Способ калибровки сейсмических каналов с записью на промежуточный носитель Советский патент 1992 года по МПК G01V1/24 

Изобретение относится к геофизике, а именно к калибровке сквозных каналов аппаратуры для сейсмических исследований, и может найти применение в сейсмометрии и технике измерения вибраций.

Изьестен генераторный способ калибровки аппаратуры для сейсмических исследований, включающий выработку сигнала калибровки, подачу сигнала на формирователь синусоиды, фильтрацию и выделение первой гармоники, подачу синусоидального сигнала во вспомогательную обмотку сейс- моприемника, регистрацию и воспроизведение сигнала. В серийной аппаратуре реализована калибровка из частоте 2 Гц и на 11 частотах в диапазоне 0,5-4 Гц.

К недостаткам способа можно отнести сложность организации синтезаторов низких частот и увеличение расхода питания, что существенно для аппаратуры, работающей в длительном автономном режиме.

Известен импульсный способ калибров- ки аппаратуры для сейсмических исследований, включающий формирование П-образ- ных импульсов тока, уменьшение чувствительности аппаратуры для подавления сейсмического фона, подачу импульсов во вспомогательные катушки сейсмоприемников, регистрацию, воспроизведение и Фурье-пресбрэзовзние откликов сквозных каналов аппаратуры на импульсы тока.

К недостаткам способа можно отнести понижение достоверное;и калибровки в каналах с пониженной чувствительностью, необходимое ь отсроченной по времени обработки на ЭВМ, погрешности обработки за счет дискретизации амплитуд и квантования по времени.

Наиболее близким к лредлагаемому является способ калибровки аппаратуры для сейсмических исследований, включающий определение чувствительности устройств записи и воспроизведения, и относительной чувствительности сейсмоприемников, для реализации чего на входы устройств записи и воспроизведения раздельно подают

сл

с

VI сл

w

о

сигналы от генератора гармонических колебаний, а на сейсмоприемники подают калибровочный ток I, перемещают катушки на величины X, подключают приемники через делители напряжения на входы устройств записи, лишают приемники затуханий, записывают и воспроизводят собственные колебания сейсмоприемииков, измеряют амплитуду Ak на k-ой фазе колебаний в области установиошихся колебаний собствен- ных процессов.

Основным недостатком способа является его пониженная точность из-за определения относительной чувствительности сейсмоприемииков,

Целью изобретения является повышение точности калибровки сейсмических каналов.

Указанная цель достигается тем, что з способе калибровки сейсмических каналов с записью на промежуточный носитель, включающем смещение постоянным током катушек сейсмоприемнмков с известными параметрами, отключение рабочих затуханий сейсмоприемников, снятие токовых смещений и запись с ослаблением п собственных колебаний сейсмоприемников на промежуточный носитель, воспроизведение собственных колебаний и измерение по ним частот f и амплитуд Ak в области уста- повившихся колебаний, собственные процессы сейсмоприемников воспроизводят совместно с воспроизведением исследуемых сейсмических событий, определяют степени затуханий (3 собственных колеба- ний, определяют фиктивные смещениях оснований сейсмоприемников на частотах f и находят абсолютные увеличения Vf сейсмических каналов на частотах собственных колебаний по формуле:

kJlfi ПА .-2

где к- номер амплитуды собственных колебаний от начала записи.

Для повышения точности калибровки предпочтительно также совместно с восп- роизредением сейсмических событий воспроизводить ближайшие к ним по времени записи процессов калибровки сейсмиче- ских каналов.

Предлагаемый способ калибровки сейсмических каналов занимает промежуточное место между генераторным и импульсным по затратам времени и простоте реализа- ции. В основу способа положено, что возбужденный и лишенный затухания сейсмоприемник становится естественным генератором экспоненциальных медленно затухающих колебаний, пропорциональных

величине начального фиктивного смещения основания током I.

Фиктивное смещение основания приемника Хф равно

У,- SIIж

ЛФ .. 2

Kw где К - момент инерции,

I - приведенная длина маятника;

S - чувствительность (КЭМС), частота гармонического тока ш,

Равенство останется справедливым, если на приемник подать амплитуду постоянного тока, снять ток, а частоту (а принять за частоту собственных колебаний оь ft).

Относительно центра качаний маятник будет колебаться с амплитудой

-ва)о .

X - Хф еsin coo t, (2)

где - степень затухания от воздушного трения, не превышающая по техническим условиям величины 0,02, а практически близкая к 0,01.

При столь малом затухании частота процесса колебаний предельно близка к собственной частоте маятника и для пиковых значений амплитуд выражения (2) может быть представлено как - k я/

Х ХФе 2(3)

где k - нймер колебания от начала процесса.

