Способ управления амплитудой выходного сигнала вибрационного источника сейсмических сигналов и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК G01V1/00 

дом усилителя мощности, выходы первого и второго усилителей-интеграторов подключены к соответствующим входам разностного усилителя, выход которого соединен с первым входом компаратора, а выход первого

усилителя соединен через масштабирующий элемент с вторым входом компаратора, выход которого подключен к управляющему входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиле ния.

1. Способ управления амплитудой выходного сигнала вибрационного источника сейсмических сигналов, содерщащего задающий генератор, усилитель мощности, гидроусилитель с распределительным золотником, исполнительный механизм с плунжером и опорной плитой и датчики положения распределительного золотника и плунжера и датчик ускорени : опорной плиты, состоящий в измерении перемещений распределительного золотника и плунжера и ускорения опорной плиты и в подаче на усилитель мощности управляющего напряжения, амплитуда и частота которого пропорциональны перемещению распределительного золотника и плунжера и ускорению опорной ппиты, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы за счет ограничения уровня нелинейных искажений, измеряют амплитудные значения потока рабочей жидкости, проходящего через гидроусилитель в исполнительньй меffr -; :Г. ..- : ;i 11 ханизм без нагрузки и под нагрузкой, формируют электрический сигнал, рав-. ный разности амплитуд потоков рабочей жидкости нагруженного и ненаг руженного гидроусилителя, умноженной на масштабирующий коэффициент, определяемый допустимым уровнем нелинейных искажений, и в соответствии с полученным сигналом изменяют величину управляющего напряжения усилителя мощности до положительного значения величины сформированного сигнала. 2. Устройство для управления амплитудой выходного сигнала вибрационного источника сейсмических сигналов, содержащее задающий генератор, усилитель мощности, гидроусилитель, исполнительный механизм в виде двухстороннего гидроцилиндра с плунжером, жестко связанным с опорной плитой, с закрепленной к его корпусу реактивной массой, датчик ускоОд рения опорной плиты с первым усилисо ю телем-интегратором, датчик перемещения распределительного золотника с СХ) первым усилителем и датчик перемещег со. кия плунжера с вторым усилителем, а выходы первого и второго усилителей подключены к соответствующим вычитающим входам усилителя мощности, о т- личающееся тем, что в него введены датчик ускорения реактивиой массы с вторьм усилителем-интегратором, разностный усилитель, компаратор, масштабирующий элемент и усилитель с регулируемым коэф ощиентом усиления, вход и выход которого соедииеиы соответственно с выходом задающего генератора и с первым вхо

Изобретение относится к сейсморазведке и может быть использовано в устройствах управления вибрационными источниками сейсмических сигналов.

Известен способ управления амплитудой силы вибрационного источника, прикладываемой к земле, состоящий в том, что измеряют ускорения опорной плиты и реактивной массы и суммируют пропорциональные им сигналы, при зтом суммарный сигнал используют для регулирования уровня возбуждения вибратора Dl.

Реализующее данный способ устройство содержит исполнительный механизм в виде вибратора с опорной плитой, гидроусилителем и гидроцнлиндром, задающий генератор,датчик ускорения опорной плиты с усилителем, датчик ускорения реактивной массы с усилителем, суммирующий усилитель, детектор и измерительный прибор tlJ.

Недостатком такого способа и реализуклцего его устройства является невысокая эффективность работы, обуслов ленная тем, что исполнительный механизм вибрационного источника не защищен от перегрузки.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ управления вибрационным источником сейсмических сигналов, содержащим задающий генератор, усилитель мощнО сти, гидроусилитель с распределительным золотником, исполнительный мехинизм. с плунжером и опорной плитой и датчики положения распределительного золотника и плунжера и датчик ускорения опорной плиты, состоящий в измерении перемещения распределительного золотника и плунжера и ускорения опорной плиты и в подаче на усилит тель мощности управляющего напряжения , амплитуда и частота которого

пропорциональны перемещению распределительного золотника и плунжера и ускорению опорной плиты 2}.

