Вибрационный источник сейсмических сигналов Советский патент 1985 года по МПК G01V1/04 

того элемента 2И-НЕ, выход третьего элемента 2И-НЕ соединен с вторым входом элемента ЗИ-НЕ и через второй инвертор с первым входомшестого, элемента 2И-НЕ|: выход старшего, разряда Аэончного счетчика соединен с вторым входом.пятого элемента 2И-НЕ, выход среднего разряда двоичного счетчика подключен к третьему входу, элемента ЗИ-НЕ, выход младшего разряда двоич72

ного.счетчика соединён с вторым входом шестого элемента 2И-НЕ, выходы пятого, шестого элементов 2И-НЕ и элемента ЗИ-НЕ через элемент ИЛИ подключены к выходу блока фазовой синхронизации, при этом вход трехразрядного счетчика, вторые S-входы RS-триггеров подключены соответственно к первому и третьему входам блока фазовой синхронизации.

ВИБРАЦИОННЫЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащий возбудитель вибраций, включающий опорную плиту и реактивную массу с элекГрогидравлическим преобразователем, электронный блок управления, содержащий источник импульсов переменной частоты, первый вход которого под1шючен к регистру задания параметров управляющего сигнала, второй вход соединен с .выходом канала дистанционного запуска, первый выход источника импульсов переменной час.тоты подключен к входу счетчика опорного канала и к первому входу блока фазовой синхронизации, содержащего дв-аЯ5-триггера, два инвертора,шесть элементов 2И-НЕ, один элемент ЗИ-НЕ и элемент ИЛИ, причем второй вход блока фазовой синхронизации через усилитель ограничитель и следящий фильтр, управляющие входы- которого поразряэдно соединены с вторым выходом источника импульсов переменной частоты, соединен с датчиком колебаний опорной плиты, третий и четвертый входы подключены к третьему выходу источника импульсов пере1менной частоты и выходу счетчика опорного канала соответственно, а выход блока фазовой синхронизации через последовательно соединенные, реверсивный счетчик, преобразователь коданалог и сервоусилитель соединен с входом электрогндравлического преобразователя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью, повышения сейсмической эффективности за счет -повышения точности фазовой синхронизации выходных колебаний, в блок фазовой синхронизации дополнительно введены два одновибратора и трехразрядный двоичный счетчик, причем выход первого одновибратора соединен с первым R-входом первогоRS-триг гера и с первым входом первого эле мента 2И-НЕ, второй вход которого : соединен с входом второго одновибрато- Jpa и подключен к второму входу блока фазовой синхронизации, выход второго одновибратора подключен к S-входу М первого Rs-триггера и первому входу 00 второго элемента 2И-НЕ, второй вход 4 которого соединён с входом первого к одновибратора и подключен к четверtS9 тому входу .блока фазовой синхронизации, а выход подключен к 5-входу второго -Рз-триггера, выход первого ;элемента 2И-НЕ соединен с первым R-входом второго -Ps-триггера, инверсные выходы.Я9-триггеров подключены к входам третьего элемента 2И-НЕ, прямые выходы RS-триггеров соединены с входами четвертого элемента 2И-НЕ, выход которого подключен к первому входу элемента ЗИ-НЕ и через первый инвертор к первому входу пя

Изобретение относится к устройствам для генерирования сейсмической энергии и предназначенным для сейсмической разведки полезных ископаемых, преимущественно нефти и газа. Известшз вибрационные источники, позволяющие в озбуждать .сейсмические колебания заданной формы. Известен источник сейсмических сигналов, содержащий электрогидравлический исполнительный механизм, усилитель контур регулирования фазы и радиоприемное устройство для приема задающего сигнала. Контур регулирования фазы включает установленный на опорной плите вибратора акселерометр, двухвходовый перемножитель, интегратор и фазосдвигаюшее устройство.. Задающий сигнал,, представляющий собой, как правило, сигнал линейно изменяющейся частоты, принимается .