БЕСКАБЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ДАННЫХ

Полезная модель относится к области сейсмической разведки и может быть использована для регистрации сейсмических данных, в том числе для организации систем сбора сейсмических данных.
Известно устройство сбора сейсмических данных для характеристики подповерхностных структур (см. патент РФ на изобретение №2450255 по кл. МПК G01N 1/22, опуб. 10.05.2012), содержащее дистанционно удаленный центральный контроллер, блок сейсмических приемников, установленных на поверхности земли с возможностью регистрации сейсмических волн, средство сбора информации, расположенное вместе с блоком сейсмических приемников, блок памяти, размещенный в средстве сбора информации с возможностью хранения параметров положения и ориентации только одного блока сейсмических приемников, и средство связи, прямо связанное беспроводной двусторонней связью со средством сбора информации и дистанционно удаленным центральным контроллером. Предлагаемая в известном изобретении конструкция единой беспроводной сейсмостанции использует независимые коммуникационные линии между устройствами сбора сейсмических данных и центральной системой записи информации. Устройствоможет содержать приемник глобальной системы навигации и определения местонахождения (GPS), связанный с блоком сейсмических приемников с возможностью определения параметров местоположения сейсмических приемников.
Однако, данное устройство является минимально-кабельным, поскольку блок сейсмических приемников устанавливается на земле отдельно от устройства сбора данных. Кроме этого, чувствительность устройства невелика, поскольку в конструкции использована группа сейсмоприемников, которая обычно состоит из малочувствительных сейсмоприемников. Высоко-чувствительные сейсмоприемники - молекулярно-электронный (МЭС) или сейсмодатчик, объединяющий в себе микроэлектронные и микромеханические компоненты (МЭМС) не нуждаются в группировании.
Известен также блок сбора сейсмических данных (см. патент РФ на изобретение № 2352960 по кл. МПК G01V 1/16, опуб. 20.04.2009), содержащий полностью закрытый корпус, имеющий стенку, ограничивающую внутренний отсек в нем, и расположенные внутри корпуса, по меньшей мере, один геофон, часы, источник питания и регистратор сейсмических данных, содержащий элемент памяти. Блок является автономным и не требует внешних связей или управления во время регистрации. Блок может включать в себя уникальное средство идентификации, такое как радиочастотный идентификационный жетон (RFID) или подобный идентификационный знак для обеспечения возможности отслеживания отдельных блоков при их транспортировке. Аналогично этому каждый блок может включать в себя приемник глобальной системы позиционирования GPS. Поскольку отдельные блоки являются автономными, информация о местоположении совместно с идентификационным знаком позволяет случайным образом транспортировать и хранить блоки. Блок предназначен для автономной наземной или морской сейсморазведки.
Однако, несмотря на выполнение блоков автономными, в конструкции данного устройства не указан тип используемого геофона. Речь об использовании молекулярно-электронного сейсмодатчика не идет. В связи с этим, чувствительность таких блоков незначительна.
Наиболее близким к заявляемому является устройство регистрации сейсмических данных (см. статью Навроцкий А.О., Аккуратов О.С., Абдулвалиев М.Т. «Инновационная сейсморазведка. Особенности применения бескабельной телеметрической системы сбора сейсмической информации, основанной на использовании молекуляр6но-электронных сейсмических датчиков»/ Геоинформатика. - 2018 - №3. - С. 59-67). Устройство содержит молекулярно-электронные сейсмоприемники и размещенные в корпусе Wi-Fi-модуль для передачи данных, GPS - приемник, элемент питания, аналоговое устройство, имеющее усилитель, соединенный с аналого-цифровым преобразователем, элемент памяти. При этом, на крышке корпуса расположены контакты для заряда элемента питания и считывания данных из элемента памяти.
Однако, применяемый в устройстве регистрации молекулярно-электронный сейсмоприемник (МЭС) является автономным со своим аккумулятором. Сейсмоприемник подключается к устройству регистрации через кабель и соответствующий разъем. Это создает дополнительные трудности при расстановке устройств по профилю, а в полевых условиях под воздействием грязи, дождя, снега приводит к потере полезного сигнала, что, в конечном итоге, снижает надежность эксплуатации. Кабель, соединяющий молекулярно-электронный датчик с устройством, является антенной для любых помех электро-магнитного характера (50 Гц от электросетей). Таким образом, снижается соотношение сигнал/помеха.
Технической проблемой заявляемой полезной модели является создание бескабельного устройства регистрации сейсмических данных, обладающего высокой надежностью эксплуатации, особенно в неблагоприятных климатических условиях и в широком диапазоне температур окружающей среды (от - 40°С до +70°С).
Техническим результатом является повышение надежности и производительности работ при снижении уровня помех и сохранении высокой чувствительности и равномерной амплитудно-частотной характеристики в широкой полосе частот.
Полезная модель направлена на создание новой единой конструкции, в которой МЭС помещен внутрь корпуса. Это приводит за счет отсутствия дополнительного внешнего сейсмоприемника и соединительного кабеля к более быстрой установке прибора на профиле и более быстрому сбору устройств с профиля, что в свою очередь, обеспечивает повышение производительности полевых работ. Одновременно повышается надежность устройства в целом, т. к. отсутствует внешний разъем, который за счет грязи, влаги, снега может создавать коммуникационные проблемы. Дополнительно это приводит к снижению уровня индустриальных и природных помех электромагнитного характера.
