Вибрационный сейсмический источник Советский патент 1992 года по МПК G01V1/37 

Изобретение относится к вибрационным источникам сейсмических сигналов, применяемым в сейсморазведке при поиске нефтяных, газовых и рудных месторождений.

Известен гидравлический источник сейсмических сигналов, содержащий возбудитель вибрации, включающий опорную плиту и реактивную массу, электронный блок управления, содержащий последовательно соединенные формирователь управляющего сигнала, регулятор уровня возбуждения и следящую систему, а также датчики ускорения опорной плиты и реактивной массы, выходы которых подключены к входам следящей системы, а также регулятор мощности излучения, содержащий интегратор,

двухвходовый перемножитель, фильтр низкой частоты, измеритель ускорения реактивной массы и двухвходовый сумматор.

Известен источник сейсмических сигналов, включающий в себя гидравлический вибровозбудитель, следящую систему управления колебаниями опорной плиты, генератор сигнала развертки, датчики ускорений опорной плиты и реактивной массы, а также схемы измерения (косвенного) потока рабочей жидкости и схемы управления амплитудой колебаний.

Известные источники сейсмических сигналов, позволяющие повысить эффективность их в работе за счет регулирования амплитуды колебаний, относятся к классу гидравлических источников, поэтому для ре(Л

С

vj

ho со со

N

со

шения подобных задач в электромеханических источниках они не пригодны.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является дебаланс- ный вибрационный источник, содержащий дебалансный вибровозбудитель, исполнительный двигатель управления частотой колебаний, соединенный с приводным валом вибровозбудителя, блок управления частотой колебаний, энергоустановку, механизм управления перемещениями дебалансов, блок перемещений дебалансов, программный генератор, датчики перемещений дебалансов и датчик числа оборотов, причем программный генератор, блок управления частотой колебаний, энергоустановка и исполнительный двигатель управления частотой колебаний связаны последовательно, а первый и пятый, второй, третий, четвертый входы блока перемещений дебелансов соответственно связаны с двумя датчиками перемещений дебалансов, блоком управления частотой колебаний, датчиком числа оборотов и программным генератором, при этом второй вход блока управления частотой колебаний соединен с выходом датчика числа оборотов.

Недостатком известного устройства является отсутствие контроля мощности излучения вибрационного источника, что приводит к значительному колебанию амплитуды сейсмической волны при работе источника на разных частотах и на различных грунтах. В свою очередь, колебания амплитуды сейсмической волны отрицательным образом сказываются на точности и разрешающей способности вибрационного метода сейсморазведки, так как приводят к разрушению функции взаимной корреляции двух сигналов: регистрируемых сейсмических волн и сигналов управления.

Цель изобретения - повышение сейсмической эффективности электромеханических вибрационных источников сейсмических сигналов за счет исключения неконтролируемых изменений излучаемой энергии на резонансных частотах.

Указанная цель достигается тем, что в вибрационный источник, содержащий электромеханический вибровозбудитель, испол- нительный двигатель,соединенный с приводным валом вибровозбудителя, блок управления частотой колебаний, энергоустановку, механизм управления перемещениями дебалансов, программный генератор, блок перемещений дебалансов, датчики перемещений дебалансов и датчик числа оборотов, причем в нем первый вход блока управления частотой колебаний соединен с первым выходом программного генератора, а первый выход связан с энергоустановкой, первый-третий входы блока перемещений дебалансов соответственно связаны с первым выходом программного

генератора, вторым выходом блока управления частотой колебаний и выходом датчика числа оборотов, а выход связан с механизмом управления перемещениями дебалансов, который соединен с валом управления

0 амплитудой вибровозбудителя, выход датчика числа оборотов соединен также с вторым входом блока управления частотой колебаний, в него введены регулятор мощности излучения и датчик тока, причем пер5 вый - пятый входы регулятора мощности излучения соответственно связаны с первым выходом датчика тока, первым и вторым выходами программного генератора, первым и вторым датчиками перемещений

0 дебалансов, а первый и второй выходы соответственно соединены с четвертым и пятым входами блока перемещений дебалансов, выход энергоустановки соединен с входом датчика тока, второй выход

5 которого подключен к исполнительному двигателю.

Кроме того, регулятор мощности излуче- ния содержит три сумматора, цифровой компаратор, преобразователь код - напря0 жение и управляемый ключ, причем первый - пятый входы регулятора мощности излучения соединены соответственно с первым входом первого сумматора, с входом преобразователя код-напряжение, с первым вхо5 дом цифрового компаратора, первыми входами второго и третьего сумматоров, выход преобразователя код-напряжение связан с первым входом первого сумматора, первый и второй входы управляемого ключа

0 подключены соответственно к выходам первого сумматора и цифрового компаратора, а выход соединен с вторыми входами второго и третьего сумматоров, выходы которых являются выходами регулятора мощности из5 лучения.

На фиг. 1 представлена структурная схема вибрационного сейсмического источника; на фиг. 2 - структурная схема регулятора мощности излучения.

