Способ возбуждения вибрационных сейсмических сигналов и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01V1/153 

Изобретение относится к геофизическим изысканиям, конкретно к аппаратуре, используемой для оптимизации режимов работы мощных вибро- сейсмоисточников, которые могут при- меняться при геофизических исследованиях структуры Земли, геологоразведке, прогнозирования землетрясений и горных ударов и т.д.

Известен способ управления сей- смическим источником, согласно которому перед возбуждением регистрируют частотную характеристику системы полость - грунт и выбирают по ней диапазон частот возбуждения, в котором отдачи сейсмической энергии в грунт максимальна I.

Недостатком этого способа является то, что за пределами известной характеристики грунта невозможно по- лучить резонансный режим работы источника.

Наиболее близким к предлагаемому является способ управления вибрационным источником сейсмических сигналов содержащий излучающую платформу, .соединенную через упругую камеру с виброплатформой, в котором регулируют частоту колебаний и ход виброплатформы путем изменения объема дпругой камеры в функции заданной частоты колебаний виброплатформы, а также устройство для возбуждения сейсмических сигналов, содержащее установленную на грунт излучающую платформу соединенную через упругую камеру с виброплатформой, с установленной на ней силовой системой, которая соединена с датчиком частоты колебаний и положения излучающей платфор- мы, и выходами регуляторов частоты колебаний и хода излучающей платформы, а вход регулятора частоты соединен с первым выходом датчика колебаний и положения виброплатфор- мы. Резонансный режим работы источника колебаний, соответствующий максимальной мощности с.ейсмического сигнала в грунте, обеспечивается регуляторами частоты колебания генерирующей системы и хода излучающей платформы путем регулирования ления в упругой камере в зависимости от частоты 2.

Недостатком указанных способа и устройства является то, что настройка на резонанс осуществляется только электромеханической системы и при

«

0

этом не учитывается характеристика грунта, которая существенно влияет на общий резонанс системы виброисточник - грунт и в конечном итоге приводит к недоиспользованию мощности виброисточника.

Целью изобретения является повышение КПД источника путем снижения нелинейных искажений возбуждаемых сигналов.

Поставленная цель достигается тем, тем, что согласно способу управления вибрационным источником сейсмических сигналов, содержащим излучающую платформу, соединенную через упругую камеру с виброплатформой, заключающемуся в том, что регулируют частоту колебаний и ход виброплатформы путем-изменения объема упругой камеры в функции заданной частоты колебаний виброплатформы, регистрируют возбуждаемый сейсмический сигнал, сравнивают его по фазе с сигналом положения виброплатформы и регулируют ее ход путем изменения объема упругой камеры в функции зарегистрированного сейсмического сигнала до совпадения сравниваемых фаз возбуждаемого и зарегистрированного сейсмических сигналов.

Вибрационный источник сейсмических сигналов, содержащий установленную на грунт излучающую платформу, соединенную через упругую камеру с виброплатформой, с установленной на ней силовой системой, которая соединена с датчиком частоты колебаний и положения излучающей платформы и выходами регуляторов частоты колебаний и хода излучающей платформы, а вход регулятора частоты колебаний соединен с первым выходом датчика частоты колебаний и положения виброплатформы, введены адаптивный рег гулятор и сейсмоприемник, установленный в скважине, выход которого подключен к первому входу адаптив - ного регулятора, второй вход которого соединен с вторым выходом датчика частоты колебаний и положения излучающей платформы, а выход соединен с входом регулятора хода излучающей платформы.

При работе виброисточника на поверхность грунта воздействует гармоническая сила F, которая возбуждает колебания грунта с виброскоростью V. Дпя оценки сейсмической мощности

Р, , принимаем) грунтом от виброисточника, можно использовать нввест- ное выражение

р, 4-. Ф -.

где S - угол, характеризующий фазовый сдвиг между вибро,, dX

скоростью V -- и силой at

F, величина которого при изменении частоты возмущающей силы колеблется от 90 до О , а X - вибросме- щение грунта.

Резонанс системы виброисточник - грунт соответствует фазовому сдвигу V О , при котором вибросмещение грунта X максимально.

Изменением коэффициента жесткост С 2 пневмокамеры можно совместить положение резонансного максимума амплитудно-частотной характеристики с текущим значением частоты возмущающей силы и получить при этом максимальный коэффициент передачи колебаний излучающей платформы в среду при различных коэффициентах жесткости грунта С,. Перемещения излучаю - щей платформы X и виброплатформы X - так же, как и изменение возмущающей силы F, осуществляются по синусидальному закону:

В

, sin (uJt +4,); X,, В sin (u)t +v);

F F sin iA t,

где B 2 амплитуда вибросмещени нижней и верхней платформы;ц и Ч ,j соответственно их фазы uJ - их угловая скорость: F - амплитудное значение возмущающей силы на виброплатформе. Из выщеизложенного следует, что, настраиваясь регулированием амплитуды хода упругой камеры на номинальный сдвиг по фазе между сигналом виброскорости виброплатформы и сигналом перемещения излучающей камеры, получают резонанс механической колеблющейся системы.

