Способ формирования силового воздействия для возбуждения низкочастотных сейсмических сигналов и автоматизированный электропривод дебалансного вибромодуля

 

Изобретение относится к области геофизических исследований земли, в частности к способам и средствам возбуждения сейсмических сигналов, и может быть использовано при вибрационном просвечивании земли с помощью дебалансных вибромодулей. Цель изобретения - повышение точности и упрощение процесса формирования силового воздействия (СВ) при одновременном расширении нижней границы диапазона частот формируемого СВ. Сущность способа состоит в том, что скорость вращения дебалансов изменяют в течении одного оборота так, что средние скорости вращения дебалансов в нижней и верхней полуплотностях различны, а их разность изменяют периодически с частотой, равной частоте низкочастотной составляющей формируемого СВ. Элементы системы управления соединены таким образом, что обеспечивается регулирование скорости вращения дебалансов по одному из возможных законов: (J(t) tJc. +icOcos4 sinilt, AcJ-c Ос«Л (1) где Л - частота низкочастотного СВ; Ч - угол, характеризующий положение дебалансов; uDc, средняя частота вращения дебалансов. При вращении дебалансов со скоростью

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1462216 А 1 д11 4 G 01 V 1/153

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

rlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯ14

ПРИ ГКНТ СССР ЩЯДЦ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ATEHT!

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4145634/31-25 (22) 11.?1.86 (46) 28.02.89., Бюл. Р 8 (71) Новосибирский электротехнический институт и Институт горного дела

С0 АН СССР ъ

1 2

) 1

Изобретение относится к геофизи- к способам и средствам возбуждения ческим исследованиям земли, а именно сейсмических сигналов, и может быть (72) Н.Н.Путинцев, Г.М.Симаков, 10.И.Соболев, Н.П.Ряшенцев и А.П.Малахов (53) 550.83(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1124233, кл. G 01 V 1/253, 1983.

Авторское свидетельство СССР

М 744404 ° кл. С 01 V 1/153, 1978, Жигилин В.В. и др. Система управления электромеханического вибросейсмоисточника . — Злектромагнитные силовые импульсные системы . Сб. научи. трудов. СО АН СССР, Новосибирск, 1982, с. 135. (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИЛОВОГО

ВОЗДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ВОЗБУЩЦЕНИЯ НИЗКОЧАСТОТНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ И

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕХТРОПРИВОД ДЕБАЛАНСНОГО ВИБРОМОДУЛЯ (57) Изобретение относится к области, геофизических исследований земли, в частности к способам и средствам возбуждения сейсмических сигналов, и может быть использовано при вибрационном просвечивании земли с помощью дебалансных вибромодулей. Цель изобретения — повышение точности и упрощение процесса формирования силового воздействия (СВ) при одновременном расширении нижней границы диапазона частот формируемого СВ. Сущность способа состоит в том, что скорость вра. щения дебалансов изменяют в течении одного оборота так, что средние скорости вращения дебаяансов в нижней н верхней полуплотностях различны, а их разность изменяют периодически с частотой, равной частоте низкочастотной составляющей формируемого СВ.

Злементы системы управления соединены таким образом, что обеспечивается регулирование скорости вращения деба- а

Ж лансов по одному иэ возможных эакоНОВ3 47 (t) = 43c +ЮЫСОБЧ 61ПЯ, Illa t (/) а4 сс<я, (1), где Л. — частота низкочастотного СВ; - угол характери- С зующий положение дебалансов; с7, средняя частота вращения дебалансов.

При вращении дебалансов со скоростью (1), формируется составляющая силово. го воздействия F = mrhQsin2t (2). 6 .

T.е. амплитуда CB и его частота 2 мо- CO гут регулироваться независимо по од- ф ному каналу управления скоростью вра- фа@ щения дебалансов. При этом диапазон lae0 изменения частоты .Я не ограничен ©ф снизу ни точностью регулирования средней частоты вращения дебалансов, ни массой дебалансов. 2 с.п.ф, 3 ил.

146221 использовано при вибрационном просвечивании земли с помощью дебалансных вибромодулей.

Цель изобретения — повышение точ5 ности и упрощение процесса формирования силового воздействия при одновременном расширении нижней границы диапазона частот силового воздейст" вия. 10

На фиг.1 приведена функциональная схема вибромодуля; на фиг.2 — график одного из возможных законов изменения скорости вращения дебалансов", на фиг.3 — графики изменения суммарного 15 силового воздействия Fy и низкочастотной формируемой составляющей F, соответствующей графику скорости, представленному на фиг.2.

