Многоканальная цифровая пьезосейсмометрическая коса Советский патент 1986 года по МПК G01V1/22 

J

Изобретение относится к техничес- кой физике, в частности к техническим средствам для проведения морских геофизических работ.

Целью изобретения является удобст- во изготовления, эксплуатации и ремонта многоканальной цифровой пьезо- сейсмокосы, а также упрощение косы и снижение ее массы за счет исключения протяженной тестовой линии.

На фиг. 1 представлен принцип конструктивного деления цифровой косы на сборочные единицы; на фиг. 2 - структурные схемы ее основных электронных блоков.

Цифровая пьезосейсмометрическая коса состоит (фиг. 1) из отрезков линии 1 передачи данных,линии 2 синхронизации и линии управления,которые проложены внутри заполненных жидким диэлектриком;шланговьк секций 4 из х эластичной пластмассы с герметизацией в концевых полумуфтах 5 посредством металлостеклянных вилок электроразъемов 6, и из канальных кодирующих бло- ков, каждый из которых включает в себя По меньшей мере один пьезоэлектрический сейсмоприемник 7 и электронный Модуль 8. Сейсмоприемник 7 обычно выполняется группированным из множества распределенных по длине секционного шланга и включенных параллельно пьезокерамических гидрофонов , а электронный модуль 8 структурно содержит (фиг. 2) коммутатор 9, имеющий по меньшей мере два симметричных сигнальных входа 10, 11 и управляющий вход 12, усилитель 13 с симметричным входом и выходом, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 14, к .тактирующему входу и выходу . которого соответственно подключены запускающий выход I5 и приемный вход 16 устройства 17 уплотнения и регенерации. Соседние отрезки 1 линии передачи и соседние отрезки линии 2 .инхронизации попарно (фиг. 1) соединены между собой через соответс вую- щие пары выводов 18 19 и 20, 21 электронного модуля 8, которыми в устройстве 17 уплотнения и регенерации например могут соответственно служить один из входов и выход собирательной схемы, а также выход схемы сигнатурного объединения и вход схемы сигнатурного разделения сигналов.

Электронньй модуль 8 содержит также схему 22 восстановления уровня

5

о 5 д

5

0

0

5

175 . 2 сигнала, через которую соединяются путем подключения к соответствующей паре выводов 23 и 24 соседние пары

отрезков линии 3 управления. Сигнальный вход 11 (фиг. 2) подключен к выходу стартстопного генератора 25 синусоидального сигнала, который может быть выполнен, например, в виде последовательного соединения ждущего генератора 26 импульсов и аналогового фильтра 27 нижних частот высокого порядка с симметричным выходом. Стро- бирующий вход 28 генератора 26 под- ключей к выходу 24 модуля 8.

Конструктивно электронный модуль 8 и генератор 25 заключены в цилиндрическую оболочку 29 (фиг. 1) из металла с торцовыми розетками электроразъемов 6, сопряженную посредством кольцевидного эластичного уплотнения 30 типа неподвижного контакта с полумуфтами 5 соседних шланговых секций 31, которые сопряжены с хвостовиками полумуфт 5 посредством неподвижного уплотнения лабиринтного типа, условно показаного на фиг. 1 в виде округлых выступов. Степень уплотнений обеспечивается стяжными гайками 32 и 33. В полости секционного щланга 31 размещен герметизированный, например, посредством компаундирования дифференциальный активный полосовой фильтр 34, который выполнен в виде двух операционных усилителей 35, между выходом и инвертирующим входом каждого из которых включены идентичные параллельные. ЕС-цепочки 36, 37,между инвертирующими входами - последовательная RC- цепочка 38, 39, а неинвертирующие входы усилителей 35, служащие входами 40 фильтра 34, подключены через равные согласующие резисторы 41 к общей шине питания. При этом постоянная времени последовательной НС-цепочки 38, 39 выбирается много меньше, чем произведение собственной емкости сейсмоприемника 7 на удвоенное сопротивление согласующего резистора 41. Нижняя частота среза полосового фильтра определяется постоянной времени RC 38, 39, а верхняя частота среза - постоянной времени RC 37, 36. Частота генератора 26 выбирается в области, где амплитудно-частотная характеристика полосового фильтра 34 имеет плоскую вершину, например в середине его полосы пропускания.

