Многоканальная цифровая пьезосейсмометрическая коса

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1511 4 6 О1 U 1 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21). 3828113/24-25 (22) 24.12.84 (46) 30.06.86. Бюл. 11 - 24 (72) 10.А. Князев, В.В. Меер,.

В.И. Нестеров и В.А. Яковлев (53) 550.83(088.8) (56) Цифровая приемная система

"Гонг". Проспект ВДНХ СССР. M.: Недра, 1978.

Авторское свидетельство СССР

У 972431, кл. G 01 U 1/22, 1980. (54) МНОГОКАНАЛЬНАЯ ЦИФРОВАЯ ПЬЕЗОСЕЙСМОМЕТРИЧЕСКАЯ КОСА (57) Изобретение относится к технической физике, в частности к техни-. ческим средствам для проведения морских геофизических работ. Цель изобретения — удобство изготовления, эксплуатации и ремонта косы, ее упрощение и дополнительное уменьшение массы за счет исключения протяженной тестовой линии при сохранении функций дифференциальной диагностики неисправности. Цель достигается. вве дением в каждый секционный шланг герметизированного дифференциального активного фильтра, а каждый электрон„„SU„„12411 5 Ai ный модуль дополнен стартстопным генератором синусоидального .сигнала с„ симметричным выходом, причем электронный модуль и генератор заключены в цилиндрическую оболочку с торцовыми розетками электроразъемов, сопряженную посредством уплотнения типа неподвижного контакта с полумуфтами, соседних шланговых секций, а сейсмоприемник подключен через дифференциальный активный полосовой фильтр к первому сигнальному входу коммутатора, второй сигнальный вход которого подключен к выходу схемы согласования уровня. Проводится также схемотехническое выполнение активного полосового фильтра в виде двух операционных усилителей, между выходом и инвертирующим входом каждого из которых включены идентичные параллельные

RC-цепочки, между инвертирующими вхо. дами — последовательная RC-цепочка, причем ее постоянная времени выбирается много меньше, чем(произведение собственной емкости сейсмоприемника на удвоенное сопротивление согласую-. щего резистора. 1 э.п. ф-лы, 2 ил.

1 ) 241

Изобретение относится к технической физике, в частности к техническим средствам для. проведения морских геофизических работ.

Целью изобретения является удобство изготовления, эксплуатации и ремонта многоканальной цифровой пьезосейсмокосы, а также упрощение косы и снижение ее массы за счет исключения протяженной тестовой линии. l0

На фиг. 1 представлен принцип конструктивного деления цифровой косы на сборочные единицы; на фиг. 2 структурные схемы ее основных электронных блоков. 15

Цифровая пьезосейсмометрическая коса состоит (фиг. 1) из отрезков линии 1 передачи данных, линии 2 синхронизации и линии управления, которые проложены внутри заполненных жидким диэлектриком:шланговых секций 4 из эластичной пластмассы с герметизацией в концевых полумуфтах 5 посредством металлостеклянных вилок электроразъемов 6, и из канальных кодирующих бло- 25 ков, каждый из которых включает в себя по меньшей мере один пьезоэлектрический сейсмоприемник 7 и электронный модуль 8. Сейсмоприемник 7 обычно выполняется группированным из множества распределенных по длине секционного шланга и включенных параллельно пьезокерамических гидрофо-, нов, а электронный модуль 8 структурно содержит (фиг. 2) коммутатор 9, имеющий по меньшей мере два симметричных сигнальных входа 10 11 и управляющий вход 12, усилитель 13 с симметричным входом и выходом, аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

14, к .тактирующему входу и выходу которого соответственно подключены запускающий выход 15 и приемный вход

16 устройства 17 уплотнения и регенерации. Соседние отрезки 1 линии

45 передачи и соседние отрезки линии 2 инхронизации попарно (фиг. 1) соединены между собой через соответс вующие пары выводов 18, 19 и 20, 21 электронного модуля 8, которыми в устройстве 17 уплотнения и регенера50 ции например могут соответственно служить один из входов и выход собирательной схемы, а также выход схемы сигнатурного объединения и вход схемы сигнатурного разделения сигналов.

Электронный модуль 8 содержит также схему 22 восстановления уровня

175 сигнала, через которую соединяются путем подключения к соответствующей паре выводов 23 н 24 соседние пары отрезков линии 3 управления. Сигнальный вход ll (фиг. 2) подключен к выходу стартстопного генератора 25 синусоидального сигнала, который может быть выполнен, например, в виде последовательного соединения ждущего генератора 26 импульсов и аналогового фильтра 27 нижних частот высокого порядка с симметричным выходом. Стробирующий вход 28 генератора 26 подключен к выходу 24 модуля 8.

