Скважинный электродинамический сейсмограф Советский патент 1981 года по МПК G01V1/16 

1

Изобретение относится к сейсмометрии и может быть преимущественно использовано для регистрации слабых сейсмических сигналов удаленных и близких землетрясений,а также для обнаружения их предвестников .

Известно, что для изучения физики очага при регистрации удаленных землетрясений сейсмический канал должен иметь по возможности столообразную частотную характеристику функции перемещений в диапазоне инфранизких частот, а для близких землетрясений - в диапазоне низких частот. В то же время для регистрации предвестников землетрясений, когда нет еще полной ясности, в каком из диапазонов появление их возможно, желательно иметь тот и другой диапазоны. Поэтому, чтобы удовлетворить требованиям поставленных задач, сейсмический канал должен иметь столообразную частотную характеристику в широком диапазоне частот: от 1 Гц и до 50-60 Гц, с увеличением 400-500 тыс.

Известен скважинный сейсмограф, содержащий низкочастотный сейсмо метр, согласуквдий усилитель и ре.гистратор l.

В данном сейсмографе достигнуто расширение полосы пропускания в сторону нижних частот, однако повышенный уровень шумов усилителей, малый динамический диапазон, небольшое реальное увеличение порядка 600-700 (для скважинных наблюдений 10около 3000),а также возможность появления длиннопериоднрго сигнала, обусловленного поступлением на интегрирующие элементы высокочастотных колебаний, ограничивают эксплу15атационные возможности сейсмографа, особенно в случаях регистрации слабых сейсмических сигналов, относящихся к предвестникам землетрясений.

20

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является скважинный сейсмограф, содержащий низкочастотный сейсмометр с высокоомной обмоткой преобразователя,сог25ласующие элементы и гальванометрический регистратор. В известном сейсмографе согласующие по затуханию элементы представлены в виде активных резисторов, обеспечивакядих нормальное затухание колебательных

30

систем сейсмометра и гальванометра при загрублении канала, предназначенного для регистрации сильных землетрясений 2.

Недостатком сейсмографа является низкий коэффициент передачи сейсмографа, обусловленный тем, что требования при согласовании сейсмометра и гальванометра противоречивы. Так, например, для низкоомных гальваномеров в переуспокоенном режиме, который используется для расширения амплитудно-частотной характгристики, необходимо, чтобы преобразователь сейсмометра имел малое активное сопротивление, тогда как для повышени чувствительности сейсмометра нужно, чтобы преобразователь имел многовитковую, а значит, и высокоомную обмотку. Сформированный сейсмический канал, .где преобразователь сейсмометра имеет высокоомную обмотку, а гальванометр - низкоомную, не дает заметного повышения коэффициента передачи, так как высокоомная обмотка сейсмометра шунтируется низким сопротивлением гальванометра.

Цель изобретения - повышение коэффициента передачи и расширения частотного диапазона сейсмографа за счет согласования колебательных систем сейсмометра и гальванометра.

Для достижения поставленной цели в скважинном электродинамическом сейсмографе, содержащем низкочастотный сейсмометр, соединенный через согласующие элементы с гальванометркческим регистратором,согласующие элементы состоят из активного дифференциального четырехполюсника, аттенюатора, корректирующего конденсатора, шунтирующего и демпфирующего резисторов, при этом выход четырехполюсника подключен к ег инвертирующему входу и аттенюатору, соединенному в свою очередь с шунтирующим резистором через корректирующий конденсатор, а неинвертирукадий вход четырехполюсника через демпфирующий резистор соединен с аттенюатором, шунтирующим резисторо и общей шиной сейсмометра и регистратора.

На фиг; 1 дана принципиальная схема сейсмографа; на фиг. 2 - ам-. плитудно-частотные характеристики каналов.

Сейсмограф содержит латунный гермйтичный контейнер 1, установленный в скважине, в котором размещены электродинамический сейсмометр 2, имеющий рабочую 3 и демпфирующую 4 обмотки, мотор 5 для дистанционного управления, демпфирующий резистор б геркон 7 и четырехполюсник 8 с балластным резистором 9 согласующего блока.

Наземная часть сейсмографа содержит сопротивления (резисторы) 10-13

аттенюатора, корректирующий конденсатор 14, 1иунтирую1ций резистор 15, гальванометр 16, регистратор 17,блок 18 питания и пульт 19 дистанционного управления.

Сейсмограф работает следующим образом.

