Источник сейсмических сигналов Советский патент 1993 года по МПК G01V1/37 

Изобретение относится к сейсморазве- дочной геофизической технике, в частности к устройствам контроля и управления источниками сейсмических сигналов.

Цель изобретения - повышение се.йс- мической эффективности за счет оперативного контроля основных параметров источника в процессе его работы на профиле.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показана функциональная схема источника сейсмических сигналов; на фиг.2 - функциональная схема компаратора; на фиг.З - функциональная схема устройства контроля фазы; на фиг.4 - функциональная схема устройства контроля толкающего усилия.

Источник сейсмических сигналов (фиг.1) содержит последовательно соединенные декодер 1, генератор 2, фазовый корректор 3,

первый суммирующий усилитель 4, связанный со входом катушки электромеханического преобразователя гидроусилителя 5 с датчиком золотника 6, соединенную с гидроусилителем 5 инерционную массу 7 с датчиком массы 8 и штоком 9. жестко связанным с опорной плитой 10, имеющей первый датчик ускорения 11, выходы датчиков золотника 6 и массы 8 через первый 12 и второй 13 фазово-чувствительные детекторы соединены со вторым и третьим входами первого суммирующего усилителя 4, а выходы - с генератором запитки 14, третий выход генератора 2 через второй фильтр 15 соединен со вторым входом фазового корректора 3, третий вход которого подключен к выходу первого фильтра 16, и устройство индикации 24. Кроме этого, источник сейсмических сигналов содержит второй датчик ускорения 17, установленный на инерционной маеел

с

со

XI

О СП

ю

се 7, второй суммирующий усилитель 18, компаратор 19, устройство контроля фазы 20, счетное устройство 21, задатчик числа периодов 22, выход которого связан со счетным устройством 21 и устройство контроля толкающего усилия 23. выход которого связан с третьим входом устройства индикации 24, второй вход которого подключен к выходу устройства контроля фазы 20, первый вход устройства индикации 24 связан с выходом устройства счетного 21, первый вход которого соединен с первым выходом генератора 2, второй выход которого подключен ко второму входу счетного устройства 21, третий выход генератора 2 подключен к первому входу компаратора 19, второй вход которого соединен с выходом второго суммирующего усилителя 18, первый и второй выходы компаратора 19 подключены к первому и второму входам устройства контроля фазы 20 соответственно, а третий вход подключен к первому выходу устройства счетного 21. выход второго датчика ускорения 17 подключен ко входу устройства контроля толкающего усилия 23 и первому входу второго суммирующего усилителя 18, второй вход которого связан с выходом первого датчика ускорения 11, выход со входом первого фильтра 16.

Компаратор 19 (фиг.2) содержит схемы первого 25 и второго 26 управляемых фильтров низких частот - ФНЧ, которые могут быть реализованы подобно описанию в паспорте на блок управления источниками сейсмических сигналов вибрационных ТУ 39-01-651-85 (в дальнейшем изложении - БУСВ), первый 27 и второй 28 усилители ограничители, первый 29 и второй 30 компараторы, которые также могут быть реализованы аналогично описанным в паспорте на БУСВ, первая 31 и вторая 32 схемы исключающие - или .

Устройство контроля фазы 20 (фиг.З) содержит фазовый детектор 33, который может быть реализован аналогично приведённому схему определения величины и знака фазовой ошибки 34, которая может быть реализована аналогично схемам фазового корректора, описанного в паспорте БУСВ, первую 35 и вторую 36 схемы И-НЕ, реверсивный счетчик 37 (реализованный на микросхемах К 555 ИЕ7), управляемый инвертор 38 (реализованный на микросхемах К 555 ЛП 5), сумматор 39 (микросхема К 555 ИМ 6), сдвиговый регистр (микросхема К555 ИР 15). схема задания порога фазовой ошибки 41. реализуемая схемой И-НЕ с наборным полем перемычек, цифроанэлоговый преобразователь фазовой ошибки 42 (микросхема КР 572 ПА 1 А).

Устройство контроля топкающего усилия 23 (фиг.4) содержит масштабирующий усилитель 43 (микросхема КП 544 УД 1А), амплитудный детектор 44, который может быть реализован аналогично известному, первый 47 и второй 48 источники опорного напряжения, первый 49 и второй 50 компаратор, схемная реализация которых может быть аналогичной описанному в паспорте на БУСВ (описание схемы компаратора), схему исключающее-или 51, задатчик времени развертки 45, реализованный на программных переключателях ПП 10, схему формирования частоты заполнения(микро- 5 схемы К 555 ИЕ 6), пороговый счетчик 52 (микросхемы К 555 ИЕ5).