согласно полезной модели
Техническая проблема и заявляемый результат достигаются тем, что в бескабельном устройстве регистрации сейсмических данных, содержащем молекулярно-электронный датчик, корпус со съемной крышкой, внутри которого размещены элемент памяти, Wi-Fi модуль для передачи данных, GPS - приемник, элемент питания, соединенный с аналоговым устройством, имеющим усилитель, соединенный с аналого-цифровым преобразователем, элемент сбора данных и подключенный к нему LAN-модуль для приема параметров и выдачи сейсмограмм, цифро-аналоговый преобразователь, соединенный с задающим генератором, при этом элемент сбора данных подключен к Wi-Fi модулю для передачи данных, GPS - приемнику, элементу памяти, аналоговому устройству, цифро-аналоговому преобразователю и задающему генератору, а на крышке корпуса расположены контакты для заряда элемента питания, подключенного к LAN-модулю, , молекулярно-электронный датчик расположен внутри корпуса в его нижней части с возможностью обеспечения надежного контакта со штырем, выполненным заодно с корпусом, и соединен с аналоговым устройством и элементом питания, причем контакты на крышке корпуса выполнены с возможностью считывания данных из элемента памяти с использованием протокола Ethernet.
Бескабельное устройство может дополнительно содержать RFID-метку.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где:
- на фиг. 1 представлена схема заявляемого устройства,
- на фиг. 2 представлен внешний вид бескабельного устройства регистрации со встроенным молекулярно-электронным датчиком.
Позициями на фиг. 1 обозначено:
1 - молекулярно-электронный датчик (сейсмоприемник),
2 - аналоговое устройство,
3 - элемент питания,
4 - элемент сбора данных,
5 - LAN-модуль для приема параметров и выдачи сейсмограмм,
6 - элемент памяти,
7 - Wi-Fi-модуль,
8 - GPS - приемник,
9 - цифро-аналоговый преобразователь,
10 - задающий генератор, управляемый напряжением (ГУН),
11 - контакты для зарядки элемента питания и возможности считывания данных из элемента памяти с использованием протокола Ethernet.
Бескабельное устройство содержит расположенный внутри корпуса молекулярно-электронный датчик 1, подключенный к аналоговому устройству 2 и элементу питания 3, подключенному также к аналоговому устройству 2. Бескабельное устройство содержит также расположенные внутри корпуса элемент сбора данных 4, соединенный с LAN- модулем 5, элементом памяти 6, Wi-Fi - модулем 7 и GPS-приемником 8. Элемент сбора данных 4 также подключен к аналоговому устройству 2, цифро-аналоговому преобразователю 9 и задающему генератору10, подключенному к цифро-аналоговому преобразователю 9.
Элемент питания 3 подключен к LAN-модулю 5 и контактам 11 на крышке корпуса для считывания данных из элемента памяти с использованием протокола Ethernet.
Устройство может содержать RFID метку (радио-частотный идентификатор), предназначенную для обнаружения потерянных предметов в радиусе около 7 м. В заявляемой полезной модели RFID метку необходимо применять в зимних условиях, когда устройство может быть погребено под слоем снега глубиной до нескольких метров.
Устройство работает следующим образом. На поверхности земли производят установку корпуса устройства, заглубляя его с помощью штыря на небольшую глубину.
Включают источник питания 3 путем поднесения магнита к корпусу устройства. Устройство определяет координаты места установки и синхронизируется по сигналу спутника (по системе GPS). В заявляемой конструкции устройства осуществляется синхронизация не по координатам, а по мировому времени. Такая синхронизация (с точностью до 1 мкс) позволяет тысячам автономных модулей, установленных на площади наблюдения иметь одно общее, абсолютно точное время, что исключительно важно при регистрации сейсмических данных.
При создании сейсмоисточником колебаний земной поверхности и поступлении на вход устройства отраженных волн молекулярно-электронный сейсмодатчик 1 принимает механические колебания и преобразует их в электрический сигнал, который поступает последовательно на усилитель и аналого-цифровой преобразователь аналогового устройства 2 для оцифровки, после чего сигнал записывается в элемент памяти 6. Сигнал извлекается из элемента памяти 6 через модуль Wi-Fi 7 для последующей обработки.
LAN модуль 5 - это система передачи данных Ethernet-типа. Модуль 5 используется лишь для передачи данных после того, как он полностью закончил регистрацию данных в поле. Эта система используется обычно разово и лишь раз в две-три недели.
Используемый в конструкции заявляемого устройства молекулярно-электронный сейсмоприемник (МЭС) обладает самой высокой в мире чувствительностью и уникальной, равномерной в диапазоне 1-300 Гц амплитудно-частотной характеристикой. Его чувствительность примерно в 1000 раз выше, чем у массово применяемых в настоящее время сейсмоприемников типа GS-20DX (т.е. динамический диапазон регистрируемых сигналов увеличивается на 60 дБ). Такая высокая чувствительность объясняется тем, что катодно-анодная решетка, расположенная в специальном электролите, может фиксировать разницу напряжения в несколько ионов по обе стороны решетки. У всех остальных сейсмоприемников системы электро-механические (в том числе и у МЭМС)
Таким образом, благодаря размещению молекулярно-электронного датчика внутри корпуса устройства регистрации сейсмических данных и соединения его с аналоговым устройством и элементом питания и, как следствие, отсутствию специального кабеля, являющегося антенной для любых помех (индустриальных, природных помех, а также помех электромагнитного характера, обеспечивающих повышение соотношения сигнал/помеха), заявляемое бескабельное устройство регистрации сейсмических данных при уникально высокой чувствительности, широкой и равномерной амплитудно-частотной характеристике, обладает высокой надежностью эксплуатации, особенно в неблагоприятных климатических условиях, приводя при этом также к повышению производительности труда. Кроме того, устройство является более компактным и простым в эксплуатации.