Автономная донная станция для сейсмических наблюдений


 


Владельцы патента RU 2438149:

Аносов Виктор Сергеевич (RU)
Левченко Дмитрий Герасимович (RU)
Чернявец Владимир Васильевич (RU)
Ильин Илья Александрович (RU)
Зайцев Антон Александрович (RU)
Павлюкова Елена Раилевна (RU)
Леньков Валерий Павлович (RU)
Гвоздецкий Андрей Львович (RU)
Бродский Павел Григорьевич (RU)

Изобретение относится к донным устройствам для сейсмических наблюдений в акваториях морей и океанов. Сущность изобретения: станция состоит из стационарного и выносного корпусов. В стационарном герметичном корпусе размещены блок сейсмических приемников, аналоговые усилители, фильтры низких частот, удаленный цифровой регистратор, блок точного времени. Стационарный корпус снабжен балластом и установлен на раме. Выносной корпус выполнен в виде сферы, внутри которой размещены центральный компьютер, накопитель на жестком диске, гидрофон, блок гидроакустического канала связи, гидрофизический модуль, размыкатель балласта, таймер размыкателя, проблесковый маяк, радиомаяк, разъем внешней связи, источник питания. Выносной корпус соединен со стационарным корпусом посредством кабель-троса. Стационарный и выносной корпусы отстоят друг от друга на расстоянии 50-100 м. Технический результат: повышение достоверности прогноза аномальных явлений, расширение функциональных возможностей. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области геофизики, а более конкретно к устройствам измерения геофизических параметров в придонной зоне морей и океанов, и может быть использовано для оперативной оценки сейсмического и гидродинамического состояния районов и прогноза возможных сейсмических и экологических последствий природного и техногенного характера.

Известные автономные донные станции [1-3] представляют собой цилиндрические или шарообразные корпусы, снабженные балластом для установки их на грунт, внутри и на корпусе которых установлены измерительные датчики и средства обработки первичной информации. В качестве измерительных датчиков используются, как правило, гидрофоны и геофоны. Зарегистрированная датчиками информация хранится на флеш-картах, которые после подъема донных станций обрабатываются на диспетчерских пунктах или считывается по каналам гидроакустической связи. Известные донные станции предназначены в основном для регистрации сейсмических сигналов на акватории моря. Так, устройство [3] представляет собой морскую автономную донную сейсмическую станцию, устанавливаемую на морское дно преимущественно с плавучих средств. Станция включает герметичный корпус, состоящий из двух полусфер, снабженных в месте сочленения уплотнительным кольцом. Внутри размещена геофизическая аппаратура, включающая измерительные датчики геофонного и гидрофонного типов, модули приема, регистрации, преобразования и хранения зарегистрированных сигналов, блоки сопряжения с бортовым модулем при всплытии, спутниковый и гидроакустический каналы связи, блок ориентации, блок синхронизации, блок управления размыкателем и блок питания. На внешней поверхности корпуса установлены гидроакустическая и спутниковая антенны, средства для поиска донной станции при всплытии, такелажные элементы и разъемы, устройство постановки на дно и обеспечения всплытия донной станции, выполненное в виде якоря-балласта.

Однако известные автономные донные станции измерения сейсмологических и гидроакустических сигналов на морском дне работают в непрерывном режиме регистрации и по причине недостаточного объема памяти и недостаточного заряда источника питания имеют ограниченный срок работы.

Известны также автономные донные станции [4-8], включающие донный сейсмометр, гидрофизический модуль, датчик магнитного поля, блок оптических измерений, средства первичной обработки и хранения информации, средства связи с диспетчерской станцией, установленные на платформе, в которых для увеличения срока работы на дне регистрация производится в старт-стопном (ждущем) режиме накопления информации. Управление накопителем производится от специального устройства, в котором непрерывно определяется средний уровень сейсмического фона за большой промежуток времени и одновременно за малый промежуток, соизмеримый со средней длительностью сигналов землетрясений. Отношение этих уровней используется как пороговое значение для включения накопителя. Поскольку такое управляющее устройство имеет инерцию, то для исключения потери начальной части сигнала применяется буферная память ограниченного объема. В случае превышения порогового значения сигнал переписывается из буфера в накопитель.

