Секция буксируемой многоканальной сейсмоприёмной косы
Изобретение относится к сейсморазведке, а точнее, к техническим средствам регистрации акустических сигналов искусственного происхождения, и может быть использовано в буксируемых ошлангованных геленаполненных многоканальных, а также твердотельных, секционированных сейсмоприемных косах. Устройство содержит геленаполненную шланговую часть со шланговыми соединительными втулками и резьбовыми соединителями на обоих концах шланга, с герметичным многоконтактным разъемом штыревого типа на одном конце, многоконтактным двусторонним герметичным переходным соединителем на другом конце шланга, с закрепленными на обоих концах шланговых соединителей силовыми тросами, транзитными линиями связи, управления, передачи данных, высоковольтного электропитания и сейсмоприемниками по числу каналов в секции, с подключенным с выходной стороны вновь введенным многоканальным аналоговым преобразователем уровня выходных сигналов сейсмоприемников и опорного сигнала, подключенного с помощью разъемного соединителя и аналогового сумматора сигналов каждого канала на выходной стороне разъема на вход последовательно включенных полосового фильтра и аналого-цифрового преобразователя каждого канала выходного контроллера, подключенного к каналу передачи данных в цифровом формате в бортовую систему регистрации. Повышается эксплуатационная эффективность и надежность. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Предлагаемое изобретение секция буксируемой многоканальной сейсмоприемной косы относится к сейсморазведке, а точнее, к техническим средствам регистрации акустических сигналов искусственного происхождения, и может быть использовано в буксируемых ошлангованных геленаполненных многоканальных, а также твердотельных, секционированных сейсмоприемных косах с целью повышения их эксплуатационной эффективности и надежности, в частности, для передачи на вход регистрирующего устройства измерительного сигнала низкого уровня, постоянного тока промышленной частоты, через разъемный контактный соединитель, а также для передачи сигналов распределенного сейсмоприемника в составе многоканального многосекционного устройства.
Современная реализация подобного назначения представляет, в частности, буксируемое геленаполненное ошлангованное секционированное многоканальное устройство протяженностью до 10-12 км диаметром 6-8 см [4].
Известна секция [1] шлангового стримера, содержащая гидрофоны в заполненном жидкоподобным веществом шланге, информационно-энергетические провода, силовой элемент в виде двух диаметрально расположенных ветвей силового троса, герметизирующие торцевые разъемы на концах секции для механического и электрического соединения с соседними устройствами.
Недостатком устройства является применение в составе секции соединительных разъемов, ограничивающих уровень регистрируемых сигналов сейсмоприемников менее 2 мВ [12, 13] при минимальном полезном сигнале на уровне менее 2 мкВ [4].
Известна многоканальная система [2] для морских исследований, содержащая буксируемую шлангового типа часть, каждый канал которой включает устройство кодирования сейсмосигналов, состоящее из последовательно соединенных сейсмоприемника, с внутренним полосовым фильтром аналого-цифрового преобразователя, подключенное к отрезкам линии передачи данных в бортовую часть системы.
Недостатком устройства является технологическая сложность буксируемой части системы, снижающая надежность устройства и исключающая ремонт устройства в полевых условиях на борту судна.
Известно также устройство, наиболее близкое по своей сущности к заявляемому решению [3]. Устройство для регистрации сейсмической информации на акватории содержит буксируемую и бортовую части, причем каждый канал буксируемой части состоит из шланговой секции с двумя электроразъемами на концах, заполненной жидким диэлектриком, внутри которого находятся транзитные линии передачи данных, синхронизации, управления и, не менее, чем один, пьезоэлектронный гидрофон, соединенный с помощью электроразъема с полосовым активным фильтром, последовательно соединенными усилителем и аналого-цифровым преобразователем, подключенными к устройству управления и синхронизации, а выход аналого-цифрового преобразователя подключен к устройству регистрации.
Недостатком устройства является ограничение уровня регистрируемых сигналов сейсмоприемника за счет включения в состав буксируемой части разъемного контактного соединителя, ограничивающего уровень регистрируемых сигналов сейсмоприемника менее 2 мВ [11, 12, 13].
Данное устройство принято в качестве прототипа.
