Вибрационный источник сейсмических сигналов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Соцналнстнческнх

Республнк рл 949582 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 14 ° 01. 81 (21) 3235558/18-25 (51)М.Кл з с присоединением заявки ¹â€”

G V 1/14

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 07. 08. 82Бюллетень ¹ 29 (531 УДК 550. 83 (088. 8) Дата опубликования описания 070882 ((ф @ к .

А. С.Шагинян, А. Г.Асан-Джалалов и В.В.Ци ерман

k4

jf фф(1, .4

Специальное конструкторское бюро сейсмической-.= ., техники (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ВИВРАЦИОННЫЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ

СИГНАЛОВ

Изобретение относится к вибрационным источникам сейсмических сигналов, применяемым в сейсморазведке при поиске нефтяных газовых и рудных мес- 5 торождений.

Известны вибрационные источники сейсмических сигналов, содержащие транспортное средство, электрогидравлический возбудитель вибрации, включающий в себя опорную (излучающую) плиту и реактивную массу, электронный блок управления, содержащий формирователь управляющего сигнала и следящую систему, а также датчики ° ускорения опорной плиты н относительного перемещения опорной плиты и реактивной массы (датчик массы). Работа источников происходит следующим образом. После запуска источника формирователь управляющего сигнала начинает вырабатывать сигнал управления с установленными. ранее параметрами. Этот сигнал поступает на вход следящей системы, которая приводит в действие электрогидравлический возбудитель вибрации. Возникающее при этом переменное силовое-воздействие через опорную плиту прикладывается к грунту и возбуждает в нем сейсмическую волну. Датчик относительного пере- ЗО мещения опорной плиты и реактивной массы используется для обеспечения рабочего режима электрогидравлического возбудителя вибрацни, а датчик ускорения опорной плиты - для осуще -.— твления фазовой синхронизации выходного сигнала сейсмического источника с сигналом управления. $1).

Недостаток известных устройств отсутствие контроля мощности излучения вибрационного источника, что приводит к значительному колебанию амплитуды сейсмической волны при работе источника на разных частотах, а также при работе его на разных грунтах. Колебания амплитуды сейсмической волны отрицательным образом сказываются на точности и разрешающей способности вибрационного метода сейсморазведки, поскольку приводят к разрушению функции взаимной корреляции регистрируемых отраженных сейсмических волн с сигналом управления.

Наиболее-близким к упредлагаемому является вибрационный источник сейсмических сигналов, содержащий возбудитель вибрации, включающий в себя реактивную массу и опорную плиту, электронный блок управления, содержащий последовательно соединенные фор949582 миров атель управляюще го сигнала, регулятор уровня возбуждения и следящую систему, а также датчики ускорения опорной плиты и относительного перемещения, опорной плиты и реактивной массы, выходы которых подключены ко входам следящей системы. Для определения мощности излучения сейсмической волны этот источник снабжен контрольным датчиком, расположенным в грунте на небольшой глубине в непосредственной близости от вибрационного источника. Сигнал датчика поступает на управляющий вход регулятора уровня возбуждения, что позволя10 ет автоматически поддерживать задан15 ную мощность и злучени я независимо отрабочей частоты (21.

Недостатки этого источника — большая продолжительность подготовки к работе, связанной с необходимостью заглубления контрольного датчика, и низкая точность измерения мощности и излучения, поскольку для ее определе-

1 ния необходимо знать не только амплиT7Q возбуждаемой сейсмической волны., но и характеристики грунта. тель управляющего сигнала, регулятор уровня возбуждения и следящую систему, а также датчики ускорения опорной плиты и относительного перемещения опорной плиты и реактивной массы, выходы которых подключены к входам следящей системы, снабжен ин40

45 тегратором, двухвходовым перемножителем, фильтром низкой частоты, измерителем ускорения реактивной массы и двухвходовым сумматором, первый вход которого подключен к выходу измерителя ускорения реактивной массы, второй вход соединен со входом интегратора и подключен к выходу датчика ускорения, а выход — к первому входу перемножителя, второй вход которого подключен к выходу интеграто50

55 ра,,а выход — к входу фильтра низкой частоты, выход которого соединен с управляющим входом регулятора уровня возбуждения.

Коэффициенты передачи сумматора по входам сигналов ускорения опорной плиты и реактивной массы установлены по величине пропорционально величинам массы опорной плиты и реактивной массы соответственно.

65

Цель изобретения - повышение сейсмической эффективности вибрационных источников путем стабилизации мощности излучения в рабочем диапазоне час-3 тот.