Однако такая система реагирует только на землетрясения определенной продолжительности и интенсивности. В то же время длительность сигналов землетрясений может составлять от единиц секунд (местные слабые) до единиц часов (сильные удаленные), а их интенсивность может меняться на несколько порядков. С другой стороны, такая система сильно подвержена помехам, которые приводят к ложным записям. Например, периодические сигналы от пневматической пушки, используемой при сейсморазведке, или сигналы подводной гидроакустической связи, а также импульсные помехи биологического происхождении могут полностью заполнить накопитель и привести к преждевременной разрядке источника питания.

Также недостатком известных технических решений является то, что состав включенных в них измерительных средств не позволяет решить задачу, связанную с исследованием состояния морской среды в придонной зоне при взаимодействии с тектоническими процессами, а также задачу геофизического мониторинга сложных гидротехнических сооружений. Это обусловлено рядом проблем, связанных с влиянием придонных течений на аппаратурные шумы, сцеплением сейсмических приемников с мягким дном, микросейсмическими шумами, генерируемыми гравитационными волнами и особенностями распространения сейсмических сигналов в земной коре океанического типа.

Кроме того, такой существенный недостаток известных устройств как недостаточный объем памяти накопителя информации (зарегистрированных сигналов) не позволяет в полном объеме реализовать определение корреляционных и спектральных функций случайных процессов в режиме непрерывной регистрации микросейсм.

Задачей заявляемого технического решения является повышение достоверности прогноза аномальных явлений за счет расширения функциональных возможностей автономных донных станций.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройство, представляющее собой автономную донную станцию для сейсмических наблюдений, соединенную гидроакустическим каналом связи с диспетчерской станцией и состоящую из герметичного корпуса, стационарно установленного на раме, и содержащую средства регистрации геофизических сигналов, включающие донный сейсмометр, гидрофизический модуль, средства хранения информации, средства связи с диспетчерской станцией, датчик пространственной ориентации, радиобуй, балласт, размыкатель балласта, дополнительно введены аналоговые усилители и фильтры низкой частоты, удаленный цифровой регистратор и блок точного времени; кроме того, гидрофизический модуль установлен в выносном корпусе, выполненном в виде сферы, в котором также размещены центральный компьютер, накопитель на жестком диске, гидрофон, блок гидроакустического канала связи, размыкатель балласта, таймер размыкателя, проблесковый маяк, радиомаяк, разъем внешней связи, источник питания; выносной корпус закреплен с рамой посредством кабель-троса, соединенного с корпусом, установленным на раме; стационарный и выносной корпусы отстоят друг от друга на расстоянии 50-100 м.

Новые отличительные признаки, заключающиеся в том, что в устройство дополнительно введены аналоговые усилители и фильтры низкой частоты, удаленный цифровой регистратор и блок точного времени; гидрофизический модуль установлен в выносном корпусе, выполненном в виде сферы, в котором также размещены центральный компьютер, накопитель на жестком диске, гидрофон, блок гидроакустического канала связи, размыкатель балласта, таймер размыкателя, проблесковый маяк, радиомаяк, разъем внешней связи, источник питания; выносной корпус закреплен с рамой посредством кабель-троса, соединенного с корпусом, установленным на раме; стационарный и выносной корпусы отстоят друг от друга на расстоянии 50-100 м.

Совокупность отличительных признаков позволяет решить техническую задачу не только оперативной оценки сейсмического состояния исследуемых районов, но и задачу оперативной оценки гидродинамического состояния на границе вода-грунт, обусловленную влиянием окружающей среды под воздействием процессов природного и техногенного характера. Таким образом, совокупность отличительных признаков формулы изобретения обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей известных устройств.