Реализующее известный способ устройство для управления амплитудой выходного сигнала вибрационного источника сейсмических сигналов содержит задающий генератор, усилитель мощности, гидроусилитель, исполнительный механизм в виде двухстороннего гидрощшиндра с плунжером, жестко связанным с опорной плитой, и с закрепленной к его корпусу реактивной массой, датчик ускорения опорной плиты с первым усиПителем-интегратором, датчик перемещения распределительного золотника с первым усилителем и датчик перемещения плунжера с вторым усилителем, выходы первого и второго усилителей подключены к соответствующим вычитающим входам усилителя мощности .

Недостаткам известного способа и реализующего его устройства является невысокая эффективность работы, обусловленная тем, что для снижения уровня нелинейных искажений уменьшают при изменении импеданса грунта задаваемый сигнал источника во всем частотном диапазоне.

Цель изобретения - повышение эффективности работы за счет ограничения уровня нелинейных искажений.

Поставленная цель достигается тем, что согласие способу управления амплитудой выходного сигнала вибрационного источника сейсмических сигналов, содержащего задающий генератор, усилитель мощности, гидроусилитель с распределительным золотником, исполнительный механизм с плунжером и опорной плитой и датчики положения распределительного золотника и плунжера и датчик ускорения опорной плиты, состоящий в измерении перемещений распределительно го золотника и плунжера и ускорения опорной плиты и в подаче на усилитель мощности управляющего напряжения, амплитуда и частота которого пропорциональны перемещению распределительного золотника и плунжера и ускорению опорной плиты, измеряют амплитудные значения потока рабочей жидкости, проходящего через гидроусилитель в исполнительный механизм без нагрузки и под нагрузкой, формируют электрический сигнал, равный разности амплитуд потоков рабочей жидкости нагруженного и ненагруженного гидроусилителя, умноженной на масштабирукиций коэффициент, определяемый допустимым уровнем нелинейных искажений, и в соответствии с полученным сигналом изменяют величину управляющего напряжения;усилителя мощности до положительного значения величины сформированного сигнала.

В устройство для управления амплитудой выходного сигнала вибрационного источника сейсмических сигналов, содержащее задающий генератор, уси литель мощности, гидроусилитель, исполнительный механизм в виде двухстороннего гидроцнлиндра с плунжером, жестко связанным с опорной плитой, и с закрепленной к его корпусу реактивной массой, датчик ускорения йиорной плиты с первым усилителеминтегратором, датчик перемещения распределительного золотника с первым усилителем и датчик перемещения плунжера с вторым усилителем, выходы первого и второго усилителей подключены к соответствующим вычитающим входам усилителя мощности, введены датчик ускорения реактивной массы с вторым усилителем-интегратором, разностный усилитель, компаратор, масштабирующий элемент и усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, вход и выход которого соединены соответственно с выходом задающего генератора и с первым входом усилителя мощности, выходы первого и второго усилителей-интеграторов подключены к соответствующим входам разностного усилителя, выход которого соединен с первым входом компаратора а выход первого усилителя соединен через масштабирующий элемент с вторым входом компаратора, выход которого подключен к управляющему входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления.

Основными источниками нелинейных искажений электрогидравлического возбудителя вибрации являются: нелинейная зависимость потока рабочей жидкости через распределительный золотник от перепада давления на нагрузке; ограничение давления питания, что вызывает перегрузку исполнительного механизма при.задании больщого управляющего сигнала, потери контакта опорной плить исполнителного механизма с поверхностью грунта

Последняя причина проявляется редко обычно для источников, смонтированных на легких транспортных . средствах. Поэтому основными являются первые два.

