистраль 18 вводит воздух пониженного давления из баллона сжатого воздуха 13 через воздушный редуктор 17 на штуцер входа 20 пневматического электромагнитного воздушного клапана 21. Воздушная магистраль 19 выводит воздух с выхода 37 электромагнитного клапана 21 на вход 22 компенсатора плавучести 15.

Плата регистратора 7 содержит слот энергонезависимой памяти 23 и беспроводной USB приемник 24.

Плата периферийных устройств 25 состоит из магнитного геркона 26, четырех светодиодов 27, высокоточных кварцевых часов 28, акселирометра 29, датчиков давления и температуры 30, радиоплаты 31, цифрового магнитного компаса 5 и GPS/Глонас приемника 8.

Интерфейсная плата 11 состоит из модуля преобразователя электропитания 32, электрически 33 связана с блоком питания 6 и с платой регистратора 7, которая электрически 33 связана с платой периферийных устройств 25.

Герметичный корпус 1 выполнен с верхней 2 и нижней 34 крышками. К нижней крышке 34 посредством винтов 35 крепится каркас 14 блока всплытия 12.

Блок питания 6 состоит из четырех аккумуляторных батарей 18650 и электрически 33 соединен с платой регистратора 7.

Гидроакустический модем 36 внешне установлен на верхней крышке 2 герметичного корпуса 1.

Гидроакустический модем 36, сейсмический гидрофон 3 и блок низкочастотных геофонов 4 электрически 33 соединены с платой регистрации 7.

Интерфейсная плата 11, плата периферийных устройств 25 и четырехканальная плата сейсмического регистратора 7 связаны между собой по каналам мультиплексной связи.

Пример конкретного выполнения.

Донные сейсмические станции применяются для 4-х компонентной регистрации сейсмических колебаний на дне моря при их возбуждении как искусственными, так и естественными источниками сейсмических колебаний. По совокупности собранных сейсмических данных с установленных на дне приборов, после их обработки, получается сейсмическое изображение среды, которое и является целью проводимых работ.

Каждая донная станция устанавливается с катера или любого другого подходящего судна путем ее погружения в море в заранее спланированной точке, заданной в проекте сейсмических работ. До начала постановки, на каждой донной станции включается питание, происходит автоматическое самотестирование, синхронизация высокоточных кварцевых часов станции по сигналам GPS/GLONASS и переход станции в режим записи данных согласно записанными в нее параметрами сбора данных. Параметры сбора данных можно передать заранее в энергонезависимую память станции или менять в любой момент по беспроводному интерфейсу с терминала управления пользователя. Правильность работы станции контролируется визуально по индикации 4-х цветных светодиодов или же с подробной передачей всех тестируемых параметров (при необходимости) по беспроводному интерфейсу на терминале пользователя. Точность точки сброса станции контролируется с помощью судового навигационного оборудования. Донные станции опускаются на дно в свободном падении, координаты точки нахождения станции на дне устанавливаются в квази-реальном времени с помощью гидроакустической системы навигации установленной на судне сброса станций и гидроакустических ответчиков (как одна из функций гидроакустического модема), который имеет каждая донная станция. После линейной (случай 2Д сейсморазведки) или площадной (3Д сейсморазведка) расстановки группы станций на дне, над ними по заранее заданной траектории проходит судно-источник, которое с помощью сейсмического источника излучает акустические колебания в водной среде. Появившиеся сейсмические волны распространяются в водной среде и уходят далее в земную поверхность, где отражаясь, преломляясь или рассеиваясь на неоднородностях среды, возвращаются обратно на поверхность дна, где и регистрируются блоком геофонов и гидрофоном станции. Запись сейсмических данных проходит непрерывно и в цифровом виде посредством оцифровки аналоговых сигналов с блока геофонов и гидрофона 4-х канальным сейсмическим регистратором. Дополнительно в заголовки сейсмических данных записывается информация об ориентации и наклонах станции, используя данные цифрового компаса и акселерометра, а также значения температуры и давления воздуха внутри корпуса. После завершения запланированного объема отстрела источником начинается подъем станций со дна. Для этого гидроакустическая система судна подает кодовый индивидуальный сигнал на всплытие каждой донной станции с необходимыми задержками для обеспечения их последовательного всплывания и безопасного подъема на борт судна для считывания данных и последующей их установки в другом месте согласно плану отработки профилей или площади работ.

