Способ формирования силового воздействия для возбуждения низкочастотных сейсмических сигналов и автоматизированный электропривод дебалансного вибромодуля Советский патент 1989 года по МПК G01V1/153 

1

изобретение относится к геофизическим исследованиям земли, а именно

к способам и средствам возбуждения сейсмических сигналов, и может быть

31462216

использовано при вибрационном просвечивании земли с помощью дебалансных вибромодулей,

Цель изобретения - повышение точности и упрощение процесса формирования силового воздействия при одновременном расширении нижней границы диапазона частот силового воздействия.

На фиг.1 приведена функциональная схема вибромодуля; на фиг.2 - график одного из возможных законов изменения скорости вращения дебалансов на фиг.З - графики изменения суммарного

10

силового воздействия F и низкочастотной формируемой составляющей Fg,, соответствующей графику скорости, представленному на фиг.2.

15

Вибромодуль (фиг.1) устанавливают на грунт. Под действием его веса платформа имеет постоянньй контакт с землей. Выбирается закон изменения скорости дебалансов например (2) такой, чтобы среднее значение скорости в нижней полуплоскости вращения дебалансов - 2 ii n + /2 (фиг.1) не было равно среднему значению скорости в верхней полуплоскости +Т/2/Ч (2п + 1)F + Г/2 (1), где п - натуральное число, и чтобы разность средних значений изменялась периодически с частотой требуемого низкочастотного сейсмического сигнала. Например, выбранный закон изменения скорости дебалансов может быть реализован с помощью предлагаемого

Вибромодуль (фиг.1) содержит уста-20 электропривода 4, так что дебалансы

навливаемзто на грунт платформу 1 с расположенными на ней двумя дебалан- сами 2, массой m и эксцентриситетом г. имеющими жесткую связь через бло2 вращаются по одинаковому закону в разные стороны.

При вращении дебалансов 2 возникают центробежные силы F4 (рис, 1),

кировочный вал 3 и приводимыми в дви- 25 Их векторная сумма F, включающая жение автоматизированным электропри- формируемое Низкочастотное усилие Fg, водом.передается через платформу 1 в грунт.

Электропривод 4 выполнен по схеме. Для реализации требуемого закона содержащей два двигателя 5 постоянно- изменения скорости, например, задан- го тока, подключенных к выходам соот- 30 ного формулой (2), на выходе суммато- ветствующих силовых преобразователей 6, два регулятора 7 тока, на одни - входы которых подключены выходы соответствующих датчиков 8 тока, а на другие - выход общего регулятора 9 скорости, датчика 10 скорости, функционального преобразователя 11, предназначенного для формирования сигнала, пропорционального синусу угла поворота двигателей, вращающих дебалансы, сумматора 12, два входа кото- Модулирующая частота равна требуе- рого подключены соответственно к вы- мой частоте формируемого усилия и за35

ра 12 формируется задающий сигнал, равный сумме постоянного:-напряжения с. блока 13 задания средней скорости и переменного модулированного сигнала с блока 14 перемножения. При этом несущая частота определяется сигналом с блока 13 задания средней скорости вращения, что обеспечивается функциональным преобразователем 11.

40

ходу блока 13 задания средней скорости и к выходу блока 14 перемножения, на два входа которого подключены соответственно выход функционального преобразователя 11 и генератора 15 синусоидального сигнала, Вькод сумматора 12 подключен на один вход регулятора 9 скорости, а на другой вход подключен выход датчика 10 скорости. Валопроводы 16 соединяют двигатели 5 с дебалансом 2.

Функции блоков 11, 12, 14 может выполнять микроэвм, выполненная на базе стандартных микропроцессоров.

Способ осуществляется следующим . образом.

дается генератором 15 синусоидального сигнала.

45 Контур регулирования скорости

электродвигателей, включающий регуляторы 9 и 7, преобразователи 6, двигатели 5, датчики 8 и 10, обеспечивает характер скорости (фиг.2), соот ветствующий заданному сигналу с выхог да сумматора 12.

Пример, характеризующий суть способа формирования ..низкочастотной составляющей формируемого силового воздействия с частотой Л ,

Пусть частота вращения дебалансов изменяется по закону

oXt) aJc +AcJcos4 .sin&,AW-i .

