НАЗЕМНО-ДОННАЯ СЕЙСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ
GROUND BASED-SEAFLOOR SEISMIC STATION

Изобретение относится к области геофизического исследования сейсмической обстановки как на земле, так и под водой.
Известен комплекс для буксировки забортного сейсмооборудования (см, например, патент РФ №2317572, кл. G01V 1/38, 2006), содержащий судно, кабели ввода, с которыми соединено сейсмооборудование, защитный кожух, выполненный в виде полого цилиндра, и охватывающий кабель ввода и сейсмографные косы.
Известный комплекс функционирует только при сопровождении, т.е. имеет ограниченное применение.
За прототип выбран широкополосный сейсмический прибор (см., например, патент РФ №2298208, кл. G01V 1/10, 2005), содержащий сейсмооборудование, размещенное в защитном корпусе, выполненном в виде полого цилиндра и охватывающем соединительные кабели.
Известный широкополосный сейсмический прибор предназначен для использования как на земле, так и для подземной установки, однако его нельзя использовать под водой.
Для расширения области использования наземно-донная сейсмическая станция, состоящая из устанавливаемого на суше или в воде аппарата, содержащего сейсмометры, и автономной аппаратуры регистрации и анализа сигналов спускаемого аппарата, снабжена герметичным сферическим корпусом, по диаметру которого расположена кольцевая вставка, связанная через внешнюю карданную подвеску с двумя кронштейнами, закрепленными на опорной плите и обеспечивающими вертикальное положение оси герметичного сферического корпуса, совпадающее с вертикальной осью платформы, размещенной внутри герметичного сферического корпуса, на платформе установлен по крайней мере один цилиндрический стакан с размещенными в нем компонентами сейсмометра и блоком электроники, платформа связана с двумя мотор-редукторами, обеспечивающими горизонтирование осей сейсмометров по осям x и у в пределах ±2°, внутри герметичного сферического корпуса размещены микроконтроллер для задания режимов работы сейсмометров и записи сейсмической информации и аккумуляторная батарея, в верхней части сферического корпуса установлена съемная защитная крышка, под которой размещен штепсельный разъем, причем внутри одного из герметичных сферических корпусов по центру платформы установлен один цилиндрический стакан, в котором размещена вертикальная компонента сейсмометра так, что ось вертикальной компоненты сейсмометра совпадает с вертикальной осью герметичного сферического корпуса, а на платформе внутри другого герметичного сферического корпуса симметрично относительно вертикальной оси размещены два цилиндрических стакана, в каждый из которых установлена горизонтальная компонента сейсмометра с обеспечением горизонтальности осей горизонтальных сейсмометров при отклонениях положения опорной плиты на грунте до ±45°.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлено выполнение одного из герметичных сферических корпусов с вертикальной компонентой сейсмометра, а на фиг.2 - выполнение сферического корпуса с двумя горизонтальными компонентами сейсмометра.
Наземно-донная сейсмическая станция (НДСС) состоит из двух герметичных сферических корпусов, каждый из которых выполнен из двух полусфер 1 и 2, соединенных кольцевой вставкой 3, связанной через внешнюю карданную подвеску 4 с кронштейнами 5, закрепленными на опорной плите 6. Внутри герметичного сферического корпуса размещена платформа 7, связанная с двумя мотор-редукторами 8, обеспечивающими более точное горизонтирование осей сейсмометров по осям x и у в пределах ±2°, микроконтроллер 9 для задания режимов работы сейсмометров и записи сейсмической информации и аккумуляторная батарея 10. В верхней части сферического корпуса герметично установлена съемная защитная крышка 11, под которой размещен штепсельный разъем 12. По центру платформы 7 (см. фиг.1) установлен стакан 13, в котором размещена вертикальная компонента 14 сейсмометра и блок электроники 15, причем ось вертикальной компоненты сейсмометра совпадает с вертикальной осью герметичного сферического корпуса. Во втором герметичном сферическом корпусе (см. фиг.2) на платформе 7 симметрично относительно вертикальной оси размещены два цилиндрических стакана 16, в каждый из которых установлена горизонтальная компонента 17, 18 сейсмометра с обеспечением горизонтальности осей горизонтальных сейсмометров при отклонениях положения опорной плиты 6 на грунте до ±45°. В комплект НДСС входит также защитный колпак 19, установленный над съемной защитной крышкой 11 и используемый для защиты и переноски НДСС.
