Вибрационный источник сейсмических сигналов

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ВИБРАЦИОННЫЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Сейсмотехника(72) Авторы Алампиев Олег Александрович Кротиков Сергей Петрович Плясунов Александр Иванович Громов Владимир Владимирович Петраш Сергей Иванович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Сейсмотехника(57) Вибрационный источник сейсмических сигналов, содержащий возбудитель вибрации,включающий излучающую плиту с установленным на ней датчиком ускорения, реактивную массу с датчиком массы и электромеханический преобразователь с гидроусилителем,приводящим в действие гидравлический каскад, золотник которого связан с датчиком золотника, систему управления, содержащую блок формирования задающего сигнала, первым входом соединенный с устройством управления, а вторым входом - с блоком фазовой синхронизации, второй вход которого соединен с блоком фильтрации, первый вход последнего связан с выходом датчика ускорения, а второй вход - со вторым выходом блока формирования задающего сигнала, отличающийся тем, что в систему управления введен блок следящей системы, содержащий сравнивающее устройство, регистр нормирующих коэффициентов, блок автоматических калибровок, усилитель мощности, выход которого подключен ко входу электромеханического преобразователя, третий выход блока формирования задающего сигнала подключен к первому входу сравнивающего устройства блока следящей системы, второй вход сравнивающего устройства соединен с выходом датчика золотника, а третий вход соединен с выходом датчика массы, выход сравнивающего устройства связан с входом регистра нормирующих коэффициентов, выход которого соединен с входом блока автоматических калибровок, выход которого подключен к входу усилителя мощности.(56) 1. А.с. СССР 900235, МПК 01 1/155, 1982. 2. Заявка США 3926087/25, МПК 01 1/04, 1985. Полезная модель относится к области геофизической техники, а именно к источникам сейсмических сигналов, предназначенным для сейсмической разведки на нефть и газ. Известен вибрационный источник сейсмических сигналов 1, содержащий возбудитель вибрации, включающий излучающую плиту с установленным на ней датчиком ускорения, реактивную массу с датчиком массы и электромеханический преобразователь с гидроусилителем, приводящим в действие гидравлический каскад, золотник которого механически связан со штоком датчика золотника, систему управления, содержащую блок формирования задающего сигнала, устройство управления, блок фильтрации и блок фазовой синхронизации, блок следящей системы и усилитель мощности, выход которого подключен к входу электромеханического преобразователя. Вибрационный источник сейсмических сигналов работает следующим образом. Выходной сигнал блока формирования задающего сигнала, прошедший блок фазовой синхронизации, поступает на первый вход блока следящей системы, выходной сигнал которого поступает на вход усилителя мощности, выход которого подключен к входу электромеханического преобразователя, управляющего работой возбудителя вибрации. Положение золотника гидравлического каскада контролируется датчиком обратной связи. Синхронный детектор формирует из выходного сигнала датчика электрическое напряжение, пропорциональное положению золотника относительно его среднего положения,усиливает его до необходимой величины и подает его на второй вход блока следящей системы. Третий вход блока следящей системы подключен к выходу датчика массы, электрический сигнал которого формируется аналогично сигналу с датчика золотника. Суммирование сигналов обратных связей по положению золотника и реактивной массы и сравнение этой величины с величиной задающего сигнала обеспечивают принцип следящего управления, обеспечивающий пропорциональную зависимость смещения золотника (выходного сигнала гидроусилителя) от входного задающего сигнала. Параметры элементов блока следящей системы устанавливаются такими, чтобы при имеющихся параметрах гидроусилителя была обеспечена требуемая амплитудно-частотная характеристика выходного сигнала вибрационного источника сейсмических сигналов. Недостатком данного вибрационного источника сейсмических сигналов являются его низкие эксплуатационные характеристики из-за изменения параметров вибратора при замене его составных частей. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является вибрационный источник сейсмических сигналов 2, содержащий возбудитель вибрации, включающий излучающую плиту с установленным на ней датчиком ускорения,реактивную массу с датчиком массы, электромеханический преобразователь с гидроусилителем, приводящим в действие гидравлический каскад, золотник которого связан с датчиком золотника, систему управления, содержащую блок следящей системы, усилитель мощности, блок формирования задающего сигнала, первым входом соединенный с устройством управления, а вторым входом - с блоком фазовой синхронизации, первым же выходом - с первым входом блока фазовой синхронизации, второй вход которого соединен с блоком фильтрации, первый вход последнего связан с выходом датчика ускорения, а второй вход - со вторым выходом блока формирования задающего сигнала. Вибрационный источник работает следующим образом. Устройство управления подает сигнал запуска блоку формирования задающего сигнала, с выхода которого синусоидальный сигнал через блок следящей системы и усилитель мощности поступает на вход электромеханического преобразователя, который приводит в 2 60252010.02.28 колебательное движение золотник гидроусилителя, перераспределяющий поток рабочей жидкости в полости возбудителя вибрации. В результате реактивная масса и излучающая плита совершают колебания, которые передаются в грунт. Датчик золотника контролирует перемещение золотника, механически связанного с корпусом золотника гидравлического каскада, и формирует сигнал, пропорциональный его перемещению. Датчик массы контролирует положение реактивной массы. Использование в следящей системе сигналов двух датчиков необходимо для отработки вибрационного сигнала с требуемой точностью. Датчик ускорения, установленный на излучающей плите, вырабатывает сигнал, который фильтруется блоком фильтрации с целью выделения первой гармоники сигнала ускорения. Блок фазовой синхронизации осуществляет сравнение этого сигнала по фазе с опорным сигналом, вырабатываемым блоком формирования задающего сигнала. Кроме того, блок фазовой синхронизации производит коррекцию поступающих сигналов с целью устранения фазового сдвига между опорным сигналом и сигналом ускорения. Скорректированный сигнал поступает на вход блока формирования задающего сигнала, который в зависимости от значения частоты изменяет уровень задающего сигнала, что позволяет формировать равномерный спектр сигнала вибрационного источника. Недостатком данного вибрационного источника являются низкие эксплуатационные характеристики из-за изменения параметров электрогидравлической следящей системы при замене электромеханического преобразователя с гидроусилителем, что приводит к изменению амплитудно-частотных характеристик вибрационного источника и, как следствие, к ухудшению качества получаемого сейсмического материала. Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, повышение сейсмической эффективности за счет автоматического выбора оптимальных мощностных характеристик возбудителя вибрации. Решение технической задачи достигается тем, что вибрационный источник сейсмических сигналов, содержащий возбудитель вибрации, включающий излучающую плиту с установленным на ней датчиком ускорения, реактивную массу с датчиком массы и электромеханический преобразователь с гидроусилителем, приводящим в действие гидравлический каскад, золотник которого связан с датчиком золотника, систему управления,содержащую блок формирования задающего сигнала, первым входом соединенный с устройством управления, а вторым входом - с блоком фазовой синхронизации, второй вход которого соединен с блоком фильтрации, первый вход последнего связан с выходом датчика ускорения, а второй вход - со вторым выходом блока формирования задающего сигнала,отличается тем, что в систему управления введен блок следящей системы, содержащий сравнивающее устройство, регистр нормирующих коэффициентов, блок автоматических калибровок, усилитель мощности, выход которого подключен к входу электромеханического преобразователя, третий выход блока формирования задающего сигнала подключен к первому входу сравнивающего устройства блока следящей системы, второй вход сравнивающего устройства соединен с выходом датчика золотника, а третий вход соединен с выходом датчика массы, выход сравнивающего устройства связан с входом регистра нормирующих коэффициентов, выход которого соединен с входом блока автоматических калибровок, выход которого подключен к входу усилителя мощности. Сущность полезной модели поясняется фигурой, где показана функциональная схема устройства управления вибрационным источником сейсмических сигналов. Вибрационный источник сейсмических сигналов содержит возбудитель вибрации 1,включающий излучающую плиту 2 с установленным на ней датчиком ускорения 3, реактивную массу 4 с датчиком массы 5 и электромеханический преобразователь 6 с гидроусилителем 7, приводящим в действие гидравлический каскад 8, золотник 9 которого связан с датчиком 10 золотника, систему управления 11, содержащую блок 12 формирования задающего сигнала, первым входом соединенный с устройством управления 13, а 3 60252010.02.28 вторым входом - с блоком 14 фазовой синхронизации, первым же выходом - с первым входом блока 14 фазовой синхронизации, второй вход которого соединен с блоком фильтрации 15, первый вход последнего связан с выходом датчика ускорения 3, а второй вход со вторым выходом блока 12 формирования задающего сигнала, третий выход блока 12 формирования задающего сигнала подключен к первому входу сравнивающего устройства 17 блока следящей системы 16, второй