Вибрационный источник сейсмических сигналов Советский патент 1990 года по МПК G01V1/37 

Изобретение относится к сейсмо- разпедочной технике, а именно к вибрационной сейсморазведке, и может быть использовано в источниках сейсмических сигналов, преимущественно электрогидравлического действия, при сейсмических исследованиях.

Целью изобретения является повы- гаение сейсмической эффективности источника за счет повьшения быстродействия.

На фиг.I приведена блок-схема сейсмического вибратора; на фиг.2 - функциональкая схема программного устройства управления.

Сейсмический вибратор (фиг.1) содержит возбудитель вибрации I, включающий oпoprvю плиту 2, жестко связанную со штоком 3 и установленным на ней датчиком ускорения f, реактивную массу 5, связанную со штоком 3, с датчиком положения массы 6 и электрогидравлическим преобразователем 7 с датчиком положения зо- лотника 8, последовательно соединенные устройство 9 запуска, программное устройство 10 управления, система 11 фазовой синхронизации, первый счетчик I2, первый преобразователь 13 код - аналог, блок 14 следящей системы и усилитель.15 мощности, выход которого связан с входом электрогидравлического преобразова- теля 7, причем второй и третий входы блока 14 CJIeдпщeй системы соедине ны соответственно с вбкодами датчиков 6 и 8 массы и золотника, кроме того, последовательно соединенные второй счетчик 16, второй преобразозапуска, первый триггер 23, схема И 2Д, регистр 25 памяти и сумматор 26, выходы которого соединены с вторыми входами первого счетчика 12, а

5 вторые входы сумматора 26 соединены с вторыми выходами устройства 18 управления, вторые входы регистра 25 памяти соединены с выходами пер- .вого счетчика 12, второй вход первоtO го триггера 23 соединен с третьим выходом программного устройства IО управления, а второй выход первого триггера 23 соединен с третьим входом програьтного устройства 10 управ15 ления, четвертый вход которого соединен с выходом дополнительного устройства 22 запуска. Сейсмический вибратор содержит третий счетчик 27, вход которого соединен с четвертым выходом программного устройства управления, а выход - с первым.входом второго триггера 28, второй вход которого соединен с третьим выходом программного устройства 1 О управления, а выход - с вторым входом схемы И 24, а также блок 29 формирования импульсов, вход которого соединен с выходом старшего разряда второго счетчика 6, а выход - с третьим входом схемы И 24.

Программное устройство 0 управления содержит (фиг.2} генератор 30, последовательно соединенные элемент ИЛИ 31, первый 32 и второй 33 элементы задержки, триггер 34, первый элемент И 35 и первьй делитель 36 частоты, а также последовательно соединен20

25

30

35

ные устройство 37 вычитания, первый преобразователь 38 код - частота,

ватель 17 код - аналог, выход которо- до У Равляемьй делитешь 39 частоты, второй 40 и третий 41 элементы И, реверсивный счетчик 42, второй преобразователь 43 код - частота и второй делитель 44 , кроме того тай- j мёр 45, элемент НЕ 46 и четвертый .элемент И 47.

го соединен с вторым входом блока II фазовой синхронизации, а первый вход второго счетчика 16 соединен с вторым выходом программного устройства 10 управления, а выход датчика 4 ускорения соединен с третьим входом блока 1I фазовой синхронизации, а также устройство .8 упрявления, включающее, кнопку 19 ручного запуска и регистры 20 параметров разверт- г.и, выходы которых соединены с вторыми входами программт ого устройства 10 управления, и регистр 21 начальной фазы, выходы которого соединены с вторыми входами второго счетчика 16.

Кроме того, последовательно соединены дополнительное устройство 22

77037

запуска, первый триггер 23, схема И 2Д, регистр 25 памяти и сумматор 26, выходы которого соединены с вторыми входами первого счетчика 12, а

5 вторые входы сумматора 26 соединены с вторыми выходами устройства 18 управления, вторые входы регистра 25 памяти соединены с выходами пер- .вого счетчика 12, второй вход первоtO го триггера 23 соединен с третьим выходом программного устройства IО управления, а второй выход первого триггера 23 соединен с третьим входом програьтного устройства 10 управ15 ления, четвертый вход которого соединен с выходом дополнительного устройства 22 запуска. Сейсмический вибратор содержит третий счетчик 27, вход которого соединен с четвертым выходом программного устройства управления, а выход - с первым.входом второго триггера 28, второй вход которого соединен с третьим выходом программного устройства 1 О управления, а выход - с вторым входом схемы И 24, а также блок 29 формирования импульсов, вход которого соединен с выходом старшего разряда второго счетчика 6, а выход - с третьим входом схемы И 24.

