Способ калибровки сейсмометрического канала

 

Использование: геофизическое приборостроение , сейсмометрия, fa частности для определения амплитуднои фазочастотных характеристик. Сущность изобретения заключается в том, что для возбуждения колебаний основания используют микросейсмы, калибруют одновременно два однотипных сейсмометрических канала, осуществляют два измерения; при первом - сейсмометры устанавливают на общем основании с бдинаково направленными измерительными осями, при втором - сейсмометры устанавливают на расстоянии не менее 1 м друг от друга, измерительные оси ориентируя вдоль линии, соединяющей их корпуса, кроме того , измеряют смещение корпусов вдоль линии их установки в широком диапазоне частот, и после расчета всех спектральных амплитуднои фазочастотных характеристик вычисляют амплитуднои фазочастотныехарактеристикиобоих сейсмометрических каналов. 1 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК

nt)s G 01 V 1/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОВРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4904598/25 (22) 22.01.91 (46) 07,10.92. Бюл. N. 37 (71) Институт физики Земли им. О.Ю,Шмидта (72) А.В.Горбатиков, Д.А.Ильинский, E.Ï.Êðèâöoâ, В.Б.Преображенский, А.П.Яковлев, В.Н.Михайлов и Б.В.Архангельский (56) Сейсмоизмерительные устройства и rioверка сейсмопреобразователей // Методи. ческие указания, M.: Госкомитет СССР по стандартам, 1987, с 456.

Сейсмические приборы, вып, 19, Наука, 1987, с.104 — 111, . (56) СПОСОб КАЛИБРОВКИ СЕЙгСМОМЕТРИЧЕСКОГО КАНАЛА (57) Использование: геофизическое приборостроение, сейсмометрия, в частности для л

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и сейсмометрии и может быть, использовано для определейия абсолютных амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик сейсмометрических каналов.

Известен способ абсолютной калибровки сейсмометрического канала (далекий аналог), заключающийся в возбуждении сейсмодатчика электродинамического типа через рабочую катушку, измерении возбуждающего сигнала и сигнала нэ входе канала и расчета абсолютной частотной характеристик, причем разделение возбуждающего сигнала, поступающего на рабочую катушку сейсмодатчика и выходного сигнала сейсмо5g 1767458 А1 определения амплитудно- и фазочастотных характеристик. Сущность изобретения заключается в том, что для возбуждения колебаний основайия используют микросейсмы, калибруют одное ремен йо два однотипных . сейсмометрических канала, осуществляют два измерения при первом - сейсмометры устанавливают на общем основании с одинаково напрэвленнйми измерительныМи осями, при втором — сейсмометры устанавливают на расстоянии не менее 1 м друг от друга, измерительные оси ориентируя вдоль линии, соединяющей их корпуса, кроме того, измеряют смещение корпусов вдоль линии их установки в широком дйапазоне частот, и после расчета всех спектральных амплитудно- и фазочастотных характеристик вычисляют амплитудно- и фазочастотные характеристики обоих сейсмометрических кайалов. 1 ил. датчика осуществляют с помощью моста О

Максвела. штат способ содержит ряд недо- 4 статков, связанйых с высокими потрешно- ф стями измерений, присущими косвенной Q3 калибровке.. - - ОО

Известен способ абсолютной калибровки сейомометрического канала (аналог1, аа- ) а ключающийся в том, что сейсмодатчик укрепляют на платформе установки, воспроизводящей гармонические колебания. 0существляют гармонические колебания платформы с заданными параметрами, регулируют сигнал на выходе сейсмометрического канала и, сравнивая амплитуду выходного сигнала и его фазу с амплитудой и фазой смещения платформы, определяют

1767458 абсолютное значение коэффициента преобразования канала и фазовый сдвиг выходного сигнала для каждой фиксированной частоты во всем частотном диапазоне канала.