По закону магнитоэлектрических преобразователей ЭДС на концах катушки приемника будет

-куг/

Е S соо Хф е 2 (А)

Если записать эту ЭДС на промежуточный носитель и воспроизвести, то амплитуда Ak на конце сквозного канала будет пропорциональна ЭДС, а увеличение канала по отношению амплитуды Ak к смещению Хф будет

(5)

Увеличение канала в режиме рабочей регистрации с сейсмоприемниками. с рабочими затуханиями будет пропорционально отношениям АЧХ приемников с затуханиями к АЧХ тех же приемников с затуханиями воздушного трения. Поскольку на собственной частоте fo отношение этих АЧХ равно отношению затуханий , увеличение каналов в рабочем режиме будет kw/J

Vf Ј.ЈiLe .(6)

А Хфч

Для реализации способа с приемлемой точностью необходимо учесть следующие особенности калибровки: задаваемое смеV e 2

Хф

щение маятника должно быть существенно большим смещения от фона микросейсм: ЭДС с выхода катушек сейсмоприемников не должна превышать значений ограничивающих динамических диапазон промежуточного, носителя записи, например, магнитной ленты; нежелательно загрублять усиление каналов на период калибровки, поскольку это ведет к изменению режима усилителей относительно режима рабочей регистрации.

Оценку задаваемого смещения проводят по величине фона микросейсм в регионе работ. Например, в условиях больших городов промышленно-транспортиый фон на частотах 0,5-1 Гц колеблется в дневное время около 0,6 мкм с максимумом амплитуд до 1 мкм. Следовательно, для получения, например, Погрешности 0,5% смещение маятника должно превысить смещение от фона не менее чем в 200 раз. Следует далее оценить величину ЭДС, генерируемую сей- смоприемниками при таких смещениях и выбрать коэффициент ослабления делителя ЭДС, чтобы не перегрузить усилители и превысить диапазон носителя записи, Так, для распространенной аппаратуры сейсмической регистрации типа Земля и Черепаха входной сигнал не должен превышать значений порядка 0,5 мВ.

Для выбора коэффициента ослабления можно использовать выражение для фиктивного смещения (1). которое с уметом выражения (3) для самой максимальной первой амплитуды k 1 будет

к я/

Е1 S ««о Хф е 2

В комплексах аппаратуры для региональных сейсмических исследований применяют сейсмоприемники типов СМ-ЗКВ, ВЭГИК, НСП-3 и т.п. с чувствительностями рабочих катушек 80-135 В с/м. Если принимать задаваемое смещение маятника не менее 200 мкм, то на концах рабочих катушек будут ожидаться ЭДС порядка 100-150 мВ на частоте 1 Гц. Таким образом, ослабления сигналов должны быть 200 и более для обеспечения входных ЭДС, допустимых по условиям аппаратуры. При составлении делителя желательно сопротивление, параллельное входу усилителя выбирать равным выходным сопротивлениям рабочих катушек сейсмоприемников для сохранения идентичности динамической нагрузки каналов в рабочем режиме и режиме калибровки. По выражению (1) оценивают ток I, необходимый для смещения маятника на величину Хф. Калибровка может быть реалиvi-Ј-Ј

зована заданием смещения через вспомогательные катушки приемников.

С учетом коэффициентов ослаблений п абсолютное увеличение каналов на собст- венных частотах приемников будет

kjrfl

и

Регистрируемые аппаратурой сейсми0 ческие события в зависимости от координат и физической природы очага различаются по энергетическому и «-эстетному спектру и каждое событие воспроизводится на своих параметрах фильтрации и усиления, харак5 теризующих временные и амплитудно-фазовыеособенноститрактавоспроизведения. Следовательно, используемые для калибровки собственные процессы сейсмоприемников должны в каждом

0 случае воспроизводиться при тех же условиях, при которых воспроизводится событие. В зависимости от характеристик канала воспроизведения при прохождении через него событий и собственных процессов сей5 смоприемников проявляется выраженная во времени зона устанавливающихся явлений, которая в реальной аппаратуре составляет около 2 с. Поэтому для отсчета амплитуды калибровки Ak следует выбрать

0 номер фазы колебания k после процесса установления. Номер фазы при этом отсчитывают от начала первого вступившего колебания собственного процесса приемника и амплитуды Ak измеряют на всех трассах

5 компонент, для которых и находят затем их индивидуальные значения абсолютных увеличений на частоте собственных колебаний сейсмоприемников.

На чертеже показана структурная схема

0 калибровки аппаратуры для сейсмических исследований с записью на промежуточный носитель.

На схеме показаны сейсмоприемник 1 с рабочей и вспомогательной катушками, уст5 ройство записи на магнитный носитель 2, устройство воспроизведения записи 3 с встроенным набором частотных фильтров, устройство визуализации, например, свето- лучевой осциллограф 5, источник тока б сме0 щения маятника, делитель 4 напряжения из сопротивлений RI и Ra, ключ Ki замыкания и размыкания катушки приемника, ключ К2 включения и выключения источника тока. Ключи Ki и Ка могут управляться вручную и

5 автоматически по программе аппаратуры.