Программное устройство 0 управления содержит (фиг.2} генератор 30, последовательно соединенные элемент ИЛИ 31, первый 32 и второй 33 элементы задержки, триггер 34, первый элемент И 35 и первьй делитель 36 частоты, а также последовательно соединен20

25

30

35

ные устройство 37 вычитания, первый преобразователь 38 код - частота,

до У Равляемьй делитешь 39 частоты, вто50jj

рой 40 и третий 41 элементы И, реверсивный счетчик 42, второй преобразователь 43 код - частота и второй делитель 44 , кроме того тай- j мёр 45, элемент НЕ 46 и четвертый .элемент И 47.

Вибрационный источник работает следующим образом.

Перед началом работы при подаче питания на электрическую схему сейсмического вибратора в регистры 20 и 1 заносятся набранные оператором сейсмоустановки параметры разверт- ки: к ачальная F и конечная Гц частоты развертки, длительность Т„ развертки, а также начальная фаза V опорного сигнала (эти связи на фиг.1 не показаны). При запуске снетемы импульсом г. пмхода первого элемента 32 задержки параметры рагэверт- ки заносятся в устройство 37 вычитания, управляемьш делитель 39 частоты реверсивный счетчик 42, первый 12 и второй 16 счетчики, а также осуществляется установка в О по первому вы ходу первого 23 и второго 28 триггеров и сброс первого 36 и второго 44 делителей частоты.

В случае передачи сигнала синхронизации с регистрирующей аппаратуры на сейсмический вибратор по радиоканалу устройство 9 запуска принимает и декодирует сигнал синхронизации и вырабатьгеает на своем выходе импульс, который осуществляет запуск вибратора. Импульс запуска может быть сформирован также оператором сейсмоустановки с помощью кнопок дистанционного запуска, входящих в устройство 18 управления и в дополнительное устройство 22 запуска.

Импульс запуска, пришедщий на один из трех входов элемента ИЛИ 3I программного устройства управления 10 (фиг.2), поступает на вход первого элемента 32 задержки, на выходе которого формируется импульс, который служит для установки первого 23 и второго 27 триггеров, а также уп- равляемого делителя 39 частоты, пер- ; вого 38 и второго 43 преобразователей код - частота, управляемого дели теля ЗУ частоты и реверсивного счетчика 42, а также для сброса первого 36 и второго 44 делителей частоты. №4пульс запуска, пройдя второй зле- мент 33 задержки,поступает на S-вход триггера 34 н устанавливает его в состояние логической 1 по прямому выходу, за счет чего импульсная последовательность с генератора 30 проходит через первый элемент.И 35 на первый делитель 36 частоты, первый 38 и второй 44 преобразователи код - частота. Сигнал, представляющий собой импульсы частоты 1 Гц, с. выхода делителя 36 частоты поступает на вход Третьего счетчика 27 и на первый вход т 1ймера 45, на второй вход которого поступает параллельный код длительности развертки. С этого момента начинается работа сейсмического вибратора; на первом выходе устройства 37 вычитания формируется параллельный код разности значений начальной и конечной частот разверт77П374

ки, на втором выходе - знак разности в вщ;е потенциала nortniecKoro уровня, который при помощи элемента НЕ 46,

третьего 41 и четвертого 47 элемен- 5 тон И управляет направлением счета реверсивного счетчика 42. На вход управляемого делителя 39 частоты поступает с выхода первого преобразователя 38 код - частота импульс- 10 ная последовательность, частота которой определяется параллельным кодом, поступающим с выхода устройства 37 вычитания. На выходе управляемого делителя 30 частоты формируется им- 15 пульсная последовательность, частота которой определяется по формуле:

К ..

Тр где К - коэффициент пропорциональV

р

F F

ности;

к

- параметры колебательного

процесса сейсмического вибратора.

Разрешение на прохождение импульсной последовательности с выхода управляемого делителя 39 частоты через второй элемент И 40 поступает с второго выхода первого триггера 23. С

выхода второго элемента И 40 импульс- ная последовательность поступает через третий 41 или четвертый 47 эле- мент И на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика 42, в

который, как уже указывалось, при помощи импульса с выхода первого элемента 32 задержки в начале развертки записывается параллельный код начальной частоты колебательного про-