Источник работает следующим образом.

По радиоканалу на вход декодера 1 по0

ступает кодированный сигнал о начале запуска. Декодер 1 вырабатывает на своем выходе импульс, которым запускаются пересчетные схемы генератора 2. Параметры выходного гармонического сигнала генератора 2 5 начальная частота, конечная частота и длительность развертки заранее запрограммированы в программном устройстве генератора 2 и могут быть оперативно изменены при помощи программных переключателей. Кроме

0 выходного гармонического сигнала - опорной частоты - генератор 2 формирует на своих выходах импульсные сигналы опорной частоты Хоп и потенциальный сигнал времени развертки, необходимых для работы счетно5 го устройства 21.

Гармонический сигнал с выхода генератора 2 поступает на вход фазового корректора 3.

При отсутствии фазовой ошибки между

0 опорным сигналом генератора 2, прошедшего через второй фильтр 15 и рабочим сигналом, являющимся суммой сигналов с первого 11 и второго 17 датчиков ускорения, прошедшим через первый фильтр 16 коэф5 фициент преобразования преобразователя код-частота фазового корректора 3 такой, что частота на его выходе равна частоте на входе формирователя гармонического сигнала, входящего в схему генератора 2.

0 Выходной гармонический сигнал фазового корректора 3 поступает на первый вход первого суммирующего усилителя 4 и далее, преобразуясь в ток, поступает в катушку электромеханического преобразователя

5 гидроусилителя 5. Электромеханический преобразователь осуществляет преобразование тока катушки в механическое перемещение золотников гидроусилителя 5, управляющего потоком рабочей жидкости в цилиндре инерционной массы 7

Инерционная масса 7 совершает колебательные движения и через шток 9 и опорную плиту 10 передает эти колебания в грунт.

Выходы датчиков массы 8 и золотника 6 через фазочувствительные детекторы 12 и 13 связаны со вторым и третьим входами суммирующего усилителя 4, реализуя обратные связи на положение массы и золотника, обеспечивая заданный режим работы.

Запитка рабочих обмоток датчиков массы 8 и золотника 6 осуществляется от одного генератора запитки 14.

Колебания инерционной массы 7 передаются на первый датчик ускорения 11, установленный на опорной плите 10, излучающей эти колебания в грунт. Первый датчик ускорения 11 вырабатывает сигнал, который является выходным сигналом источника сейсмических сигналов и входным для системы фазовой коррекции. ,.. /

Сигнал ускорения опорной плиты 10 представляет собой сложный сигнал, обогащенный и искаженный большим количеством гармонических составляющих. Для выполнения первой гармоники из этого сигнала предназначен первый фильтр 16 состоящий из следящего фильтра и фильтра низких час- тот. ; /.. ; ;. ;-- /:: ; /.-; ,/ - .: -, .;.. ..

Так как на низких частотах амплитуда сигнала с первого датчика ускорения 11 наименьшая, а количество гармонических искажений наибольшее, именно на этих частотах рабочего диапазона источника сейсмических сигналов величина фазовой ошибки после фазового корректора 3 наибольшая. Второй датчик ускорения 17, установленный на реактивной массе 7 и связанный с первым входом второго суммирующего усилителя 18 улучшает форму выходного сигнала источника сейсмических сигналов и облегчает работу первого фильтра 16. Именно на низких частотах рабочего диапазона сигнал со второго датчика ускорения 17 наибольшей амплитуды и содержит минимальное количество гармонических искажений.

Поскольку характеристики первого 16 и второго 15 фильтров могут изменяться от температуры, то в канале опорного сигнала установлены идентичные звенья - следящий фильтр и фильтр нижних частот. Это позволяет свести к минимуму погрешности обработки рабочего и опорного сигналов.

В процессе развертки частоты, излучаемой поверхностью опорной плиты 10 в грунт, суммарный сигнал с первого 11 и второго 17 датчиков ускорения с выхода второго суммирующего усилителя 18 поступает на первый управляемый фильтр нижних частот 25 устройства контроля фазы 20.