Наиболее совершенные из уществующих установок (К-ПСГУ) воспроизводят гармонические колебания в дйапазоне частот

0,01 — 20 Гц с амплитудами от 0,1 до 20 мм (прототип), где показано, sto всякой платформе присущи погрешности йри воспроизведении колебаний, Они зависЯят ат частоты, амплитуды колебаний, а также от условий установки платформы. При уменьшении амплитуды и уменьшений частоты погрешности воспроизведения ускорений растут.

Ряд практических задач в сейсмометрии связан с измерением наиболее слабых колебаний поверхности (т.е. сигналов, не превыша1ощих естественные земные шумымикросейсмы); Соотаетственйо, существует проблема абсолютной калибровки сейсмометрического канала с максимальной возможйой чувствительностью, При максимальной чувствительности усиление канала нельзя поднять без того, чтобьгмик- росейсмический сигнал не превысил дина-мический .диапазон канала. В"зто случае пользоваться для калйбравки описанной платформой невозможно, поскольку: 1 — не существует платформ, воспроизводящих смещеййя в сотые и тысячные доли микрона, что соответствует амплитуде Смещения о микросейсмической волне; 2 — нежела. тельно выходит из йало>кгеният путем калибровки канала загрубления путем калибровки канала с загрубленный: и при больших амплитудах смещений, которые обеспечивает платформа, а затем переносить результат калибрбвки с загрубленного канала на канал с максймальнай чувствительностью, ттк. при этом в результат калибровки вносятся допголнительные погрешности. Кроме того у сейс лйчелскога преобразователя существуют нелинейности преобразования колебаний в напря>кение. связанные с конструкцией.

Непинейн ые искажения зависят от амплитуды-ды колебаний и поэтому, калибруя канал большими амплитудами, мы приписываем преобразовател а нелинейность, которой у него может не быть при амплитудах колеба. ний в сотни раз меньших.

Целью изобретения является повыше. ние точности калибровки каналов при одновременном сокращении .величины нелинейных искажений, Поставленная цель достигается тем, что, согласно известному способу калибровки сейсмометГтического канала осущесталяют колебания основания датчика, регистрируют их, определяют соответствующие э лплитудный и фазовый спектры выходного сигнала и определяют абсолютную ампли5 тудно- астотную и фазачастотную характеристики, колебания основания датчика осуществляют естественными микросейсмами, при этом калибруют одновременно два однотипных канала, а калибровку про10 изводят в два этапа, на первом иэ которых сейсмодатчики устанавливают рядом друг с другом, их измерительные оси ориентируют в одном направлении, регистрируют синхронно двумя каналами микрасейсмический

15 сигнал, амплитудные и фаэовые спектры оп- ределяют по каждому каналу и определяют отношение амплитудных и разность фазовых спектров, на втором этапе сейсмодэтчики располагают на расстоянии не менее 1 м

20 друг от друга, их измерительные оси ориентируют в мощном направлении по линии, соединяющей датчики, синхронна регистрируют микросейсмический сигнал каждым каналом, а также регисттфйруют в широкой

25 полосе с частот эбстол атгттное значение смещенйя датчйков друг относительно друга вдоль линии, соединяющей датчики, определяют амплитудные и фаэовые спектры сигналов, сравнива1от амплитудиые и фаэоЗО вые спектры первого и второго этапов измерений, определяют значения абсолютных амплитудно-частотных характеристик обоих каналов, На черте>ке представлена схема реали35 эации способа. Схема состойт из 1, 2- сейсмодатчиков калибруемых каналов, 3— полупрозрачного зеркала, 4 — отражающего зеркала, 5 — герметически закрытой трубы измерительного плеча интерферометрэ, 6—

40 лазера, измерительного блока лазерного интерферометра.

Избрание реализуется при 6дновременнам использовании двух сейсмометрических каналов, в идеальном случае

45 необходимы:два идентичных по параметрам канала, поскольку в процессе калибровки определяются амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) и фазочэстотные характеристики (ФЧХ) обеих каналов в области

50 пересечения их частотных диапазонов. На практике добиться полной идентичности параметров не удается, поэтому способ реализуется в два этапа.