Способ осуществляют следующим образом.

Устанавливают промежуточный магнитный носитель на устройство записи 2, включают устройство на регистрацию

сейсмических событий. Включают делитель

4Ri RZ между рабочей катушкой и входом устройства записи, ключом «1 замыкают рабочую катушку сейсмоприемника, ключом

«2 включают источник тока 6 для смещения маятника. Череда время, достаточное для успокоения реакции включения тока, 3-5 с. размыкают ключ Ki, размыкают ключ Кг и снимают ток смещения. Записывают собственные колебаний неэагашенного приемни- ка 10-20 с, отключают делитель из сопротивлений и переводят аппаратуру в режим рабочей регистрации событий. Программа калибровки может предусматривать калибровку вначале, конце и периодически, например, каждые 8 ч, регистрации. Магнитный носитель устанавливают в конце регистрации на устройство воспроизведения 3, воспроизводят события и калибровку и выводят на визуальный носитель информа- ции5.

Экспериментальная проверка способа проведена в условиях интенсивных помех в г. Москве. Коэффициент деления был выбран . Ток смещения подавался во вспомогательные катушки маятников ВЭ- ГИК с чувствительностями порядка S 24,5 В-с/м. Величина тока смещения I 1,5 мА. Одно из сопротивлений делителя взято равным сопротивлению рабочих кату- шек 2 кОм, а последовательное 2 мОм. Чувствительность рабочих катушек составляла

5« 88.3 В-с/м. При паспортном значении момента инерции 102 кгм и приведенной длины 0,1 м вертикального маятника смеще- ние X определено равным 0,935 мм, т.е. существенно превышающим фон помех. Измерения и калибровка проводились по варианту на чертеже с подачей тока во вспомогательную катушку вертикального прием- ника. Данные обработки сигналов калибровки с фазовым номером k 3 на разных фильтрациях сведены в таблицу. В таблице отражены результаты калибровки вертикальной компоненты.

В первой колонке таблицы показаны номера включенных при воспроизведении фильтров, во второй измеренные на воспроизведенной записи амплитуды, в третьей эти амплитуды восстановленные по экспо-

ненциальному множителю е, в четвертой физическое увеличение сквозных каналов рассчитанное по формуле (5) описания, в последней увеличение рабочей реги- страции по формуле изобретения.

Затухания колебаний определялись по известному приему отсчета времени уменьшения амплитуд вдвое и составили около

0,0065. Рабочее затухание сейсмоприемни- ков было 0.45. Аналогичная обработка калибровки проводится для остальных компонент аппаратуры.

Поскольку для определения смещения используют паспортные данные момента инерции и приведенной длины, а погрешность измерения тока современными приборами незначительна и не превышает 1 %, то основная погрешность зависит от точности измерения амплитуд и можно полагать, что общая погрешность способа лежит в пределах 2-4%.

Преимущество предлагаемого способа по сравнению со способом-прототипом состоит в простоте его реализации за счет применения сейсмоприемников в режимах генераторов собственных колебаний, повышении точности абсолютной калибровки каналов на всех фильтрациях совместно с воспроизводимыми событиями, и, следовательно, в повышении достоверности геологических заключений по материалам сейсмических наблюдений.

Формула изобретения

1.Способ калибровки сейсмических каналов с записью на промежуточный носитель, включающий подачу постоянного тока в катушки сейсмоприемников с известными параметрами, отключение рабочих затуханий сейсмоприемников, отключение постоянного тока, запись с ослаблением п собственных колебаний сейсмоприемников на промежуточный носитель, воспроизведение собственных колебаний, измерение по ним частот f и амплитуд Ak в области установившихся колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, записи собственных колебаний сейсмоприем- ников воспроизводят совместно с введением записей исследуемых сейсмических событий, определяют степени затуханий / собственных колебаний и фиктивные смещения X оснований сейсмоприемников на частотах f и находят абсолютные увеличения Vf сейсмических каналов на частотах собственных колебаний по формуле

kJT/g

°

где k - номер амплитуды собственных колебаний от начала записи.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что совместно с воспроизведением записи исследуемых сейсмических событий воспроизводят ближайшие к ним по времени записи собственных колебаний сейсмоприемников.

Изобретение относится к геофизике, а именно к калибровке сквозных каналов аппаратуры с промежуточным носителем записи. Цель изобретения - повышение точности. В качестве сигнала калибровки используется ступенька тока известной величины, подаваемая в катушки сейсмопри- емников. Измеряемой выходной величиной являются амплитуды откликов собственных процессов сейсмоприемников, снятые с записей, воспроизведенных совместно с исследуемыми сейсмическими событиями. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.