по радиоканалу и поступает на фазрсдвигающее устройство и далее через усилитель - на вход электрогидравлического исполнительного механизма. Колебания опорной плиты вибратора, вызванные работой исполнитель ного механизма, .преобразуются. акселерометром в электрический сигнал, который поступает на один вход перемножителя. .На второй вход перемно жителя поступает задающий сигнал, В результате действия двух сигналов на выходе перемножителя вырабатывается напряжение, пропорциональное произведению их амплитуд и сдвигу фаз между ними. Постоянная составляющая выходного напряжения перемножи теля выделяется интегратором и воздей ствует на фазосдвигающее устройство таким образом, что сдвиг фаз между выходным сигналом виброускорения опорной плиты и задающим сигналом . стремится к нулю СП Этому устройству присущи следующие недостатки. Процесс приема задающего сигнала по радиоканалу сопровождается нелинейными искажениями, действием радиопомех и фазочастотными искажениями. Невысокая точность поддержания заданного сдвига фаз между выходным сигналом вибро- ускорения опорной плиты и задающим сигналом объясняется значительным уровнем помех, связанных с работой исполнительного механизма, насосной станции вибратора, двигателя транспортного средства, а также инерционностью интегратора, которая здт рудняет отработку сигнала быстроизменяющейся частоты. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ви.6рационный источник сейсмических сигналов, содержащий возбудитель вибраций, .включающий опорную плиту и реактивную массу, электронный блок управления, содержащий источник импульсов переменной частоты, первый вход которого подключен к регистpy задания параметров управляющего . )сигнала, второй вход соединен с выходом канала дистанционного запуска, первый выход источника импульсов переменной частоты подключен к входу счетчика опорного канала и к первому входу блока фазовой синхронизации, содержащего два RS-триггера, два инвертора, шесть элементов 2И-НЕ, один элемент ЗИ-НЕ и элемент ИЛИ-, причем второй, вход блока, фазовой синхронизации через усилитель-о раничитель и следящий, фильтр, управ ляющие входы которого поразрядно соединены с. вторым выходом источник импульсов переменной частоты, соеди нен с датчиком, колебаний опорной плиты, третий и четвертый входы под :ключены к третьему выходу источника импульсов переменной частоты и вы,ходу счетчика опорного;канала соот,ветственно, а выход блока фазовой синхронизации через последовательно соединенные реверсивный счетчик, преобразователь код-аналог и сервоусилитель соединен с входом электро гидравлического преобразователя воз будителя вибраций. Стартовый импульс,переданный радиоканалу, запускает генератор. on ного сигнала. Опорный сигнал в -виде импульсной последовательности с выхода генератора опорного сигнала через элементы .2И-НЕ устройства фазовой синхронизации поступает на счетный вход преобразователя коданалог, где преобразуется в напряже ние синусоидальной формы. Сформированный таким образом сигнал подается на вход вибратора и преобразуется им в сейсмические колебания грун та. На выходе акселерометра вырабатывается электрический сигнал, соответствующий виброускорению опорной плиты, который через интегратор пос тупает на вход следящего фильтра. Следящий фильтр выделяет первую гармонику колебаний опорной плиты под воздействием управляющих- сигналов генератора опорного сигнала. Выходной сигнал следящего фильтра усиливается усилителем-ограничителем и в виде прямоугольных импульсов поступает на один из входов устройства фазовой синхронизации. При отсутствии фазового сдвига между опорным сигналом и сигналом виброскорости опорной плиты на выходе элементов 2И-НЕ действует высокий уровень, и опорный сигнал проходит устройство фазовой синхронизации без изменений. Когда фаза выходного сигнала источника отстает от фазы опорного си нала, в результате логического перемноженйя сигналов с нулевых выходовКЗ-триггеров и опорного сигнала на выходе элемента ЗИ-НЁ появляется импульсное напряжение в виде пачек прямоугольных импульсов с частотой заполнения, равной.