Широкополосный сейсмический вибратор Советский патент 1993 года по МПК G01V1/155 

Изобретение относится к устройствам для генерирования сейсмической энергии и предназначено для сейсмической разведки полезных ископаемых, преимущественно нефти и газа.

Цель изобретения - повышение сейсмической эффективности сейсмического вибратора за счет расширения диапазона излучаемых частот путем автоматической оптимизации гидравлической жесткости возбудителя вибраций и упрощение конструкции.

На фиг.1 схематически изображен широкополосный сейсмический вибратор; на фиг.2 - временная диаграмма колебаний реактивной массы источника относительно излучающей плиты.Источник содержит излучающую плиту 1, корпус гидроцилиндра 2, втулку 3, ступенчатый шток 4, реактивную массу 7, датчик перемещения 8, датчик 9 колебаний излучающей плиты, насосную установку 10, сер- воклапа н 11, спуско-подьемное устройство 12, рессоры 13 и электрическую систему управления, включающую сравнивающий усилитель 14, задающий генератор 15, цифровой регулятор фазы 16, многоразрядный счетчик 17, цифровой функциональный преобразователь 18, первый преобразователь код-аналог 19, блок 20 обработки сигнала датчика 9. второй преобразователь код-аналог 21.

Корпус гидроцилиндра 2 жестко связан с излучающей плитой 1 и вместе со ступен00

ттЛ

О

ел

чатым штоком 4 и неподвижно установленной в корпусе 2 втулкой 3 образуют силовоз- будитель с двумя смежными гидравлическими полостями 5 и 6 с соотношением площадей 2:1. Со штоком 4 жестко соединена реактив- ная масса 7. Корпус датчика перемещения 8 массы 7 относительно корпуса 2 жестко связан с корпусом 2, а сердечник датчика 8.- с массой 7. Насосная установка 10 создает стабилизированную по давлению рабочей жидкости магистраль, которая соединяется с полостью 5 силовозбудителя через сервок- лапан 11, с полостью 6 непосредственно.

Спуско-подъемное устройство 12 связано с излучающей плитой 1 посредством ре- ссор 13. Сравнивающий усилитель 14 имеет три входа и один выход к серзоклапану 11.

Сигнальный вход задающего генератора 15 через цифровой регулятор фазы 16 соединен со входом многоразрядного счет- чикаi 17, выходы которого через цифровой функциональный преобразователь 18 подключены к первому преобразователю код- аналог 19. Выход которого соединен с первым входом сравнивающего усилителя 14. .;

Кодовые выходы генератора 15 соединены поразрядное управляющими входами блока 20 обработки сигнала датчика 9 и к управляющим вхрдам второго преобразователя код-аналог 21,выход которого соединен со вторым входом сравнивающего усилителя 14, третий вход которого подключен к выходу датчика 8, а выход блока обработки сигнала 20 подключен к цифровому рёгуля- торуфазы.16,,:

В качестве сервоклапана 10 может быть применено любое известное устройство, обеспечивающее пропорциональное преобразование входного электрического сигнала & поток рабочей жидкости высокого давления. Зада- ющий генератор 15 может быть выполнен на основе цифровых интегральных микросхем или микроЗВМ таким образом, чтобы под действием внешнего пускового импульса было генерирование электрического сигнала с наперед заданными характеристиками rio частоте, фазе и амплитуде. Цифровым регулятором фазы 16 может служить устройство, приведенное в а.с.СССР № 1138772. :

Многоразрядный счетчик 17 представ-

ляет собой пересчетное устройство на основе триггеров. Цифровой функциональный преобразователь 18 может быть выполнен на основе постойнного запоминающего устройства, преобразующего линейный код на своих входах в отсчеты синусоидальной функции. Преобразователи код-аналог 19 и 21 - стандартные устройства на одной или нескольких интегральных микросхемах, широко используемые в измерительной технике.

В качестве блока обработки сигналов 20 можно использовать активный фильтр, час- тотозэдающие цепи которого переключаются управляющим кодом текущего значения частоты. Датчиком 9 колебаний излучающей плиты может служить акселерометр или дополнительно демпфированный стандартный сейсмоприемник. Датчик 8 перемещения реактивной массы - любое устройство, например линейный дифференциальный трансформатор, обеспечивающий формирование электрического сигнала, пропорционального смещению одной его части относительно другой/Конструктивное исполнение остальных элементов изображено на фиг. 1.

Вибратор работает следующим обраЗОМ; ... ; .- / ; - ;. : : ;..;; ;

С помощью спускоподъёмного устройства 12 излучающая плита 1 устанавливается на грунт и через рессоры 13 нагружается статической нагрузкой, превышающей максимальное значение амплитуды циклической нагрузки. Рабочая жидкость под давлением от насосной установки 10 поступает в полость 6 гидроцилиндра 2, оказывая на шток 4 постоянное силовое воздействие в направлении к днищу гидроцилиндра (полости 5). Задающий генератор 15 под действием стартового импульса начинает формировать Импульсную последовательность; переменной частоты, параметры которой: начальная частота, длительность сигнала, закон изменения частот устанавливаются переключателями (на фиг. 1 не показанными). Поступающие на счетный вход многоразрядного счетчика 17 импульсы через цифровой регулятор фазы 16 изменяют число, содержащееся на выходах счетчика 17 от нуля до максимального и обратно. } .-:; -. у -.. ; : .-