(2)

55

Вибромодуль (фиг.1) устанавливают на грунт. Под действием его веса платформа имеет постоянньй контакт с землей. Выбирается закон изменения скорости дебалансов например (2) такой, чтобы среднее значение скорости в нижней полуплоскости вращения дебалансов - 2 ii n + /2 (фиг.1) не было равно среднему значению скорости в верхней полуплоскости +Т/2/Ч (2п + 1)F + Г/2 (1), где п - натуральное число, и чтобы разность средних значений изменялась периодически с частотой требуемого низкочастотного сейсмического сигнала. Например, выбранный закон изменения скорости дебалансов может быть реализован с помощью предлагаемого

электропривода 4, так что дебалансы

2 вращаются по одинаковому закону в разные стороны.

При вращении дебалансов 2 возникают центробежные силы F4 (рис, 1),

Их векторная сумма F, включающая формируемое Низкочастотное усилие Fg передается через платформу 1 в грунт

Для реализации требуемого закона изменения скорости, например, задан- 0 ного формулой (2), на выходе суммато- Модулирующая частота равна требуе- мой частоте формируемого усилия и за5

ра 12 формируется задающий сигнал, равный сумме постоянного:-напряжения с. блока 13 задания средней скорости и переменного модулированного сигнала с блока 14 перемножения. При этом несущая частота определяется сигналом с блока 13 задания средней скорости вращения, что обеспечивается функциональным преобразователем 11.

30

40

дается генератором 15 синусоидального сигнала.

Контур регулирования скорости

электродвигателей, включающий регуляторы 9 и 7, преобразователи 6, двигатели 5, датчики 8 и 10, обеспечивает характер скорости (фиг.2), соответствующий заданному сигналу с выхог да сумматора 12.

Пример, характеризующий суть способа формирования ..низкочастотной составляющей формируемого силового воздействия с частотой Л ,

Пусть частота вращения дебалансов изменяется по закону

oXt) aJc +AcJcos4 .sin&,AW-i .

(2)

514622Т6

де (л9 - максимальное отклонение час- тоты вращения от сред ней ,, Ч - угол, характеризующий положение дебаланса; oJc - средняя частота вращения дебаланса за oбopoт Суммарное силовое воздействие с четом (2) определяется как

ам ни то то со вр то о г п л

F, 2inrU(t) {

sin

.

2mr(cD - - -cos2Slt.cos .C4- 4C sinSJtf os3 f(1 - cos2l2t) 4 i2 4in24 cosPt 3 f- cos2V-X. X sin)t .

(3) 20

Согласно (3) суммарное усилие.содержит низкочастотную составляющую

Fj, mru3cui.5sin9t. (4)

Частота Si этой составляющей не зависит от срЕдней частоты обращения дебалансов (. может изменяться независимо от процесса регулирования

амплитуды. При этом диапазон изменения частоты Л не ограничен снизу ни точностью регулирования средней частоты вращения дебаланса, ни его ве- сом. Погрешность воспроизведения современным электроприводом низкочастотного сигнала (Si 4 270 по частоте определяется погрешностью задающего |генератора и характеризуется долями процента. Погрешность по фазе определяется единицами угловых секунд.

Графики изменения скорости вращения дебалансов (фиг.2) и силового воздействия (фиг.З) рассчитаны согласно (2) и (3) для следующих параметров:

Uc 20Т-1/С, Ди9 ,

j2 T.1/c, m 200 кг, г 0,3 м

При этом амплитуда низкочастотной составляющей согласно (А) составляет

12 Н.

Максимальная амплитуда низкочастотной составляющей формируемого усилия имеет место при изменении скорости по закону