частоте опорногс сигнала. Длительность каждой пачки определяется величиной сдвига фаз и равна ly - Ч -г . Ф- 34.00 где сдвиг фаз между опорным сигналом и сигналом виброскорости опорной плиты в сл5гчае отставания последнего, Т - период колебаний. Импульсы с выхода элемента ЗИ-НЕ, Iпройдя элемент задержки, суммируются в выходном элементе ИЛИ-НЕ. Полученная таким образом суммарная последовательность импульсов после преобразования преобразователем коданалог приведет к ускорению колебательного процесса в вибраторе и уменьшит тем самым фазовый сдвиг. Когда сигнал вибратора опережает опорный сигнгл, на выходе элемента И-НЕ, входами подключенного к единичным выходам RS-триггеров, образуются импульсы отрицательной полярности, длительность которых также соответствует формуле (. И . Эти импульсы запрещают прохождение сигнала через второй элемент И-НЕ и выходной вентиль ШШ-НЕ. В результате колебательный процесс в вибраторе замедляется, и сдвиг фаз сокращается C2j. Однако для нормальной работы источника в широком диапазоне частот необходимо, чтобы импульсы с выхода элемента задержки устройства фазовой синхронизации не совпадали во времени с основными импульсам, в противном случае устройство фазовой синхронизации не сможет, скомпенсировать отставание по фазе колебаний опорной плиты. Вибрационный источник должен работать в диапазоне частот, перекрыванием пять-шесть октав, при этом импульсы, подлежащие задержке, должны иметь частоту в 2п раз выше, чем частота колебаний опорного сигнала (п 7,8 - разрядность преобразователя код-аналог ), Реализация перестраиваемой задержки 6 указанных пределах представляет собой сложную задачу, требует большого объема оборудования и, как следствие, отличается недостаточной наг дежностью. При компенсащ1и положительных фазовых сдвигов (когдаколебания опорной плиты опережают по фазе опорный сигнал вибратора поступление импульсов на вход преобразовате ля код-аналог полностью, прекращается. Скорость движения штока возбудителя относительно гидроцилиндра резко уменьшается, что при работе н высоких частотах сопровождается гидроударом, который воспринимается опорной плитой как импульс с широки спектром, часть которого попадает в полосу пропускания следящего филь ра и может быть причиной сбоев в ра боте вибрационного источника. Кроме того, коррекция фазовой ошибки производится дважды за перио колебаний, при этом предъявляются очень жесткие требования к стабильности порога срабатывания усилителя о -раничителя, включенного между выходом следящего фильтра, и входом Iустройства.фазовой синхронизации. Так, если порогсрабатывания. становится несимметричным (например, из-за влияния температурной зависимо ти величины входного тока усилителя /ограничителя а температурный диапа зон работы вибратора лежит в пределах от до +45°Cj . скважность выходного напряжения усилителя-огра ничителя становится отличной от дву Это приводит к эффекту качания фазы колебаний, вибрационного источника вокруг требуемого значения и, как следствие, к паразитной модуляции взаимокорреляционной функций отраженного и опорного сигналов, что в свою очередь увеличивает общий шумовой фон сейсмических материалов и тем самым снижает сейсм ческую эффективность вибрационного источника. Цель изобретения - повьшение сей смической эффективности сейсмического источника за счет повьшения то ности фазовой синхронизации. Указанная цель достигается тем, что в вибрационном источнике, содержащем возбудитель вибраций, вклю чающий опорную плиту и реактивную массу с электрогидравлнческим преоб разователем, электронный блок упр§в ления, содержащий источник импульсо переменной частоты, первый вход квторого подключен к регистру задания параметров управляющего сигнала, второй вход соединен с выходом кана ла дистанционного запуска, первый выход источника импульсов переменной частоты подключен к входу счетчика опорного канала и к первому входу блока фазовой синхронизации, содержащего дваRS-триггера, два инвертора, шесть элементов 2И-НЕ, элемент ЗИ-НЕ и элемент ИЛИ, причем, второй вход блока фазовой синхронизации через усилитель-ограничитель и следящий фильтр, управляющие входы которого поразрядно соединены с вторым .