Целью предлагаемого изобретения является повышение производительности сейсморазведочных работ путем расширения динамического диапазона регистрируемых сигналов сейсмоприемников до уровня порядка 10-6 В, повышение эксплуатационной ремонтопригодности и живучести устройства.
Цель достигается тем, что известное устройство каждой шланговой части секции в составе протяженной буксируемой сейсмоприемной системы, содержащее сейсмоприемники по числу каналов в секции, снабжается вновь введенным устройством преобразования сигналов сейсмоприемников, подключаемым с помощью вновь введенного в шланговую часть секции переходного соединителя в составе последовательно включенных в каждом канале формирователя дифференциального выхода сейсмоприемника и преобразователя уровня выходных сигналов путем суммирования сигналов сейсмоприемника с опорным сигналом постоянного уровня, обеспечивающим превышение ограничивающего уровня межконтактного перехода выходного соединительного разъема во всем диапазоне изменения выходного сигнала сейсмоприемника с последующим восстановлением сигнала сейсмоприемника с помощью вновь введенного сумматора в каждый канал контроллера секции.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает неискаженную передачу аналоговых сигналов сейсмоприемников через контакты разъемного соединителя приемной части с контроллером секции в диапазоне до 10-6 В с сохранением высокой надежности и ремонтопригодности системы.
Сравнительный анализ заявленного технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «новизна».
Из патентной и научно-технической литературы неизвестны вышеуказанные отличительные признаки заявляемого устройства в предлагаемой совокупности, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «изобретательский уровень».
Заявляемое устройство позволяет, в частности, обеспечить технологичность и эксплуатационную надежность устройства без специальных средств, используя те из них, которые уже применяются для его реализации, при этом обеспечивается необходимое условие для реализации заявляемого устройства и безопасной работы с ним.
Таким образом, заявляемое устройство удовлетворяет критерию «промышленная применяемостью.
Заявляемое устройство поясняется чертежами, где изображены секция буксируемой сейсмоприемной косы в сборе (рисунок 1), соединительная муфта (рисунок 2) и функциональная схема секции (рисунок 3).
На рисунках использованы следующие обозначения:
1 - шланговая приемная часть секции буксируемой сейсмоприемной косы;
2 - контроллер секции;
3 - шланговый соединитель;
4 - втулка соединительная резьбовая;
5 - разъем многоконтактный герметичный штыревого типа;
6 - трос силовой;
7 - переходник многоконтактный двусторонний герметичный штыревого типа;
8 - транзитные линии управления;
9 - транзитные линии синхронизации;
10 - транзитные линии регистрации данных;
11 - транзитные линии высоковольтного электропитания;
12 - сейсмоприемник;
13 - многоканальный аналоговый преобразователь уровня сигналов сейсмоприемников;
14 - преобразователь уровня сигнала сейсмоприемника;
15 - линии подключения сейсмоприемников;
16 - соединительный разъем штыревого типа;
17 - соединительный разъем гнездового типа;
18 - разъемный соединитель в сборе;
19 - муфта соединительная межсекционная;
20 - вход в контроллер от канала управления;
21 - вход в контроллер от канала синхронизации;
22 - выход контроллера в канал регистрации данных;
23-24 - входной согласующий повторитель;
25-26 - дифференциальный вход суммирующего операционного усилителя;
27 - суммирующий операционный усилитель;
28-29 - резисторы отрицательной обратной связи;
30 - инвертирующий вход операционного усилителя;
31 - операционный усилитель;
32 - неинвертирующий вход операционного усилителя;
33 - источник опорного сигнала;
34 - преобразователь уровня входного сигнала в контроллер;
35 - полосовой фильтр;
36 - аналого-цифровой преобразователь;
37 - контроллер Ethernet;
38 - устройство передачи данных.