цесса вибратора. За счет поразрядно го соединения выходов реверсивного счетчика 42 с входами второго пре - образователя 43 код - частота на выходе последнего формируется импульсная последовательность, частота которой в каждьй момент времени развертки определяется параметрами колебательного процесса- н текущим временем развертки. После деления частоты этой импульсной последовательности вторым делителем 44 частоты она Поступает на первый вход второго счетчика 16, цифровой код с выходов которого преобразуется в аналоговый сигнал во втором преобразователе 17 и поступает ,на вход системы 11 фазовой синхронизации. Вторая импульсная последовательность, проходя через снст(му II фазоной синхронизации, поступает на нход первого счётчика 12, цифровой код с выходов которого преобразуется в первом преобразователе 13 код - аналог в аналоговьй сигнал и поступает на вход блока 14 следящей системы. На другие входы блока 14 следящий системы поступают сигналы с датчиков 6 и 8 положения массы и золот- ника,которые предназначены для поддержания требуемого режима работы возбудителя вибрации. Управляющий синусоидальный сигнал с выхода блока 14 слеДящей системы усиливается усилителем 15 мощности, поступает на вход преобразователя 7 электрогидравлического типа и с помощью ре- активной массы 5, штока 3 и опорной плиты 2 преобразуется в сейсмические колебания грунта. На опорной плите 2 установлен датчик 4 ускорения, на выходе которого под действием возбужда ejvioro сигнала (колебаний плиты появ ляется электрический сигнал. Сигнал датчика 4 ускорения подается на .вход системы 11 фазовой синхронизации, где он отфильтровывается от помех и нелинейных искажений, усиливается и сравнивается пи фазе с напряжением опорного сигнала, поступающего с вЫ хода преобразователя 17 код - аналог

Когда фаза сигнала с выхода датчика 4 ускорения отстает от фазы опорного сигнала, импульсная последовательность на выходе системы iI фа зовой синхронизации превьппает по частоте входную импульсную последовательность, приходящую с выхода программного устройства 10 управления, что приводит к ускорению колебательного процесса в сейсмическом вибраторе и ликвидации отставания по фазе вьпсодного сигнала с датчика 4 ускорения относительно опорного сигнала .

Разница по частое входной и выходной импульсных последовательное- тей системы II фазовой синхронизации определяется величиной разности фаз сигнала с выхода датчика 4 ускорения и опорного сигнала.

Когда фаза сигнала с выхода датчика 4 ускорения опережает опорный сигнал, частота импульсной последовательности на выходе,системы 11 фазовой синхронизации меньше частоТы ВХОДНОЙ импульсной последователь

ности, приходящей с вь(хода программного устройства 10 управления, в результате колебательный процесс в - , сейсмическом вибраторе замедляется и сдвиг фаз сокращается.

В случае, когда фазы опорного сигнала и сигнала с выхода датчика 4 ускорения совпадают, импульсная поJO следовательность с первого выхода программного устройства 10 управления проходит через систему 11 фазовой синхронизации без изменения. При этом фаза сигнала с выхода первого

J5 преобразователя код - аналог, т.е. управляющего сигнала вибратора, от - лична от фазы опорного сигнала и , выходного сигнала датчика 4 ускорения. Величина фазового сдвига управ20 ляющего сигнала относительно опорного сигнала всегда такая, чтобы скомпенсировать фазовые сдвиги, возникающие в механических и гидравлических звеньях, а также в результате

25 взаимодействия опорной плиты 2 с .грунтом. После обработки заданной длительности развертки на выходе таймера 45 формируется импульс, который устанавливает триггер 34 по И -в-юду

30 в исходное состояние и прекращает тем самым колебательный процесс вибратора. При подаче питания на электрическую схему вибратора на вторые входы первого счетчика 12 с выходов

, сумматора поступает произвольный параллельный код, значения которого не изменяются при поступлении импульса запуска с устройства 9 запуска или с устройства 18 управления.

При поступлении импульса запуска с дополнительного устройства 22 запуска первый триггер 23 устанавливается в состояние логической I на . первом его выходе и логического О

g на втором, в результате чего колебательный процесс вибратора осуществляется на постоянной начальной частоте. Это происходит потому, что пер вый триггер 23 сигналом с второго

„. выхода запрещает прохождение импульсной последовательности частотой Vp через второй элемент И 40.-В результате код (Рц ) на выходах реверсивного счетчика 42 не изменяется в тече- J, ние развертки и соответствукицая ему импульсная последовательность на выходе второго преобраздвателя 43 код- частота пой псаюТся также постоянной частоты.

Ньгходном сигнал старшего разряда второго счетчика I6 представляет собой опорньй сигнал прямоугольного вида, совпадающш по фазе с выходным аналоговым сигналом второго пре- образоват еля 17 код - аналог. Каждьй отрицательньй перепад опорного сигнала приводит к появлению ко.ротких положительных импульсов на выходе блока 29 формирования импульсов, Эти импульсы проходят через схему И 24 на первый вход регистра 25 памяти до тех пор, пока третий счетчик не установит второй триггер по его первому входу в состояние логического О на его выходе. Время прдхождения импульсов через схему И 24 равно мак сймальному времени переходного процессе. Длительность переходного процесса при различных частотах может быть вычислена с помощью известного метода, если известно математическое описание звеньев системы управления, или определена экспериментально. Каждым приходящим импульсом в регистр 25 памяти по вторым входам заносится паралельный код с выходов первого счетчика 12. Этот код определяет фазу управляющего сигнала. В сумматоре 26 происходит сложение параллельного кода из регистра 25 памяти с параллельным кодом из регистра 21 начальной фазы опорного сигнала.