Указанная цель достигается тем, что вибрационный источник сейсмических сигналов,.содержащий возбудитель вибрации, включающий в себя опорную 35 плиту и реактивную массу, электронный блок управления, содержащий последовательно соединенные формироваИзмеритель ускорения реактивной массы выполнен в виде дополнительного дачтика ускорения, установленного на реактивной массе, или в виде двойного дифференциатора и дополнительного сумматора, один из входов которого подключен к выходу двойного дифференциатора, другой— к выходу датчика ускорения опорной плиты, а вход двойного дифференциатора подключен к выходу датчика относительного перемещения опорной плиты и реактивной массы.

На фиг.1 приведена структурная схема источника сейсмических сигналов; на фиг.2 — один из вариантов исполнения измерителя ускорения реактивной массы.

Источник содержит возбудитель вибрации 1, например, электрогидравлического типа, включающий в себя опорную плиту 2, реактивную массу

3 и электрогидравлический усилитель

4, управляемый электронным блоком управления 5, который содержит формирователь б управляющего сигнала, регулятор 7 уровня возбуждения и следящую систему 8. Источник содержит также датчик 9 ускорения опорной плиты и датчик 10 относительного перемещения опорной плиты и реактивной массы, выходы которых подключены к входам следящей системы 8. Кроме того, источник снабжен измерителем ускорения реактивной массы, выполненным в виде установленного на реактивной массе 3 дополнительного датчика 11 ускорения, сумматором

12, интегратором 13, двухвходовым перемножителем 14 и фильтром низкой частоты 15, выход которого соединен с управляющим входом регулятора 7 уровня возбуждения. Один из выходов сумматора 12 соединен с выходом дополнительного датчика 11 ускорения, а другой соединен со входом интегратора 13 и подключен к выходу датчика 9 ускорения. Выходы сумматора

12 и интегратора 13 подключены к входам перемножителя 14, выход которого соединен с входом фильтра 15 низкой частоты.

На фиг.2 приведен вариант исполнения измерителя 11 ускорения реактивной массы, который состоит из двойного дифференциатора 16 и дополнительного сумматора 17.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы опорную плиту

2 возбудителя 1 вибрации устанавливают на грунт.

После запуска вибрационного источника формирователь б управляющего сигнала начинает вырабатывать управляющий сигнал, который обычно представляет собой переменное напряжение синусоидальной формы с часто949582 той линейно изменяющейся во времени.

Величина сигнала управления устанавливается регулятором 7 уровня возбуждения, с выхода которого сигнал поступает на вход следящей системы 8, а затем на вход электрогидравлического усилителя 4, приводящего в действие электрогидравлический возбудитель 1 вибрации путем сообщения реактивной массе 3 возвратно-поступательного движения в соответствии с сигналом управления. Возникающее эа счет реактивных сил силовое воздействие приклаЛявается через опорную плиту к грунту, возбуждая в ней сейсмическую волну !5

Сигналы датчиков 9 и 10, поступающие на входы следящей системы 8, служат для обеспечения рабочего режима электрогидравлического возбудителя вибрации 1 и фаэовой коррекции выходного сигнала источника.

Одновременно сигнал с датчика 9 ускорения расположенного на опорной плите 2, поступает на вход интегратора 13, на выходе которого образуется сигнал скорости движения опорной 25 плиты где Z„(t) — ускорение опорной плиты; 30

Z„(t) — скорость опорной плиты.

Кроме этого, сигнал ускорения опорной плиты Z „(t) вместе с сигналом ускорения реактивной массы Zg(t), вырабатываемым измерителем .ускорения 35 реактивной массы, поступают на вход сумматора 12, который осуществляет их сложение

Е(г) = K„ Z„(t) + К, Z<(t) (2) где f(t) — результат сложения;

К„ — коэффициент передачи сумматора по входу сигнала ускорения опорной плиты;

К,1 — коэффициент передачи сумматора по входу сигнала ускорения реактивной массы.

