УСТРОЙСТВО АВТОНОМНОЙ РЕГИСТРАЦИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к области сейсмической разведки, а именно к конструктивному выполнению автономного регистратора сейсмических сигналов.
Известна сейсмическая станция (АДСС «Ларге), характеризующаяся наличием технических и программных средств и содержащая устанавливаемый на дне акватории глубоководный самовсплывающий носитель геофизической аппаратуры (НГА) и бортовой вычислительный модуль (БВМ), установленный на борту обеспечивающего научно-исследовательского судна, находящегося на поверхности акватории у места постановки НГА (полезная модель, патент №28779, G01V 1/38). Носитель геофизической аппаратуры (НГА) включает размещенные в герметичном сферическом контейнере блок регистрации, блок определения ориентации НГА, блок синхронизации, блок гидроакустического приемопередатчика, устройство управления размыкателями, блок определения местоположения НГА при всплытии по сигналам спутниковой радионавигационной системы (СРНС) и блок питания. Снаружи герметичного контейнера установлены гидроакустический датчик, гидроакустическая антенна, антенна СРНС. Блок регистрации включает трехкомпонентный (х, у, z) сейсмоприемный модуль (ТСМ) и накопитель измерительной информации (НИ), к первому входу НИ через последовательно соединенные усилитель, фильтр и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) подключен выход ТСМ, к второму входу НИ через герморазъем и АЦП подключен выход гидроакустического датчика, к третьему входу НИ через АЦП подключены выходы блока определения ориентации НГА, к четвертому входу НИ подключен выход блока синхронизации. В бортовом вычислительном модуле (БВМ) осуществляется съем и обработка цифровой информации с НИ НГА, с синхронизацией данных с использованием спутниковой радионавигационной системы (СРНС). Причем блок съема цифровой информации и блок управления выполнены как специализированные программно-вычислительные блоки персонального компьютера и/или малогабаритного компьютера "Notebook". Носитель информации (НИ) выполнен в виде процессора с регистрацией информации на съемные флэш-карты емкостью до двух Гбайт. Трехкомпонентный приемный модуль (ТСМ), усилитель, фильтр и АЦП размещены в одном сейсмическом модуле.
Известна также наземно-донная сейсмическая станция (НДСС), состоящая из двух герметичных сферических корпусов, каждый из которых выполнен из двух полусфер, соединенных кольцевой вставкой, связанной через внешнюю карданную подвеску с кронштейнами, закрепленными на опорной плите (полезная модель, патент РФ №76142, G01V 1/00). Внутри герметичного сферического корпуса размещена платформа, связанная с двумя мотор - редукторами, обеспечивающими более точное горизонтирование осей сейсмометров, микроконтроллер для задания режимов работы сейсмометров и записи сейсмической информации и аккумуляторная батарея. В верхней части сферического корпуса герметично установлена съемная защитная крышка, под которой размещен штепсельный разъем. По центру указанной платформы установлен стакан, в котором размещена вертикальная компонента сейсмометра и блок электроники В комплект НДСС входит также защитный колпак, установленный над съемной защитной крышкой и используемый для защиты и переноски НДСС. Микроконтроллер включает в себя четырехканальный многоразрядный аналого-цифровой преобразователь, шестнадцатиразрядный цифро-аналоговый преобразователь, генератор стабильной частоты, флэш-память на два мегобайта для хранения программ и заданий, SD карту памяти на 4 Гбайта, программируемую логику. Это обеспечивает автономную долговременную бесперебойную работу НДСС. Периодическая подзарядка аккумуляторной батареи, ввод программы работы сейсмометров и съем записанной сейсмической информации во внешний компьютер производится через штепсельный разъем, установленный под съемной защитной крышкой. В случае необходимости под съемной крышкой может быть установлена антенна спутниковой навигационной системы GPS или Глонасс. Перед установкой НДСС на исследуемый участок в управляющий микроконтроллер, размещенный внутри корпуса, вводится программа работы станции, в том числе координаты места установки и точное текущее время от спутниковой системы, 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. Съем записанной информации производится через штепсельный разъем. 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.