Для уменьшения помех от придонных течений станция выполнена из двух прочных сферических корпусов, разнесенных в пространстве. Один корпус (диаметром 450 мм) с блоком сейсмических датчиков лежит на дне, второй корпус (диаметром 650 мм) с регистрирующей аппаратурой, источником питания, каналом гидроакустической связи и вспомогательными устройствами находится в плавучем состоянии над дном. Корпусы соединены электрически и механически прочным кабель-тросом длиной от 50 до 100 м.

Сущность технического решения поясняется чертежом, где изображена блок-схема автономной донной станции для сейсмологических наблюдений. Блок-схема включает сферические корпуса 1 и 2, разнесенные друг от друга на 50-100 м. Корпусы 1 и 2 соединены электрически и механически прочным кабель-тросом 3. В корпусе 1 размешены центральный микропроцессор 4, накопитель на жестком диске 5, гидрофон 6, блок гидроакустического канала связи 7, размыкатель балласта 8, таймер размыкателя 9, проблесковый маяк 10, разъем внешней связи 11, источник питания 12, гидрофизический модуль 13, радиомаяк (не показан). В корпусе 2 размещены трехкомпонентный блок сейсмических приемников 14, аналоговые усилители 15, фильтры низкой частоты 16, удаленный цифровой регистратор 17, блок хранения точного времени 18. На корпусе 1 установлена антенна 19 гидроакустической связи. Корпус 2 снабжен балластом 20 и стационарно установлен на раме 21.

Рама 21 представляет собой металлическую конструкцию и является основанием подводной обсерватории.

Автономная донная станция состоит из двух сферических корпусов 1 и 2, соединенных кабель-тросом 3. Корпус 2 имеет отрицательную плавучесть за счет балласта 20. Корпус 1 имеет положительную плавучесть и удерживается у дна с помощью троса. Пространственный разнос (от 50 до 100 м) корпусов 1 и 2 осуществляется для исключения влияния на качество регистрации сейсмических сигналов придонных течений. Постановка станции на дно производится в свободном падении путем сбрасывания за борт с обеспечивающего судна. Подъем станции производится следующим образом. По гидроакустическому сигналу от судна, принимаемому через гидроакустическую антенну блока гидроакустического канала связи 7, срабатывает размыкатель балласта 8, и станция всплывает. Поиск станции на поверхности производится с помощью проблескового маяка 10 (в ночное время).

Блок сейсмических приемников 14 предназначен для обеспечения непрерывного сейсмического мониторинга морского дна в широком частотном и динамическом диапазонах.

Он включает в себя сейсмические датчики, сейсмоакустический датчик, блок пространственной ориентации.

Сейсмические датчики представляют собой три компоненты сейсмических датчиков: две горизонтальные и одну вертикальную, и предназначены для преобразования скорости колебания грунта в электрический сигнал в соответствующем динамическом и частотном диапазоне. Технические характеристики сейсмических датчиков приведены в таблице.

Технические характеристики сейсмических датчиков
Тип сейсмического приемника СМ-5
Тип канала Велосиметр
Количество сейсмических датчиков 3
Частотный диапазон регистрируемых сейсмических сигналов, Гц 0.03-40
Полный динамический диапазон, дБ не менее 120
Вид выходного сигнала Аналоговый, парафазный
Диапазон значений выходного сигнала, В не более ±10
Шумы, приведенные ко входу на частоте 1 Гц, по смещению, м, не более 10-9
Амплитуда калибровочного сигнала при токе нагрузки 4 мА, В, не более ±5
Ток потребления, мА, не более 13
Допустимый угол наклона при сохранении работоспособности, угл. град. ±10

Трехкомпонентный сейсмоакустический датчик предназначен для преобразования третьей производной колебания грунта в электрический сигнал в соответствующем динамическом и частотном диапазонах. Основные технические характеристики датчика:

количество сейсмоакустических каналов 3, частотный диапазон 20-1000 Гц, динамический диапазон в полосе 1/3 октавы и центральной частотой 30 Гц не менее 60 дБ, амплитуда выходного сигнала не более ±10 В, амплитуда контрольного сигнала при токе нагрузки 4 мА не более ±5 В.