выходом источника импульсов переменной частоты, соединен с датчиком колебаний опорной плиты, третий и четвертый входы подключены к третьему .выходу источника импульсов переменной частоты и выходу счетчика опорного канала соответственно, а выход блока фазовой синхронизации через последовательно соединенные реверсивный счетчик, преобразователь код-аналог и сервоусилитель соединен с входом электрогидравлического преобразователя, в блок фазовой синхронизации дополнительно введены два одновибратора и трехраэрядный двоичный счетчик, причем выход первого одновибратора соединен с первымР-входом первого RS-триггера и с первым входом первого элемента 2И-НЬ, второй вход которого соединен с входом первого одновибратора и подключен, к четвертому входу блока фазовой синхронизации, а выход подключен к 5-входу второго RS-триггера, выход первого элемента 2И-НЕ соединен с первым fJr-входом второго р5-триггера, инверсные выходы RS-триггеров подключены к входам третьего элемента 2И-НЕ, прямые выходы. | 5-триггеров соединены с входами четвертого элемента , выход которого подключен к первому входу элемента ЗИ-НЕ и через первый инвертор к первому входу пятого элемента 2И-НЕ, выход третьего элемента 2И-НЕ соединен с вторым входом элемента ЗИ-НЕ и через второй инвертор с первым входом шестого элемента 2И-НЕ, выход старшего разряда двоичного счетчика соединен с вторым входом пятого элемента 2И-НЕ, выход среднего разряда двоичного счетчика подключен к третьему входу элемента ЗИ-НЕ, выход младшего разрядного двоичного счетчика соединен с вторым входом шестого элемента 2И-НЕ, выходы пятого, шестого элементов 2И-НЕ и элеt11мента ЗИ-НЕ через элемент ИЛИ подклю чёны к выходу блока фазовой синхронизации, при этом вход трехразрядного счетчика, вторые R-входы RS-три геров подключены соответственно к первому и третьему входам блока- фазовой синхронизации. На фиг,1 представлена структурная схема предложенного вибрационного источника сейсмических сигналов на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие работу источника для случаев отставания и опережения фазы выходного сигнала. Вибрационный источник содержит возбудитель I вибрации, включающий опорную плиту 2 и реактивную массу 3, датчик 4 колебаний опорной плиты следящий фильтр 5, усилитель-огр аничитель 5, канал 7 дистанционного запуска, источник 8 импульсов переменной частоты, первый вход которого соединен с регистром 9 задания параметров управляющего сигнала, второй вход соединён с выходом канала 7 дис танционного запуска, счетчик 10 опор ного сигнала,, блок П фазовой синхро низации, выход которого подключен к входу последовательно соединенных реверсивного счетчика 12, преобразователя 13 код-аналог, сервоусилителя J4, выход которого подключен к входу возбудителя 1 вибраций, причем блок 11 фазовой синхронизации выполнен в виде схемы, содержащей два R5-триггера 15 и 16, два одновибратора 17 и 18, трехразрядный двоичный счетчик 19, элементы, 2И-т 20-25, элемент ЗИ-НЕ 26, инверторы 27 и 28 и элемент ИЛИ 29. При этом .выход первого, одновибратора 17 соединен параллельно с пе вым ft-входом первого RS-триггера 15 и с первым входом первого элемента 2И-НЕ 20, второй вход которого подключен к заходу второго одновибратора 18, выход которого соединен параллельно с 5-входом первого RS-три гера 15 и вторым входом второго элемента 2И-НЕ 21,первый вход которого со.единен с. входом первого одновибратора 17, а выход подключен к 5-входу .второго RS-триггера 16, выход первого элемента 2И-НЕ 20. сое г динен с первым fJ-входом второго iRS-триггера 16,инверсные выходы перв го и второго RS -триггеров 15 и 16 подключены к входам третьего элемента 2И-НЕ -22,прямые выходы этих же триггеров соединены с входами четвертого элемента 2И-НЕ 23 выход которого подключен к первому входу элемента ЗИ-НЕ 26 и через первый инвертор 27 к первому входу пятого элемента 2И-НЕ 24, выход третьего элемента 2И-НЕ 22 соединен с вторым входом элемента ЗИ-НЕ 26 .