Вибрационный источник сейсмических сигналов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ВИБРАЦИОННЫЙ ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Сейсмотехника(72) Авторы Алампиев Олег Александрович Кротиков Сергей Петрович 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 электрогидравлическим преобразователем с установленным на нем датчиком золотника, программное устройство управления, формирователь гармонического сигнала, блок следящей системы, усилитель мощности, выход которого подключен ко входу электрогидравлического преобразователя, а также блок вычисления фазовой ошибки, выходы которого подключены ко вторым входам данных блока корректировки фазы, отличающийся тем, что содержит два блока фильтрации сигналов, четыре преобразователя аналог-код, два вычислителя трансформант входных сигналов и два преобразователя координат, каждый из которых выполнен с возможностью получения на выходе полярной координаты, характеризующей фазу входного сигнала, при этом вход усилителя мощности подключен к выходу формирователя гармонического сигнала, входы данных которого подключены к выходам блока следящей системы, первые входы данных блока следящей системы подключены к выходам третьего преобразователя аналог-код, Фиг. 1 17197 1 2013.06.30 вход которого подключен к выходу датчика массы, третьи входы данных блока следящей системы подключены к выходам четвертого преобразователя аналог-код, вход которого подключен к датчику золотника, вторые входы данных блока следящей системы подключены к выходам блока корректировки фазы, первые входы данных которого подключены к выходам данных программного устройства управления, второй выход которого подключен ко входам управления первого и второго вычислителей трансформант, входы данных которых подключены к выходам первого и второго преобразователей аналог-код соответственно,вход первого преобразователя аналог-код через первый блок фильтрации, а вход второго преобразователя аналог-код через второй блок фильтрации подключены к первому выходу программного устройства управления и к выходу датчика ускорения соответственно, а выходы первого и второго вычислителей трансформант через первый и второй преобразователи координат соответственно подключены ко входам данных блока вычисления фазовой ошибки. Изобретение относится к области геофизической техники, а именно к невзрывным источникам сейсмических сигналов, предназначенных для сейсмической разведки нефтяных, газовых и рудных месторождений. Известен вибрационный источник сейсмических сигналов 1, содержащий возбудитель вибрации, включающий излучающую плиту с установленным на ней датчиком ускорения, реактивную массу с датчиком массы и электрогидравлическим преобразователем с установленным на нем датчиком золотника, программное устройство управления, формирователь гармонического сигнала, блок следящей системы, усилитель мощности, выход которого подключен ко входу электрогидравлического преобразователя, блок фильтрации, преобразователь частота-код. Вибрационный источник сейсмических сигналов работает следующим образом. На выходе преобразователя частота-код формируется синусоидальный сигнал с частотой, равной частоте свипа (св). Этот сигнал через блок следящей системы и усилитель мощности поступает на электрогидравлический преобразователь. Для поддержания заданного положения реактивной массы и распределительного золотника возбудителя вибрации используются цепи обратных связей от датчика золотника и от датчика массы. Таким образом, при поступлении синусоидального сигнала с усилителя мощности на вход электрогидравлического преобразователя возбудитель вибрации начинает колебаться с заданной частотой. При этом датчик ускорения, установленный на опорной плите, вырабатывает сигнал, который поступает через блок фильтрации на блок фазовой синхронизации. Туда же поступает опорный синусоидальный сигнал. Эти сигналы будут иметь различную фазу из-за того, что блок следящей системы, усилитель мощности, электрогидравлический преобразователь, возбудитель вибрации, а также различные характеристики упругости грунта будут изменять фазу полезного сигнала, излучаемого в грунт. Блок фазовой синхронизации, на который поступают обработанные опорный и рабочий с датчика ускорения сигналы, формирует сигнал, определяющий величину фазового сдвига. По величине фазового сдвига корректируется синусоидальный сигнал, поступающий на электрогидравлический преобразователь через блок следящей системы и усилитель мощности. Недостатком данного вибрационного источника сейсмических сигналов является низкая точность корректировки фазы управляющего синусоидального сигнала из-за определения фазовой ошибки только в момент перехода гармонического сигнала через ноль. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является вибрационный источник сейсмических сигналов 2, содержащий возбудитель вибрации,включающий излучающую плиту с установленным на ней датчиком ускорения, реактивную массу с датчиком массы и электрогидравлическим преобразователем с установленным на нем датчиком золотника, программное устройство управления, формирователь гармонического сигнала, блок следящей системы, усилитель мощности, выход которого подключен ко входу электрогидравлического преобразователя, фазовый детектор и фазовый корректор. 2 17197 1 2013.06.30 Вибрационный источник сейсмических сигналов работает следующим образом. Программное устройство управления генерирует последовательность импульсов переменной частоты. Параметры этой последовательности импульсов заранее запрограммированы в программном устройстве управления. Эта последовательность импульсов через формирователь гармонического сигнала и фазовый детектор поступает на вход фазового корректора. Программное устройство управления формирует также управляющий сигнал,который через второй формирователь гармонического сигнала, блок следящей системы и усилитель мощности поступает на вход электрогидравлического преобразователя. Для поддержания заданного положения и режимов вибрации реактивной массы и распределительного золотника возбудителя вибрации используются цепи обратных связей от датчика золотника и датчика массы, подключенные к блоку следящей системы. При поступлении синусоидального сигнала с усилителя мощности на вход электрогидравлического преобразователя возбудитель вибрации начинает колебаться с заданной частотой. При этом датчик ускорения, установленный на излучающей плите, начинает вырабатывать сигнал, который обрабатывается и поступает на вход фазового детектора. Фазовая ошибка определяется между однозначными переходами через ноль опорного сигнала и сигнала ускорения. При опережении сигналом ускорения опорного сигнала фазовый корректор увеличивает свой коэффициент преобразования частоты и на его выходе устанавливается частота св, при отставании - соответственно св. В первом случае формирование управляющего гармонического сигнала замедляется, а во втором случае ускоряется. Элементарная единица измерения фазы определяется частотой сигнала, поступающего с выхода программного устройства управления и равна . В течение периода опорного сигнала фазовая ошибка, измеренная в моменты перехода сигнала через ноль, суммируется с учетом знака. Устройство индикации, представляющее светодиодную линейку, отражает значение фазовой ошибки за предыдущий период и дает оператору вибрационного источника оперативную информацию о работе системы фазовой синхронизации и процессе работы в течение каждого воздействия. Недостатком данного вибрационного источника сейсмических сигналов является то,что корректировка фазы происходит в периоде опорного сигнала, следующего за периодом, в котором определялась фазовая погрешность, что уменьшает скорость регулирования фазы управляющего сигнала и снижает точность системы фазовой синхронизации. Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности работы вибрационного источника сейсмических сигналов за счет увеличения точности фазовой синхронизации. 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 электрогидравлическим преобразователем с установленным на нем датчиком золотника, программное устройство управления, формирователь гармонического сигнала, блок следящей системы,усилитель мощности, выход которого подключен ко входу электрогидравлического преобразователя, а также блок вычисления фазовой ошибки, выходы которого подключены ко вторым входам данных блока корректировки фазы, кроме того, содержащий два блока фильтрации сигналов, четыре преобразователя аналог-код, два вычислителя трансформант входных сигналов и два преобразователя координат, каждый из которых выполнен с возможностью получения на выходе полярной координаты, характеризующей фазу входного сигнала, при этом вход усилителя мощности подключен к выходу формирователя гармонического сигнала, входы данных которого подключены к выходам блока следящей системы, первые входы данных блока следящей системы подключены к выходам третьего преобразователя аналог-код, вход которого подключен к выходу датчика массы, третьи входы данных блока следящей системы подключены к выходам четвертого преобразователя аналог-код, вход которого подключен к датчику золотника, вторые входы данных блока следящей системы под 3 17197 1 2013.06.30 ключены к выходам блока корректировки фазы, первые входы данных которого подключены к выходам данных программного устройства