ПЛАВАЮЩИЙ СЕЙСМИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ

Плавающий сейсмический модуль (далее ПСМ) предназначен для отработки методики построения скоростных моделей при выполнении работ по определению внешней границы континентального шельфа (ВГКШ) на арктическом шельфе в тяжелых ледовых условиях, а так же для высокоэффективной технологии оценки комплексного освоения стратегических полезных ископаемых на основе высокоэффективного, автоматизированного геофизического, бурового, горно-обогатительного и аналитического оборудования, а также современных информационно-измерительных систем.
Известен патент на полезную модель «Приемный сейсмический модуль», №29153, опубликовано: 27.04.2003, МПК 7 G01V 1/16, который характеризуется тем, что включает размещенные в цилиндрическом корпусе блок из трех сейсмических приемников, гидроакустический приемник, датчик ориентации ПСМ и блок электроники, включающий для каждого из принимаемых сигналов последовательно соединенные усилитель, фильтр и аналого-цифровой преобразователь, причем три сейсмических приемника расположены по взаимно ортогональным осям x, у, z, гидроакустический приемник размещен в центре корпуса ПСМ вдоль его оси, датчик ориентации ПСМ жестко связан с блоком сейсмических приемников и включает расположенный между светодиодами и фотодиодами прозрачный диск со смещенным центром тяжести и с нанесенным на нем штрих-кодом Грея, при этом диск размещен в плоскости, ортогональной линии наблюдений, с возможностью свободного вращения относительно оси корпуса ПСМ.
Однако данное изобретение, имея в корпусе дополнительное высокоточное оборудование для определения ориентации в пространстве не может работать в тяжелых арктических условиях, тогда как заявленная полезная модель не требует специальных условий работы и поддерживается в нужном положении за счет противовеса, роль которого играет гидрофон на гибком проводе.
Известно изобретите «Гидроакустический буй для исследования мирового океана», №2297940, опубл. 20.11.2006, МПК В63В 22/08, содержащий герметичный цилиндрический корпус, электронные модули измерительной и регистрирующей аппаратуры, приборы обнаружения, отделяемый балластный груз и гидростатические разъединители, установленные на отделяемом балластном грузе, в кормовой части буя на противоположных бортах выполнены два соосных глухих отверстия, в которые установлены концы штоков поршней гидростатических разъединителей, состоящих из гидроцилиндров, содержащих шток-поршни, пружины сжатия и регулировочные винты, причем гидроцилиндры снабжены сквозными отверстиями для захода забортной воды в предпоршневую полость.
Однако данное изобретение имеет сложную механическую часть погружения для работы в водной среде для проведения исследований, а отделяемый балластный груз поддерживает буй в нужном положении, в результате буй всплывает. Всплывший на поверхность буй обнаруживается обеспечивающим надводным кораблем, вылавливается и поднимается на борт, после чего производится обработка зарегистрированной информации. Данный способ снятия показаний требует большую трудоемкость, тогда как заявленная полезная модель передает все регистрирующие сигналы на расстоянии не требует обнаружения и вылавливания, так как после отработки самоликвидируется.
Наиболее близким к предложенному техническому решению является изобретение «Гидроакустический буй для исследования мирового океана», патент №2391245, опубликовано: 10.06.2010, МПК В63В 22/00, содержащий цилиндрический корпус, электронные модули измерительной и регистрирующей аппаратуры, блок управления, отделяемый гидроакустический модуль и аккумуляторную батарею, корпус буя выполнен из двух вставленных концентрично одна в другую оболочек, образующих кольцевую и цилиндрическую полости, причем цилиндрическая полость соединена с забортной средой каналами, а аккумуляторная батарея собрана из литиевых элементов, установлена в кольцевой полости и отделена от наружной оболочки воздушным зазором.. Однако данное изобретение рассчитано на многократное применение и после отработки заданного объема энергии требует дополнительного источника питания, тогда как заявленная полезная модель имеет рациональное использования внутреннего пространства и имеет высокую мощность бортовых энергопотребителей и увеличенное времени их функционирования без увеличения массогабаритных характеристик.