и через второй инвертор 28 с первым входом шесто;го элемента 2И-НЕ 25, выходы младше-, го,среднего и старшего разрядов. двоичного счетчика 19 подключены соответственно к второму входу, шестого элемента 2И-НЕ 25, третьему входу элемента ЗИ-НЕ 26 и второму входу элемента 2И-НЕ 24, выход пятого элемента 2И-НЕ 24, выход элемента ЗИ-НЕ 26 и выход шестого элемента 2И-НЕ 25 подключены к входам элемента ИЛИ 29. Вторые R-входы pS-триггеров 15 и 16 соединены с выходом начальной установки источника 8 импульсов переменной частоты, импульсный вход которого соединен параллельно с входом опорного счетчика 10 и с уходом двоичного счетчика 19, и кодовые выходы текущего значения частоты поразрядно подключены к входам .следящего фильтра 5. Вибрационный источник работает следующим образом. Стартовый импульс, принятый по каналу 7 дистанционного запуска, инициирует работу источника 8 импульсов переменной частоты. Параметры сигнала: начальная частота, конечная частота, длительность задаются специальным регистром 9. Импульсное напряжение с выхода источника 8 импульсов переменной частоты поступает на вход опорного счетчика 10 и параллельно на вход трехразрядного двоичного сче чика 19 устройства 1I фазовой синхронизации. На выходах счетчика I9 образуются три импульсные последовательности, частоты которых соотносятся между собой как 1:2:4, причем более высокочастотные импульсы - на выходе младшего разряда счетчика 19. В зависимости от состояния первого и второго триггеров 15 и 16, которое в свою очередь определяется временными соотношения медду выхддными колебаниями опорной плиты 2 и импульсным напряжением с выхода счетчика 10, на,вход, элементов 24, 25 или 26 поступает импульсная последовательность с одного из выходов трехразрядногр счетчика 19. Под действием импульсов, поступа щих на счетный вход реверсивного счетчика 12, число, содержащееся на его выходах, начинает, увеличиват ся от нуля, а затем после достижения максимального значения- уменьшается до «уля. Далее процесс повторяе ся. Благодаря поразрядному соединени выходов реверсивного счетчика с вхо дами преобразователя код-аналог на выходе последнего.формируется напряжение синусоидальной формь:, ко торое через-сервоусилитель 14 посту пает на вход возбудителя 1 вибраций и преобразуется в колебания опорной плиты 2 источника. Датчик колебаний опорной плиты вырабатывает,электрический сигнал, поступающий на вход следящего фильт ра. Амплитудно-частотная характеристика следящего фильтра автоматически перестраивается кодовыми сигналами в соответствии с кодом текущего значения частоты, который поступает с выходов генератора импульсов переменной чартоты, На выходе усилителя-ограничителя формируется прямоугольное напряжение, частота которого .равна частоте первой гармоники, колебаний опорной плиты источника. В начальный момент времени (фиг.2) из-за инерционности возбудителя вибраций на вход устройства 1 1 фазовой синхронизации поступает тол ко напряжение (диаграмма 30 с выхо да опорного счетчика 10, частота и фаза которого соответствуют установленным регистром 9 задания, и входное напряжение счетчика 19 (не показано }с частотой в 2 раз больщей частоты выходного напряжения опорного счетчика 10 (ц-разрядность преобразователя 13 код-аналог отрицательный перепад при водит к появлению краткого поло.жительного импульса (диаграмма 31) на выходе одновибратора 17, который через первый злемент 2И-НЕ 20 устанавливает второй RS-1риггер 16 в со тояние логического О по прямому выходу. Временное.положение выходных импульсов одновибратора 17 соот 1 1(1 4« ветствует точкам-t , t : В моменты времени ti времени t;., -tj , , оп деляемые задержкойС( „х: , на выходе усилителя-ограничителя 6 формируются отрицательн.1е перепады напряжения диаграмма 32) , которые, за- пускают второй одновибратор 18 (диаграмма 33). Временное положение . напряжения блоков 6, 10, 17 и 18 обеспечивает прохождение коротких импульсов на | -вход второго К -триггера. 