Блок пространственной ориентации предназначен для определения точного положения в пространстве всех сейсмических датчиков.

В качестве датчика используется модуль электрического компаса ТСМ-2 фирмы "Precision Navigation", представляющий собой трехосный феррозондовый магнитометр и блок электроники, выполненные на одной плате.

Разъем внешней связи 11 обеспечивает связь при подключении внешних устройств при всплытии подводной обсерватории.

Гидрофизический модуль 13 предназначен для выполнения измерений следующих величин:

- температура,

- давление,

- электропроводимость,

- вектор скорости течения (трехосный акустический измеритель течений),

- ориентация платформы обсерватории (величины крен-дифферент).

Диспетчерские станции выполнены в виде береговых сооружений или плавучих средств (плавучие, стационарные и заякоренные платформы, суда).

Средства диспетчерской станции включают в себя:

- персональный компьютер, совместимый с IBM PC,

- приемник спутниковой навигационной системы GPS,

- блок автономного гидроакустического размыкателя,

- аппаратуру гидроакустического телеуправления.

Минимальная конфигурация персонального компьютера включает:

- процессор - Pentium 166 МГц,

- ОЗУ - 32 Мбайт,

- плату SVGA с памятью 1 Мбайт,

- дополнительную плату с двумя последовательными портами с FIFO памятью (UART16550-совместимая).

Они используются для обработки информации, полученной с подводной обсерватории.

Программно-математическое обеспечение средств диспетчерской станции предназначено для проверки всех измерительных каналов подводной станции через последовательный порт RS-485, привязки к системе единого времени внутренних часов, осуществления привязки к географическим координатам посредством аппаратуры гидроакустического канала связи 7, получения информации о результатах тестовых проверок после установки подводной обсерватории на дно.

Алгоритм основного режима работы диспетчерской станции заключается в обеспечении связи между подводной станцией и диспетчерской станцией, осуществляемой через оптоволоконный глубоководный кабель по методу доступа с временным разделением абонентов. Каждая подводная станция имеет свой адрес. В этом случае сеть диспетчерских станций работает в симплексном режиме. К одной диспетчерской станции одновременно возможно подключение через глубоководный кабель до 16-ти подводных станций, работающих в автономном необслуживаемом режиме.

Количество измерительных каналов в каждой подводной станции зависит от решаемой задачи в конкретном месте постановки подводной станции. В принципе максимальное количество цифровых измерительных каналов может быть до 30, а аналоговых до 6.

Управляющий компьютер диспетчерской станции и программно-математическое обеспечение, реального времени предназначены для управления оборудованием подводной обсерватории, диагностирования ее неисправностей, приема данных с подводной обсерватории и размещения получаемых данных на устройствах накопления информации. Функционирование всего аппаратно-программного комплекса определяется файлом конфигурации, который создается специальной программой и задает наличие подводных обсерваторий, тип используемых геофизических каналов, параметры каналов, а также наличие или отсутствие аппаратуры синхронизации времени.

При запуске программы регистрации считывается конфигурация всей сети подводной обсерватории и производится привязка времени по Гринвичу с точностью до нескольких десятков микросекунд и расчет поправок к частоте кварца компьютера для поддержания функционирования станции. Вслед за синхронизацией происходит опрос, программирование, синхронизация и запуск оборудования отдельных подводных станций. Запрашивается состояние оборудования каждой подводной станции (ее исправность, наличие каналов, исправность каналов и т.д.). В случае возникших проблем на экран выдается соответствующее сообщение (оно также записывается в файл протокола функционирования). На подводную станцию передается программа работы для каждого измерительного канала, частота опроса и коэффициент усиления.

Перед запуском каждый удаленный цифровой регистратор 17 синхронизируется по времени компьютера диспетчерской станции (в дальнейшем синхронизация проводится каждые 10 с). При синхронизации учитывается время прохождения сигнала от компьютера диспетчерской станции до синхронизируемого блока регистрации. После этого блок регистрации запускается и начинает сбор данных с измерительных каналов. Блок регистрации в каждой подводной станции работает независимо и всю информацию сжимает и складывает в буферную память.

