БЕСКАБЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ДАННЫХ

Полезная модель относится к области сейсмической разведки и может быть использована для обнаружения и регистрации сейсмических данных, в том числе для организации систем сбора сейсмических данных.
Известен сейсмограф, содержащий сейсмометр, связанный с аналого-цифровым преобразователем и формирователем калибровочного сигнала, блок буферной памяти, соединенный с магистралью обмена информацией, к которой подключены также аналого-цифровой преобразователь, регистр сверхоперативной памяти, соединенный также с логическим блоком, оперативное запоминающее устройство, блок времени оконечный накопитель и устройство управления (авторское свидетельство СССР №1041971, G 01 V1/24).
Известен также регистратор сейсмических сигналов, содержащий N сейсмоприемников, N блоков усиления, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, включающий арифметическо-логический модуль, постоянное запоминающее устройство, блок буферной памяти, формирователь частот, блок времени, оконечный усилитель, блок управления усилением, формирователь калибровочного сигнала. Данное бескабельное устройство для регистратрации сейсмических сигналов работает в трех режимах: регистрация по обнаружению сейсмического события, непрерывный режим регистрации, регистрация в заранее заданные моменты времени (патент РФ №2205428, G 01 V 1/24). Работа устройства осуществляется в соответствии с командами, формируемыми указанным совмещенным с регистратором блоком управления.
Недостатком известных устройств является сложность, высокая стоимость. Задачей полезной модели является упрощение устройства для регистрации сейсмических данных, с одновременным обеспечением проведения длительных, автономных высокоточных
сейсмических измерений с высокой производительностью и надежностью, а также снижение стоимости.
Поставленная задача решается за счет того, что в бескабельном устройстве для регистрации сейсмических данных, содержащем блок управления и по меньшей мере один регистратор сейсмических сигналов, включающий блок управляющей логики, запоминающее устройство и соединенные последовательно предварительный усилитель, аналого-цифровой преобразователь (дельта-сигма модулятор) и цифровой фильтр, согласно полезной модели регистратор сейсмических сигналов дополнительно содержит высокостабильный генератор тактовой частоты и согласователь интерфейса, выход цифрового фильтра соединен с информационным входом блока управляющей логики, управляющий выход которого шиной подключен к управляющим входам усилителя, аналого-цифрового преобразователя и цифрового фильтра, тактовый вход блока управляющей логики связан с выходом высокостабильного генератора тактовой частоты, а его первый и второй входы-выходы данных шинами соединены соответственно с запоминающим устройством и с согласователем интерфейса, другой вход-выход которого является входом-выходом устройства, при этом блок управления выполнен автономным.
Поставленная задача решается также тем, что указанный автономный блок управления содержит приемник GPS, связанный с управляющим компьютером, генератор тестового сигнала и расширитель портов ввода/вывода, первый и второй входы-выходы которого связаны соответственно с входами-выходами управляющего компьютера и генератора тестового сигнала, а третьи входы-выходы расширителя портов ввода/вывода являются входами-выходами блока.
На фиг.1 приведена структура бескабельного устройства для регистрации сейсмических данных согласно полезной модели в целом, включая блок-схему блока управления, на фиг.2 - блок-схема регистратора сейсмических сигналов.
Бескабельное устройство для регистрации сейсмических данных содержит автономный
блок управления 1 и n регистраторов сейсмических сигналов 2, по меньшей мере один. Блок управления 1 содержит GPS-приемник 3 и управляющий компьютер 4, расширитель портов ввода/вывода 5, к которому присоединен генератор тестового сигнала 6. Регистратор сейсмических сигналов 2 содержит соединенные последовательно подключенный к сейсмоприемникам (не показаны) предварительный усилитель 7, n-канальный аналого-цифровой преобразователь 8, цифровой фильтр 9. Выход цифрового фильтра 9 связан с информационным входом блока управляющей логики 10, тактовый вход которого соединен с выходом высокостабильного генератора тактовой частоты 11. Управляющий выход блока управляющей логики 10 соединен с управляющими входами усилителя 7, аналого-цифрового преобразователя 8 и цифрового фильтра 9. Первый и второй входы-выходы блока управляющей логики 10 шинами связаны соответственно с запоминающим устройством 12 и согласователем интерфейса 13, другой вход-выход которого является входом-выходом устройства и через разъем 14 подключается к блоку управления 1.