Поток рабочей жидкости.через гидроусилитель связан с давлением нагрузки соотношениями

J, .SL

)7 РО Ifl

q - поток рабочей жидкости чегдерез гидроусилитель;

J - перемещение распределительного золотника;

f - перепад давления на нагрузке;

-подводимое к гидроусилителю давление;

-коэффициент расхода рабоК„чей жидкости.

Это соотнощение может быть представлено для амплитудных или дейстствующих значений потока, перемещения и давления в виде:

К,

im

Если обозначать механический импеданс нагрузки на гидроусилитель через Zjj , то

««1 Я Ш Н

Из этого уравнения следует, что уровень нелинейных искажений источРит

иика зависит от величины и

Го

резко возрастает при нарушении усРцчч

, Так как импеданс

ловия

нагрузки гидроусилителя сильно зависит от механического импеданса

грунта, который является функцией от частоты воздействующего сигнала, и свойства грунта, то это условие часто нарушается, что приводит к ухудшению выделения полезного сигнала и появлению ложных кратных отражений. Величина нагрузки исполнительного механизма характеризуется коэффициентом КцЧП Рнт

N «1Z- )

который может изменяться от нуля до единицы, причем большие значения Коэффициента соответствуют меньшим значениям нагрузки. При холостом ходе (нагрузка на гидроусилитель отсутствует ) , Связь между величиной Кц и уровнем нелинейных искажений для источника данного типа может быть найдена аналитически или экспериментально.

Чтобы нелинейные искажения выходного сигнала источника не прерьпиали заданной величины, необходимо соблюдение условия

с - KH- .

Величина представляет, собой величину потока рабочей жидкости через ненагруженный гидроусилитель. Тогда можно записать:

с, - ,0, . где q,jj - поток рабочей жидкости чере ненагруженный гидроусилитель.

Способ осуществляется следующим

.образом.

Вибрационный источник включают в работу и подают на усилитель мощности управляющий сигнал заданной частоты и амплитуды. Измеряют значения

скорости реактивной массы и опорной плиты и по этим значениям определяют поток рабочей жидкости, проходящей через нагруженный гидроусилитель. Одновременно измеряют перемещение распределительного золотника гидроусилителя, величина которого пропорциональна потоку через неиагруженный гидроусилитель. Формируют электрический сигнал, величина которого пропорциональна разности потоков рабочей жидкости нагруженного и ненагруженного гидроусилителя, умноженного на постоянный, заранее установленный коэффициент. Используют полученный сигнал для регулирования коэффициента усиления усилителя мощности таким образом, чтобы величина сформированного сигиала была положительной

На чертеже представлена функциональная схема устройство для управления амплитудой выходного сигнала

вибрационного источника сейсмических сигналов, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит исполнительньй механизм 1, состоящий из цилиндра с

жестко присоединенной к нему реактивной массой 2 и плунжером 3, жестко связанного с опорной плитой 4, опирающейся на поверхность грунта 5, и гидроусилителя 6 с распределительным

золотником и датчиком 7 положения распределительного золотника, датчик 8 перемещения плунжера 3, датчик 9 ускорения реактивной массы 2, датчик 10 скорения опорной плиты 4, задающий генератор 11, усилитель I2 с регулируемым коэф4ициентом усиления, усилитель 13 мощности, усилители 14 и 15, усилители-интеграторы16 и 17, разностный усилитель 18, компаратор

19 и масштабирующий элемент 20.

Выход датчика 8 перемещения плунжера 3 подключен через усилитель 5 к первому входу усилителя 13 мощности, выход датчика 7 положения

распределительного золотника соединен с другим входом усилителя 13 мощности и с входом масштабирующего элемента 20, а выход задающего генератора 11 подключен через усилитель

52с регулируемым коэффициентом усиления к третьему входу усилителя 13 мощности, выход которого соединен с входом гидроусилителя 6. Выход .атчика 9 ускорения реактивной массы

2 подключен через усилитель-интегратор 17 к одному входу разностного усилителя 18, а выход датчика 10 ускорения опорной плиты 4 соединен через усилитель-интегратор 16 с другим входом разностного усилителя

18, выход которого подключен к одному входу компаратора 19, соединенного другим входом с выходом масштабирующего элемента 20 и выходом с

управляющим входом усилителя 12 с регулируемым коэффициентом усиления .