Посланный гидроакустический сигнал на всплытие принимается гидроакустическим модемом станции и если цифровой код сигнала соответствует ожидаемому, включается реле пневматического электромагнитного клапана на заранее определенное время, достаточное для наполнения воздухом компенсатора плавучести и обеспечения необходимой подъемной силы. На штуцер входа пневматического электромагнитного клапана по внешней герметичной воздушной магистрали подается сжатый воздух из баллонов высоко давления после понижающего редуктора с давлением, соответствующим глубине установки станции на дне. Штуцер выхода электромагнитного клапана подсоединен с помощью внешней герметичной воздушной магистрали к входу воздуха компенсатора плавучести. При открытии электромагнитного клапана сжатый воздух из баллона, после понижающего редуктора подается на вход компенсатор плавучести.

Всплывшая на поверхность донная станция автоматически включает радиосигнал через радиоплату передатчика, по которому она пеленгуется с борта судна. Донные станции собираются с поверхности воды и поднимаются на судно. Так же автоматически включается на поверхности воды GPS/GLONASS приемник, по которому синхронизируются кварцевые часы станции и определяется их уход за время нахождения станции на дне. Станция также передает свои координаты по включенному радио сигналу через радиоплату.

После подъема с воды всех установленных донных станций судно переходит на новое место для установки станций на новый профиль (или площадь) наблюдения согласно плану работ. По мере появления станций из воды на палубе, полученные сейсмические данные записанные на энергонезависимую флеш-память, копируются по беспроводному высокоскоростному интерфейсу через радиопрозрачный корпус станции прямо на палубе в память терминала пользователя. Так, что к окончанию сбора станций, все полученные данные уже скопированы и станции готовы к новой постановке. Автономное электропитание всех приборов станции осуществляется блоком питания, состоящим из четырех аккумуляторных батарей 18650, которые и обеспечивают возможность автономной работы станции на дне в течение 50 суток.

Таким образом, улучшение эксплуатационных характеристик сейсмической донной станции достигается за счет дополнительно установленного блока всплытия без оставления груза на дне, Применение блока всплытия позволяет использовать низкочастотные геофоны (4,5 Гц резонасной частоты) за счет смещения центра тяжести станции вниз и падения станции всегда дном вниз.

Применение блока всплытия позволяет более точно попадать в заданную точку дна по сравнению с кабельными донными системами или донными станциями, связанными в гирлянду.

Повышение скорости проведения донной сейсмической съемки обеспечивается за счет самовсплывания станции без оставления груза на дне, использования беспроводных интерфейсов и беспроводной синхронизации кварцевых часов, увеличение времени работы станции без подзарядки.

Улучшение качества получаемых сейсмических данных достигается за счет применения низкочастотных геофонов (4,5 Гц резонансной частоты), которые возможно использовать при применении самовсплывающей технологии и конструкции корпуса станции с низким положением центра тяжести, а также за счет более точной установки донной станции в заданную точку на дне по сравнению с кабельными донными станциями или по сравнению с донными станциями связанными в гирлянду.

Упрощение проведения мобилизации при подготовке съемки обеспечивается возможностью самовсплывания без оставления якоря - не нужно готовить и перевозить на место съемки огромное количество грузов - якорей, по сравнению с самовсплывающими якорными системами, а, при подготовке съемки не нужно заготавливать большое количество якорей. За счет легкого пополнения ресурса самовсплывания - при исчерпании сжатого воздуха в блоке всплытия, его легко пополнить из окружающей среды с помощью компрессоров, которые и так всегда применяются при работе с активным сейсмическим источником.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при оценочных работах сейсмического состояния районов, мониторинга в транзитных зонах и на шельфе, геолого-геофизических исследованиях морских углеводородных месторождений. Заявлена самовсплывающая портативная донная сейсмическая станция без оставления груза на дне моря, которая состоит из герметичного корпуса цилиндрической формы с верхней крышкой, на которой внешне установлен гидрофон, а также размещенных внутри герметичного корпуса блока геофонов, цифрового компаса, блока питания и четырехканальной сейсмической платы регистратора, GPS/Глонас приемника. При этом четырехканальная плата сейсмического регистратора выполнена с обеспечением возможности приема, регистрации, преобразования и хранения зарегистрированных сейсмических/акустических сигналов и связана по каналам мультиплексной связи с блоком геофонов и гидрофоном с обеспечением возможности приема, обработки и записи сейсмических колебаний по четырем компонентам в направлениях X, Y, Z от блока геофонов и Н от гидрофона. Плата регистратора содержит многофункциональный чип, а ее блок памяти выполнен в виде энергонезависимой флеш-памяти, интерфейсная плата соединена с блоком питания. Причем сейсмическая станция дополнительно содержит блок всплытия, электромагнитный клапан, гидроакустический модем и плату периферийных устройств. При этом блок всплытия состоит из баллона сжатого воздуха высокого давления, закрепленного в удерживающем каркасе, компенсатора плавучести с установленным в нем клапаном сброса излишнего давления, воздушного редуктора и двух внешних герметичных воздушных магистралей. Плата регистратора содержит слот энергонезависимой памяти и беспроводной USB приемник, а плата периферийных устройств состоит из магнитного геркона, четырех светодиодов, высокоточных кварцевых часов, акселерометра, датчиков давления и температуры, радиоплаты, цифрового магнитного компаса и GPS/Глонас приемника. Интерфейсная плата состоит из модуля преобразователя электропитания. Герметичный корпус выполнен радиопрозрачным с верхней оптически прозрачной плоской акриловой крышкой и нижней плоской алюминиевой крышкой, к которой посредством винтов крепится каркас блока всплытия. Блок питания состоит из четырех аккумуляторных батарей 18650 и электрически соединен с платой регистратора. Гидроакустический модем внешне установлен на верхней крышке герметичного корпуса. Сейсмический гидрофон выполнен низкочастотным, блок геофонов выполнен в виде закрепленных ортогонально низкочастотных геофонов по осям X, Y, Z в кардановом подвесе с возможностью компенсации наклона горизонтальной плоскости подвеса до ±90 градусов в обоих направлениях плоскости крена и тангажа. Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик сейсмической донной станции, повышение скорости проведения донной сейсмической съемки, улучшение качества получаемых сейсмических данных, упрощение проведения мобилизации при подготовке съемки. 1 ил.

