Скважинная сейсмоакустическая станция Советский патент 1988 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к устройствам для сейсмоакустической разведки подземных акустических неоднороднос- тей и мож ет .быть использовано при создании аппаратуры прозвучивания массива горных пород между скважинами для выявления зон повышенного поглощения упругих колебаний.

Цель изобретения - повышение дос- товарности результатов исследований путем упрощения процесса разделения упругих колебаний по типам.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемой станции.

Скважинная сейсмоакустическая станция содержит генератор 1, подключенный к его выходу источник 2 упругих колебаний, формирователь 3 импульсов управления, последовательно соединенные пер-вьй приемник 4 упругих колебаний, первый усилитель 5 и первый фазовращатель 6, последовательно соединенные второй приемник 7-упругих колебаний, второй усилитель 8 и вто-

jрой фазовращатель 9, последовательно соединенные аналоговый сумматор 10,

I блок 11 аналогового перемножения сигналов, преобразователь 12 частоты,

аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 13, цифровой накопитель 14 сигналов и регистратор 15, а также гене|ратор 16 опорной частоты и блок 17

визуализации.

I Выходы фазовращателей 6 и 9 подIсоединены к первому и второму входам

аналогового сумматора 10. Выход генератора 16 опорной частоты подключен к второму входу преобразователя 12 частоты. Выход цифрового накопителя 14 сигналов соединен с входом блока 17 визуализации. Выходы формирователя 3 импульсов управления подсоединены к второму входу цифрового накопителя 14 сигналов, вторым входам фазовращателей 6 и 9, второму входу АЦП 13 и входу генератора 1.

В качестве генератора 1 может быть использован коммутируемый кварцован- ный генератор. Источник 2 упругих колебаний может быть изготовлен на основе магнитострикционного или пьезо- керамического электроакустического преобразователя. Формирователь 3 им- пульсов управления может включать электронный коммутатор и ключи.

Первый 4 и второй 7 приемники уп- :ругих колебаний могут быть изготовле

.

5

0 5

о

Q

5

0

5

ны на основе пьезокерамических электроакустических преобразователей в виде сферы или набора колец, шайб.

Скважинная сейсмоакустическая станция работает следующим образом.

В ск важину опускают источник

2упругих колебаний, а в другую - приемники 4 и 7 упругих колебаний, располагая их на расстоянии друг от друга, равном,.например, половине длины продольной волны, распространяющейся в среде,обеспечивая при этом одинаковые условия приема упругих колебаний (волн) первым 4 и вторым 7 приемниками упругих колебаний.

Подключают в блоке 11 аналогового перемножения сигналов N перемножите- лей (не показаны), в генераторе 1 - рабочую частоту f излучения упругих колебаний, а в формирователе 3 импульсов управления - сдвиг фаз, равный нулю.

По команде оператора формирователь

3импульсов управления вырабатывает импульс запуска, который поступает на входы источника 2 упругих колебаний. АЦП 13 и цифрового накопителя 14 сигналов. Источник 2 возбуждает в среде упругие колебания с частотой fg, которые распространяются в ней

и постзшают к первому 4 и второму 7 приемникам упругих колебаний. Поступившие к последним сейсмические сигналы являются в установившемся режиме суммой.проходящих, отраженных и др. типов продольньк и поперечных волн. Эти сейсмические сигналы преобразовываются первым 4 и вторым 7 приемниками упругих колебаний в электрические сигналы, которые на выходе первого приемника 4 упругих колебаний могут быть выражены соотношением

a/t) U,j- sin(w t + 4.,j) ,

a на.выходе второго приемника 7 упругих колебаний соотношением

a(t) i:u.. sin(wt + 4,j ), j i Ч

где a,(t) и a(t) - величина суммарного сигнала на вькодах первого 4.и второго 7 приемников упругих колебаний соответственно;

и, «

и и

ки

:

to

ч.