В это же время на второй управляемый фильтр нижних частот 26 поступает сигнал опорной частоты с выхода генератора 3. Первый 25 и второй 26 управляемые фильтры нижних Частот, входящих в схему компаратора 19 идентичны по фазочастотной характеристике.

Первая гармоника суммарного сигнала ускорения и опорного сигнала поступает на

первый 27 и второй 28 усилителя ограничители, имеющие большое усилие в районе перехода входного сигнала через нулевой потенциал. В результате работа первого 29 и второго 30 компаратора становится стабильнее. Пройдя схемы первого 29 и второго 30 компараторов, сигналы проводятся к логическому уровню и на выходах первой 31 и

второй 32 схем ЙСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ формируются логические сигналы опорной

частоты и суммарный сигнал с датчиков ускорения. Далее эти сигналы поступают на входы фазового детектора 33 устройства контроля фазы 20.

После фазового детектора 33 и схемы

определения величины и знака фазовой ошибки 34 на выходе первой 35 и второй 36 схем И-НЕ формируются сигналы опережения и отстаивания, заполненные частотой с выхода устройства счетного 21.

Частота, пропорциональная величине фазовой ошибки за период в зависимости от знака Ошибки, поступает либо на вход суммирования, либо на вход вычитания реверсивного, счетчика 37/.

Если положительная ошибка за период опорной частоты генератора 2 больше отрицательной, то схема управляемого инвертора работает повторителем.

Если положительная ошибка за период

опорной частоты генератора 2 меньше отрицательной, то выходной двоичный код реверсивного счетчика 37, пропорциональный величине фазовой ошибки за период инвертируется. .

В результате на выходных управляемото инвертора 38 по окончании периода

опорной частоты формируется абсолютная

величина фазовой ошибки за один период. Двоичный код абсолютной величины фазовой ошибки поступает на первые входы сумматора 39, вторые входы которого подключены к выходам сдвигового регистра 40. Таким образом происходит суммирование в течение

длительности развертки абсолютной величины фазовых ошибок всех периодов. При достижении кода на выходах сдвигового регистра 40 порога, набранного в схеме задания порога фазовой ошибки 41, на ее выходе появится потенциал, означающий отрицательный результат проверки системы фазовой коррекции работающего источника сейсмических сигналов. Выходной потенциал превышения заданного порога поступает на один из входов устройства индикации 24 для визуального контроля.

При помощи цифроаналогового преобразователя фазовой ошибки 42 двоичный код фазовой ошибки преобразуется в соответствующее напряжение отрицательной полярности для контроля динамики изменения фазовой ошибки за период развертки. На этом цикл проверки работы схемы фазового корректора 3 заканчивается и возобновляется по началу следующей развертки частоты источника сейсмических сигналов.

При ошибке в наборе параметров опорного сигнала генератора 2, начальной частоты, конечной частоты или времени развертки, а также при выходе из строя программных переключателей задания параметров источ- ник сейсмических сигналов начинает работать не синхронно с остальными источниками в сейсмическом отряде. В этом случае резко ухудшается сейсмическая информация, теряется разрешенное™, исследуемых геоло- гических структур.

Устройство счетное 21, связанное с выходами задатчика числа периодов 22, предназначено для контроля числа периодов опорной частоты генератора 2.

Оператор источника сейсмических сигналов, получив информацию о параметрах развертки, вычисляет число периодов по формуле

N нач. Ь FKOH. т - ----я---- разе.

где Рнач - начальное значение частоты развертки;

FKOH - конечное значение частоты развертки;

Тразв. время развертки,

и записывает полученное число N в за- датчик числа периодов 22.

После запуска источника сейсмических сигналов, опорная частота генератора 2 начинает поступать на вычитающий счетчик устройства счетного 21. Разрешение на работу вычитающего счетчика определяет потен- циальный сигнал, равный времени развертки источника сейсмических сигналов,

В случае несовпадения вычисленного и текущего значений числа периодов в момент окончания развертки на выходе уст- ройства счетного 21 появится потенциал, который поступит на устройство индикации 24 для визуального контроля факта отклонения.

Для повы.шения качества сейсмического материала необходимо, чтобы группа источников сейсмических сигналов, входящих в сейсмический отряд, работала в номинальном диапазоне изменения амплитудно-частотной характеристики источника. Этот диапазон толкающих усилий конкретно определяется для каждого типа источников, но при работе в составе сейсмоотряда он должен быть одинаков. После запуска источника отфильтрованный сигнал второго датчика ускорения 17, установленный на реактивной массе 7 поступает на масштабирующий усилитель 43 устройства контроля толкающего усилителя 23. Коэффициент передачи масштабирующего усилителя 43 задается постоянным для источников сейсмических сигналов одного типа.