В настоящее время применяются высокотехнологичные, со множеством дополнительных встроенных устройств, плавучие сейсмические модули. При этом для спуска такого модуля приходится применять специальные ухищрения, например, парашют, а также устройства, обеспечивающие положительную плавучесть буя, например, газокамера, заполняемая в требуемый момент легким газом.
Целью настоящей полезной модели является максимальная простота изготовления, применения и утилизации, так как данный модуль является одноразовым, он самоликвидируется путем затопления. Имеет простоту конструкции при высокой эффективности, легко перевозимы, не требующий специальных условий. Имеет блок GPS приемник для определения географических координат местонахождения ПСМ на акватории и текущего времени.
При этом достигается следующий технический результат:
- обеспечение большей устойчивости на водной поверхности, дополнительной защиты от переворачивания (кувыркания), при этом заданная точка измерения по глубине обеспечивается за счет длины кабеля гидрофона,
- упрощение конструкции за счет того, что не требуется дополнительного оборудования, поддерживающего модуль в вертикальном положении, функцию груза и выполняет датчик гидрофона, также не требуется устройства опускания буя в воду,
- увеличен объем полезного пространства, который используют для расположения автономных питающих средств с блоком питания, а, следовательно, увеличения срока автономной работы буя примерно до 10 часов (у прототипа - 8 часов)
Конструкция иллюстрируется чертежами, которые не охватывают всех возможных вариантов изготовления предложенного технического решения.
Фиг.1 - разрез А-А
Фиг.2 - вид сверху - электронный блок на платформе
Фиг.3 - разрез В-В
Фиг.4 - вид сверху - расположение блока питания
Плавающий сейсмический модуль (ПСМ), включает гидрофон и корпус с расположенным в нем блоком сейсмических приемников. ПСМ отличается тем, что
3
Плавающий сейсмический модуль (ПСМ), включающий корпус с расположенным в нем электронным блоком и выносным гидрофоном, отличающийся тем, что ПСМ дополнительно снабжен вакуумопортом, GPS приемником, радиомодемом со стержневой антенной. Корпус выполнен из двух разъемных частей - кожуха и платформы, которые крепят друг к другу за счет атмосферного давления, путем откачки воздуха из корпуса. Причем поперечные размеры корпуса больше его высоты для обеспечения устойчивости. Кожух выполнен из легкого радиопрозрачного плавучего материала с центральным отверстием в верхней плоскости. Платформа выполнена металлической с приливом и/или втулкой в центральной ее части, которые снабжены центральным отверстием, рядом с центральным отверстием расположено отверстие для вакуумпорта. Платформа снабжена профилем с буртом, расположенным по внешнему периметру платформы, на который укладывают герметизирующую прокладку. Профиль снабжен посадочными поверхностями для крепления батарей. Электронный блок крепят к платформе посредством четырех вертикальных стоек с крепежными элементами. Электронный блок состоит из двух электронных плат, расположенных одна над другой, причем на нижней электронной плате размещена сейсмоаппаратура, а на верхней электронной плате закреплено основание, на котором расположен GPS приемник и радиомодем, соединенный со стержневой антенной и источником питания. Причем антенна выходит за верхнюю плоскость кожуха через центральное отверстие, в которое она вклеена. Блок питания состоит из по меньшей мере 2-х или 4-х батарей, размещенных внутри корпуса непосредственно на платформе или в кассетах, закрепленных на платформе и подключен к электронному блоку и GPS приемнику. Гидрофон снабжен датчиками и передающим кабелем из гибкого провода, который подведен по центральной оси платформы через гермоввод к сейсмоаппаратуре. Гермоввод размещен в отверстии прилива или втулки платформы, закреплен посредством накладки к нижней ее поверхности и снабжен резиновыми втулками - уплотнителями. Вакуумопорт расположен на днище платформы, и снабжен посадочным отверстием с заглушкой, при этом внутренняя поверхность посадочного отверстия и наружная поверхность заглушки выполнена в виде цилиндра и снабжена уплотнительными кольцами. При этом корпус может быть выполнен цилиндрической формы, откачку воздуха из корпуса осуществляют, например, до остаточного