ПРИЕМНО-ИЗЛУЧАЮЩЕЕ РЕГИСТРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДОННЫХ И ПОДДОННЫХ ОСАДКОВ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к акустическим локационным системам, в частности предназначенным для непрерывного измерения и индикации при сейсмоакустических исследованиях на мелководных акваториях при изучении геологического строения среды с последующим определением физико-механических свойств донных и поддонных осадков (пород) с борта движущегося судна.
Известен «Эхолокатор для распознавания морских грунтов» (патент RU 2045081 С1, опубл. 1995.09.27), который содержит эхолот, приемный тракт, схему вычитания, формирователь опорных импульсов, измеритель удлинения эхосигналов и индикатор. Кроме того, в эхолокатор введены две схемы И совпадения, генератор импульсов, генератор линейно-частотно-модулированного сигнала и счетчик, чем достигается увеличение точности определения параметров отражающей границы, повышение достоверности результатов измерения, повышение надежности обнаружения объектов с отличными от границы отражательными характеристиками и определения местонахождения границы.
Недостатком данного изобретения является наличие влияния электрических помех, влияние волнения водной среды и малый динамический диапазон записи.
Известна «Навигационная система» (патент RU 2121133, опубл. 1998.10.27), в которой приемно-излучающее устройство выполнено в виде сейсмостанции с пневмоисточниками и концевым буем, сейсмокосой, при этом первый вход и выходы сейсмостанции соединены с компьютером. Кроме того, оно снабжено таймером для регистрации и корректировки интервала времени между подачей последовательных сейсмосигналов непосредственно во время прохождения исследуемого отрезка профиля, вход которого соединен с выходом компьютера.
Изобретение направлено на обеспечение возможности корректировать интервал времени между подачей последовательных сейсмосигналов непосредственно во время прохождения исследуемого отрезка профиля, а также продолжать работу при перезапуске управляющего компьютера в случае его зависания или сбоя.
Данное изобретение является наиболее близким аналогом заявляемому изобретению, т.е. прототипом.
Недостатком данного изобретения является наличие влияния электрических помех, влияние волнения водной среды и малый динамический диапазон записи.
Основная техническая задача, на решение которой направлено предлагаемая полезная модель состоит в уменьшения влияния электрических помех, влияния волнения водной среды и повышение динамического диапазона записи.
Данная задача решается созданием приемно-излучающего регистрирующего устройства для дистанционного определения механических свойств донных и поддонных осадков, включающее регистратор, излучающий блок, приемный блок, содержащий, по меньшей мере, один сейсмодатчик, таймер для задания интервала времени между подачей последовательных импульсов давления непосредственно во время прохождения исследуемого отрезка профиля и команду на запись сейсмической трассы регистратором, аналого-цифровой преобразователь, при
этом вход регистратора соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, в котором приемный блок дополнительно содержит, по меньшей мере, одно согласующее устройство, при этом вход согласующего устройства соединен с сейсмодатчиком, а выход соединен с одним из входов аналого-цифрового преобразователя, синхровход регистратора соединен с выходом таймера, а синхровыход регистратора с синхровходом аналого-цифрового преобразователя, второй выход таймера соединен со входом излучающего блока.
Кроме того, приемный блок содержит, по меньшей мере, 16 каналов, включающих последовательно соединенные согласующее устройство и сейсмодатчик. Кроме того, сейсмодатчик выполнен в виде пьезоприемника. Также задача решается созданием приемно-регистрирующего устройства для дистанционного определения механических свойств донных и поддонных осадков, включающего регистратор, приемный блок, содержащий, по меньшей мере, один сейсмодатчик, таймер для задания интервала времени между подачей последовательных импульсов давления непосредственно во время прохождения исследуемого отрезка профиля и команду на запись сейсмической трассы регистратором, аналого-цифровой преобразователь, при этом вход регистратора соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, в котором приемный блок содержит последовательно соединенные пьезокосу, содержащую 16 расположенных линейно цилиндрических пьезоприемников и 16-ти канальное согласующее устройство, при этом вход регистратора соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, соответствующие входы 16-ти канального согласующего устройства соединены с соответствующими пьезоприемниками, а выходы соединены с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя, синхровход регистратора соединен с выходом таймера, а синхровыход регистратора соединен с синхровходом аналого-цифрового преобразователя.