Управляющий компьютер диспетчерской станции циклически запрашивает у соответствующего блока регистрации данные о зарегистрированных датчиками сигналах и в случае их наличия принимает их и записывает в свои буфера в оперативной памяти. После накопления достаточного количества данных для канала они переписываются в файл, соответствующий типу канала. Обычно эти файлы расположены на другом компьютере и доступны по локальной сети, хотя для кратковременных экспериментов система может быть сконфигурирована таким образом, что будет использоваться локальный диск. При кратковременных разрывах связи (до 10 мин) данные не теряются в силу наличия у каждого блока регистрации достаточно большого собственного буфера. В процессе обмена данными оператором может быть проведена калибровка любого измерительного канала, входящего в состав сети диспетчерской станции. При возникновении нештатных ситуаций (разрыв связи с подводной станцией, его поломка, отказ отдельных каналов либо восстановление вышеперечисленного), а также некоторых штатных ситуаций (возникновение события или запуск калибровки соответствующего измерительного канала) выдается сообщение на экран, включающее время по Гринвичу наступления ситуации, имена подводных станций и канала, а также само сообщение. Сообщения записываются в буфер размером 100 строк и в файл протокола. Буфер может быть просмотрен оператором в любое время.

Измерительные датчики подводной станции после ее постановки на дно функционируют по прямому назначению. Зарегистрированные датчиками сигналы записываются на средства хранения информации (накопитель на жестком диске 5), при сеансах связи передаются на диспетчерскую станцию, где выполняется полный анализ оценки сейсмического и гидродинамического состояния исследуемых районов, по результатам которого делается прогноз о возможных сейсмических и экологических последствий природного и техногенного характера.

Сбор, оцифровка и накопление сигналов широкополосных сейсмических датчиков осуществляется посредством программно-аппаратного комплекса для Intel-совместимого семейства процессоров и снабжена средствами отладки, тестирования и визуализации. Предусмотрены три режима регистрации сигналов: непрерывный, старт-стопный по заданной программе и старт-стопный с управлением по уровню сигнала. Управление параметрами системы производится по результатам экспресс-обработки сигналов на основе анализа уровня энергии и спектрального состава с помощью быстрых алгоритмов реального времени.

Аппаратная часть подсистемы сбора и регистрации данных состоит из следующих основных элементов: удаленного цифрового регистратора 17, блока хранения точного времени 18, кабель-троса 3, центрального микропроцессора станции 4 с накопителем на жестком магнитном диске 5. Рассмотрим кратко эти элементы.

Удаленный цифровой регистратор 17 представляет собой микромодульный контроллер на базе Intel-совместимого процессора NEC V25 с PCMCIA флэш-накопителем и стандартным выходным средством коммуникации на основе интерфейса RS232. Микроконтроллер содержит встроенный многоканальный АЦП с последовательным интерфейсом, программируемые таймеры, часы реального времени, порты цифрового ввода-вывода, внешние каналы аппаратного прерывания и канал прямого доступа к памяти. Отличительными особенностями используемого контроллера являются миниатюрные размеры (100×70×30 мм), малое потребление (0,5 Вт), высокая надежность и низкая стоимость.

Блок хранения точного времени 18 сконструирован с использованием энергосберегающих технологий, полностью на КМОП-элементах. Используется как генератор эталонных минутных (секундных) меток для синхронизации часов микроконтроллера центрального микропроцессора 4.

Центральный микропроцессор 4 станции собран на базе PC-совместимого оборудования для автоматизации промышленности с использованием процессорной платы типа MicroPC фирмы Octagon Sistems (США). Примененная конструкция отвечает жестким требованиям промышленной эксплуатации, в частности, она способна выдерживать большие перегрузки при ударах и имеет повышенную наработку на отказ. Сохранив вычислительную мощность современного персонального компьютера, он имеет малые габариты, вес и энергопотребление (несколько единиц ватт). При этом, что особенно важно для герметичной донной станции, не требует дополнительного охлаждения (вентилятора). Наличие 16-разрядного IDE интерфейса для накопителя на жестком магнитном диске 5 позволяет применять современные накопители повышенной емкости и, соответственно, увеличить время автономной работы станции, используя режим непрерывной регистрации. Система регистрации в целом оказывается полностью совместимой с PC и работает под управлением ROM-DOS (DOS 6.22).