Вибрационный сейсмический источник

0 (фиг.1) содержит вибровозбудитель 1, исполнительный двигатель 2, соединенный с приводным валом вибровозбудителя 1, блок 3 управления частотой колебаний, энергоустановку 4, механизм 5 управления пере5 мещениями дебалансов, блок б перемещений дебалансов, программный генератор 7, датчики 8 перемещений дебалансов, датчик 9 числа оборотов, регулятор 10 мощности излучения и датчик 11 тока. При

этом первый вход блока 3 управления частотой колебаний соединен с первым выходом программного генератора 7, а первый выход связан с энергоустановкой 4, первый - третий входы блока 6 перемещений деба- лансов соответственно связаны с первым выходом программного генератора 7, вторым выходом блока 3 управления частотой колебаний, и выходом датчика 9 числа оборотов, а выход связан с механизмом управления перемещениями дебалансов 5, соединенным с валом 1 управления амплитудой вибровозбудителя, выход датчика 9 числа оборотов соединен также с вторым входом блока 3 управления частотой колебаний, первый-пятый входы регулятора 10 мощности излучения соответственно связаны с первым выходом датчика 11 тока, первым и вторым выходами программного генератора 7, первым и вторым датчиками 8 перемещений дебалансов, а первый и вто- рой выходы соответственно соединены с четвертым и пятым входами блока 6 перемещений дебалансов, выход энергоустановки 4 соединен с входом датчика 11 тока, второй выход которого подключен к исполнитель- ному двигателю 2.

Регулятор 10 мощности излучения (фиг.2) содержит три сумматора 12-14, цифровой компаратор 15, преобразователь 16 код-напряжение и управляемый ключ 17. При этом первый - пятый входы регулятора 10 мощности излучения соединены соответственно с первым входом первого сумматора 12, с входом преобразователя 16 код-напряжение, с первым входом цифро- вого компаратора 15, первыми входами второго 13 и третьего 14 сумматоров, выход преобразователя 16 код-напряжение связан с вторым входом первого сумматора 12, первый и второй входы управляемого ключа 17 подключены соответственно к выходам первого сумматора 12 и цифрового компаратора 15, а выход соединен с вторыми входами второго 13 и-третьего 14 сумматоров, выходы которых являются выходами регуля- тора мощности излучения 10.

Источник работает следующим образом.

Вибровозбудитель 1 устанавливают на грунт. После,запуска вибрационного источ- ника программный генератор 7 начинает вырабатывать управляющий сигнал задания частоты колебаний в виде цифрового кода. Этот сигнал поступает на вход блока 3 управления частотой колебаний, который, .запитываясь от энергоустановки 4, управляет частотой вращения вала исполнительного двигателя 2 и, следовательно, частотой колебаний вибровозбудителя 1. Обратная

связь по частоте, образованная с помощью датчика 9 числа оборотов, позволяет увеличить точность отработки задающего сигнала программного генератора 7. Блок 6 перемещений дебалансов, механизм 5 управления перемещениями дебалансов и датчики 8 перемещений дебалансов обеспечивают регулирование положения дебалансных масс в зависимости от частоты колебаний и программы задания регулирования амплитуды вибрационной силы, которая записана в память блока 6 перемещений дебалансов. На частотах колебаний,близких в резонансной частоте системы вибровозбудитель-грунт, вследствие значительного уменьшения реактивного сопротивления со стороны грунта, происходит значительное увеличение амплитуды колебаний вибровозбудителя и, следовательно, возрастает потребляемая мощность вибрационного источника. Соответственно увеличивается ток якоря испол- нительного двигателя 2. На первом информационном выходе датчика 11 тока происходит изменение величины сигнала, который поступает на первый вход регулятора 10 мощности излучения. Этот сигнал суммируется с сигналами датчиков 8 положения дебалансов и поступает на блок 6 перемещений дебалансов; который обеспечивает управление перемещениями дебалансов в сторону уменьшения неуравновешенной массы дебалансов и соответственно уменьшения амплитуды колебаний. При выходе вибровозбудителя 1 из зоны частот, близких к резонансной, осуществляется регулирование амплитуды колебаний уменьшением дисбаланса.

При изменении программным генератором 7 значения величины ускорения приводных валов дебалансов (скорости изменения частоты колебаний) на его втором входе соответственно изменяется величина сигнала, поступающего на третий вход регулятора мощности излучения 10, где он вычитается из сигнала датчика 11 тока, пропорционального суммарному току якоря ис- полнительного двигателя 2. Этим обеспечивается исключение влияния на работу регулятора 10 мощности излучения изменение одного из параметров задающего сигнал программного генератора 7 - ускорения приводных валов дебалансов, которое прямо пропорционально величине тока якоря исполнительного двигателя 2.

На частотах, меньших резонансной, система регулирования частоты и амплитуды колебаний работает указанным образом, но вследствие малой величины нагрузочного тока якоря исполнительного двигателя 2

практически не влияет на положение деба- лансов.