Если коэффициенты К „и К установить численно равными значениям масс опорной плиты m и реактивной массы

m соответственйо, то результат сложения f(t.) представляет собой силу воздействия опорной плиты на грунт, т.е.: (3) 40

55 зующего реактивный принцип формирования силового воздействия

Затем сигналы Z„(t) и R (t) поступают на входы перемножителя 14, на выходе которого образуется сигнал

f(t) = m„Z (t) + а Х, (с) = Кс(г) что следует из рассмотрения уравне-. ния движения возбудителя вибрации как механического устройства, исполь-60

N(t), пропорциональный мгновенному значению мощности излучения возбуди теля вибрации который в общем случае состоит из двух составляющих: переменной составляющей H(t), пропорциональной реактивной составляющей мощности, которая характеризует интенсивность взаимного обмена энергией между источником силы и реактивными элемент»ми механизма (пружины,массы, а также иэ постоянной составляющей N(t), пропорциональной активной составляющей мощности — мощности излучения энергии, С помощью фильтра 15 низкой частоты иэ сигнала N(t) происходит выделение его постоянной составляющей

N(t), которая поступает на управляющий вход регулятора 7 уровня возбуждения и осуществляет коррекцию величины сигнала управления в ту или иную сторону при изменении мощности излучения вибрационного источника. Например, при изменении частоты в процессе работы источника или при изменении контактных условий при переезде источника от одной точки возбуждения к другой, происходит изменение (например, уменьшение) излучаемой вибрационным источником мощности, что сразу же приводит к изменению (уменьшению) величины сигнала N(t). Регулятор 7 уровня возбуждения реагирует на изменение величины напряжения

N(t) путем изменения (увеличения) сигнала управления таким образом, чтобы обеспечить прежний уровень излучаемой мощности.

Таким образом, введение дополнительных измерителя 11 ускорения, сумматора 12, интегратора 13, перемножителя 14 и фильтра 15 низкой частоты позволяет получить сигнал, пропорциональный мощности излучения вибрационного источника и, использовав его для коррекции величины управляющего сигнала, обеспечить постоянный уровень излучаемой источником мощности при изменении частоты управляющего сигнала и изменении характеристик грунта.

Дополнительно введенный измеритель ускорения реактивной массы 11 может быть выполнен (фиг.2) в виде двойного дифференциатора 16, на вход которого поступает сигнал 2(t) с выхода датчика 10 относительного . перемещения, и дополнительного сумматора 17, на входы которого поступают сигналы с выхода двойного дифференциатора 17 и датчика 9 ускорения опорной плиты.

Действительно, сигнал датчика 10 относительного перемещения Z(t) пре! ставляет собой разность сигналов пе949582

Формула изобретения

ВНИМПИ

Тираж ремещения реактивной массы Z<(t) и опорной плиты Z<(t) Z (t) = Z<(t) - Z (1) (6) После двойного дифференцирования этого сигнала устройством 16 и добавления к результату сигнала ускорения опорной плиты Е„(й) с помощью дополнительного сумматора 17 получают сигнал ускорения реактивной 10 массы Z (t) t, tZ(),(Л = -,Г,—,tZ,(t)-Z„(t)l °

+ Z„(t) = Z (t)-Z (t)+Z„(t)= Zz(t) 15 (7)

На дату подачи заявки предлагаемый вибрационный источник сейсмических сигналов находится на стадии технического предложения.

1. Вибрационный источник сейсми25 ческих сигналов, содержащий возбудитель вибрации, включающий опорную плиту и реактивную массу, электронный блок управления, содержащий по30 следовательно соединенные формирователь управляющего сигнала, регулятор уровня возбуждения и следящую систему, а также датчики ускорения

ОпОрнОй плиты и ОтнОсительнОгО перемещения опорной плиты и реактивной массы, выходы которых подключены к входам следящей системы, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения сейсмической эффективности за счет стабилизации мощности излу1

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 чения, введены интегратор, двухвходовой перемножитель, фильтр низкой частоты, измеритель ускорения реактивной массы и двухвходовой сумматор первый вход которого подключен к выходу измерителя ускорения реактивной массы, второй вход соединен с входом интегратора и подключен к выходу датчика ускорения, а выход — к первому входу двухвходового перемножителя, второй вход которого подключен к выходу интегратора, а выход — к входу фильтра низкой частоты, выход которого соединен с управляющим входом регулятора уровня возбуждения.

2. Источник сейсмических сигналов по п.1, отличающийся тем, что коэффициенты передачи сумматора по входам сигналов ускорения опорной плиты и реактивной массы установлены по величине пропорционально величинам массы опорной плиты и реактивной массы соответственно.

3. Источник сейсмических сигналов по пп.1 и 2, отличающийся тем, что измеритель ускорения реактинной массы выполнен в виде двойного дифференциатора и дополнительного сумматора, один из входов которого подключен к выходу двойного дифференциатора, другой — к выходу датчика ускорения опорной плиты, а вход двойного дифференциатора подключен к выходу датчика относительного перемещения опорной плиты и реактивной массы °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 9 33888811116677,кл.181-05, опублик. 1975.

2. Патент США 9 3895343,кл.340-17, опублик. 1975 (прототип) .