Кроме того, в передней части пьезокосы расположена одна из частей герметичного разъема, другая часть разъема расположена на буксировочном кабеле для их раздельного транспортирования и хранения.
Также задача решается созданием приемного блока, содержащего, по меньшей мере, один сейсмодатчик, в который дополнительно введено, по меньшей мере, одно согласующее устройство, включающее последовательно соединенные усилитель и полосовой фильтр, при этом вход усилителя соединен с сейсмодатчиком, выход усилителя соединен с входом фильтра.
Кроме того, сейсмодатчик выполнен в виде пьезоприемника.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется графическими материалами.
На фиг.1 представлена блок-схема многоканального приемно-излучающего регистрирующего устройства.
На фиг.2 представлена блок-схема приемного блока.
На фиг.3 представлен пример выполнения принципиальной схемы согласующего устройства с преобразователем напряжения.
Приемно-излучающее регистрирующее устройство для дистанционного определения механических свойств донных осадков (фиг.1) включает регистратор 5, излучающий блок 1, содержащий излучатель импульсов давления 3, генератор электрических импульсов 2, таймер 4 для задания интервала времени между подачей последовательных импульсов давления непосредственно во время прохождения исследуемого отрезка профиля и команду на запись сейсмической трассы универсальным регистратором 5, аналого-цифровой преобразователь 6, приемный блок 7, содержащий согласующее устройство 8, сейсмодатчик 9, при этом вход регистратора 5 соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 6, вход согласующего устройства 8 соединен с сейсмодатчиком 9, а выход соединен
с соответствующим входом аналого-цифрового преобразователя 6 (АЦП), синхровход регистратора 5 соединен с выходом таймера 4, а синхровыход регистратора 5 соединен синхровходом аналого-цифрового преобразователя 6, второй выход таймера 4 соединен со входом излучающего блока 1.
Кроме того, сейсмодатчик 9 выполнен в виде пьезоприемника.
Питание подается при помощи преобразователя напряжения питания 12
Приемно-регистрирующее устройство для дистанционного определения механических свойств донных осадков по варианту 2 (фиг.1, 2) включает регистратор 5, таймер 4 для задания интервала времени между подачей последовательных импульсов давления непосредственно во время прохождения исследуемого отрезка профиля и команду на запись сейсмической трассы регистратором 5, аналого-цифровой преобразователь 6, приемный блок 7 (фиг.2), содержащий пьезокосу, представляющую собой 16 расположенных линейно цилиндрических пьезоприемников 9.1...9.16, и 16-ти канальное согласующее устройство 8, при этом вход регистратора 5 соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 6, соответствующие входы 16-ти канального согласующего устройства 8 соединены с соответствующими пьезоприемниками 9.1...9.16, а выходы соединены с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя 6, синхровход регистратора 5 соединен с выходом таймера 4, а синхровыход регистратора 5 соединен синхровходом аналого-цифрового преобразователя 6. Питание подается при помощи преобразователя напряжения питания 12.
Также задача решается созданием приемного блока (фиг.2), который содержит, по меньшей мере, один сейсмодатчик 9, одно согласующее устройство 8, включающее последовательно соединенные усилитель 10 и полосовой фильтр 11, при этом вход усилителя 10 соединен с сейсмодатчиком 9, выход усилителя 10 соединен с входом фильтра 11.
Питание подается при помощи преобразователя напряжения питания 12.
Кроме того, сейсмодатчик 9 выполнен в виде пьезоприемника.