управления, второй выход которого подключен к входам управления первого и второго вычислителей трансформант, входы данных которых подключены к выходам первого и второго преобразователей аналог-код соответственно, вход первого преобразователя аналог-код через первый блок фильтрации, а вход второго преобразователя аналог-код через второй блок фильтрации подключены к первому выходу программного устройства управления и к выходу датчика ускорения соответственно, а выходы первого и второго вычислителей трансформант через первый и второй преобразователи координат соответственно подключены ко входам данных блока вычисления фазовой ошибки. Изобретение позволяет повысить точность фазовой синхронизации вибрационных источников сейсмических сигналов. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана функциональная схема вибрационного источника сейсмических сигналов, а на фиг. 2 - циклограмма, поясняющая работу вычислителей трансформант. 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 электрогидравлическим преобразователем 6 с установленным на нем датчиком золотника 7, программное устройство управления 8, формирователь гармонического сигнала 9, блок следящей системы 10, усилитель мощности 11, выход которого подключен ко входу электрогидравлического преобразователя 6, а также блок вычисления фазовой ошибки 22, выходы которого подключены ко вторым входам данных блока корректировки фазы 23, содержащий два блока фильтрации сигналов 12 и 13, четыре преобразователя аналог-код 14, 15, 16 и 17, два вычислителя трансформант входных сигналов 18 и 19, два преобразователя координат 20 и 21, каждый из которых выполнен с возможностью получения на выходе полярной координаты, характеризующей фазу входного сигнала, при этом вход усилителя мощности 11 подключен к выходу формирователя гармонического сигнала 9, входы данных которого подключены к выходам блока следящей системы 10, первые входы данных блока следящей системы 10 подключены к выходам третьего преобразователя аналог-код 16, вход которого подключен к выходу датчика массы 5, третьи входы данных блока следящей системы 10 подключены к выходам четвертого преобразователя аналог-код 17, вход которого подключен к датчику золотника 7, вторые входы данных блока следящей системы 10 подключены к выходам блока корректировки фазы 23, первые входы данных которого подключены к выходам данных программного устройства управления 8, второй выход которого подключен ко входам управления первого 18 и второго 19 вычислителей трансформант, входы данных которых подключены к выходам первого 14 и второго 15 преобразователей аналог-код соответственно, вход первого преобразователя аналог-код 14 через первый блок фильтрации 12, а вход второго преобразователя аналог-код 15 через второй блок фильтрации 13 подключены к первому выходу программного устройства управления 8 и к выходу датчика ускорения 3 соответственно, а выходы первого 18 и второго 19 вычислителей трансформант через первый 20 и второй 21 преобразователи координат соответственно подключены ко входам данных блока вычисления фазовой ошибки 23. Вибрационный источник сейсмических сигналов работает следующим образом. В исходном состоянии на вторые входы данных блока следящей системы 10 поступают данные с выходов блока корректировки фазы 23, значение которых равно нулю. За счет обратных связей с датчика золотника 7, аналоговый выходной сигнал которого преобразуется в цифровой четвертым преобразователем аналог-код 17 и поступает на третьи входы данных блока следящей системы 10, а аналоговый выходной сигнал датчика массы 5, преобразованный в цифровой третьим преобразователем аналог-код 16, поступает на первые входы данных блока следящей системы 10, реактивная масса 4 удерживается в заданном положении. При излучения свип сигнала, с выхода программного устройства управления 8 на первые входы блока корректировки фазы 23 в цифровом виде поступает гармонический синусоидальный сигнал, который передается на вторые входы данных блока следящей 4 17197 1 2013.06.30 системы 10. В блоке следящей системы 10 этот сигнал суммируется с сигналами обратных связей с датчика массы 5 и датчика золотника 7. Затем этот сигнал с блока следящей системы 10 поступает на входы формирователя гармонического сигнала 9, где преобразуется в аналоговый сигнал и через усилитель мощности 11 поступает на вход электрогидравлического преобразователя 6. Реактивная масса 4 возбудителя вибрации 1 начинает колебаться и вместе с нею колеблется излучающая плита 2. Датчик ускорения 3, установленный на излучающей плите 2 возбудителя вибрации 1,воспринимает эти колебания и преобразует их в сигнал ускорения . Этот сигнал через второй блок фильтрации 13, где отфильтровываются высокочастотные составляющие,второй преобразователь код-аналог 15, где преобразуется в цифровой сигнал, поступает на входы данных второго вычислителя трансформант 19. В это же время на входы данных первого вычислителя трансформант 18 поступает опорный сигналс первого выхода программного устройства управления 8 через первый блок фильтрации 12 и первый преобразователь аналог-код 14. На входы управления первого вычислителя трансформант 18 и второго вычислителя трансформант 19 со второго выхода программного устройства управления 8 поступают импульсы, число которых равно св 16, т.