Для расширения динамического диапазона регистрируемых сигналов под каждую регистрируемую компоненту отводится два канала усиления, чувствительный и грубый, с соотношением коэффициентов усиления K1/K2=2n, где n выбирается из уровня реального сейсмического фона в месте установки станции. Таким образом, удается довести динамический диапазон станции в условиях малых помех до 130 дБ с использованием недорогого и надежного 12-разрядного АЦП. Служба точного времени реализована на основе периодической синхронизации внутренних часов микроконтроллера ПЦР эталонными минутными метками от блока хранения точного времени 18.

Так как данные регистров часов реального времени микроконтроллера могут обновляться с некоторой задержкой, то для достижения требуемой точности службы времени используются секундные метки блока хранения точного времени 18 или смесь секундных и минутных меток, которые вводятся через один из цифровых входов микроконтроллера в такт с частотой преобразования аналогового сигнала и записываются в младший бит слова АЦП. Таким образом, оцифрованные данные содержат бит пилот-сигнала, фронт которого оказывается привязанным к фронту эталонной метки с точностью не хуже одного отсчета.

Основное время центральный микропроцессор 4 станции находится в режиме "Sleep" и включается только на время переписи данных с флэш-карты на жесткий диск и для выполнения контрольных функций по обслуживанию станции. Использование режима "Sleep" позволяет резко снизить энергетические затраты станции в целом.

Программное обеспечение подводной станции целиком написано на языке высокого уровня Си, который вместе с тем позволяет производить тонкое управление аппаратными средствами вплоть до побитовых операций в их регистрах, характерных для ассемблера. Применение компиляторов языка Си фирмы Borland путем соответствующей настройки среды компилятора позволяет генерировать коды в значительной степени инвариантные к типу и классу используемого IBM-совместимого компьютера. В результате программа оказывается работоспособной для всех типов процессоров, начиная с семейства 8086/8088 и кончая 80486 и Pentium.

Версия программы размещается в EPROM микроконтроллера. Запуск программы на исполнение и, соответственно, начало работы происходят автоматически при подаче питания на микроконтроллер.

Оцифровка сейсмических сигналов происходит с использованием механизма внешних прерываний сигналами программируемого внутреннего таймера микроконтроллера. Оцифровка и сбор данных осуществляются с элементами предварительной обработки для улучшения метрологических характеристик каналов регистрации.

Аналоговые сигналы цифруются (аналоговые усилители 15) на более высокой частоте, затем подвергаются цифровой фильтрации и осреднению "тройками" и "пятерками" с последующей разрядкой до получения требуемой частоты выборок. Все процедуры фильтрации в системе выполняются в реальном времени с помощью быстрых рекурсивных фильтров Баттерворта. Применяются два вида фильтров 16. В характерных точках программы с высокой скоростью канализации данных (например, при входной фильтрации) целесообразно использовать рекурсивные фильтры с целочисленными коэффициентами. Такие фильтры не требуют вычислений с плавающей запятой и оказываются значительно быстрее своих аналогов с "точными" коэффициентами. Однако следует учитывать, что процедура округления коэффициентов вызывает ряд известных проблем и, в частности, может привести к неустойчивости фильтра. В других характерных узлах программы, где цифровой фильтрации подлежат отсчеты с частотой дискретизации 100 Гц и ниже, оказывается возможным применять рекурсивные фильтры с "точными" коэффициентами, представленными в виде чисел с плавающей запятой. Такие фильтры более устойчивы, функционально ближе к своему аналоговому прототипу, но проигрывают в быстродействии. Рекурсивные фильтры подобного типа используются, в частности, в алгоритме детектора сейсмических сигналов. Обычно в аналоговых и цифровых устройствах лучший результат дают фильтры Баттерворта высокого порядка, полученные путем каскадного соединения звеньев второго порядка.