312411

Устройство работает следующим образом.

Каящый канал косы конструктивно выполнен в виде двух типов сборочных единиц: штанговой секции косы с око- j нечНыми полумуфтами и междумуфтовой цилиндрической оболочки, В то же время по электросхеме (фиг. 1, 2) отрезки линий 1 и 2 передачи и синхронизации включены через устройство 17 tO последовательно, отрезки линии 3 управления - через схему 22 также последовательно. Отказ (обрыв, потеря контакта с разъемом 6, поломка) любой из составных частей такого по- t5 следовательного соединения диагностируется по утрате сигнала от группы кана- Лов, начиная от отказавшего и до оконечного.

Электрические и электронные узлы 20 (7, 34, 6) секций косы и. соответст- вующие преобразующие узлы (9, 13, 14, 25) включены относительно устройства I7 последовательно-параллельно, но расположены в разнотипных jj сборочных единицах косы. Локальная диагностика неисправностей последовательно-параллельной части сборочной единицы обеспечивается посредством узлов 34 и 25.,Q

Номинальное собственное входное сопротивление герметизированного фильтра 34 стабильно и оп ределяется относительно входа 40 удвоенным сопротивлением резисторов 41. При вла- 35 гозасорении жидкого диэлектрика внут- ришланговой полости, что может возникнуть, например, через уплотне-. ния 33 при заглублении косы, происходит шунтирование входа 40 эквивалент-40 ным сопротивлением утечки. Постоянная времени входной цепи, равная произведению собственной емкости сейсмойриемника на эквивалентное сопротивление относительно входа 40, 45 уменьшается, что ведет к ослаблению энергии отделяемого полосовым фильтром 34 полезного сигнала. Это начинает сказьшаться,когда упомянутая постоянная времени в аварийном канале 50 сравнивается с постоянной времени RC 38, 39, а практически полное затухание , наблюдаемое как полный параметрический отказ, возникает, когда постоянная времени входной цепи ста- 55 новится менее значения RC 37, 36. Выявить, что аварийные изменения произошли именно в секции, можно при

754

подаче контрольного сигнала типа логической 1 через отрезки 3 линии контроля. При этом включается ждущий генератор 26 импульсов, первая гармоника выходного сигнала которого выделяется фильтром 27 и в виде синусоидального напряжения подается на вход 11 коммутатора 9. Последний под управлением по входу 12 напряжением логической 1 контрольного сигнала, уровень которого в каждом канале восстанавливается схемой 22, осуществляет подключение через усилитель 1.3 кодирование в АЦП 14 выборки синусоидального сигнала и последующую передачу через отрезки 1, канальные устройства 17 в цифровой мультиплексной форме на борт судна. Там производит- ся демультиплексирование, восстановление сигнала в аналоговой форме и оценка его параметров. При неискаженном прохождении и номинальных параметрах синусоидального контрольного сигнала идентично во всех каналах однозначно диагностируется отказавшая секционная сборочная единица с большим затуханием вследствие утечки от влагозасорения диэлектрика. Для ремонта потребуется замена секции. В случае, если по всем каналам, кроме аварийного, на бортовые регистраторы поступают .идентичные синусоидальные контрольные сигналы, то диагностируется отказ преобразующей части (узлы 9, 13, 14, 22) электронного модуля или генератора 25. Дпя ремонта потребуется замена междумуфтовой цилиндрической оболочки с ее содержимым.

Кроме того, причиной отказа может быть увлажнение разъема 6 за счет ухудшения качества уплотнения 30, что может совместно влиять на сопряженные электрические узлы секции и цилиндрической оболочки. Наибольшее влияние этот фактор может оказывать на утечку между контактами цепей передачи аналоговых сигналов, по-- скольку отрезки 1, 2 и 3 линий передачи логических сигналов согласованы волновыми сопротивлениями (75 или 150 Ом), значительно меньшими возможных сопротивлений утечки при увлажнении разъема. Для снижения влияния утечки в разъеме 6 на передачу аналогового сигнала фильтр 34 .вьшол- нен активным, его выходное сопротивление равно выходному сопротивлению

оконечного каскада, деленному на глубину отрицательной обратной связи через RC-цепочки 37, 36 - 38, 39. Глубина отрицательной обратной связи максимальна за пределами полосы про- пускания. На низких частотах возрастает сопротивление RC-цепочки 38, 39, а на верхних частотах уменьшается сопротивление НС 37, 36. В полосе пропускания, глубина отрицательной обратной связи уменьшается, что увеличивает чувствительность герметизированного фильтра к увлажнению разъема . При достижении критической величины сопротивления утечки 2 кОм прохождение сигнала через усилитель сопровождается искажениями типа пороговых ограничений сигнала сверху, что позволяет дополнительно удостовериться в причине отказа. ,-1ля ремонта требуется замена уплотнения 30.