вход сравнивающего устройства 17 соединен с выходом датчика 10 золотника, а третий вход соединен с выходом датчика массы 5, выход сравнивающего устройства 17 связан с входом регистра нормирующих коэффициентов 18,выход которого соединен с входом блока автоматических калибровок 19, выход которого подключен к входу усилителя мощности 20, а выход последнего подключен к входу электромеханического преобразователя 7. Вибрационный источник сейсмических сигналов работает следующим образом. В исходном состоянии напряжение на выходе блока формирования задающего сигнала 12 равно нулю. При этом реактивная масса 4 находится в среднем (рабочем) положении. При поступлении сигнала ПУСК (на фигуре не показан) с системы управления 11 блок формирования задающего сигнала 12 начинает формировать переменный синусоидальный сигнал, который, пройдя через сравнивающее устройство 17, регистр нормирующих коэффициентов 18, блок автоматических калибровок 19 и усилитель мощности 20,приводит в действие электромеханический преобразователь 6 с гидроусилителем 7, заставляя золотник 9 гидравлического каскада 8 совершать колебательные движения около среднего положения с частотой сигнала, который вырабатывает блок формирования задающего сигнала 12. Колебания золотника 9 преобразуются датчиком золотника 10 в электрический сигнал обратной связи, который поступает на второй вход сравнивающего устройства 17. Одновременно поток жидкости, который поступает в полости гидравлического каскада 8, приводит в колебания реактивную массу 4 и излучающую плиту 2. Датчик массы 5 воспринимает перемещение массы и его сигнал поступает на третий вход сравнивающего устройства 17 блока следящей системы 16, который вырабатывает сигнал,удерживающий реактивную массу 4 в среднем положении. Сигнал с датчика ускорения 3,установленного на излучающей плите 2, вырабатывает сигнал ускорения, который поступает на вход блока фильтрации 15 и далее на вход блока фазовой синхронизации 14, где вырабатывается сигнал коррекции для блока формирования задающего сигнала 12, необходимый для поддержания колебаний излучающей плиты 2 в фазе с заданным. Таким образом, колебания золотника 9 преобразуются в колебания излучающей плиты 2,т.е. сейсмические колебания. Амплитудно-частотная характеристика колебаний золотника 9 определяется как параметрами элементов системы управления 11, так и параметрами электромеханического преобразователя 6 и параметрами гидроусилителя 7, в том числе коэффициентом преобразования электромеханического преобразователя 6, его фазовым сдвигом и коэффициентом преобразования датчика золотника 10. При настройке блока следящей системы 16 параметры системы управления 11 устанавливаются таким образом, чтобы при параметрах данного электромеханического преобразователя 6 с гидроусилителем 7 обеспечить требуемую амплитудно-частотную характеристику. При этом измеренные численные значения параметров датчика золотника 11 и датчика массы 5 в сравнивающем устройстве 17 задают необходимые нормирующие коэффициенты, которые управляют коэффициентом усиления цифроаналоговых преобразователей, входящих в состав блока автоматических калибровок 19. Поступающий на первый вход сравнивающего устройства 17 управляющий сигнал с третьего выхода блока формирования задающего сигнала 12 проходит через регистр нормирующих коэффициентов 18, усилитель с переменным коэффициентом усиления блока автоматических калибровок 19, усиливается по току усилителем мощности 20 и поступает на вход электромеханического преобразователя 6. 60252010.02.28 Параметры блока автоматических калибровок 19 устанавливаются исходя из конкретных параметров электромеханического преобразователя 6 и гидроусилителя 7 таким образом, чтобы характеристики блока следящей системы 16 в целом не изменялись при замене составных частей возбудителя вибрации, а именно датчика массы 5, датчика золотника 10 и собственно электромеханического преобразователя 6. Так, например, если электромеханический преобразователь 6 имеет коэффициент преобразования выше номинального значения в М-раз, то параметр регулирующего элемента блока автоматических калибровок 19 устанавливается таким, чтобы коэффициент усиления усилителя с переменным коэффициентом усиления, входящий в состав блока автоматических калибровок 19, стал меньше номинального также в М-раз. В результате суммарный коэффициент усиления в прямой ветви блока следящей системы 16 останется неизменным и равным номинальному. Аналогичным образом стабилизируются фазовый сдвиг в прямой ветви и коэффициент преобразования канала обратной связи блока следящей системы 16. Стабилизации этих трех параметров вполне достаточно для сохранения номинальной амплитудно-частотной характеристики следящей системы. На дату подачи заявки разработана рабочая конструкторская документация на вибрационный источник сейсмических сигналов и идет его изготовление с заявляемым техническим решением. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5