На высоких частотах значительно возрастают аэродинамические потери вибровозбудителя 1, следовательно растет ток якоря исполнительного двигателя 2. Чтобы не доспустить ложного срабатывания системы регулирования на этот процесс, в регуляторе 10 мощности излучения реализована функция отсечки его работы на частотах, заведомо больших резонансной, т.е. на этих частотах сигналы с датчиков 8 перемещений дебалансов без преобразований в регуляторе 10 мощности излучения поступают на блок 6 перемещений дебалансов.

Реализация указанных функций регулятором 10 мощности излучения в одном из вариантов осуществляется следующим образом. Цифровой код величины ускорения приводных валов дебалансов, пропорциональный динамической составляющей тока якоря исполнительного двигателя 2, поступает на преобразователь 16 код-напряжение, выполненный на базе цифроаналогового преобразователя, где он трансформируется в постоянное напряжение. Это напряжение поступает на инверсный вход первого сумматора 12, на первом входе которого присутствует напряжение, пропорциональное суммарному току якоря исполнительного двигателя 2. На первом сумматоре 12 осуществляется вычитание этих сигналов, и их разность поступает на первый вход управляющего ключа 17. На первый вход цифрового компаратора 15 поступает цифровой код текущей частоты колебаний, а на втором входе присутствует цифровой код зарезонансной частоты Гз, заведомо большей любой резонансной частоты системы вибровозбудитель-грунт для различных грунтов. При текущих частотах колебаний, меньших Гз, на выходе цифрового компаратора 15 присутствует логическая 1, которая поступает на вход (второй) управляемого ключа 17. Последний подключает свой первый вход к выходу, и сигнал с первого сумматора 12 поступает на вторые входы второго 13 и третьего 14 сумматоров. На текущих частотах колебаний выше Гз управляемый ключ 17 отключает выход первого сумматора 12 от вторых входов второго 13 и третьего 14 сумматоров. На первые входы второго 13 и третьего 14 сумматоров поступают сигналы соответственно с первого и второго датчиков 8 перемещений дебалансов, где они суммируются с сигналом, пропорциональным току якоря исполнительного двигателя 2, соответствующего только мощности излучения сейсмического

сигнала, и далее поступают на четвертый и пятый входы блока 6 перемещений дебалансов.

Формула изобретения

1. Вибрационный сейсмический источник, содержащий электромеханический вибровозбудитель, исполнительный двигатель управления частотой колебаний,соединенный с приводным валом

0 вибровозбудителя, блок управления частотой колебаний, энергоустановку, механизм управления перемещениями дебалансов, блок перемещений дебалансов, программный генератор, датчики перемещений деба5 лансов и датчик числа оборотов, причем первый вход блока управления частотой колебаний соединен с первым выходом программного генератора, а первый выход связан с энергоустановкой, первый, второй,

0 третий входы блока перемещений дебалансов соответственно связаны с первым выходом программного генератора, вторым выходом блока управления частотой колебаний и выходом датчика числа оборотов, а

5 выход связан с механизмом управления перемещениями дебалансов, который соединен с валом управления амплитудой колебаний вибровозбудителя, выход датчика числа оборотов подключен также к вто0 рому входу блока управления частотой колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения сейсмической эффективности источника за счет исключения неконтролируемых изменений излучаемой

5 энергии на резонансных частотах, в него введены регулятор мощности излучения и датчик тока, причем с первого по пятый входы регулятора мощности излучения соответственно связаны с первым выходом датчика

0 тока, первым и вторым выходами программного генератора, первым и вторым датчиками перемещений дебалансов, а первый и второй выходы соответственно соединены с четвертым и пятым входами блока переме5 щений дебалансов, выход энергоустановки соединен с входами датчика тока, второй выход которого подключен к исполнительному двигателю управления частотой колебаний.

02. Источник по п.1, отличающийся тем, что регулятор мощности излучения содержит три сумматора, цифровой компаратор, преобразователь код-напряжение и управляемый ключ, причем с

5 первого по пятый входы регулятора мощности излучения соединены соответственно с первым входом первого сумматора, с входом преобразователя код-напряжение, с первым входом цифрового компаратора, первыми входами второго и третьего сумматоров, выход преобразователя код-напряжение связан с первым входом первого сумматора, первый и второй входы управляемого ключа подключены соответственно к выходам первого сумматора и циф-

рового компаратора, а выход соединен с вторыми входами второго и третьего сумматоров, выходы которых являются соответст- венно первым и вторым выходами регулятора мощности излучения.

Изобретение относится к вибрационным источникам сейсмических сигналов, применяемым в сейсморазведке при поиске нефтяных, газовых и рудных месторождений. Цель изобретения - повышение сейсмической эффективности источника за счет исключения неконтролируемых изменений излучаемой энергии на резонансных частотах. В управляющую систему вибрационного источника введены регулятор мощности излучения и датчик тока, позволяющие формировать управляющий сигнал, пропорцио- нальный току якоря исполнительного двигателя управления частотой колебаний. При увеличении тока якоря исполнительного двигателя на резонансной частоте вырабатывается управляющий сигнал на перемещение дебалансов в сторону уменьшения величины неуравновешенной массы и, соответственно, вынуждающей силы. Реализуются также.дополнительные функциональные зависимости, обеспечивающие различные режимы работы сейсмического виброисточника. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.