На первом этапе датчики обеих кана55 лов, характеризующихся комплексными частотными характеристиками Н (в), 1 - 1,2, устанавливаются на общем основании вплотную друг к.другу, тэк, чтобы измерительные оси датчиков были ориентированы параллельно в одном направлении. В этом

1767458

15

30

Н1{в)— U в (5) Н2{в) = случае можно считать, что на датчики действуют один и тот же сейсмический сигнал x(t), имеющий Фурье — образ Х(в), При этом на входе каналов регистрируют сигналы со спектрами U;(m) = Н;(в) Я(в). Отношение характеристик каналов равно:

Н в О в ()

На втором этапе датчики устанавливают на некотором расстоянии друг от друга.

Измерительные оси датчиков ориентируют в одном направлении, параллельно между собой вдоль линии, соединяющей разнесенные датчики, Расстояние между датчиками выбирается достаточным для того, чтобы разность l(t) сейсмических колебаний x(t) и y(t) в,очках установки первого и второго датчиков могла с достаточной и в широкой полосе частот зарегистрйрована абсолютным измерителем линейных пере- мещений. Таким измерителем может служить лазерный интерферометр. Для реальных микросейсмических волн. составляющих естественный фон такие расстояния составляют не менее 1 м. Регистрируют выходные сигналы каналов, определяют

Фурье-образцы.

U (e) = Н (в) Х(в)

Щв) = Н2(в) Y(в) (2)

Синхронно с каналами регистрируют выходной сигнал лазерного интерферометра, определяют его Фурье -образ, Оз(в) = Нз(в)Л(в) (3) где Нз(cu) комплексная характеристика лазерного интерферометра, измеряющего реальный сигнал

1(1) = x(t) - у(1) (4) при этом; как видно из чертежа, полупрозрачное.и отражающее зеркала интерферометра установлены непосредственно вблизи каждого из сейсмических датчиков.

Из (1) — (4) получаем:

Для широкополосных измерителей перемещений, в частности для лазерного интерферометра, в сейсмическом диапазоне частот как правило

Нз(в) = К = const

Очевидно, что ЛЧХ(А;(и)) и cD×Õ(Ô (в) каналов определяются.

А(в)= Kl(N) ©<(в) - аго(Н(в))1-1,2

Приведенное описание однозначно поясняет суть предлагаемого способа абсолютной калибровки сейсмометрического канала, По сравнению с прототипом способ позволяет повысить точность калибровки каналов не менее, чем на 30 g, и сократить нелинейные искажения в результирующих характеристиках не менее, чем на порядок.

Формула изобретения

Способ калибровки сейсмометрического канала, заключающийся в приведении в колебательное движение основания сейсмометра, регистрации выходного сигнала, определении соответствующих амплитудного и фазового спектров и определении амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик сейсмометрического канала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности калибровки сейсмометрических каналов при одновременном сокращении величины нелинейных искажений, с помощью естественных микросейсм приводят а колебательное движение основания двух однотипных сейсмометров, при этом сначала сейсмометры устанавливают на общем основании, ориентируя их измерительные оси в одном направлении, и проводят синхронную регистрацию выходных сигналов, для каждого сейсмометрического канала определяют амплитудные и фазовые спектры и вычисляют отношенйе амплитудных и разность фазовых спектров; затем сейсмометры устанавливают на расстоянии не менее 1 м друг от друга, ориентируя их измерительные оси в одном направлении, по линии, соединяющей сейсмометры, синхронно регистрируют микросейсмический сигнал каждым сейсмометряческим каналом, и в широкой полосе частот — смещения корпусов сейсмометров друг относительно друга вдоль линии,, Соединяющей эти сейсмометры. определяют амплитудные и фазовйе спектры сигналов всех каналов, сравнивают амплитудные и фазовые спектры первого и второго измерений и определяют амплитудно-частотые и фазочастотные характеристки обоих сейсмометрических каналов.

1767458

Составитель АЛ орбатиков

Техред М.Моргентал Корректор А.Долинич

Редактор .

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

3аквэ 3547 Тираж Подписное

ВНИИПЙ Государственного комитета по изобретениям и открытивч при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35; Рауаская на6„4/5