Аналоговый сейсмометр Советский патент 1977 года по МПК G01V1/16 

(54) АНАЛОГОВЫЙ СЕЙСА1ОМЕТР

1

Изобретение относигся к усгройсгвам для приема, преобразования, а также уси- ления сейсмических сигналов. В виде блока в секции пьезосейсмюграфной косы сейсмометр может найти применение при изученшг геологического строения земной коры, покрытоц слоем воды.

Известны сейсмометрические устройства, содержащие двухполюсные сейсмоприемники (пьезоэлектр1гческие или электродинамически с резистивным шунтом, подключенные к входу и обигей. шине электронного согласующего устройства (повторитель или усилитель), конструктивно совмещенного с сейсмоприемником и шунтом l.

1;|аиболее близким к изобретению являет ся сейсмометрическое устройство, содер жаиюе распределительный пьезоэлектр1гчес- . кий двухполюсник и операцио)ный усилитель с. полевыми транзисторами на входе 2|.

1одо1;тагком известных устройств являет ся новоаможность улучшения отношения сигjiiji-HOMtXH на их выходе, что обуслош1ено И1р-1ллельным соединением сейсмонриомника и тунга ко входу уси-литоля, в равн1..)Н меие

усиливающего-сигнальную и шумовую компонеты в пределах пропускания сейсмометра.

Целью изобретения является повышение отношения сигнал-помеха при усилении сейомосиглала, т.е. увел1гчение динамического диапазона устройства и повышение точности измерений.

Это достигается за счет того, что усилитель охвачен обратной связью, выполненной в виде параллельно соединенных конденсатора и резисторного Т-образного трехполюсника, пьезоэпектрический двухполюсчик подключен в цепь обратной связи между входом усилителя и узловой точкой трехполюника, шунтирующее звено которого соединено с общей шиной через дополни 1чэльный конденсатор.

На чертеже приведена электрическая схема сейсмометра, размещенного в каждой секции морской пьезосейсмографной косы.

Се«йсмометр состоит из распределенного пьезоэлектрического двухполюсника. 1, конденсатора 2 емкостью CQ , Г-обра.)но1о розистивиого трохполюсника 3 и операционного усилителя -1 .с траиаи ;1Ч)р-.1мл на входе (например, огечесгвен)1ая микi.ut;vc-f,;:i .10У/18 1ши iA - -740 фирмы rotrehitd Semiconducton США). Иывергирумший вход 5 и выход 6 усилителя соеднн iiLi через цйпь обратной связи, включающей в cviDa конденсагор 2 и трехполюсник 3, состоящей из резисторов 7, 8 и 9 соответственно величиной R. Шунтирующее звено (резистор 9) грехполюсника 3 соединено с общей (нулевой) шиной 10 через дополнительный конденсатор 11, а пьезоэлектрииеский двухполюсник 1 включен в цепь обратной связи между вхо дом 5 усилителя и узловой точкой трехполюсника 3. При наличии сейсмического эхо-сигнала изменяется динамическое давление среды, окружающей элементы распределенного пьез .электрического двухп- люсника, на выходных зажимах которого, подключенных к резистору 7 резистивного трехполюсника 3, выде- Величина R ляется а.д.с. f соотноситс с номиналами остальных плеч трехполюсника как Усилитель своим выходным сигналом стремится скомпенсировать действие и развиваемое при этом усилие A-Rg/Rg в определяется отнои ением полосе сейсмосигнала. Полезный эффект в сейсмометре достигается следующим образом. Благодаря включению пьезоприемного двухполюсника в цель обратной связи усилителя передаточ ная функция сейсмометра при параметричес ком обеспечении равенств ЦЬЫХ(Р) „ . (PR). ЕП (Р) (i PRC)2(i-«-PRgCD) соответствует желаемой амплитудно-частот ной характеристике сейсмоканала. При этом чувствительность и собственную емкость распределенного пьезоприемника 1 можно изменять, применяя известные способы эле трического группировшшя его элементов. Мижыяя частотная граница f полосы пропускания ограничивается выбранной постоян ной вромоии самор-чзряда при различных способах электрического rpyiHiipoBaiuiH выбирается не более (для морских ,осейс.1О1рафп1:лх кос) 23Г 12... 15 Гц с ЦОЛЬЮ Г)и;ЖР)ШЯ Чу ВСТВИ ТеЛЬНОСГН к НПЗК.О чпстотным 1иумпм вибрпционпого или гидродинпмичосксич:) происхожлоршя. Гидроди))а1 шческие шумы, вызванные обтеканием пьезосейсмографлой косы водным потоком при забортной буксировке, и вибрационные щумы, вызванные колебаниями буксировочной системы косы, с уменьшением часготы от f до нулевой характеризуется нарастанием спектральной плотности. Поэтому их режекция с крутизной до 40 95 на 2 декаду,, обеспечиваемая отношением ( PRC )/ /(1+ PRC)B передаточной фу)кции (2), резко улучшает отнощение сигнал/помеха Верхняя частотная граница fg обычно соответствует для сеймосигналов значению порядка 25О Гц и определяется конденсаго23Г RgCn Полоса тепловых щумов высокоомного резистора 7 ограничена узкой полосой частот от О до f j , отделена от полосы частот сейсмосигнала fe н Таким образом, неподавленная щумовая компонента несмот ря на ее- усиле1ше в А раз в полосе сейсмосуггнала совместно с сиг}шлом оказывается небопьшой. Собственные а-ешювые шумы резистора R g - R 9 благодаря его включению в цепь обратной передачи усилителя существенно не усиливается, Кроме того, они невелики при выполнении неравенства (1) и их спектры ограничены сверху по а введение конден- частотному пределу catxjpa С л вне зависимости от величины усиления А ограничивает инфранизкочастот ные компоненты помехи на выходе до уровня приведенного к входу усипитепя напряжения смещения нупя и его дрейфа. Таким образом, в предлагаемом устройстве благодаря включению двухполюсника 1 в цепь обратной связи параллельно звену резистивпого Т-образного трехполюсника обратной связи, соединенного через дополнительный конденсатор с нулевой шиной, и соединению входа и выхода усилителя че- рез конденсатор достигается частотное ограничительное разделение сигнала и шума гидродинамической, вибрационной и электрической природы. В итоге при усилении сейсмосигнала предлагаемое устройство позволяет, изменяя метод электрического гсуппировсЧ- ния элементов в двухполкхгнике 1 по секциям, обеспечить желаемое отнощение сигнал/помеха. Ыизкочастот11ая компонента щумов в полосе от О до f может донолиитольно подавлена увеличением крутизны среза на 2Q бБ на декаду использэвапием; разаепитег1ьиогоэп(м(}пг:1 ((;r r;ificyK щего трансформатора и RC-цепи) сопряжении сейсмометра с р( истрирую1цими устройствами.

Формула изобретения Аналоговый сейс 1омегр для морской пьезосейсмографной косы с общей шиной, содержащий распределенный пьезоэлектрический двухполюсник и операционный усилигель с полевыми транзисторами на входе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, усилитель обратной связью, выполненной в виде параллельно соединенных конденсатора и резисторного Т-образного грехполюсника, пьезоэлектрический двухполюсник подключен в

цепь обратной связи между входом усилителя и узловой точкой трехполюсника, шунтирующее звено которого соединено с обшей шиной через дополнительный конденсатор.

Источники инфор 1ации, принятые во внимание при экспертизе:

2. Mining- Magazine 1973, 128. NO 2, p. i27.