Цифровой функциональный преобразователь t8 преобразует линейно изменяющиеся коды выходов многоразрядного счетчика 17 в цифровые отсчёты синусоидальной функции, которые преобразователем код-аналог 19 преобразуются в аналоговое напряжение переменной частоты синусоидальной формы. Сервоклапан 11 в соответствии с величиной и формой электрического сигнала, поступающего с выхода сравнивающего усилителя 14, формирует поток(подачу сброс) рабочей жидкости в полости 5, обеспечивая изменение давления в ней от минимального до максимального/создаваемого насосной установкой 10. При нулевом (минимальном ) давлении в полости 5 на шток действует максимальная сила в направлении к полости 5, а при равенстве давлений в полостях 5 и 6 благодаря тому, что соотношение их площадей составляет 2:1, результирующая сила на шток равна по величине

постоянной силе, действующей со стороны полости 6;и действует в направлении полости 6.

Таким образом, при циклическом изменении давления в полости 5 на шток 4 действует переменная по величине и направлению сила, вызывающая циклическое перемещение штока 4 с реактивной массой 7, а реактивная сила через рабочую жидкость в полости 5, корпус 2 и излучающую плиту 1 передается на грунт, возбуждая сейсмические волны. Датчик 9 колебаний излучающей плиты 1 вырабатывает электрический сигнал в соответствии с колебаниями излучающей плиты, который после фильтрации блоком 20 обработки сигнала воздействует на цифровой регулятор фазы 16, обеспечивая фазовую идентичность колебаний излучающей плиты вибратора и опорного электрического сигнала генератора 15. -. .-.-. -.. - - - :.. : : V .,

/Преобразователь 21 код-аналог под действием кодовых сигналов с выходов генератора 15 вырабатывает аналоговое напряжение, пропорциональное коду текущего значения-частоты таким образом, что меньшему значению частоты соответствует меньшее аналоговое напряжение, а большему значению большее. Это напряжение поступает на отдельный вход сравнивающего усилителя 14 и, воздействуя через еервокла- пан 11, вызывает дополнительное смещение штока 4 в направлении к полости 5. Таким образом, при изменении частоты излучаемого сигнала объем полости гидроцилиндра с большей площадью автоматически поддерживается на минимальном необходимом для неискаженной обработки уровне и тем самым оптимизируется гидравлическая жесткость гидроцилиндра во всем диапазоне частот,

Формула изобретения. . Широкополосный сейсмический вибратор, включающий излучающую плиту, реактивную массу, спускоподъемное устройство,

источник потока рабочей жидкости со стабилизирован ной магистралью, возбудитель вибраций, состоящий из полого корпуса с днищем и установленной в корпусе втулкой, ступенчатого штока, подвижно сопряженного

С корпусом и втулкой и образующего в корпусе смежные полости, соединенные с источником потока рабочей жидкости, сервоклапан, электрическим входом соединённый с выходом сравнивающего усилителя, первый вход которого подключен к выходу первого преобразователя код-аналог, а второй вход - к выходу датчика положения реактивной массы, генератор задающего сигнала, выход которого подключен к первому входу цифрового

результата фазы, вторым входом соединённого с выходом блока обработки сигнала, управляющие входы которого подключены к кодовым выходам генератора задающего сигнала, а-сигнальный вход - к выходу датчика колебаний излучающей плиты, при

этом корпус возбудителя вибраций жестко

соединен с излучающей плитой, а шток - с

реактивной массой, о т л и ч а ю щ и и с я

тем, что, с целью повышения сейсмической

эффективности за счет расширения диапа- зона излучаемых частот путём автоматической оптимизации гидравлической жесткости возбудителя вибраций и упрощения конструкции, он снабжен дополнительным преобразователем код-аналог входы которого подключены к кодовым выходам генератора задающего сигнала, а выход - к третьему входу сравнивающего усилителя, при этом верхняя полость возбудителя вибрации с

меньшей площадью соединена со стабилиированной магистралью, а нижняя полость с большей площадью - с сервоклапаном.

,

Фиг.I

Использование: генерирование сейсмической энергии при сейсмической разведке полезных ископаемых, преимущественно нефти и газа. Сущность изобретения: расширение диапазона излучаемых частот сейсмического вибратора путем автоматической бесступенчатой оптимизации гидравлической жесткости гидроцилиндра во всем диапазоне частот излучаемых сигналов. Источник содержит излучающую плиту, гидроцилиндр, корпус, втулки, ступенчатый шток, образующий смежные гидравлические плоскости с меньшей и большей площадями, реактивную массу, датчик перемещения массы относительно корпуса, датчик колебаний излучающей плиты, насосную установку, сер- воклапан, сравнивающий усилитель, задающий генератор, цифровой регулятор фазы, цифровой функциональный преобразователь, блок обработки сигнала, второй преобразователь код-аналог. При изменении частоты излучаемого сигнала объем нижней полости гидроцилиндра автоматически поддерживается на минимально необходимом для неискаженной отработки сигнала уровне. 2 ил. (Л