На фиг.3 показан пример выполнения согласующего устройства, где с помощью элементов LM78L05_SO8 (AD1) и LM78L05_SO8 (AD2) осуществляется питание согласующего устройства, которое состоит из предварительного усилителя, построенного на базе микросхемы AD622 (AD3), и полосового фильтра построенного на базе сдвоенного усилителя ОР297 (AD4).
Устройство по вариантам 1, 2, 3 работает следующим образом.
2
Отличительной особенностью измерения предлагаемым устройством является привлечение динамических параметров отраженных волн. Коэффициент отражения (отношение амплитуды отраженной волны к амплитуде падающей волны) зависит от угла падения волны на границу между двумя полупространствами с разными упругими свойствами. Под упругими свойствами понимаются модули объемного сжатия (К1, К2), модули сдвига (μ1, μ2) и плотности (ρ1, ρ2), а также величины, производные от вышеперечисленных - скорость продольных волн (Vp1, Vp2), скорость поперечных волн (Vs1, Vs2), коэффициент Пуассона (v1, v2). Зависимость коэффициента отражения от угла обычно аппроксимируется зависимостью вида R(θ)=Ro+Gr*sin(θ), где Ro и Gr - коэффициенты, зависящие от соотношения упругих свойств двух контактирующих сред. (В нашем случае эти среды- вода и донные отложения). Зависимость R(θ) получается в результате полевого эксперимента (после введения в полевые данные всех необходимых поправок), которая, в свою очередь, аппроксимируется линейной зависимостью с соответствующими Ro и Gr. Поскольку упругие модули верхней среды (воды) хорошо известны, то можно перейти от Ro и Gr к свойствам нижней среды (донных осадков). Кроме того, используя наблюдения в широком диапазоне углов падения (что эквивалентно широкому диапазону расстояний между источником упругих
волн и приемником) можно непосредственно определить критический угол (аналог угла полного внутреннего отражения в оптике) по резкому возрастанию амплитуды отраженной волны вблизи него, если скорость продольных волн в донных осадках больше, чем скорость продольных волн в воде (а это обычно выполняется). Это дает дополнительную информацию о скорости продольных волн донных осадках и уменьшает неоднозначность в определении упругих модулей донных в них.
Для задания интервала времени между подачей последовательных импульсов непосредственно во время прохождения исследуемого отрезка профиля и команду на запись сейсмической трассы таймером 4 вырабатывается синхронизирующий импульс старта, посылаемый на регистратор 5, а также команду на запуск генератора электрических импульсов 2, подающий сигнал на излучатель импульсов давления 3. Импульсы, испускаемые излучателем импульсов давления 3 зондируют исследуемый участок дна и, отражаясь принимаются приемным устройством 7. Сейсмодатчики 9, расположенные в сейсмокосе, вырабатывают электрический сигнал в зависимости от принятого сейсмосигнала. Далее электрические импульсы от сейсмодатчиков 9 через многоканальное согласующее устройство 8, предназначенное для фильтрации и усиления сигнала, и содержащее предварительные усилители 10 и полосовые фильтры 11, имеющие полосу пропускания 40-2000 Гц, подаются на аналого-цифровой преобразователь 6. Окончательная обработка и запись сигнала производится в регистраторе 5. Для синхронизации начала работы аналого-цифрового преобразователя 6 регистратором 5 подается синхроимульс на синхровход аналого-цифрового преобразователя 6.
Сейсмокоса представляет собой 16 расположенных линейно цилиндрических пьезодатчиков, например, типа Geopoint производства компании Benthos (США). Каждый датчик представляет собой отдельный канал регистрации. Расстояние
между соседними датчиками - 2 м., т.о. длина активной зоны пьезокосы составляет 30 м.
Приемное устройство, содержащее пьезоприемники и согласующее устройство, заключено в полиуретановый армированный шланг маки REINFORCED PU TUBING RPU. Внутренний диаметр шланга 19 мм, внешний 26 мм. Достоинство - не утрачивает эластичность при низких температурах. Общая длина полиуретанового шланга составляет 35 м, активная часть располагается ровно посредине шланга, т.е. расстояние от переднего края шланга до 1-го канала и от 16-го канала до заднего края составляет 2,5 м.