Конструктивно электронный модуль

8 и генератор 25 заключены в цилиндрическую оболочку 29 (фиг. 1) из металла с торцовыми розетками электроразъемов 6, сопряженную посредством кольцевидного эластичного уплотнения 30 типа неподвижного контакта с полумуфтами 5 соседних шланговых секций 31, которые сопряжены с хвостовиками полумуфт 5 посредством неподвижного уплотнения лабиринтного типа, условно показаного на фиг. l в виде округлых выступов. Степень уплотнений обеспечивается стяжными гайками 32 и 33. В полости секционного шланга 31 размещен герметизированный, например, посредством компаундирования дифференциальный активный полосовой фильтр 34, который выполнен в виде двух операционных усилителей 35, между выходом и инвертирующим входом каждого из которых включены идентичные параллельные.

RC-цепочки 36, 37,между инвертирующими входами — последовательная RCцепочка 38, 39, а неинвертирующие входы усилителей 35, служащие входами 40 фильтра 34, подключены через равные согласующие резисторы 41 к общей шине питания. При этом постоянная времени последовательной ВС-цепочки 38, 39 выбирается много меньше, чем произведение собственной емкости сейсмоприемника 7 на удвоенное сопротивление согласующего резистора 41.

Нижняя частота среза полосового фильтра определяется постоянной времени RC 38, 39, а верхняя частота среза — постоянной времени RC 37, 36.

Частота генератора 26 выбирается в области, где амплитудно-частотная характеристика полосового фильтра

34 имеет плоскую вершину, например в середине его полосы пропускания. з 1241

Устройство работает следующим образом.

Каждый канал косы конструктивно выполнен в виде двух типов сборочных единиц: штанговой секции косы с око. 5 нечными полумуфтами и междумуфтовой цилиндрической оболочки. В то же время по электросхеме (фиг, 1, 2) отрезки линий 1 и 2 передачи и синхронизации включены через устройство 17 1р последовательно, отрезки линии 3 управления — через схему 22 также последовательно. Отказ (обрыв, потеря контакта с разъемом 6, поломка) любой из составных частей такого последовательного соединениядиагностируется по утрате сигнала от группы кана-,лов, начиная от отказавшего и до оконечного.

Электрические и электронные узлы (7, 34, 6) секций косы и соответствующие преобразующие узлы (9, 13, 14, 25) включены относительно устройства 17 последовательно-параллельно, но расположены в разнотипных сборочных единицах косы. Локальная диагностика неисправностей последовательно-параллельной части сборочной единицы обеспечивается посредством узлов 34 и 25.

ЗО

Номинальное собственное входное сопротивление герметизированного фильтра 34 стабильно и определяется относительно входа 40 удвоенным сопротивлением резисторов 41. При вла- 35 гозасорении жидкого диэлектрика внутришланговой полости, что может возникнуть, например, через уплотнения 33 при заглублении косы, происходит.шунтирование входа 40 эквивалент- о ным сопротивлением утечки. Постоянная времени входной цепи, равная произведению собственной емкости сейсмоприемника на эквивалентное сопротивление относительно входа 40, 45 уменьшается, что ведет к ослаблению энергии отделяемого полосовым фильтром 34 полезного сигнала. Это начинает сказываться, когда упомянутая постоянная времени в аварийном канале сравнивается с постоянной времени

RC 38, 39, а практически полное затухание, наблюдаемое как полный параметрический отказ, возникает, когда постоянная времени входной цепи становится менее значения RC 37, 36.

Выявить, что аварийные изменения произошли именно в секции, можно при

175 4 подаче контрольного сигнала типа логической "1" через отрезки 3 линии контроля. При этом включается ждущий генератор 26 импульсов, первая гармоника выходного сигнала которого вы- . деляется фильтром 27 и в виде синусоидального напряжения подается на вход 11 коммутатора 9. Последний под управлением по входу 12 напряжением логической "1" контрольного сигнала, уровень которого в каждом канале восстанавливается схемой 22, осуществляет подключение через усилитель 1.3 кодирование в АЦП 14 выборки синусоидального сигнала и последующую передачу через отрезки 1, канальные устройства 17 в цифровой мультиплексной форме на борт судна. Там производит- ся демультиплексирование, восстановление сигнала в аналоговой форме и оценка его параметров. Прн неискаженном прохождении и номинальных параметрах синусоидальноro контрольного сигнала идентично во всех каналах однозначно диагностируется отказавшая секционная сборочная единица с большим затуханием вследствие утечки от влагозасорения диэлектрика. Для ремонта потребуется замена секции.

В случае, если по всем каналам, .кроме аварийного, на бортовые регистраторы поступают идентичные синусоидальные контрольные сигналы, то диаг" ностируется отказпреобразующей части, (узлы 9, 13, 14, 22) электронного модуля или генератора 25. Для ремонта потребуется замена междумуфтовой цилиндрической оболочки с ее содержимым.