Известна также установка для наземной регистрации сейсмических данных, представляющая собой автономный блок, с расположенными внутри него электронными блоками, включая модуль геофонов, устройство регистрации сейсмических данных и часы (патент РФ №2352960, МПК G01V 1/16, прототип). Источник питания помещен внутрь корпуса или может быть прикреплен к корпусу снаружи. Часы могут быть закреплены на платформе в карданном подвесе, имеющей несколько степеней свободы для минимизации влияния гравитации на часы. Устройство содержит также содержащий приемник определения местоположения глобальной системы позиционирования (GPS) и радиоустановку. Кроме того, устройство содержит внешний соединитель, электрически соединенный, по меньшей мере, с одним из упомянутых геофона, часов, источником питания, сейсмическим регистратором. При этом упомянутый соединитель проходит через стенку упомянутого корпуса и расположен с внутренней стороны упомянутой стенки так, что он закреплен со стороны наружной поверхности упомянутой стенки и снабжен водонепроницаемым стойким к давлению колпачком. Устройство может также содержать инклинометр, радиочастотную идентификацию, а также внутренний управляющий механизм для управления всеми функциями блока в процессе его работы. Регистратор сейсмических данных, расположенный внутри корпуса, содержит долговременную память, причем упомянутый регистратор сейсмических данных выполнен с возможностью сохранения сейсмических данных за продолжительный период времени. Указанный автономный блок не требует внешних связей или управления во время регистрации. Все упомянутые блоки включают в себя электрические соединения и все электрические соединения между любыми элементами указанных блоков содержатся внутри упомянутого корпуса.
Известное устройство обеспечивает автономную, непрерывную регистрацию сейсмических данных. После возвращения в исходное состояние сейсмические данные, зарегистрированные блоком, могут быть извлечены, а блок может быть заряжен, проверен, повторно синхронизирован, и его работа может быть повторно начата без необходимости вскрытия корпуса блока.
К недостаткам известных технических решений следует отнести сложность процедуры считывания зарегистрированных автономным блоком сейсмических данных на внешний носитель памяти, а также сложность его перепрограммирования. Для выполнения этих процедур в известных автономных устройствах предусмотрен специальный разъем для подключения к соответствующему внешнему устройству, что является недостаточно оперативным и удобным в полевых условиях и снижает производительность и эффективность полевых сейсморазведочных работ. Кроме того, в известных технических решениях не предусмотрен оперативный контроль штатной работы устройства, в том числе готовность к рабочему режиму регистрации при установке на исследуемой территории, что также усложняет обслуживание в полевых условиях и оперативность контроля.
Задачей полезной модели является повышение производительности при проведении сейсмических исследований и надежности работы устройства при проведении полевых работ в сложных климатических и геоморфологических условиях.
Достигаемый технический результат выражается в компактном конструктивном решении устройства с обеспечением оперативного доступа к быстросъемному накопителю сейсмической информации и оперативного обслуживания устройства в целом (программирования режимов, считывания и передачи сейсмической информации, визуального контроля за текущим состоянием работы устройства, при защищенности устройства от воздействия факторов окружающей среды, в том числе, защищенности от механических воздействий и повышенной влажности антенны спутникового приемника за счет ее расположения внутри корпуса.
Указанный технических результат достигается за счет того, что в устройстве автономной регистрации сейсмических сигналов, содержащем герметичный корпус, внутри которого расположены приемник сигналов глобальной спутниковой системы позиционирования, блок временной синхронизации, блок регистрации сейсмических данных, съемный носитель информации, каждый из упомянутых элементов включает в себя электрические соединения, при этом все электрические соединения между любыми указанными элементами выполнены внутри упомянутого корпуса, согласно полезной модели, указанный корпус в своей верхней части включает неразъемно установленный, герметично закрываемый стакан, включающий держатель указанного съемного накопителя информации.
Кроме того, указанный корпус в своей верхней части снабжен радио- и свето-прозрачным окном, в створе которого расположены дополнительно введенные устройства индикации режимов работы устройства и антенна закрепленного в верхней части указанного корпуса приемника сигналов глобальной спутниковой системы позиционирования.