В передней части сейсмокоса имеет одну из частей герметичного разъема, корпус которого выполнен из нержавеющей стали. Другая часть разъема располагается на буксировочном кабеле. Т.е. сейсмокоса и буксировочный кабель могут транспортироваться и храниться раздельно. В задней части расположена металлическая заглушка, к которой может крепиться капроновый фал для стабилизации положения пьезокосы в процессе буксировки.
Наполнителем косы является непроводящая жидкость, в качестве которой может использоваться пищевое растительное мало. Для обеспечения нейтральной плавучести по всей длине пьезокосы внутри нее располагаются свинцовые грузики. Количество и вес которых определяется сухим весом пьезокосы и весом наполнителя.
Для буксировки сейсмокосы в морской сейсморазведке используется специальные буксировочные кабели с металлическим или кевларовым усилителем. Так можно использовать кабель марки Teldor FTP, 25 пар, категории 5, PVC, применяемый для прокладки внешних кабельных сетей. Кабель заканчивается многоштырьковым радиотехническим разъемом для соединения с согласующим устройством.
Предварительные усилители и фильтры выполнены в виде единого блока на открытой печатной плате и располагаются в передней части пьезокосы.
Согласующее устройство предназначено для
1. Передачи сигналов от каналов с буксировочного кабеля на вход АЦП через соединительный кабель.
2. Подачи стабилизированного двухполярного напряжения питания ±9 В. на блок предварительных усилителей и фильтров в пьезокосе через буксировочный кабель.
3. Предварительного усиления и фильтрации сигналов, поступающих с сейсмодатчиков.
Питание согласующего устройства осуществляется либо от любого аккумулятора 12 В., либо от сетевого адаптера 220/12 В. Потребление согласующего устройства не более 250 мА.
Согласующее устройство может быть выполнено на базе интегральных усилителей, например, AD622, ОР297 и с использованием интегральных стабилизаторов напряжение, например, LM78L05_SO8 и LM78L05_SO8 осуществляется питание согласующего устройства, которое состоит из предварительного усилителя, построенного на базе микросхемы AD622 (AD3), а также на основе микропроцессорной техники.
АЦП предназначено для оцифровывания аналогового сигнала, при этом разрядность может быть 14 бит, а максимальная частота преобразования 400 кГц. В качестве АЦП может применяться выносное устройство L-Card E-14-440, подключенное к регистратору через USB-порт.
Универсальный регистратор осуществляет визуализацию принятого сейсмического сигнала, управление работой АЦП, заносит принятый сигнал на долговременный носитель информации в заданном формате записи. Регистратор выполняется
на основе микропроцессорной техники и может быть выполнен в виде специализированного программируемого компьютера (HEWLETT PACKARD 8940 В Multiprogrammer), основной функцией которого является сбор информации от соответствующих датчиков и передача управляющих сигналов аналого-цифровому преобразователю, а также в мобильном исполнении на базе компьютера типа ноутбук марки Fujitsu с тактовой частотой 1,8 ГГц.
Введение согласующего устройства в приемный блок позволяет проводить фильтрацию и усиление сигналов, получаемых от сейсмодатчиков, находящихся в непосредственной близости, и лишь затем производить передачу полезного сигнала по кабелю для последующей его обработки аппаратурой, размещенной на борту судна или берегу, чем достигается уменьшение влияния электрических помех и повышение динамического диапазона записи.
Также передача уже усиленных сигналов по кабелю от согласующего устройства к аналого-цифровому преобразователю и регистратору позволяет применить специальную методику исследований, которая заключается в заглублении пьзокосы на 30-50 метров, что уменьшает влияние помех, связанных с поверхностными шумами, например, вызванными волнением на воде, и уменьшает влияние границы вода-воздух на длительность полезного сигнала, что увеличивает точность измерения.