1М

Ч

кп

140

амплитуда п-го типа волны на входах первого 4 и второго 7 приемников упругих колебаний соответственно; круговая частота излучаемых в среду упругих колебаний

фазы п-го типа «волны на входах первого 4 и второго 7 приемников упругих колебаний t - текущее время. Электрические сигналы с выходов первого 4 и второго 7 приемников упругих колебаний усиливаются первым 5, и вторым 8 усилителями и поступают на входы первого 6 и второго 9 фазовращателей, которые, не изменяя фазу сигналов, передают их на входы аналогового сумматора 10. В последнем сигналы складываются.

Полученный в аналоговом сумматоре 10 сигнал может быть выражен соотношением

1

UjSin()

Сформированный в блоке 11 аналогового перемножения сигналов сигнал содержит ряд компонент волн, каждая из которых имеет вид

а pi (t) k(if)U,. sin4 ,

ар- (t)

величина сигнала, соот- ветств ующего i-й компоненте (волне) на выходе блока 11 аналогового перемножения сигналов;

амплитуда i-й компоненты сигнала

(л) t +

о., п

l-fi

2

. Ц

фазы сигналов на выходе первого 4 и второго 7 приемников 4 и 7 упругих НИИ при приходе i-й

колеба- волны.

k(f) 2сов -

лФ,- - величина сдвига фаз между сигналами на выходах первого 4 и второго 7 приемников упругих колебаний при приходе i-й волны. Анализ выражения ар, (t) показьгаачем больше показатель степени

ет, что,

Изобретение относится к устройствам для сейсмоакустической разведки подземньк неоднородностей и может быть использовано при создании аппаратуры прозвучивания массива горных пород между скважинами для выявления -зон повышенного поглощения упругих колебаний. Изобретение позволяет повысить достоверность результатов исследования путем упрощения процесса разделения упругих колебаний по типам. В одну скважину опускают источник упругих колебаний (ИУК), а в другую - приемники на расстоянии друг от друга, равном, например, половине длины продольной волны. ИУК возбуждает в среде упругие колебания с частотой fо . бания, поступающие к приемникам, .яв- ляются суммой проходящих, отраженных и др. типов продольных и поперечных волн. С усилителей электрические сигналы поступают на фазовращатели, а затем на входы аналогового сумматора, з .где они суммируются и передаются далее в блок аналогового перемножения сигналов. В цифровом накопителе производится накопление сигналов. Про- цессы суммирования и перемножения сигналов обеспечивают последователь- ное выделение всех типов волн за счет изменения сдвига фаз между сигналами. 1 ил. (Л 4

где ) - величина суммарного сигнала на выходе аналогового сумматора 10. Сигнал a(t) поступает на входы блока 11 аналогового перемножения сигналов, которьй формирует на выходе сигнал вида

ap(t) k()al(t).

где

ap(t) - величина сигнала на выходе блока 11 аналогового перемножения сигналов ,;

а() - коэффициент пропорциональности, зависящий от сдвига фаз между сигналами на выходах первого 4 и второго 7 приемников уп ругих колебаний.

Частота сигнала a-Ct) имеет частоту f р , при зтом ff- f о.

5

0

5

0

N у функции ,- 2

и величина л т.е.

1

при

величина ал, (t) ,

эта величина минимальна, Эта

тем меньше

и Ч, 180

а при йФ,- О - максимальна, особенность процесса суммирования сигналов и перемножения обеспечивает последовательное вьщеление всех ти- .пов волн, присутствующих в сигналах, за счет изменения величины сдвига фаз между сигналами.

Сигнал с выхода блока t1 аналогового перемножения сигналов поступает далее на первый вход преобразователя- 12 частоты, на второй вход которого с вых ода генератора 16 опорной час1-

тоты поступает сигнал с частотой f, равной

„ 2 fn.