Кроме того, причиной отказа может быть увлажнение разъема 6 за счет ухудшения качества уплотнения 30, что может совместно влиять на сопряженные электрические узлы секции и цилиндрической оболочки. Наибольшее влияние этот фактор может оказывать на утечку между контактами цепей передачи аналоговых сигналов, поскольку отрезки 1, 2 и 3 линий передачи логических сигналов согласованы волновыми сопротивлениями (75 или

150 Ом), значительно меньшими возможных сопротивлений утечки при увлажнении разъема. Для снижения влияния утечки в разъеме 6 на передачу аналогового сигнала фильтр 34 .выполнен активным, его выходное сопротивление равно выходному сопротивлению

1241175 оконечного каскада, деленному на глубину отрицательной обратной связи через RC-цепочки 37, 36 — 38, 39.

Глубина отрицательной обратной связи максимальна за пределами полосы про пускания. На низких частотах возрастает сопротивление RC-цепочки 38, 39, а на верхних частотах уменьшается сопротивление RC 37, 36. В полосе 10 .пропускания глубина отрицательной обратной связи уменьшается, что увеличивает чувствительность герметиэированного фильтра к увлажнению разъема. При достижении критической вели-. чины сопротивления утечки 2 кОм прохождение сигнала через усилитель сопровождается искажениями типа пороговых ограничений сигнала сверху, что позволяет дополнительно удостоверить- 20 ся в причине отказа. Для ремонта требуется замена уплотнения 30.

Полезный эффект в предлагаемой цифровой косе достигается следующим образом. 25

Конструктивное разделение каналов косы (фиг. 1, 2) на 2 вида сборочных единиц в совокупности с введением герметизированного полосового фильтра 34 и стартстопного генератора 25 позволяет электроразъему 6 иметь негерметизированную розетку, жестко скрепленную с механической конструкцией (каркасом) внутреннего содержимого цилиндрической междумуфто-. вой оболочки 29. Последняя становится ремонтопригодной и содержит в себе практически все электронное оборудование канала, Это удешевляет и делает удобным производство, эксплуатацию и .ремонт цифровой косы, упрощает за счет введения встроенного стартстопного контрольного генератора 25 ее проводную систему, уменьшает массу косы, улучшает условия ее плавучести и производительность геофизических работ за счет возможности увеличения скорости хода судна при буксировке меньшей массы за бортом.

Внутренняя полость цилиндрической

50 оболочки имеет диаметр больше, чем диаметр полости шланга, и создает целый ряд конструктивных преимуществ производственного карактера и при перспективном увеличении уровня ми55 ниатюризации электронного модуля в сочетании с расширением его функциональных возможностей.

Ф о р м у л а - и з о б р е т е н и я

1. Многоканальная цифровая пьезосейсмометрическая коса, электрически состоящая из отрезков линии передачи данных, линии синхронизации и линии управления, проложенных внутри заполненных жидким диэлектриком шланговых секций с герметизированными . в концевых полумуфтах вилками электроразъемов, и из канальных кодирую" щих блоков, каждый из которых включает в себя по меньшей мере один пьезоэлектрический сейсмоприемник и электронный модуль, содержащий последовательно соединенные коммутатор, усилитель и аналого-цифровой преобразователь, к тактирующему входу и выходу которого соответственно подключены запускающий выход и приемный вход устройства уплотнения и регенерации, схему согласования уровня, выход которой электрически связан с управляющим входом коммутатора, причем сейсмоприемник размещен внутри шланговой секции, соседние отрезки линии передачи и соседние отрезки линии синхронизации попарно соединены между собой через соответствующие пары выходов устройства уплотнения и регенерации, а соседние отрезки линии управления - путем подключения к входу и выходу схемы согласования уровня, о т л и ч а ю щ а я— с я тем, что, с целью удобства изготовления, эксплуатации и ремонта, в каждый секционный шланг введен герметизированный дифференциальный активный полосовой фильтр, а каждый электронный модуль дополнен стартстопным генератором синусоидального сигнала с симметричным выходом, причем электронный модуль и генератор заключены в цилиндрическую оболочку с торцовыми розетками электроразъемов, сопряженную посредством уплотнения типа неподвижного контакта с по-. лумуфтами соседних шланговых секций, а сейсмоприемник подключен через дифференциальный активный полосовой фильтр к первому сигнальному входу коммутатора, второй сигнальный вход которого подключен к выходу генератора, стробирующий вход которого подключен к выходу схемы согласова- ния уровня.

2. Коса по п. 1 о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что дифференциальный

7 2411 активный полосовой фильтр выполнен в виде двух операционных усилителей, между выходом и инвертирующим входом каждого из которых включены идентичные параллельные RC-цепочки, между инвертирующими входами — последовательная RC-цепочка, а неинвертирующие входы усилителей, служащие входами

75 8 фильтра, подключены через равные согласующие резисторы к общей шине питания, причем постоянная времени последовательной RC: — öåïî÷êè выбирается много меньше, чем произведение собственной емкости сейсмоприемника на удвоенное сопротивление согласующего резистора.

1241175

Составитель И. Абрамова

Техред О.Сопко Корректор А. Зимокосов

Редактор М. Бандура

Заказ 3485/41 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4