Устройство для управления амплитудой выходного сигнала вибрационного источника сейсмических сигналов работает следующим образом.

Задающий генератор 11 вырабатывает частотно-модулированный сигнал, которьй подается на усилитель 12 с регулируемым коэффициентом усиления имеющий максимальный коэффициент усиления такой, что обеспечивается номинальная амплитуда перемещения распределительного золотника гидроусилителя 6, а следовательно, и номинальный поток рабочей жидкости, поступающей в цилиндр исполнительного механизма t. Сигнал усиливается усилителем 13 мощности и подается на гидроусилитель 6, который обеспечивает подачу потока рабочей жидкости в полости цилиндра исполнительного ме ханизма в соответствии с электрическим сигналом на его входе. Под действием потока рабочей жидкости цилиндр с реактивной массой 2 и опорная плита 4 начинают колебания в противофазе с заданной частотой и амплитудой. Сигнал на выходе дат чика 9 ускорения реактивной массы 2 пропорционален ускорению реактивной массы, а сигнал на выходе датчика 1 ускорения опорной плиты 4 -соответ ственно ускорению опорной плиты 4. Эти сигналы интегрируются усипителяк интеграторами 16 и 17, поэтому сигна на их выходах пропорциональны соотве ственно скоростям движения реактивной массы 2 и опорной плиты 4. В раз ностном усилителе 18 эти сигналы вычитаются и,,так как движение реактив ной массы 2 и опорной плиты 4 происходит под действием потока рабочей жидкости Впротивофазе, сигнал на выходе разностного усилителя 18 пропорционален рабочему потоку жидкости нагруженного гидроусилителя 6. Сигнал с выхода разностного усилителя 18 подается на первый вход компарато ра 19 на второй вход которого подается сигнал, равный (в выбранном масщтабе) величине: VCT о f к н ст 0 т.е. величина сигнала равна в выбран ном масштабе величине потока ненагру женного гидроусилителя 6, умноженной на коэффициент передачи масштабирую- 50 щего элемента 20. Величина К„у. определяет максимальный коэффициент нелинейных искажений. На усилитель 12 с регулируемым коэффициентом изменения подается сигнал, равный q-K y -rt}, . Если этот сигнал положителышй или равен нулю, коэффициент усиления усилителя 12 с регулируемым коэффициентом усиления остается максимальным. При появлении на выходе компаратора 19 отрицательного сигнала коэффициент усиления усилителя 12 с регулируемым коэффициентом усиления уменьшается уровень сигнала, подаваемого на гидроусилитель 6, что приводит к уменьщению величины потока рабочей жидкости и уменьшению перепада давления Рц на нагрузке. Если условия возбуждения и свойства поверхностного слоя грунта такие, что перепад давления на выходе гидроусилителя 6 удовлетворяет услоAii - нт .0 Н: ст1( р f ТО ИСполнительный механизм т работает с максимальной мощностью. При увеличении импеданса и нарушении указанного условия на выходе компаратора 19 появляется сигнал отрицательной полярности, который уменьшает усилие усилителя 12 с регулируемым коэффициентом усилителя до восстановления указанного условия. Таким образом, обеспечивается работа устройства на максимальной мощности при ограниченном уровне нели- нейных искажений. Так как нелинейные искажения, вносимые гидроусилителем 6, определяются величине Ку, то масштабирующее устройство может быть проградуировано в величине нелинейных искажений. Использование изобретения обеспечивает работу вибратора при заданном ограничении уровня нелинейных искажений на максимальной мощности, что повышает эффективность сейсморазведочных работ за счет повышения качества получаемого матеРиала и улучшения прослеживаемости отражакяцих границ.