Устройство управления вибрационным источником сейсмических сигналов

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВИБРАЦИОННЫМ ИСТОЧНИКОМ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Сейсмотехника(72) Авторы Алампиев Олег Александрович Кротиков Сергей Петрович Плясунов Александр Иванович Громов Владимир Владимирович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Сейсмотехника(57) Устройство управления источником сейсмических сигналов, содержащее задающий генератор, усилитель мощности, гидроусилитель, исполнительный механизм, состоящий из гидроцилиндра с плунжером, жестко связанным с опорной плитой и с закрепленной к его корпусу реактивной массой, датчик ускорения опорной плиты с первым усилителеминтегратором и первым аналоговым перемножителем, датчик перемещения распределительного золотника с первым фазочувствительным выпрямителем и датчик перемещения плунжера с вторым фазочувствительным выпрямителем, а выходы первого и второго фазочувствительных выпрямителей подключены к соответствующим входам усилителя мощности, отличающееся тем, что в него введены датчик ускорения реактивной массы с вторым усилителем - интегратором и вторым аналоговым перемножителем, разностный усилитель, формирователь управляющего кода и усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, вход и выход которого соединены соответственно с выходом задающего генератора и с одним из входов усилителя мощности, выходы первого и второго усилителей - интеграторов подключены к входам первого и второго аналоговых перемножителей,выходы которых подключены к соответствующим входам разностного усилителя, выход которого подключен к аналоговому входу формирователя управляющего кода, цифровой выход которого подключен к управляющему входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. Полезная модель относится к сейсморазведке, а именно к устройствам управления вибрационным источником сейсмических сигналов, преимущественно электрогидравлическим, применяемым при сейсморазведке на нефть и газ. Известно устройство управления источниками сейсмических сигналов 1, содержащее задающий генератор, усилитель мощности, гидроусилитель, исполнительный механизм, состоящий из гидроцилиндра с плунжером, жестко связанным с опорной плитой и с закрепленной к его корпусу реактивной массой, датчик перемещения распределительного золотника с первым фазочувствительным выпрямителем и датчик перемещения плунжера с вторым фазочувствительным выпрямителем, выходы которых подключены к вычитающим входам усилителя мощности. Работа известного устройства управления происходит следующим образом. При запуске источника сейсмических сигналов задающий генератор устройства управления начинает вырабатывать импульсную последовательность с заданными параметрами частоты и амплитуды. Сигнал управления обычно представляет собой переменное напряжение синусоидальной формы с частотой, изменяющейся во времени по линейному закону. Сигнал управления через усилитель мощности поступает на вход гидроусилителя,управляющего работой исполнительного механизма, состоящего из гидроцилиндра с плунжером, жестко связанным с опорной плитой и с закрепленной к его корпусу реактивной массой. Сигнал с датчика перемещения распределительного золотника гидроусилителя преобразуется в гармонический сигнал с помощью первого фазочувствительного выпрямителя, сигнал с датчика перемещения плунжера также преобразуется в гармонический сигнал с помощью второго фазочувствительного выпрямителя. Эти сигналы датчиков обратных связей поступают на вычитающие входы усилителя мощности вместе с синусоидальным сигналом управления, обеспечивая тем самым рабочий режим работы источника сейсмических сигналов. Возникающее силовое воздействие через опорную плиту вибрационного источника прикладывается к грунту, возбуждая в нем сейсмическую волну. Недостатком известного устройства управления источниками сейсмических сигналов является низкая эффективность работы системы опорная плита-грунт, обусловленная тем, что для снижения уровня нелинейных искажений системы при изменении сопротивления грунта уменьшают излучаемую мощность источника сейсмических сигналов во всем частотном диапазоне, уменьшая тем самым сейсмическую эффективность работы источника. Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является устройство управления вибрационным источником сейсмических сигналов 2, включающее задающий генератор, гидроусилитель, исполнительный механизм, состоящий из гидроцилиндра с плунжером, жестко связанным с опорной плитой и с закрепленной к его корпусу реактивной массой, датчик ускорения опорной плиты с усилителем - интегратором и аналоговым перемножителем, датчик перемещения распределительного золотника с первым фазочувствительным выпрямителем и датчик перемещения плунжера с вторым фазочувствительным выпрямителем, выходы первого и второго фазочувствительных выпрямителей подключены к соответствующим вычитающим входам усилителя мощности. Работа устройства управления вибрационным источником сейсмических сигналов происходит следующим образом. 59592010.02.28 При запуске устройства управления вибрационным источником задающий генератор устройства управления начинает вырабатывать синусоидальный сигнал с линейным изменением частоты. Выходной управляющий сигнал через усилитель мощности поступает на вход гидроусилителя, управляющего работой исполнительного механизма, состоящего из гидроцилиндра с плунжером, жестко связанным с опорной плитой и с закрепленной к его корпусу реактивной массой. Сигналы обратных связей, сформированные датчиком перемещения распределительного золотника и датчиком перемещения плунжера, преобразованные в гармонический сигнал рабочей частоты с помощью первого и второго фазочувствительных выпрямителей, поступают на вычитающие входы усилителя мощности, суммируются с сигналом управления и задают рабочий режим вибрационного источника сейсмических сигналов. Сигнал с датчика ускорения опорной плиты, преобразованный с помощью усилителя-интегратора в сигнал скорости движения плиты, дает информацию о возможности появления в излучаемом сигнале гармонических искажений, уменьшающих динамический диапазон выходного сигнала вибрационного источника. Недостатком данной системы управления является низкая эффективность работы вибрационного источника, обусловленная тем, что исполнительный механизм вибрационного источника не защищен от перегрузки при работе на грунтах с разным сопротивлением,уменьшение же амплитуды вибрационного воздействия на грунт во всем рабочем диапазоне снижает сейсмическую эффективность работы устройства управления вибрационным источником сейсмических сигналов. Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, - повышение эффективности работы вибрационного источника сейсмических сигналов за счет ограничения уровня нелинейных искажений во всем частотном диапазоне его работы. Решение технической задачи достигается тем, что для управления амплитудой выходного сигнала устройства управления вибрационным источником сейсмических сигналов,содержащего задающий генератор, усилитель мощности, гидроусилитель, исполнительный механизм, состоящий из гидроцилиндра с плунжером, жестко связанным с опорной плитой и с закрепленной к его корпусу реактивной массой, датчик ускорения опорной плиты с первым усилителем-интегратором и первым аналоговым перемножителем, датчик перемещения распределительного золотника с первым фазочувствительным выпрямителем и датчик перемещения плунжера с вторым фазочувствительным выпрямителем, а выходы первого и второго фазочувствительных выпрямителей подключены к соответствующим входам усилителя мощности, введен датчик ускорения реактивной массы с вторым усилителем - интегратором и вторым аналоговым перемножителем, разностный усилитель, формирователь управляющего кода и усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, вход и выход которого соединены соответственно с выходом задающего генератора и с первым входом усилителя мощности, выходы первого и второго усилителей-интеграторов подключены к входам первого и второго аналоговых перемножителей, выходы которых подключены к соответствующим входам разностного усилителя, выход которого подключен к аналоговому входу формирователя управляющего кода,цифровой выход которого подключен к управляющему входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фигуре показана функциональная схема устройства управления вибрационным источником сейсмических сигналов. Устройство управления вибрационным источником сейсмических сигналов содержит задающий генератор 1, усилитель мощности 2, гидроусилитель 3, исполнительный механизм 4, состоящий из гидроцилиндра с плунжером 5, жестко связанным с опорной плитой 6 и с закрепленной к его корпусу реактивной массой 7, датчик 8 ускорения опорной плиты 6 с первым усилителем - интегратором 9 и первым аналоговым перемножителем 10, датчик 11 перемещения распределительного золотника гидроусилителя 3 с первым фазовочувствительным выпрямителем 12 и датчик 13 