При этом торцевые стороны корпуса снабжены разъемами для подключения сейсмоприемников, источника питания и персонального компьютера.
На фиг.1 показан общий вид (в разрезе) устройства согласно полезной модели, на фиг.2 - то же, вид сверху, при открытом стакане 5.
Устройство автономной регистрации сейсмических сигналов, согласно полезной модели, содержит корпус 1, верхняя часть которого выполнена в виде герметично устанавливаемой крышки 2. Крышка 2 включает радио - свето - прозрачное окно 3 и установленный неразъемно с крышкой 2, герметично закрываемый с помощью крышки 4 стакан 5. Внутри корпуса 1 на установленной в его верхней части плате 6 расположена антенна 7 приемника 8 сигналов глобальной системы позиционирования (например, GPS) и высокостабильный генератор 9 блока временной синхронизации. В нижней части корпуса 1 установлен блок 10 регистрации сейсмических данных. При этом упомянутый блок 10 регистратор сейсмических данных включает содержащий цифровой фильтр и блок временной синхронизации, управляющий контроллер, а также четыре канала регистрации, каждый из которых содержит последовательно соединенные усилитель и дельта - сигма модулятор.
В стакане 5 установлен держатель 11 съемного, энергонезависимого накопителя 12 информации, в качестве которого используется FLASH карта, например SD - карта, с емкостью 2-32 Гб, обеспечивающая непрерывную запись сейсмических сигналов в течение нескольких (свыше десяти) суток. Держатель 11 выполнен как разъем подключения FLASH карты, с нулевым усилием сочленения и установлен с обеспечением герметичности корпуса устройства.
В створе указанного радио- и свето - прозрачного окна 3 на плате 6 расположены также светодиодные устройства 13 индикации режимов работы устройства. С торцевых сторон корпуса 1 установлены снабженные защитными колпачками разъем 14 - для подключения сейсмоприемников и идентичные друг другу разъемы 15-16, предназначенные для подключения устройства к персональному компьютеру и источнику питания.
Каждый из упомянутых выше элементов устройства включает в себя электрические соединения, при этом все электрические соединения между указанными блоками выполнены внутри упомянутого корпуса 1 (не показаны). Питание всех блоков устройства осуществляется от источника питания, преимущественно аккумулятора, расположенного вне корпуса 1 (не показано).
Корпус 1 изготовлен из алюминиевого сплава и выполнен с учетом требований по эксплуатации в полевых условиях, с обеспечением пыле- и влаго - защищенности и работы в широком диапазоне механических и климатических воздействий.
Устройство автономной регистрации сейсмических сигналов, согласно полезной модели, работает следующим образом.
Предварительно на съемный накопитель 12 информации записывается расписание работы устройства в виде файла конфигурации. Для чего при установленном в стакане 5 накопителе 12 информации устройство через, например, разъем 15 подключается при помощи кабеля к источнику питания, через разъем 16 - внешнему компьютеру Файл конфигурации может быть создан и записан на накопитель 12 любыми стандартными средствами, например, WINDOWS. Файл конфигурации состоит из нескольких записей, каждая из которых задает режимы работы регистратора 10 сейсмических сигналов: время начала регистрации, продолжительность записи, период квантования, усиления по каналам, источник сигнала - сейсмоприемник или тестовый, с присвоением каждому файлу соответствующего имени.
Файл конфигурации может быть записан на съемный накопитель 12 информации и вне устройства. Для этого съемный накопитель 12 информации вынимается из держателя 11, установленного в стакане 5 и подключается к персональному компьютеру, имеющему устройство считывания FLASH карт
После записи файла конфигурации устройство с установленным в нем накопителем 12 информации и герметично закрытом стакане 5 размещается на местности для проведения сейсмических исследований.