Вибромодуль (фиг.1) содержит уста- 20 навливаемую на грунт платформу 1 с расположенными на ней двумя дебалансами 2, массой m и эксцентриситетом

r, имеющими жесткую связь через блокировочный вал 3 и приводимыми в дви- 25 жение автоматизированным электроприводом.

Электропривод 4 выполнен по схеме, содержащей два двигателя 5 постоянного тока, подключенных к выходам соот- 30 ветствующих силовых преобразователей

6, два регулятора 7 тока, на одни: входы которых подключены выходы соответствующих датчиков 8 тока, а на другие — выход общего регулятора 9 скорости, датчика 10 скорости, функционального преобразователя 11, предназначенного для формирования сигнала, пропорционального синусу угла поворота двигателей, вращающих деба- 40 лансы, сумматора 12, два входа которого подключены соответственно к выходу блока 13 задания средней скорости и к выходу блока 14 перемножения, на два входа которого подключены соответственно выход .функционального преобразователя 11 и генератора .15 синусоидального сигнала. Выход сумматора 12 подключен на один вход регулятора 9 скорости, а на другой вход подключен выход датчика 10 скорости. Валопроводы 16 соединяют двигатели 5 с дебалансом 2.

Иодулирующая частота равна требуемой частоте формируемого усилия и задается генератором 15 синусоидального сигнала.

Контур регулирования скорости электродвигателей, включающий регуляторы 9 и 7, преобразователи 6, двигатели 5, датчики 8 и 10, обеспечивает характер скорости (фиг,2), соответствующий заданному сигналу с выхо= да сумматора 12.

Пример, характеризуюший суть способа формирования . низкочастотной составляющей формируемого силового воздействия с частотой Д

Пусть частота вращения дебалансов изменяется по закону

Q(t) =C3 +463 соsЧ siп2t,h(3 с3 )7Я (2) Функции блоков 11, 12, 14 может выполнять микроЭВМ, выполненная на базе стандартных микропроцессоров.

Способ осуществляется следующим образом.

6 4

Ю

Вибромодуль (фиг. 1) устанавливают на грунт. Под действием его веса платформа имеет постоянный контакт с землей. Выбирается закон изменения скорости дебалансов например (2) такой, чтобы среднее значение скорости в нижней полуплоскости вращения дебалансов 20 — К/2 Ч < 24n + К/2 (фиг.1) не было равно среднему значению скорости в верхней полуплоскости 2lin + Т/2 Р C (2n + 1)/(+ (//2 (1), где п — натуральное число, и чтобы разность средних значений изменялась периодически с частотой требуемого низкочастотного сейсмического сигнала. Например, выбранный закон изменения скорости дебалансов может быть реализован с помощью предлагаемого электропривода 4, так что дебалансы

2 вращаются по одинаковому закону в разные стороны.

При вращении дебалансов 2 возникают центробежные силы Fp (рис. 1).

Их векторная сумма Г, включающая формируемое низкочастотное усилие F, передается через платформу 1 в грунт.

Для реализации требуемого закона изменения скорости, например, заданного формулой (2), на выходе сумматора 12 формируется задающий сигнал, равный сумме постоянного:-напряжения с.блока 13 задания средней скорости и переменного модулированного сигнала с блока 14 перемножения. При этом несущая частота определяется сигналом с блока 13 задания средней скорости вращения, что обеспечивается функциональным преобразователем 11.

1462216 где о — максимальное отклонение час° тоты вращения от среднейй7,,, Т

Ч вЂ” угол, характеризующий положение дебаланса, д — средняя частота вращения дебаланса за оборот

Суммарное силовое воздействие с учетом (2) определяется как да(С1 1 10

Г = 2mr(ig (t)cosV+ — — здп PJ =

Л(Д вЂ” 2пг ((сй + — — — -cos22t) cos4 +

4 4 (3Эс Да . ДЬЭ 2

+ sing t + — -cos 3 (1 — cos 2gt) +

2 2.ДОЗ ° Р ЗдЯ <

+ - - — sin29 совкам + - — соз2 Рх"

2 2 х sinPt (3) 20

Согласно (3) суммарное усилие содержит низкочастотную составляющую

Fs = mrs(Qsin9t. (4)

Частота 2 этой составляющей не ZS зависит от средней частоты обращения дебалансов Се7 и может изменяться независимо от процесса регулирования при оп — — 4 Ч z 2lln +—

7/ 7l

2 2 с +hrD sinOt

Q(t) при 2«+ — a+c (2n+ 1)ll +—

« Н

2 2 с -Да sin2t

Принимая во внимание, что ь1 )>p можно оценить амплитуду низкочастотной составляющей иэ (3) при условии ствия, В результате упрощается конструк40 ция вибромодуля и система управления процессом формирования силового воздействия.