Секция буксируемой многоканальной секционированной сейсмоприемной косы в составе геленаполненной шланговой приемной части 1 секции с контроллером секции 2, с установленными на концах приемной части секции шланговыми соединителями 3 с резьбовыми соединительными втулками 4, многоконтактным герметичным разъемом штыревого типа 5 с одной стороны, закрепленными тем или иным способами на шланговых соединителях 3 силовыми тросами 6, с установленным на выходной стороне шланговой части 1 многоконтактным двусторонним герметичным штыревого типа переходником 7, с подключенными внутри шланга 1 транзитными линиями управления 8, синхронизации 9 и регистрации данных 10 в цифровом формате, например Ethernet, транзитными линиями высоковольтного электропитания 11, с установленными внутри шланговой части 1 сейсмоприемниками 12 по числу каналов в секции, а также соединенным со шланговой частью 1 секции многоканальным преобразователем 13 уровня сигналов сейсмоприемников 12 в каждом канале последовательно соединенным через соединители разъемные 18 в сборе разъема штыревого типа 16 с разъемом гнездового типа 17, с контроллером 2 секции, с разъемом гнездового типа 17 на выходном конце контроллера, соединенным с последующей секцией муфтой 19, закрепленной на приемной части 1 секции с помощью соединительной втулки 4, входы 20-21 которого подключены соответственно к транзитным линиям управления 8 и синхронизации 9, выход 22 которого подключен к транзитным линиям регистрации данных 10 в цифровом формате, например Ethernet, при этом, устройство 13 содержит вновь введенные в каждом канале каждой секции преобразователи уровня 14 сигнала сейсмоприемника, последовательно подключенные линиями 15 с помощью переходного соединителя 7 к сейсмоприемникам, в составе согласующих повторителей 23-24 с полевым входом, подключенных на дифференциальный вход 25-26 суммирующего операционного усилителя 27 в каждом канале, подключенного на инвертирующий вход 30 операционного усилителя 31 на передающей стороне, на неинвертирующий 32 вход которого подключен источник опорного сигнала 33 постоянного тока, выходы операционного усилителя 31 на передающей стороне и источника опорного сигнала 33 через контакты разъемного соединителя 18 подключены соответственно на инвертирующий и неинвертирующий входы операционного усилителя 31 на принимающей стороне из состава вновь введенного преобразователя уровня входного сигнала в контроллер 34, выход которого в каждом канале подключен к устройству передачи данных 38 в составе последовательно включенных полосового фильтра 35 и аналого-цифрового преобразователя 36 в каждом канале, подключенных к контроллеру Ethernet 37.
Устройство работает следующим образом. Сейсмоприемники 12, установленные в составе геленаполненной шланговой протяженной приемной части 1 секции, под воздействием акустического сигнала источника упругих волн генерируют электрический сигнал, поступающий в каждом канале через контакты переходника 7 и повторители 23-24, на базе операционных усилителей с полевым входом, на дифференциальный вход суммирующего операционного усилителя 27 формирователя выходного сигнала сейсмоприемников 12, последовательно подключенного в каждом канале на инвертирующий вход 30 операционного усилителя 31 преобразователя 14, на неинвертирующий вход 32 операционного усилителя 31, как на передающей, так и, через контакты разъемного соединителя 18, на принимающей стороне, подключен источник опорного сигнала 33 постоянного тока, выходы преобразователя уровня 14 сигнала сейсмоприемника подключены в каждом канале к контактам соединительного разъема 16, и через контакты соединительного разъема 17 подключены к контроллеру секции 2 на инвертирующий вход 30 установленного в нем операционного усилителя 31, вновь введенного в каждом канале преобразователя 34 уровня входного сигнала в контроллер, выход которого через полосовой фильтр 35 и аналого-цифровой преобразователь 36 подключен к контроллеру Ethernet 37 устройства передачи данных 38.
Работа устройства в части передачи сигналов сейсмоприемников согласно функциональной схеме (рисунок 3) описывается выражениями:
Тогда выходной сигнал преобразователя 34 равен:
где:
U0 - опорный сигнал источника 33;
IC - выходной сигнал сейсмоприемника 12.
Источники информации.
1. Патент РФ № RU 2229734 С2, кл. G01V 1/38, 2002.
2. Авторское свидетельство СССР № SU 558236 А1, кл. G01V 1/24, 1977.
3. Авторское свидетельство СССР № SU 1385113 А1, кл. G01V 1/22, 1986. (прототип).