давления не более 0.1 атм. Платформа корпуса может быть выполнена из алюминия и изготовлена, например, методом штамповки. Длину передающего кабеля гидрофона выбирают в зависимости от глубины требуемых измерений, при этом гидрофон одновременно выполняет функцию противовеса. Бурт профиля на платформе корпуса выполнен в виде, например, кольцевой проточки, в которую закладывают резиновую круглую герметизирующую прокладку. Профиль платформы снабжен вставками, которые совместно с профилем образуют, например, Г - образную форму. На платформе крепят кассеты для элементов питания и их электрического соединения с сейсмоаппаратурой, GPS приемником, гидрофоном и вакуумпортом, а кожух выполнен в виде цилиндрической емкости. Кожух может быть выполнен из материала с удельным весом около 1 г/см, например, из капролона. В блоке питания используют, в частности, литиевые батареи, также в блоке питания батареи расположены попарно с каждой из сторон прилива платформы. Батареи размещены внутри посадочных поверхностей профиля платформы и фиксируются, в частности, за счет плотного прилегания к нему и к внешней поверхности прилива или втулки. Время автономной работы блока питания составляет не менее 10 часов. В частности, датчик гидрофона выполнен цилиндрической формы, а корпус гидрофона выполнен из пьезокерамики и залит полиуретановой смолой. В частности, передающий кабель гидрофона выполнен в виде гибкого провода длинной и может быть не менее 20 метров. Заглушка вакуумопорта выполнена, например, из алюминия.
Представленный плавающий сейсмический модуль имеет следующую конструкцию.
Корпус ПСМ состоит из платформы (1) и кожуха (2), при этом кожух (2) удерживается на платформе (1) за счет атмосферного давления, образующегося внутри корпуса за счет откачки воздуха из корпуса. Форма корпуса может быть цилиндрической или, например квадратной, так как не требует дополнительных креплений, таких как, например, резьбовое соединение (кожух прикручивается к платформе) или винтовое соединение (кожух крепится на винты или болты). Такой способ крепления облегчает производство ПСМ, снижает трудозатраты и не ограничивает варианты форм корпуса. Для поддержания плавучести поперечные размеры (“d”) корпуса больше его высоты (“h”), за счет этого пропорционально увеличивается площадь погружаемой поверхности и образуется необходимое сцепление с водной поверхностью, что снижает возможность переворачивания. Дополнительную устойчивость ПСМ придает гидрофон (3) - приемник сейсмического сигнала который расположен на гибком кабель (4), длина которого может варьироваться в зависимости от нужной глубины исследований, и может превышать 20 м» при этом гибкий кабель (4) погружается только за счет своего веса и не требует дополнительных противовесов, которые опускают регистрирующую аппаратуру на требуемою глубину. Корпус гидрофона (3) выполнен из пьезокерамики и залит полиуретановой смолой. Данные передаются на сейсмоаппаратуру (5) по гибкому кабелю (4), который подводится к сейсмоаппаратуре через гермоввод (6), расположенный в отверстии платформы. Отверстие расположено по центру платформы и снабжено втулкой или приливом кольцевой формы (7), и образует утолщение вертикальной стенки профиля, что дает возможность крепления резиновой вставки гермоввода к нижней плоскости платформы по средствам накладки (8), которая крепится, например на болты. Гермоввод герметизирует вход гибкого передающего кабеля и препятствует проникновению воды внутрь корпуса. Платформа сделана из легкого материала, например алюминия таким образом, что профиль платформы имеет бурт (9), расположенный по внешнему краю платформы, на который устанавливается кожух. Вертикальная стенка профиля с буртом может иметь утолщения или Г-образный профиль (10) Между буртом платформы и кожухом прокладывается резиновая прокладка (11), форма прокладки зависит от формы корпуса, может быть, например круглая или квадратная. Прокладка герметизирует стык кожуха и платформы, препятствую проникновению воды внутрь корпуса. Профиль платформы изготовлен таким образом, что посадочное место (12), которое образуется между Г-образным профилем (10) и втулкой или приливом кольцевой формы (7) используется для размещения блока питания (13). Блок питания (13) состоит из, по меньшей мере, 2-х или 4-х