Перед спуском контейнера 1 в скважину инертная масса сейсмометра арретируется пультом 19 дистанционного управления. После установки контейнера в скважине осуществляют при помощи одного и того же электромотора 5, одним из проводов питания которог используется броня кабеля,, разарретирование и настройку сейсмометра на заданный период собственных колебани Для этого демпфирующую обмотку 4 и выход четырехполюсника 8 через балластный резистор 9 подключают к пульту 19 дистанционного управления. Так как рабочая обмотка 3 при регистраци должна быть задемпфирована резистором 6, обеспечивающим необходимое затухание колебаний инертной массы, то при настройке на заданный период резистор б должен отключаться от обмотки 3, ибо в противном случае нельзя обеспечить свободные колебания инертной массы, по которым определяется период настройки сейсмометра. В предлагаемом сейсмографе программное управление резистором осуществляется герконом 7 и полями постоянных магнитов. После настройки сейсмометра на заданный период по программе пульта 19 к рабочей обмотке 3 подключается резистор б,а выход четырехполюсника череп балластный резистор 9 блока подключается к регистратору 17. Демпфирующая обмотка 4, выводы которой выходят на поверхность,после настройки сейсмометра закорачивается Принятый сейсмометром сейсмический сигнал поступает на неинвертирующий вход активного четырехполюсника 8, охваченного 100%-ной отрицательной обратной связью, который согласует колебательные системы сейсмометра 2 и гальванометра 16 и формирует амплитудно-частотную характеристику канала. Увеличенный в результате согласования сейсмический сигнал регистрируется зеркальным гальванометром регистратора 17.

Демпфирующий резистор 6 согласующего блока обеспечивает необходимое затухание колебаний инертной массы сейсмометра 2 и, уменьшая общее сопротивление на входе четырехполюсника 8, уменьшает его температурный дрейф. Корректирующий конденсатор 14, изменяя параметры гальванометра 16, увеличивает крутизну среза левой части частотной характеристики в полосе 0,3-0,8 Гц и выравнивает правую часть рабочего диапазона в полосе 20-60Гц. Кроме того,

развязывая гальванометр 1 б от постоянной составляющей выхода согласующего блока при разбалансе, он также ослабляет и влияние дрейфа нуля .четырехполюсника 18 ,

Шунтирующий резистор 15 обеспечивает расширение диапазона в сторону верхних частот, а также, являясь звеном в цепи гальванометра 16,оказывает выравнивающее действие и на низкочастотную часть рабочего диапазона в области 1 Гц. Балластный резистор 9 защищает выходные цепи четырехполюсника 8 при случайных короких замыканиях, а также обеспечивае возможность использования дополнительной низкоомной нагрузки, выполняющей функции аттенюатора, включенного на выходе балластного резистог ра 9.

Чтобы производить сейсмические измерения с максимально возможным увеличением в любых скважинах с различным микросейсмическим фоном помех, в сейсмографе установлен аттенюатор, позволяющий фиксированно снижать увеличение в 1,5; 2 и 4 раз не изменяя формы частотной характеристики канала.

Включение загрублений в цепь, гд установлен частотно-зависимый элемент, представляет определенные труности, связанные с сохранением форм частотной характеристики канала. Наболее приемлемым оказалось включени дополнительной низкоомной нагрузки в виде аттенюатора, состоящего из набора последовс1тельно соединенных резисторов 10-13, установленных на переключателе и включенных между выходом балластного резистора 9 и общей шиной рабочей обмотки сейсмометра 2 и гальванометра 16.

Амплитудно-частотные характеристики, снятые на вибростенде, представлены на фиг.2. На графике изображена кривая 20 предлагаемого (шкала увеличения слева)/ и кривая 21 известного сейсмографов (шкала увеличения справа).

Таким образом, использование активного согласунхцего блока со 100%-ной отрицательной обратной связью для согласования колебательных систем низкочастотного сейсмометра и низкочастотного высокочувствительного зеркального гальванометра позволяет Б десятки раз увеличить коэффициент передачи сейсмографа, заметно расширить столообразную часть амплитудно-частотной характеристики, сохранить высокий динамический диапазон сейсмометра по выходу согласующего блока,добиться высокой стабильности параметров и эксплуатационной надежности сейсмографа в условиях обводненных

0 глубоких скважин. Сейсмограф позволяет регистрировать как очень слабые единицы нанометров, так и достаточные сильные сейсмические сигналы с амплитудой до 1 мм.

5

Формула изобретения

Скважинный электродинамически

0 сейсмограф, содержащий низкочастотный сейсмометр, соединенный через согласующие элементы с гальванометрическим регистратором, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента передачи

5 и расширения частотного диапазона сейсмографа за счет согласования колебательных систем сейсмометра и гальванометра, в нем согласуняцие элементы состоят из активного диф0ференциального четырехполюсника, аттенюатора, корректирующего конденсатора, шунтируквдего и демпфирующего резисторов, при этом выход четырехполюсника подключен к его

5 инвертирующему входу и аттенюатору, соединенному с шунтирующим резистором через корректирующий кон- денсатор, а неинвертирующий вход четырехполюсника через демпфирую0щий резистор соединен с аттенюатором, шунтирующим резистором и с общей шиной сейсмометра и регистратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5

1.Рыков А.В. Расширение частотной характеристики сейсмографа способом фильтрации. Сб. Сейсмические приборы, вып. 6. М., Наука,1572, с. 32.

O

2.Аппаратура и методика сейсмометрических наблюдений в СССР. М., Наука, 1974, с. 33-36 (прототип).

/J

Л

Фт.1