4. DigiSTREAMER Интегрированная система сбора морских сейсмических данных. США, Техас, г. Стаффорд. Рекламный проспект.
5. Авторское свидетельство СССР № SU 573785, кл. G01V 1/28, 1974.
6. Авторское свидетельство СССР № SU 995045, кл. G01V 1/22, 1981.
7. Авторское свидетельство СССР № SU 1185287 А1, кл. G01V 1/38, кл. G01V 1/16, 1983.
8. Авторское свидетельство СССР № SU 1078382 А1, кл. G01V 1/24, 1984.
9. Патент РФ № RU 2111513 С1, кл. G01V 1/38, 1998.
10. Шланговая гидрофонная секция буксируемого стримера. Патент РФ № RU 2136019 С1, кл. G01V 1/38, 1999.
11. И.Б. Бондаренко, Ю.А. Гатчин, Н.Ю. Иванова, А.А. Шилкин. Соединители и коммуникационные устройства. Учебное пособие. ИТМО С. Петербург, 2007 г.
12. Леонид Сафонов, Александр Сафонов. Электрические прямоугольные соединители. Анализ физических процессов в контактах. Технологии в электронной промышленности №6, 2007 г.
13. Классификация электрических соединителей.
URL: http://www.Stud.izhdv.ru/rir/58.htm.
1. Секция буксируемой многоканальной секционированной сейсмоприёмной косы, содержащая геленаполненную шланговую приёмную часть секции с контроллером секции, с установленными на концах шланга шланговыми соединителями с резьбовыми соединительными втулками, с многоконтактным герметичным разъёмом штыревого типа, с закреплёнными на шланговых соединителях силовыми тросами, с подключёнными к разъёмам внутри шланга транзитными линиями связи, управления, транзитным цифровым каналом передачи данных, транзитными линиями высоковольтного электропитания, сейсмоприёмниками по числу каналов в секции, а также соединённым с приёмной частью с помощью соединительного разъёма контроллера секции на удалённом конце, соединённая со смежными секциями с помощью межсекционных соединительных муфт, отличающаяся тем, что в состав приёмной части секции на выходном конце шланга вводится многоконтактный двусторонний герметичный переходной соединитель штыревого типа на обоих сторонах, с подключённым на выходной стороне соединителя через инвертирующий вход вновь введённого преобразователя уровня сигналов сейсмоприёмников в каждом канале, неинвертирующий вход которого подключён к источнику опорного сигнала постоянного тока, выходы которых в каждом канале через контакты разъёмного соединителя преобразователя уровней приёмной части секции с контроллером секции подключены, соответственно, на инвертирующий и неинвертирующий входы введённого в состав контроллера на выходной стороне разъёма сумматора, подключённого в каждом канале через последовательно включённый полосовой фильтр и аналого-цифровой преобразователь на вход устройства канала передачи данных в цифровом формате, например Ethernet.
2. Устройство по п. 1, преобразователь уровня выходного сигнала сейсмоприёмников которого в каждом канале приёмной части секции выполнен в виде последовательно соединённых с выходом каждого сейсмоприёмника через переходной соединитель согласующих повторителей на базе операционных усилителей с полевым входом, подключённым на дифференциальный вход суммирующего усилителя, выход которого подключён на инвертирующий вход второго операционного усилителя с подключённым на неинвертирующий вход источником опорного сигнала, выходы которых подключены к штыревым контактам соединительного разъёма приёмной части и контроллера.
3. Устройство по п. 1, межсекционная соединительная муфта которого выполнена в виде цилиндрической трубы внутренним диаметром по установочному размеру контроллера секции, наружной резьбовой частью на обоих концах по диаметру резьбовой части секционной соединительной втулки, внутренней проточкой на обоих концах по выходному диаметру шлангового соединителя и длиной, обеспечивающей соединение предыдущей и последующей соседней секций.
4. Устройство по п. 1, источник опорного сигнала которого выполнен в виде резистивного стабилизированного делителя напряжения с уровнем выходного сигнала больше максимального уровня сигнала сейсмоприёмника на 10-15 %, из расчёта Uо – Uс ˃˃ Uп, где Uс – уровень сигнала сейсмоприёмника, Uп – напряжение контактного перехода разъёма.