С целью увеличения времени автономности станции, кроме непрерывного режима работы, предусмотрен также ждущий режим регистрации с краткой записью предыстории события. Для организации ждущего режима в системе используется наиболее часто применяемый для целей обнаружения сейсмических сигналов так называемый STA/LTA-детектор, использующий алгоритм отношения энергий сигналов с короткопериодным и долгопериодным усреднением. Недостатком такого детектора, как известно, является пропуск первого вступления при работе по сильнокогерентному сигналу. Для улучшения характеристик детектора разработана трехканальная версия с использованием признака группового совпадения "2 из 3-х". Это означает, что данные трех сейсмических каналов анализируются тремя независимыми детекторами, а сигнал обнаружения вырабатывается только при совпадении сигналов тревоги, по крайней мере, в двух каналах из трех. Такой метод повышает надежность работы системы в ждущем режиме. В случае обнаружения события в системе вырабатывается сигнал, разрешающий сохранить предыдущий файл данных во внешней памяти, в противном случае он стирается. Таким образом, осуществляется ждущий режим регистрации с записью фона перед событием.

Программа удаленного цифрового регистратора 17 содержит телекоммуникационный драйвер, который поддерживает полудуплексный режим связи с центральным компьютером донной станции. Связь осуществляется на основе оригинального высокопроизводительного бинарного протокола обмена с использованием отдельных сигналов интерфейса RS232. Управление связью и накоплением данных осуществляет центральный микропроцессор 4 станции. Программа управления поддерживает файловую организацию, принятую в DOS. Массивы данных сохраняются на жестком диске в файлах, формат которых удовлетворяет принятым станционным требованиям, и при необходимости с помощью простейшего программного супервизора формата могут быть интегрированы в любой из существующих в мировой практике форматов обмена сейсмологическими данными.

В отличие от известных устройств, в которых применяется отдельный аналоговый регистратор с частотным диапазоном от 0,1 до 15 Гц, в предлагаемом устройстве использован регистратор с нижним частотным диапазоном от 0,003 Гц.

Управление работой всей станции производится с помощью центрального микропроцессора 4 типа MicroPC, а основное накопление сигналов осуществляется на жестком диске. Все это позволило расширить частотный диапазон цифрового регистратора до 15 Гц сверху, динамический диапазон до 120 дБ (с автоматическим переключением чувствительности на 2 поддиапазона) и полностью исключить аналоговую регистрацию.

При регистрации сейсмических сигналов на дне одним из важных направлений использования широкополосных донных сейсмографов является исследование микросейсмических шумов, возбуждаемых морскими и океаническими волнами. Микросейсмы проявляются в широком диапазоне частот и служат естественным фоном, который определяет порог чувствительности сейсмографов. Посредством предлагаемого устройства также выполняется регистрация характерных микросейсм с периодом около 6 секунд, а также выявляются микросейсмы с периодами 20 и 100 секунд, что позволяет выделить как объемные Р и S волны, так и поверхностные волны Лява (колебания в диапазоне частот 0,0125-0,05 Гц) и Релея.

Реализация устройства технической сложности не представляет, так как устройство реализовано на серийно выпускаемых датчиках и элементах микроэлектроники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности "промышленная применимость".

Источники информации

1. RU 2270464, 20.02.2006.

2. RU 2276388, 10.05.2006.

3. RU 2294000, 20.02.2007.

4. EP 0519031, 23.12.1992.

5. NO 911639, 26.10.1992.

6. EP 0516662, 09.12.1992.

7. Смирнов Г.В., Еремеев В.И., Агеев М.Д. и др. Океанология: средства и методы океанологических исследований. - М.: Наука, 2005.

8. AU 2002100749, 13.03.2003.

9. GB 2183038, 28.05.1987.

10. US 3449950, 17.06.1969.

11. NO 855258, 30.06.1986.

12. US 5128907.07.07.1992.

13. NO 923428, 06.10.1992.

14. NO 923269, 20.08.1992.

15. Ковчин И.С. Автономные океанографические средства измерений. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991.