Указанные сигналы формируют на выходе преобразователя 12 частоты сигнал, частота которого ниже частоты fp, что упрощает преобразование сигнала

в цифровой код в АЦП 13, которьй имеет, как правило, небольшое быстродействие. Преобразованный по команде с выхода формирователя 3 импульсов управления сигнал с выхода АТ.Щ 13 поступает в цифровой накопитель 14 сигналов, где по команде с выхода формирователя 3 импульсов управления сум-

15

мируется с ранее поступившей реализа- -|Q колебаний и первый усилитель, при цией сигнала. При поступлении первой реализации сигнала она суммируется с нулем. Полученная сумма запоминается и одновременно визуализируется на экране ЭЛТ блока 17 визуализации. При дальнейшей работе станции производится накопление сигнала в цифровом накопителе 14 сигналов до тех пор, пока оператор не примет решение о завершении процесса накопления, который. 2о он контролирует с помощью блока визуализации.

После завершения процесса накопления по команде оператора формирователь 3 импульсов управления выра- батывает команду, при поступлении которой накопленный сигнал регистрируется регистратором 15, а также команды, обеспечивающие заданную величину сдвига фаз у первого 6 и второго 9 фазовращателей. После этого повторяется процесс накопления сигнала с вновь установленной величиной сдвига фаз. Таким образом, изменяя с заданным шагом величину сдвига фаз между сигналами с выходов первого 4 и второго приемников упругих колебаний,

выявляют величины сигналов, соответ: ствующих всем типам волн, что эквивалентно изменению направленности приема упругих колебаний, что улучшает разделение зарегистрированных

: сейсмических волн по их типам. Формула изобретения

Скважинная сейсмоакустическая станция, содержащая генератор, подэтом второй вход цифрового накопит ля сигналов подключен к выходу фор рователя импульсов управления, от личающаяся тем, что, с ц лью повьопения достоверности резуль тов исследований путем упрощения процесса разделения упругих колеба ний по типам, она снабжена блоком логового перемножения сигналов, пр образователем частоты, генератором опорной частоты и последовательно соединенными вторым приемником упр гих колебаний, вторым усилителем и вторым фазовращателем, при этом вы 25 ход первого усилителя подключен k первому входу первого фазовращател вторые входы обоих фазовращателей подсоединены к второму и третьему выходам формирователя импульсов уп равления, а их выходы - к первому второму входам аналогового суммато ра, выход которого подключен к вхо блока аналогового перемножения сиг лов, выход которого соединен с пер входом преобразователя частоты, вт рой вход которого подсоединен к вы ходу, генератора опорной частоты, а выход - к первому входу аналого-ци рового преобразователя, второй вхо которого подключен к четвертому вы

30

35

40

ду формирователя импульсов управления, пятый выход которого соедин с входом генератора, а выход цифро го накопителя сигналов подсоединен входу регистратора.

ключенный к его выходу источник упругих колебаний, первый фазовращатель, аналоговый сумматор, формирователь импульсов управления, аналого-цифровой преобразователь, подключенный к его выходу цифровой накопитель сигналов, регистратор и последовательно соединенные первый приемник упругих

колебаний и первый усилитель, при

этом второй вход цифрового накопителя сигналов подключен к выходу формирователя импульсов управления, отличающаяся тем, что, с целью повьопения достоверности результатов исследований путем упрощения процесса разделения упругих колебаний по типам, она снабжена блоком аналогового перемножения сигналов, преобразователем частоты, генератором опорной частоты и последовательно соединенными вторым приемником упругих колебаний, вторым усилителем и вторым фазовращателем, при этом вы- ход первого усилителя подключен k первому входу первого фазовращателя, вторые входы обоих фазовращателей подсоединены к второму и третьему выходам формирователя импульсов управления, а их выходы - к первому и второму входам аналогового сумматора, выход которого подключен к входу блока аналогового перемножения сигналов, выход которого соединен с первым входом преобразователя частоты, второй вход которого подсоединен к выходу, генератора опорной частоты, а выход - к первому входу аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого подключен к четвертому выхо

ду формирователя импульсов управления, пятый выход которого соединен с входом генератора, а выход цифрового накопителя сигналов подсоединен к входу регистратора.