Описываемое изобретение позволяет независимо регулировать частоту ниэ45 кочастотной составляющей силы и среднюю частоту вращения дебалансов. 3а счет этого увеличивается точность формирования низкочастотной составляющей возбуждающей силы и расширяется б0 нижний диапазон регулирования частоты формируемого сигнала, что в свою очередь расширяет возможности геофизических исследований земли методом вибрационного просвечивания.

Кроме того, возможность независимого регулирования средней частоты вращения дебвлансов может быть ис» пользована для увеличения .мощности сейсмического сигнала sa счет испольгде К= -у)1. ñ

Для параметров, принятых в предыt дущем примере (К = 2), Р = Зюга = 18 ° 10- H

Таким образом, предлагаемый ..способ формирования силового воздействия на грунт для возбуждения низкочастотных сейсмических волн дебалансным вибромодулем реализуется проще вниду отсутствия операции выделения (де-. тектирования) низкочастотных "биений" силы. При этом описываемый электро.= привод реализует независимое регулирование частоты и амплитуды формируеQt = †= const (2 О т

F = 2пп (МЯ вЂ” — -)

6 К амплитуды. При этом диапазон изменения частотыЯ не ограничен снизу ни точностью регулирования средней частоты вращения дебаланса, ни его весом. Погрешность воспроизведения современным электроприводом низкочастотного сигнала (Я (2Т) по частоте определяется погрешностью задающего

)генератора и характеризуется долями процента. Погрешность по фазе опреде" ляется единицами угловых секунд.

Графики изменения скорости вращения дебалансов (фиг.2) и силового воздействия (фиг ° 3) рассчитаны согласно (2) и (3) для следующих параметров: (с = 20 «1/с, hM = 1071-, Л= «1/с, m = 200 кг, r = 0,3 м

При этом амплитуда низкочастотной составляющей согласно (4) составляет

12 10- Н.

Максимальная амплитуда низкочастотной составляющей формируемого усилия имеет место при изменении скорости по закону мого ниэкочастотного силового воздей1462216

30 эования резонансных явлений и снижения потерь в присоединенной массе грунта. Действительно, средняя частота вращения дебалансов независимо .от, низкочастотного сигнала может быть

Выбрана ..равной частоте собственных колебаний системы платформа — грунт.

Формула и э о б р е т е н и я

1. Способ формирования силового 10 воздействия для возбуждения низкочастотных сейсмических сигналов, при котором обеспечивают постоянный контакт платформы дебалансного вибромодуля с грунтом и осуществляют через 15

Нее периодическое изменение давления

На грунт центробежной силой вращаюЩихся в вертикальной плоскости дебалансов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и уп- 20 рощения процесса формирования силовоГо воздействия при одновременном расЮирении нижней границы диапазона часТот силового воздействия, скорость вращения дебалансов изменяют в тече-..

Ние одного оборота так, что средняя

Екорость в нижней полуплоскости вращения дебалансов отлична от средней скорости в верхней полуплоскости, а разность этих средних скоростей

Изменяют периодически с частотой, равной частоте низкочастотной составляющей формируемого силового воздействия.

2. Автоматизированный электроприВод дебалансного вибромодуля, содержащий два электродвигателя с валопроводами, соединенными каждыи со своим дебалансом, два силовых преобразователя, выходы которых подключены к соответствующим электродвигателям и цифроаналоговый регулятор скорости вращения дебалансов, один вход которого подключен к вьгходу цифрового датчика скорости, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью упрощения процесса формирования силового воздействия, в него введены блок задания средней скорости вращения дебалансов, функциональный преобразователь, блок перемножения, сумматор, два регулятора тока, два датчика тока и генератор низкочастотного синусоидального сигнала, причем выход функционального преобразователя подключен к оцному входу блока перемножения, к другому входу блока подключен выход генератора низкочастотного синусоидального сигнала, выход блока перемножения и выход блока задания средней;..скорости подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого подключен к второму входу регулятора скорости, выход регулятора скорости подключен к входам обоих регуляторов тока, к вторым входам которых подсоединены выходы соответствующих датчиков тока, а выходы регуляторов тока подсоединены к управляющим вхоцам соответствующих силовых преобразователей.

1462216

O Р Щ gS ф(фЯ фУ У,7 g8 ОУ 1 St Я Э Ф 4Ю

4 Z

Редактор M.Íåäoëóæåíêo

Заказ 669/42 Тираж 483 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. ужгород, ул. Гагарина,!01 хю%Р

Составитель Н.Чихладзе

Техред М.дндык Корректор В.Гирняк