16,что приводит к установке его в состояние логической 1 по инверсному вйходу.. Таким образом, каждый отрицательный перепад напряжения (диаграмма 30) с выхода опорного счетчика-10 устанавливает первый /R9 -триггер, в состояние логического О по прямому выходу, а каждый отрицательный перепад с выхода усилителя-ограничителя 6 возвращает его в состояние логической 1 по тому же выходу. При таком управлении RS-триггерами 15 и 16 на выходе первого из нихвырабатывается напряжение (диаграмма 34/, длительность отрицательных полуволн которого пропорциональна.сдвигу фаз (Между сигналами с выхода -опорного счетчика 10 и колебаниями опорной плиты вибратора, потенциал логической 1 на инверсном выходе второго соответствует рассматриваемому случаю, когда сдвиг фаз меньше нуля, т.е. колебания опорной плиты вибратора отстают по фазе от выходных колебаний опорного счетчика. На диаграммах 35-37 показаны сигналы с элементов И-НЕ 20, И-НЕ 21 и ИЛИ 29 соответственно. В течение длительности положительно полуволны напряжения на выходе третьего вентиля И-НЕ 22 через элемент ЗИ-НЕ 26 проходят импульсы с частотой FQO среднего выхода счетчика .19, которые через элемент ИЛИ 29 (диаграмма 37) поступают на выход устройства 11 фазовой синхронизации. При таком значении частоты импульсов частота синусоидального напряжения на выходе преобразователя 13 код-аналог равна частоте выходных колебаний опорного счетчика 10. В течение отрицательного перепада на выходе третьего элемента И-НЕ 22 на выход устройства 11 фазовой синхронизации проходят импульсы с младшего разряда счетчика, частота, которых в два раза выше, т.е. 2F. Удвоенное значение частоты импульсов, заполняющих реверсивньгй счетчик 12, приводит к ускорению колеба НИИопорной плиты вибратора до достижения полного синхронизма, .как это показано на фиг.2, Принудительнаяустановка в единичное состояние РЭ-триггеров 15 и 16.перед началом генерирования выходного сигнала приводит к заполнению реверсивного счет чика 12 импульсами удвоенной частоты (,на фиг.2 это соответствует отрез ку времени ig i , что в свою очередь сокращает время входа в синхронизм вибратора. Когда фаза колебаний опорной плиты вибратора опережает опорный сигнал с выхода счетчика 10, осциллограммы работы источника соответствуют фиг.З, где диаграммы 38-45 соот ветствуют выходным сигналам на выход элементов 10, 17, 6, 18, 15, 20, 21 и 20 соответственно, т.е. они аналогичны диаграммам, представленным на фиг.2. Отличия состоят в том, что второй Э-триггер 16 переключается в состояние логической 1 по прямому выходу импульсами с выхода второго элемента 2И-НЕ 21 (фиг.З, диаграмма 44 при этом во время положительных перепадов иа выходе первого R5-TpHrrepa 15 (диаграмма.42) на выход .устройства.фазовой синхронизации проходят импульсы- с младшего разряда счетчика 19, что приводит к плавному уменьшению сдвига фаз меж ду колебаниями.опорной плиты и опор ным сигналом.. Таким образом, вибрационный источник обеспечивает отработку задаю- щего сигнала с полной фазовой хронизацией по внутреннему опорному сиглалу, при этом, благодаря указанному соединению элементов источника между собой, .отработка положительных фазовых сдвигов осуществляется -: плавным замедлением колебаний опорной плиты 2 вибратора за счет подачи на вход реверсивного счетчика 12 период колебаний, отработка отрицательных фазовых сдвигов происходит путем подачи на вход реверсив-иого счетчика 12 импульсов удвоенной частоты по отношению к номинальному ее значению в течение вре мени., равного величине задержки за каждый период колебаний, коррекция фазовой ошибки происходит, за период один раз, что исключает эффект качания фазы,- вызванный температурной нестабильностью порога срабатывания |уснлнтеля-ограничителя 6 и, наконец, принудительная установка Р5-триггеров в нулевое состояние перед началом ртработки задакнцегр сигнала уменьшает время переходного процесса входа -в синхронизм. Устройство позволяет увеличить точность отработки задающего сигнала и повысить тем самым сейсмическую эффективность источника.