Изобретение относится к области геофизических исследований земли, в частности к способам и средствам возбуждения сейсмических сигналов, и может быть использовано при вибрационном просвечивании земли с помощью дебалансных вибромодулей. Цель изобретения - повышение точности и упрощение процесса формирования силового воздействия (СВ) при одновременном расширении нижней границы диапазона частот формируемого СВ. Сущность способа состоит в том, что скорость вращения дебалансов изменяют в течении одного оборота так, что средние скорости вращения дебалансов в нижней и верхней полуплотностях различны, а их разность изменяют периодически с частотой, равной частоте низкочастотной составляющей формируемого СВ. Элементы системы управления соединены таким образом, что обеспечивается регулирование скорости вращения дебалансов по одному из возможных законов: (J(t) tJc. +icOcos4 sinilt, AcJ-c Ос«Л (1) где Л - частота низкочастотного СВ; Ч - угол, характеризующий положение дебалансов; uDc, средняя частота вращения дебалансов. При вращении дебалансов со скоростью

c+&Osin t при 2Тп - Ч

2Тп + 1

при 2Т+ I V (2п + 1)Т +

Принимая во внимание, можно оценить амплитуду низкочастотной составляющей из (3) при условии

t 1 const

fB

2mr (Kftti

К

Л-Й 1где К

Для параметров, принятых в предыдущем примере (К 2),

Fg, ЗтглсО 1810- Н

Таким образом, предлагаемый ..способ формирования силового воздействия на грунт для возбуждения низкочастотных сейсмических волн дебалансным вибромодулем реализуется проще ввиду отсутствия операции вьщеления (детектирования) низкочастотных биений силы. При этом описываемый электроп привод реализует независимое регулирование частоты и амплитуды формируе2Тп + 1

мого низкочастотного силового воздействия.

Б результате упрощается конструкция вибромодуля и система управления процессом формирования силового воздействия.

Описываемое изобретение позволяет независимо регулировать частоту низкочастотной составляющей силы и среднюю частоту вращения дебалансов. За счет этого увеличивается точность формирования .низкочастотной составля- кмцей возбуждающей силы и расширяется

нижний диапазон регулирования частоты формируемого сигнала, что в свою очередь расширяет возможности геофизических исследований земли методом вибрационного просвечивания.

Кроме того, возможность независимого регулирования средней частоты вращения дебалансов может быть использована для увеличения „мощности сейсмического сигнала за счет исполь

7

зования резонансных явлений и снижения потерь в присоединенной массе грунта. Действительно, средняя частота вращения дебалансов независимо .от, низкочастотного сигнала может быт эыбрана . :равной частоте собственных солебаний системы платформа - грунт. Формула изобретения , 1. Способ формирования силового воздействия для возбуждения низко- астотных сейсмических сигналов, при Котором обеспечивают постоянный кон- taKT платформы дебалансного вибромодуля с грунтом и осуществляют через нее периодическое изменение давления йа грунт центробежной силой вращаю- Цихся в вертикальной плоскости дебалансов, отличающийся тем что, с целью повьшения точности и уп рощения процесса формирования силового воздействия при -одновременном расширении нижней границы диапазона частот силового воздействия, скорость вращения дебалансов изменяют в течег йие одного оборота так, что средняя скорость в нижней полуплоскости вращения дебалансов отлична от средней скорости в верхней полуплоскости, а разность этих средних скоростей изменяют периодически с частотой, равной частоте низкочастотной составляющей формируемого силового воздействия .

2, Автоматизированный электропривод дебалансного вибромодуля, содер

5

22

0

5

0

5

168

жащий два электродвигателя с валопро- водами, соединенньи-ш каждьй со своим дебалансом, два силовых преобразователя, выходы которых подключены к соответствующим электродвигателям и цифроаналоговый регулятор скорости вращения дебалансов, один вход которого подключен к выходу -цифрового датчика скорости, отличающийся тем, что,- с целью упрощения процесса формирования силового воздействия, в.него введены блок задания средней скорости вращения дебалансов, функциональный преобразователь, блок перемножения, сумматор, два регулятора тока, два датчика тока и генератор низкочастотного синусоидального сигнала,, причем вькод функционального преобразователя подключен к одному входу блока перемножения, к другому входу блока подключен выход генератора низкочастотного синусоидального сигнала, выход блока перемножения и выход блока задания средней,...скорости подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого подключен к второму входу регулятора скорости, выход регулятора скорости подключен к входам обоих регуляторов тока, к вторым входам которых подсоединены выходы соответствующих датчиков тока, а выходы регуляторов тока подсоединены к управляющим входам соответствующих силовых преобразователей.

Y/ /// //////////// ///

Не

80 50

Ю 20

or

О ai aJ V qS CiS 0.1 0.8 0.9 1 1.1 1,1 1,9 V 1,9

8.2