литиевых батарей, размещенных внутри корпуса непосредственно на платформе или в специальных кассетах (14), закрепленных на платформе (1). Кассеты (14) или непосредственно сами батареи помещаются в углублении (12), которое образуется между Г-образным профилем (10) и втулкой или приливом кольцевой формы (7) и могут удерживаться, опираясь ребрами в вертикальную стенку бурта и втулкой или приливом кольцевой формы (7). Батареи расположены попарно перпендикулярно друг другу. Рациональное использование пространства, где расположен блок питания, дает возможность увеличить объем батарей и увеличить время автономной работы ПСМ, при этом, не увеличивая размеры самого ПСМ. Блок питания (13) подключен к блоку сейсмических приемников (15) и GPS приемнику (16). Электронный блок (15) расположен над блоком питания и устанавливается на четырех или трех вертикальных стойках (17) с крепежными элементами (18), например, болтах которые вкручиваются в полость стойки. Вертикальные стойки (17) расположены на верхней горизонтальной поверхности бурта и могут крепиться к нему с помощью пайки или изготавливаться как единое целое при штамповке платформы (1). Электронный блок (15) состоит из двух электронных плат, расположенных одна над другой, причем на нижней электронной плате (19) размещена сейсмоаппаратура (5), а на верхней электронной плате (20) размещено круглое основание (21), которое закреплено на электронной плате (20) болтами (22). На основании (21) расположен GPS приемник (16) и радиомодем, соединенный со штыревой антенной (23) и источником питания, причем антенна (23) выходит за верхнюю плоскость кожуха через центральное отверстие. Для обеспечения герметизации штыревая антенна (23) вклеена в центральное отверстие кожуха. Встроенный GPS приемник (16) используется в качестве навигационной аппаратуры для определения географических координат местонахождения ПСМ на акватории и текущего времени. Снаружи на герметичный корпус установлена штыревая антенна радиомодема обеспечивающего передачу сейсмической и навигационной информации от ПСМ на судно. Полная герметичность и разность атмосферного давления, которое создается внутри корпуса равное, по меньшей мере, 0,1 атм. поддерживает плавучесть ПСМ. Воздух выкачивается из корпуса через вакуумпорт (24). Вакуумопорт расположен на днище платформы, снабжен посадочным отверстием (25) с заглушкой (26), при этом внутренняя поверхность посадочного отверстия и наружная поверхность заглушки выполнены в форме усеченного конуса и снабжены уплотнительными кольцами (27). Через заданное время или по специальной команде вакуумпорт открывается, и корпус разгерметизируется, так как внутри корпуса давление значительно меньше атмосферного, в корпус поступает вода и происходит затопление модуля. Самоликвидация ПСМ происходит без дополнительного механического воздействия на модуль, не требует сбора ПСМ с водной поверхности для снятия показателей, так как данные передаются с помощью антенны до ликвидации модуля.
Работа модуля осуществляется следующим образом.
Модуль сбрасывается с кормы судна, при этом он находится в ждущем режиме. Далее по команде, переданной по радиоканалу, он начинает измерение сейсмических сигналов и передачу их на борт судна.
ПСМ представляет собой неразборную неремонтопригодную конструкцию одноразового использования.
Все ПСМ одинаковые, не связанными между собой и отличаются только идентификационными номерами.
2
ПСМ имеет 1 сейсмический канал - гидрофон с частотным диапазоном от 5 до 600 Гц и чувствительностью 10 мкв\дин\см, массой (без противовеса), не более 2,4 кг, работоспособностью в диапазоне температур от минус 30 до 40°С, автономностью работы, не менее 10 часов, дальность передачи информации не менее 15 км, и непрерывным характером сейсмической записи.
Основой для сбора сейсмических данных ПСМ должно являться программно-аппаратное ядро, которое имеет следующие параметры: диапазон регистрируемых частот от 0,05 до 200 Гц, период квантования 2 мс, мгновенный динамический диапазон, 120 дБ, разрядность АЦП 24 типа дельта-сигма, коэффициент усиления 2,5, эффективный уровень шумов, 0,5 мкВ, эфф.
Таким образом, обеспечен технически результат - упрощение конструкции, увеличение объема полезного пространства и обеспечения большей устойчивости на водной поверхности.