Самовсплывающая портативная донная сейсмическая станция без оставления груза на дне моря, состоящая из герметичного корпуса цилиндрической формы с верхней крышкой, на которой внешне установлен гидрофон, а также размещенных внутри герметичного корпуса блока геофонов, цифрового компаса, блока питания и четырехканальной сейсмической платы регистратора, GPS/Глонас приемника, при этом четырехканальная плата сейсмического регистратора выполнена с обеспечением возможности приема, регистрации, преобразования и хранения зарегистрированных сейсмических/акустических сигналов и связана по каналам мультиплексной связи с блоком геофонов и гидрофоном с обеспечением возможности приема, обработки и записи сейсмических колебаний по четырем компонентам в направлениях X, Y, Z от блока геофонов и Н от гидрофона, плата регистратора содержит многофункциональный чип, а ее блок памяти выполнен в виде энергонезависимой флеш-памяти, интерфейсная плата соединена с блоком питания, отличающаяся тем, что дополнительно содержит блок всплытия, электромагнитный клапан, гидроакустический модем и плату периферийных устройств, при этом блок всплытия состоит из баллона сжатого воздуха высокого давления, закрепленного в удерживающем каркасе, компенсатора плавучести с установленным в нем клапаном сброса излишнего давления, воздушного редуктора и двух внешних герметичных воздушных магистралей, одна из которых вводит воздух пониженного давления из баллона сжатого воздуха через воздушный редуктор на штуцер входа пневматического электромагнитного воздушного клапана, нормально закрытого для пропуска воздуха высокого давления, другая воздушная магистраль выводит воздух с выхода электромагнитного клапана на вход компенсатора плавучести, плата регистратора содержит слот энергонезависимой памяти и беспроводной USB приемник, плата периферийных устройств состоит из магнитного геркона, четырех светодиодов, высокоточных кварцевых часов, акселерометра, датчиков давления и температуры, радиоплаты, цифрового магнитного компаса и GPS/Глонас приемника, интерфейсная плата состоит из модуля преобразователя электропитания, электрически связана с блоком питания и с платой регистратора, которая электрически связана с платой периферийных устройств, герметичный корпус выполнен радиопрозрачным с верхней оптически прозрачной плоской акриловой крышкой и нижней плоской алюминиевой крышкой, к которой посредством винтов крепится каркас блока всплытия, блок питания состоит из четырех аккумуляторных батарей 18650 и электрически соединен с платой регистратора, гидроакустический модем внешне установлен на верхней крышке герметичного корпуса, сейсмический гидрофон выполнен низкочастотным, блок геофонов выполнен в виде закрепленных ортогонально низкочастотных геофонов по осям X, Y, Z в кардановом подвесе с возможностью компенсации наклона горизонтальной плоскости подвеса до ±90 градусов в обоих направлениях плоскости крена и тангажа, гидроакустический модем, сейсмический гидрофон и блок низкочастотных геофонов электрически соединены с платой регистрации, интерфейсная плата, плата периферийных устройств и четырехканальная плата сейсмического регистратора связаны между собой по каналам мультиплексной связи, корпус выполнен диаметром 225 мм и толщиной стенки 10 мм.