В соответствии с предложенным способом осуществляется следующая по- следовательность операций. Измеряют виброскорость перемещения грунта с помощью установленного в скважине на

0

5

0

5

5

0

г лубияе коренных пород сейсмоприем- ника. Сигнал виброскорости сравнивают по фазе с сигналом положения виброплатформы. При несовпадении фаз сравниваемых сигналов регулируют объем упругой камеры, добиваясь совмещения фаз сравниваемых сигналов, что соответствует настройке, на резонанс устройства возбуждения сейсмических колебаний с грунтом на заданной частоте. При переходе устройства на дру- гуюу частоту колебания последовательность операций повторяется.

На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ управления резонансным вибрационным сейсмоисточником.

Устройство для возбуждения сей смических сигналов содержит излучающую платформу 1, которая связана с грунтом, имеющим коэффициенты жесткости С и демпфирования К . Излучающая платформа 1 связана через регулируемую упругую камеру 2 с виброплатформой 3, которая взаимодействует с генерирующей системой, в состав которой входят два электродвигателя 4, валы которых соединены с валами регулируемых дебалансных механизмов 5, оси вращения которых расположены горизонтально и параллельно друг другу и к которым подг ключен датчик 6 частоты колебания и положения виброплатформы 3.

К одному из выходов датчика подключен регулятор 7 частоты колебания виброплатформы 3, к второму - один из входов адаптивного регулятора 8, второй вход которого связан с выходом-сейсмоприемника 9, а выход регулятора 8 соединен с входом регулятора 10 хода виброплатформы.

Устройство работает следующим образом.

Заданная в регуляторе.7 частота колебаний дебалансных механизмов 5 отрабатывается путем регулирования напряжения питания якорной цепи . электродвигателей 4 от регулятора 7. Реальная частота колебания деба- лансов измеряется фотоэлектрическим датчиком 6, передается в регулятор 7 для сравнения с заданной частотой. Пропорционально квадрату реальной частоты колебаний дебалансов регулятор 7 также вьздает сигнал на регулирование радиуса центра масс механизмов 5 и получения заданной величи- .

ны возмущающей силы. При этом адаптивный регулятор 8 выдает сигнал на peryjlHTOp 10 хода виброплатформы 3, тем самым разрешает наполнение упругой камеры 2 избыточным давлением, при этом виброплатформа 3 поднимается на определенную высоту, изменяя коэффициент жесткости Cj. Сигнал от регулятора 8 подаётся на вход регулятора 10 до тех пор, пока разность сигнала фазы виброскорости перемещения грунта, измеряемая сейсмоприемником 9, и фазы сигнала положения излучающей платформы, измеряемая фотоэлектрическим дат;7Т

чиком 6, йе достигнет Сравнение

фазы сигнала виброскорости и фазы сигнала положения обеспечивается фазовым детектором регулятора 8 и при достижении разности фаз сигнал

, подачи воздуха в пневмокамеру снимается .

Виброисточник работает в резонансе с грунтом, что обеспечивает наибольший коэффициент передачи энер10 гии в грунт и соответственно КПД

виброисточника. Учет упругих свойств грунта при возбуждении сейсмических колебаний цепи обратной связи при настройке электромеханической системы

15 на резонанс дает возможность повысить КПД вибросейсмоисточника на 10-20% и приблизить его к максимальному по сравнению с прототипом, что расширяет площадь сейсмозондирова20 ния Земли без дополнительного увеличения потребляемой энергии.

1 . Способ возбуждения вибрационных сейсмических сигналов источником возбуждения, содержащим излучающую платформу, соединенную через упругую камеру с виброплатформой, в котором регулируют частоты колебаний и ход виброплатформы путем изменения объема упругой камеры в функции заданной частоты колебаний виброплатформы, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД источника путем снижения нелинейных искажений возбуждаемых сигналов, регистрируют возбуждаемый сейсмический сигнал, сравнивают его по фазе с сигналом положения виброплатформы и регулируют ее ход путем изменения объема упругой камеры в функции зарегистрированного сейсмического сигнала до совпадения сравниваемых фаз возбуждаемого и зарегистрированного сейсмических сигналов. 2. Вибрационный источник сейсмических сигналов, содержащий установленную на грунт излучающую платформу, соединенную через упругую камеру с виброплатформой, с установленной на ней силовой системой, которая соединена с датчиком частоты колебаний и положения излучающей платформы и выходами регуляторов частоты колебаний и хода излучающей платформы, а вход регулятора частоты колебаний соединен с первым выходом датчика частоты колебаний и положения виброплатформы, отличающийся тем, что, с целью повы- щения коэффициента полезного действия источника путем снижения нелинейных искажений возбуждаемых сигналов, в него введены адаптивный регулятор и сейсмоприемник, установленный в скважине, выход которого подключен к первому входу адаптивного регулятора, второй вход которого соединен с вторым выходом датчика частоты колебаний и положения излуч§1ю- щей платформы, а выход соединен с входом регулятора хода излучающей платформы. i С/) 1 СО со

Редактор Н.Волощук

Составитель Г.Бокарев

Техред Л.Сердюкова Корректор В.Бутяга

Заказ ,6663/39Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.А/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4