Микроконтроллер 9 включает в себя четырехканальный многоразрядный аналого-цифровой преобразователь, шестнадцатиразрядный цифроаналоговый преобразователь, генератор стабильной частоты, флеш-память на два мегабайта для хранения программ и заданий, карту памяти SD на четыре Гбайта, программируемую логику. Это обеспечивает автономную долговременную бесперебойную работу НДСС.
Наземно-донная сейсмическая станция может функционировать в двух вариантах: с установкой на опорную плиту 6 одного герметичного сферического корпуса с вертикальной компонентой сейсмометра и установленных на опорной плите 6 двух герметичных сферических корпусов, в одном из которых расположена вертикальная компонента 14 сейсмометра, а в другом - горизонтальные 17, 18 компоненты сейсмометра. Для более точной установки сейсмометров в горизонтальной плоскости платформа 7 при помощи двух мотор-редукторов 8 может изменять наклон по осям x и у в пределах ±3°. Автоматическая установка НДСС по вертикали осуществляется путем установки ее на опорную плиту 6 через карданную подвеску 4. Внутренняя компоновка узлов НДСС выполнена таким образом, что центр тяжести НДСС расположен точно по вертикальной оси со смещением в нижнюю часть.
Периодическая подзарядка аккумуляторной батареи 10, ввод программы работы сейсмометров и съем записанной сейсмической информации во внешний компьютер производится через штепсельный разъем 12, установленный под съемной защитной крышкой 11.
В случае необходимости под съемной крышкой может быть установлен ресивер высокочастотный для приемопередающего гидроакустического датчика и антенна спутниковой навигационной системы GPS (Глопасс).
Герметичное выполнение наземно-донной сейсмической станции позволяет использовать ее для регистрации сейсмических явлений как на поверхности земли (в маскируемом варианте - с закопкой в землю), так и под водой.
При установке в маскируемом варианте НДСС помещается в яму и засыпается сверху землей. Опускание НДСС на дно водоема осуществляется при помощи троса, присоединяемого к опорной плите 6. Для исключения воздействия механических колебаний троса на опорную плиту на расстоянии двух-трех метров от плиты к тросу крепится дополнительный груз. На поверхности водоема к тросу крепится сигнальный буек для идентификации места размещения станции.
Перед установкой НДСС на исследуемый участок в управляющий микроконтроллер 9, размещенный внутри корпуса, вводится программа работы станции, в том числе координаты места установки и точное текущее время от системы GPS (Глопасс), а также время начала и конца работы станции. Время начала работы задается таким образом, чтобы до включения НДСС были завершены предварительные операции по ее установке.
В заданный момент начала работы станции все элементы электронной схемы подключаются к аккумуляторной батарее, осуществляется разарретирование сейсмометров и установка нуля. Начинается процесс записи сейсмической информации во внутреннюю память. По окончании времени работы происходит арретирование сейсмометров и отключение элементов электронной схемы от аккумуляторной батареи 10.
Съем записанной информации производится через штепсельный разъем 12.
Предложенное изобретение обеспечивает автоматическую установку корпуса станции по вертикальной оси при любом устойчивом положении опорной плиты на грунте за счет крепления корпуса станции на кронштейны опорной плиты через карданную подвеску.
Установка НДСС под землей осуществляется в яму размером ~60×60 см и глубиной ~50 см с последующей засыпкой землей, в водной среде НДСС может спускаться на глубину до 1000 метров. Причем при использовании станции в маскируемом варианте плита и корпус накрываются защитным колпаком, исключающим попадание земли на элементы конструкции, что повышает надежность работы станции.
При использовании станции в водной среде по окончании работы НДСС поднимают на поверхность, для чего включается механизм отделения сферического корпуса станции от опорной плиты и он всплывает на поверхность воды.
Имеющаяся возможность ввода программ работы станции от внешнего компьютера, управления работой сейсмометров внутренним микроконтроллером, вывода записанной сейсмической информации и подзарядки аккумуляторов через штепсельный разъем, защищенный съемной герметичной крышкой, обеспечивает работу НДСС при многократных сейсмических измерениях в различных точках наземного и подводного применения без разгерметизации корпуса.