Проинформированный сигнал с выхода масштабирующего усилителя 43 поступает на вход амплитудного детектора 44, на выходе которого выделяется положительная огибающая сигнала толкающего усилия. Этот сигнал поступает на первые входы первого 49 и второго 50 компараторов, на вторые входы которых поступают пороговые напряжения первого 47 и второго 48 источников опорного напряжения. В результате подобного включения на выходе элемента исключающее - или 51 появится единичный потенциал в случае отклонения огибающей сигнала второго датчика ускорения 17 от значений порогов, заданного первым 47 и вторым 48 источниками опорных напряжений,

Логические сигналы превышения порога толкающего усилия разрешают заполнение порогового счетчика 52, частота заполнения которого пропорциональна времени развертки.

Эта импульсная последовательность вычисляется схемой формирования частоты заполнения величины превышения порога по усилию 46. связанную с выходами задатчика Т разв 45.

Чем больше время развертки, тем ниже частота заполнения порогового счетчика 52, а значит допустимо большее количество фактов превышения пороговых величин, что соответствует логике работы источника сейсмических сигналов на профиле. При переполнении порогового счетчика 52 положительный потенциал поступает на устройство индикации для визуального контроля фактов отклонения величины толкающего усилия.

Все вышеперечисленные проверки выполняются за время развертки и повторяются при каждом новом воздействии.

Формула изобретения Источник сейсмических сигналов, включающий последовательно соединенные декодер, генератор, фазовый корректор, первый суммирующий усилитель, связан- ный с выводом катушки, электромеханического преобразователя гидроусилителя с датчиком золотника, соединенную с гидроусилителем инерционную массу с датчиком массы и штоком, жестко связанным с опор- ной плитой, имеющей первый датчик ускорения, выходы датчиков золотника и массы через первый и второй фазочувствительные детекторы соединены с вторым и третьим входами первого суммирующего усилителя, а входы - с генератором запитки, выход генератора через второй фильтр соединен с зторым входом фазового корректора, третий вход которого подключен к выходу первого фильтра, и устройство индикации, о т л и- чающийся тем, что, с целью повышения сейсмической эффективности за счет оперативного контроля основных параметров источника в процессе его работы на профиле, в источник введены установленный на инер- ционной массе второй датчик ускорения,

второй суммирующий усилитель, компаратор, устройство контроля фазы, счетное устройство, задатчик числа периодов, выход которого связан со счетным устройством, и устройство контроля толкающего усилия, выход которого связан с третьим входом устройства индикации, второй вход которого подключен к выходу устройства контроля фазы, а первый вход - к выходу счетного устройства, первый вход которого соединен с первым выходом генератора, второй вход которого подключен к второму входу счетного устройства, третий выход генератора соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом второго суммирующего усилителя, первый и второй выходы компаратора подключены соответственно к первому и второму входам устройства контроля фазы, третий вход которого соединен с первым выходом счетного устройства, выход второго датчика ускорения подключен к входу устройства контроля толкающего усилия и первому входу второго суммирующего усилителя, второй вход которого связан с выходом первого датчика ускорения, а выход - с входом первого фильтра.

fft/ск

Хра$.

Использование: сейсморазведочная и геофизическая техника, контроль и управление источниками сейсмических сигналов. Сущность изобретения: источник сейсмических сигналов включает декодер, генератор, фазовый корректор, первый суммирующий усилитель, два фильтра, два фазово-частот- ных детектора, реактивную массу и первый датчик ускорения. Для оперативного контроля основных параметров источника в процессе его работы на профиле применены второй датчик ускорения, второй суммирующий усилитель, компаратор, устройство контроля фазы, счетное устройство, устройство контроля толкающего усилия. 4 ил.

On

&#2 Щ

ori

Фи 8.2

SJ&MP jffa&n&ff

jwtvfev

#

Sl/fJ 00&ytf-.

1ЭД

W/7 ay /ffff &&:.-&:

jyi

Схема Vfff/P0J& / jffs70J W fajfi MA - / 40Ј &/4 Ј Mf & / 4МЮ&лч vq

.