е. за один период свипа программное устройство управления 8 формирует шестнадцать импульсов управления. При поступлении очередного импульса на входы управления первого 18 и второго 19 вычислителей трансформант вычисляютсяитрансформанты первой гармоники опорного сигналав первом вычислителе трансформант 18 и первой гармоники выходного сигналас датчика ускорения во втором вычислителе трансформант 19. Вычисления проводятся в окне, равному одному периоду св по формулам 22221520112215150161616160162222152011221515016161616 где- вещественная часть трансформанты первой гармоники опорного сигнала- мнимая часть трансформанты первой гармоники опорного сигнала 0, 1, , 15 - оцифрованное значение величины опорного сигналав нулевой, первой, 15-й точках соответственно- оцифрованное значение величины опорного сигналав -й точке- вещественная часть трансформанты первой гармоники выходного сигнала вибратора- мнимая часть трансформанты первой гармоники выходного сигнала вибратора 0, 1, , 15- оцифрованное значение величины выходного сигнала вибраторав нулевой, первой, - 15-ой точках соответственно- оцифрованное значение величины выходного сигнала вибраторав -й точке. Окно располагается от текущей точки назад. Очередное значение, соответствующее сдвинутому на один такт окну, будет отличаться от предыдущего наличием одного нового слагаемого и отсутствием первого слагаемого. В начале работы, при 15, недостающие слагаемые принимаются равными нулям. На фиг. 2 поясняется вычисление трансформант в сдвигающемся окне. С выходов первого вычислителя трансформант 18 значения трансформант ,опорного сигналапоступают на входы первого преобразователя координат 20, а с выходов второго вычислителя трансформант 19 значения трансформант ,выходного сигнала вибраторапоступают на входы второго преобразователя координат 21. В 5 17197 1 2013.06.30 первом 20 и втором 21 преобразователях координат значения , , ,трансформант преобразуются в полярные координатытекущего значения фазы сигналаитекущего значения фазы выходного сигналавибратора. Преобразование в полярные координаты выполняются по методу(- цифровой вычислитель поворота системы координат). На первые входы данных блока вычисления фазовой ошибки 22 приходит полярная координатафазы сигналас первого преобразователя координат 20, а на вторые входы данных блока вычисления фазовой ошибки 22 полярная координатафазы сигналас выходов второго преобразователя координат 21. В блоке вычисления фазовой ошибки 22 сравниваются полученные значения фаз сигналови , в результате чего рассчитывается величинарассогласования фазы опорного сигналаи сигналапо формуле,где- величина рассогласования фазы опорного сигналаи выходного сигнала вибратора- текущее значение фазы выходного сигнала- текущее значение фазы сигнала . Значениес выходов блока вычисления фазовой ошибки 22 поступает на вторые входы данных блока корректировки фазы 23. На первые входы данных блока корректировки фазы 23 поступает текущее значение управляющего сигналас выходов данных программного устройства управления 8. В блоке корректировки фазы 23 корректируется управляющий сигнал . Скорректированный сигналс выходов данных блока корректировки фазы 23 поступает на вторые входы данных блока следящей системы 10. В блоке следящей системы 10 этот сигнал суммируется с сигналами обратных связей с датчика массы 5 и датчика золотника 7 через формирователь гармонического сигнала 9,где преобразуется в аналоговый вид, и усилитель мощности 11 поступает на вход электрогидравлического преобразователя 6. Реактивная масса 4 возбудителя вибрации 1 начинает колебаться с скорректированной фазой. Таким образом, фаза управляющего гармонического сигнала корректируется шестнадцать раз за период, за счет чего повышается точность фазовой синхронизации вибрационного источника сейсмических сигналов, его эффективность, и, следовательно, улучшается сейсмический материал. Источники информации 1. А.с. СССР 1277034, МПК 01 1/37, 1986. 2. А.с. СССР 1405001, МПК 01 1/37, 1988. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6