перемещения плунжера 5 с вторым 3 59592010.02.28 фазочувствительным выпрямителем 14, выходы первого 12 и второго 14 фазочувствительных выпрямителей подключены к соответствующим входам усилителя мощности 2,датчик 15 ускорения реактивной массы 7 с вторым усилителем - интегратором 16 и вторым аналоговым перемножителем 17, разностный усилитель 18, формирователь управляющего кода 19 и усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 20. Выход задающего генератора 1 через усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 20 поступает на первый вход усилителя мощности 2, выход которого соединен с входом гидроусилителя 3, управляющего работой исполнительного механизма 4, состоящего из гидроцилиндра с плунжером 5, жестко связанным с опорной плитой 6 и с закрепленной к его корпусу реактивной массой 7. Выход датчика 8 опорной плиты 6 подключен ко входу первого усилителя - интегратора 9, выходной сигнал которого подключен ко входу первого аналогового перемножителя 10. Выход датчика 11 распределительного золотника подключен ко входу первого фазочувствительного выпрямителя 12. Выход датчика 13 перемещения плунжера 5 подключен к входу второго фазочувствительного выпрямителя 14, выходы первого 12 и второго 14 фазочувствительных выпрямителей подключены к соответствующим вычитающим входам усилителя мощности 2. Выходы первого 10 и второго 17 аналоговых перемножителей подключены к соответствующим входам разностного усилителя 18, выход которого подключен к управляющему входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления 20. Устройство управления вибрационным источником сейсмических сигналов в режиме следящего регулирования выходного сигнала работает следующим образом. Задающий генератор 1 формирует частотно-модулированный сигнал, который подается на вход усилителя 20 с регулируемым коэффициентом усиления, имеющий максимальный коэффициент усиления такой, что обеспечивается номинальная амплитуда перемещения распределительного золотника гидроусилителя 3. Сигнал с выхода усилителя 20 подается на один из входов усилителя мощности 2, усиливается им и подается на гидроусилитель 3, который обеспечивает подачу потока рабочей жидкости в полости гидроцилиндра исполнительного механизма 4 в соответствии с электрическим сигналом на его входе. Под действием потока рабочей жидкости гидроцилиндр с плунжером 5, реактивная масса 7 и опорная плита 6 начинают колебания с заданной частотой и амплитудой. Рабочий режим устройства управления вибрационным источником сейсмических сигналов задается сигналами обратных связей, сформированными датчиками 11 перемещения распределительного золотника с первым фазочувствительным выпрямителем 12 и датчиком 13 перемещения плунжера 5 с вторым фазочувствительным выпрямителем 14. Сигнал на выходе датчика 15 ускорения реактивной массы 7 пропорционален ускорению реактивной массы 7, а сигнал на выходе датчика 8 ускорения опорной плиты 6 - соответственно ускорению опорной плиты 6. Эти сигналы интегрируются усилителями - интеграторами 9 и 16, поэтому их выходные сигналы пропорциональны соответственно скоростям движения реактивной массы 7 и опорной плиты 6 и умножаются аналоговыми перемножителями 10 и 17 на константы, равные известным величинам массы опорной плиты 6 и реактивной массы 7. Выходной сигнал разностного усилителя 18 пропорционален суммарной величине двух сомножителей,где- масса возбудителя вибрации- ускорение реактивной массы- масса опорной плиты ар - ускорение опорной плиты. Эта величина численно равна усилию вибрационного источника сейсмических сигналов на грунт . Выходной сигнал разностного усилителя 18 поступает на аналоговый вход формирователя управляющего кода 19. Формирователь управляющего кода анализирует входной 4 59592010.02.28 сигнал и в зависимости от его величины формирует управляющий цифровой код регулирования коэффициента усилителя 20. Таким образом, обеспечивается работа вибрационного источника сейсмических сигналов на максимальной мощности при ограниченном уровне нелинейных искажений. Заявляемое техническое решение устройства управления вибрационным источником сейсмических сигналов обеспечивает работу вибрационного источника сейсмических сигналов при заданном ограничении уровня нелинейных искажений на максимальной мощности, что повышает эффективность сейсморазведочных работ за счет повышения качества получаемого сейсмического материала и улучшения прослеживаемости отраженных границ. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5