Автономная донная станция для сейсмических наблюдений, соединенная гидроакустическим каналом связи с диспетчерской станцией и состоящая из герметичного корпуса, стационарно установленного на раме, и содержащая средства регистрации геофизических сигналов, включающие донный сейсмометр, гидрофизический модуль, средства хранения информации, средства связи с диспетчерской станцией, датчик пространственной ориентации, радиобуй, балласт, размыкатель балласта, отличающаяся тем, что дополнительно введены аналоговые усилители и фильтры низкой частоты, удаленный цифровой регистратор и блок точного времени; гидрофизический модуль установлен в выносном корпусе, выполненном в виде сферы, в котором также размещены центральный микропроцессор, накопитель на жестком диске, гидрофон, блок гидроакустического канала связи, размыкатель балласта, таймер размыкателя, проблесковый маяк, радиомаяк, разъем внешней связи, источник питания; выносной корпус закреплен с рамой посредством кабель-троса, соединенного с корпусом, установленным на раме; стационарный и выносной корпусы отстоят друг от друга на расстоянии 50-100 м.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области геофизики и невзрывной сейсморазведочной техники и может быть использовано для поиска полезных ископаемых, в частности на нефть и газ.

Изобретение относится к области сейсмических исследований. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при организации мер безопасности объектов прибрежного базирования, располагаемых в сейсмически активных районах океана.

Изобретение относится к области сейсморазведки и может быть использовано для изучения геологического строения среды с целью обнаружения месторождений нефти, газа и других полезных ископаемых.
Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для контроля сейсмических процессов в процессе поиска и разведки нефтяных и газовых подводных месторождений.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для прогнозирования катастрофических явлений преимущественно на акваториях морей и океанов. .

Изобретение относится к способам пространственной интерполяции восстановления рельефа морского дна при дискретных измерениях глубин посредством эхолокаторов и может быть использовано при выполнении метеорологических интерполяций, включая анализ ветровых полей, анализ радиологического и химического загрязнения, топографические интерполяции и другие, как при исследовании океана, так и при решении прикладных задач, обусловленных необходимостью картирования морского дна в обеспечение изыскательских и проектных работ на морских акваториях.

Изобретение относится к области морской сейсморазведки, а именно к устройствам, предназначенным для буксировки сейсмооборудования на акваториях с ледовым покрытием.

Изобретение относится к области морской сейсморазведки, а именно к устройствам, предназначенным для буксировки сейсмооборудования на акваториях с ледовым покрытием.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при поиске месторождения полезных ископаемых (МПИС): углеводородов: нефть, газ и газогидраты; различного вида конкреций и т.д.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении морских сейсморазведочных работ

Изобретение относится к геофизике, а более конкретно к способам обнаружения возможности наступления катастрофических явлений преимущественно на море и может быть использовано при решении следующих фундаментальных задач:изучение строения земной коры в акваториях мирового океана, исследование совокупности проявления геофизических полей в зонах тектонических разломов непосредственно на дне океана, исследование состояния морской среды в придонной зоне и ее взаимодействие с тектоническими процессами, геофизический мониторинг сложных гидротехнических сооружений, оперативная оценка сейсмического и гидродинамического состояния районов и прогноза возможных сейсмических и экологических последствий, а также при заблаговременным оповещении о землетрясениях и цунами

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при морской сейсморазведке

Изобретение относится к области сейсмологии, а именно к способам определения предвестника цунами, а более конкретно к способам регистрации преимущественно акустических сигналов, предвестников цунами

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано в процессе морской сейсмической разведки
Изобретение относится к области сейсмологии, а именно к способам определения предвестника цунами, а более конкретно к способам регистрации преимущественно акустических сигналов, предвестников цунами

Изобретение относится к области сейсмической или акустической разведки районов, покрытых льдом, и может найти применение при поиске полезных ископаемых

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в морях, океанах, пресноводных водоемах в качестве геофизической косы для проведения исследований на морском дне
Наверх