Через разъем 14 к устройству подключаются сейсмоприемники (не показаны), через разъемы 15 или 16 подключается источник питания (аккумулятор), к которому через внутренний источник питания (не показан) подключены все элементы указанных электронных блоков. Вследствие этого начинается прогрев высокостабильного генератора 9 блока временной синхронизации. Одновременно установленный на плате 6 в створе радио и свето - прозрачного окна 3 GPS-приемник 8 начинает через антенну 7 принимать сигналы (координат и времени) со спутника. После выхода генератора 9 блока временной синхронизации на рабочий режим, устройство переходит к выполнению программы эксперимента, записанной в файле конфигурации носителя 12 информации. При этом блок 10 регистрации сейсмических данных анализирует записи файла конфигурации и сравнивает их начало с текущим временем, формируемым блоком временной синхронизации использующей генератор 9, который в свою очередь синхронизован GPS-приемником 8. В заданный момент времени, перед началом очередной записи, устройство переходит в режим ожидания. При этом во всех блоках устройства происходят необходимые коммутации в соответствии с записью файла конфигурации. В указанное время регистратор 10 сейсмических данных начинает регистрацию сейсмических сигналов. Регистрируемые регистратором 10 сейсмических сигналов данные поступают и сохраняются в накопителе 12 информации. Запись происходит в течение заданной длительности. Сейсмические данные в накопителе 12 информации сохраняются в виде файлов, которые кроме принятых данных содержат также соответствующие данные настройки устройства, время начала записи, координаты точки установки устройства. По завершении записи первого сеанса регистратор 10 сейсмических данных переходит к поиску следующей по очередности команды на запись следующего файла. После записи последнего сеанса, когда исполнены все эксперименты из перечня записей файла конфигурации, устройство переходит в дежурный режим.
Все режимы работы устройства отображаются установленными на плате 6 в створе свето - прозрачного окна 3 первым - четвертым устройствами 13 индикации, с помощью которых контролируется - прогрев генератора, наличие сигналов GPS-спутников, окончание синхронизации, ожидание сеанса, запись, дежурный режим, состояние источника питания (аккумулятора) и подключение сейсмоприемников. Устройства 13 индикации (фиг.2) выполнены с использованием двухцветных светодиодов, работающих в режиме горения (красный, желтый, зеленый) и/или мигания. Каждый из указанных светодиодов отображает определенный параметр режима или состояние работы устройства - один диод («PPS») отвечает за индикацию режимов синхронизации (прогрев, готовность, прием спутников), другой («АСС») - за состояние заряда аккумулятора, третий («STATUS») - за режим работы устройства (ожидание, регистрация, окончание регистрации), четвертый («SENSOR») в мультиплексном режиме контролирует исправность сейсмоприемников.
По завершении эксперимента производится считывание сейсмических данных, записанных на накопителе 12 информации. Чтение карты, установленной в качестве накопителя 12 информации, также как и запись на нее файла конфигурации, благодаря конструктивному решению, согласно полезной модели, возможно двумя способами. Либо через любой из разъемов 15-16 подключением устройства автономной регистрации к внешнему компьютеру либо считыванием данных непосредственно с указанной FLACH карты стандартными устройствами считывания персонального компьютера. Во втором случае со стакана 5 снимают крышку 4 и извлекают указанную карту из держателя 11. При необходимости снятая FLACH карта, установленная в качестве накопителя 12 информации, может быть оперативно заменена на другую, заранее подготовленную, включающую файл записи с соответствующими заданиями работы устройства. После установки накопителя 12 информации в стакан 5 устройство готово к работе.
Выполнение, согласно полезной модели, в герметично закрываемой крышке корпуса устройства стакана для установки съемного энергонезависимого носителя информации, а также радио и свето - прозрачного окна обеспечивает без необходимости вскрытия указанного корпуса оперативное обслуживание устройства (контроль выхода на заданные режимы, установка заданий, снятие информации и т.д.). Выполнение в крышке корпуса радио - свето - прозрачного окна повышает также надежность устройства, так как при этом обеспечивается стабильность работы спутникового приемника, за счет расположения его антенны внутри закрытого корпуса.
Конструктивное решение устройства, согласно полезной модели, реализовано в автономной сейсмической станции РОСА-А, что обеспечило высокую производительность работ сейсмических исследований с использованием данной станции при проведении наземных, подземных и наземно-подземных работ, в том числе при решении задач шахтной геофизики.