№4пульсом запуска с выхода уст - ройства 9 запуска или устройства 18 управления в следующей развертке параллельный код из сумматора 26 переписывается в первый счетчик 12. Тем самым управляющий сигнал при запуске вибратора имеет такую фазу, при которой опорный сигнал находится в фазе с выходным сигналом датчика. 4 ускорения.

По сравнению с известным вибрационным источником предлагаемый сейсмический вибратор имеет значительный переходный процесс только во время первого запуска вибратора от дополнительного устройства 22 запуска на

начальной частоте Р„ . Все последуюн

щие запуски происходят практически без переходного процесса. Устройство позволяет увеличить быстродействие и тем самым повысить сейсмическую эффективность вибратора. Время переходного процесса после первого

0

запуска определяктся только работой системы фазовой синхронизации.

При запуске вибратора от дополнительного устройства запуска в регистр 25 памяти записывается выходной код первого счетчика 12 каждым импульсом с выхода схемы И 24, причем этот код в каждьп момент импульса первые несколько (зависит от начальной частоты развертки ) периодов опорной частоты будет разным в связи с тем, что в вибраторе происходит переходный процесс, и лгшь not

- ле окончания;переходного процесса код имеет некоторое установившееся значение, соответствукщее фазе управ ляющего сигнала относительно опорно го.

Q Переходный процесс при запуске системы после измерения сдвига фаз управляющего сигнала относительно опорного практически отсутствует.

Измерение сдвига фаз от допол- нительного устройства 22 запуска необходимо производить после каждого изменения параметров развертки.

0

5

0

0

5

Формула изобретения

Вибрационный источник сейсмических сигналов, содержащий возбудитель вибрации, включающий опорную плиту, жестко связанную со штоком и установленным на пей датчиком ускорения, реактиЕнгто массу, связанную со штоком, с датчиком положения массы и электрогидравлическим преобразователем с датчиком положения золотника, последовательно соединенные устройство запуска, -программное устройство управления, система фазовой синхронизации, первый счетчик, первый преобразователь код - аналог, блок сле- дящей системы и усилитель мощности, выход которого связан с входом -элект- рогидравлического преобразователя, причем второй и третий входы блока следяющей системы соединены соответственно с выходами датчиков положе- кия массы и золотника, последовательно соединенные второй счетчик, второй преобразователь код - аналог, выход которого соединен с вторым входом системы фазовой синхронизации, а первый вход второго счетчика соединен с вторым выходом программного устройства управления, выход датчика ускорения соединен с третьим

9

входом системы фазовой синхронизации а также устройство управле тия, включающее кнопку ручного запуска, ре - гистры параметров развертки, выходы которых соединены с вторыми входами программного устройства управления, И регистр начальной фазы, выходы которого соединены с вторыми входами второго счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения сейсмической эффективности за счет повьпления быстродействия, в сейсмический вибратор введены последовательно соединенные дополнительное устройство запуска, первый триггер, схема И, регистр памяти и сумматор, выходы которого соединены с вторыми входами ервого счетчика, а вторые входы сумматора соединены с вторьми выходами устройства управления, вторые входы регистра памяти

7703710

.соединены с выходами.первого счетчика, второй вход первого триггера соединен с третьим выходом программного устройства управления, а вто5 рой выход первого триггера соединён с третьим входом программного устройства управления, четвертый вход которого соединен с выходом дополнительного устройства запуска, третий

10 счетчик, вход которого соединен с четвертым выходом программного управ- , а выход - с первым входом второго триггера, второй вход которого соединен с третьим выходом програм15 много устройства управления, а выход второго триггера - с вторым входом схемы И, третий вход которого соединен с выходом блока формирования импульсов, вход которого соединен с

20 выходом старшего разряда второго счетчика.

fPuz.1

иг.2

Изобретение относится к сейсмо- раэведочной технике и может быть использовано в вибрационных источниках сейсмических сигналов преимущественно электрогидравлического действия . Цель изобретения - повьппение сейсмической эффективности за счет повьппения быстродействия. Источник снабжен дополнительным устройством . запуска, двумя триггерами, счетчиком, схемой И, регистром памяти, сумматором и блоком формирования импульсов. Указанные блоки при специальном запуске позволяют измерить фазовый сдвиг между управляющим и опорным сигналами и учитывать его с учетом значения регистра начальной фазы в управляющем сигнале при каждом последующем рабочем запуске сейсмического вибратора. 2 ил. i (Л to о со ч