Полезньй эффект в предлагаемой цифровой косе достигается следующим образом.

Конструктивное разделение каналов косы (фиг. 1,2) на 2 вида сборочных единиц в совокупности с введением герметизированного полосового фильтра 34 и стартстопного генератора 25 позволяет электроразъему 6 иметь негерметизированную розетку, жестко скрепленную с механической конструкцией (каркасом) внутреннего со- держимого цилиндрической междумуфто- вой оболочки 29. Последняя становится ремонтопригодной и содержит в себе практически все электронное оборудование канала. Это удешевляет и делает удобным производство, эксплуатацию и .ремонт цифровой косы, упрощает за счет введения встроенного старт- стопного контрольного генератора 25 ее проводную систему, уменьшает массу косы, улучшает условия ее плавучести и производительность геофизических работ за:счет возможности увеличения скорости хода судна при буксировке меньшей массы за бортом. Внутренняя полость цилиндрической оболочки имеет диаметр больше, чем диаметр полости шланга, и создает целый ряд конструктивных преимуществ производственного характера и при перспективном увеличении уровня миниатюризации электронного модуля в сочетании с расширением его функциональных возможностей.

Формул а-изобре Т ения

1. Многоканальная цифровая пьезо- J сейсмометрическая коса, электрически состоящая из отрезков линии передачи данных, линии синхронизации и линии управления, проложенных внутри заполненных жидким диэлектриком пшан- 10 говых секций с герметизированными, в концевых полумуфтах вилками электроразъемов, и из канальных кодирующих блоков, каждый из которых включает в себя по меньшей мере один

ts пьезоэлектрический сейсмоприемник и электронный модуль , содержащий последовательно соединенные коммутатор , усилитель и аналого-цифровой преобразователь, к тактирующему входу

20 и выходу которого соответственно

подключены запускающий выход и приемный вход устройства уплотнения и регенерации, схему согласования уровня, выход которой электрически связан с

5 управляющим входом коммутатора, причем сейсмоприемник размещен внутри шланговой секции, соседние отрезки линии передачи и соседние отрезки линии синхронизации попарно соедине0 ны между собой через соответствующие пары выходов устройства уплотнения и регенерации, а соседние отрезки линии управления - путем подключе- .ния к входу и выходу схемы согласо- вания уровня, отличающая- с я тем, что, с целью удобства изготовления, эксплуатации и ремонта, в каждый секционньй шланг введен герметизированный дифференциальный акQ тивный полосовой фильтр, а каждый электронный модуль дополнен старт- стопным генератором синусоидального сигнала с симметричным выходом, причем электронный модуль и генератор заключены в цилиндрическую оболочку с торцовыми розетками электроразъемов, сопряженную посредством уплотнения типа неподвижного контакта с по-, лумуфтами соседних шланговых секций, а сейсмоприемник подключен через диф- . ференциальный активный полосовой фильтр к первому сигнальному входу коммутатора, второй сигнальный вход которого подключен к выходу генератора, стробирующий вход которого подключен к выходу схемы согласова- ния уровня.

2. Коса по п. I, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что дифференциальный

5

0

5

71241

активный полосовой фильтр выполнен в виде двух операционных усилителей, между выходом и инвертирующим входом каждого из которых включены идентичные параллельные RC-цепочки, между инвертирующими входами - последовательная RC-цепочка, а неинвертирующие входы усилителей, служащие входами

758 .

фильтра, подключены через равные согласующие резисторы к общей шине питания, причем постоянная времени последов.ательной RC-цепочки выбирается много меньше, чем произведение собственной емкости сейсмоприемника на удвоенное сопротивление согласующего резистора.

l

JzniJ

О