Питание блока управления 1 и регистратора 2 осуществляется от автономных источников питания (не показаны).
-8
Высокостабильный генератор тактовой частоты 11 может быть выполнен на микросхеме термостатированного генератора фирмы «МОРИОН» и обеспечивать стабильность частоты не хуже 10.
АЦП 8 может быть построено на микросхеме CS5372.
Оперативное запоминающее устройство 12 может быть построено на «Flash»- памяти общим объемом не менее 1 Гбайт, что достаточно для обеспечения автономности в пределах до нескольких суток непрерывного наблюдения.
Цифровой фильтр 9 может быть выполнен на микросхеме CS5376.
Блок управляющей логики 10 может быть построен на микросхемах программируемой логики серии «Асех 1К» или «Cyclone» фирмы «Altera»..
В качестве согласователя интерфейса 13 может быть использован USB-адаптер
FT8U245BM, построенный на одной микросхеме.
В качестве оконечного разъема 14 регистратора 2 сейсмических сигналов может быть использован 16-ти контактный разъем СН-41Б-16.
Бескабельное устройство для регистрации сейсмических данных согласно полезной модели работает следующим образом.
Регистраторы сейсмических сигналов 2 включают заблаговременно, чтобы внутренние высокостабильные термостатированные генераторы 11 вошли в рабочий режим. Режим работы регистратора 2 устанавливается командами, поступающими через согласователь интерфейса 13 в регистры блока управляющей логики 10. Запоминающее устройство 12 разделяется на две области - данных и служебной информации. Область служебной информации содержит данные настройки и текущих параметров регистратора 2, переданные ему блоком управления 1. Эта область заполняется на этапе настройки регистратора 2. Область данных запоминающего устройства 12 заполняется данными при работе автономном режиме (режиме регистрации).
На этапе контроля и настройки регистраторы 2 сейсмических сигналов подключают с помощью разъема 14 через расширитель ввода/вывода 5 к блоку управления 1, которое, используя генератор тестового сигнала 6, осуществляет контроль и настройку параметров регистраторов сейсмических сигналов 2. Для этого тестовый генератор б подает на аналоговые входы регистраторов 2 эталонные сигналы. Регистраторы сейсмических сигналов 2 принимают, усиливают, оцифровывают, фильтруют и передают также через расширитель портов ввода/вывода 5 данные наблюдений тестовых сигналов на управляющий компьютер 4. Управляющий компьютер 4 принимает и обрабатывает эти цифровые данные и на их основе вычисляет реальные значения коэффициентов усиления, мгновенный динамический диапазон, уровень максимального неискаженного сигнала, коэффициент нелинейных искажений и пр., т.е. метрологические параметры аналоговых каналов регистраторов сейсмических сигналов 2. Блок управления 1 проверяет также полноту
и правильность функционирования регистраторов 2 и отбраковывает их. Одновременно с указанными процедурами, блок управления 1 контролирует возможный временной уход стабильных генераторов 11 регистраторов 2, Далее блок управления 1 программирует регистраторы 2, т.е. производит установку параметров регистрации, количество рабочих каналов, коэффициент усиления усилителя 7, частоту квантования АЦП 8, порядковый номер регистратора и т.д., для чего во внутренние регистры блока управляющей логики 10 записывают требуемое значение сигналов управления. Затем регистраторы 2 переводят в автономный режим и устанавливают на местности в соответствии с заданной программой исследований, с обязательной фиксацией в запоминающем устройстве 12 времени перехода в автономный режим, номера пикета, координат точки установки и других данных. С этого момента регистраторы 2 работают полностью в автономном режиме.
Все сейсмические сигналы, регистрируемые сейсмоприемниками (не показаны), в аналоговом виде поступают через усилитель 7 на вход АЦП 8 каждого их регистраторов 2. Битовый поток АЦП 8 обрабатывается фильтром 9, который выдает многоразрядные отчеты данных с заданной частотой квантования. Блок управляющей логики 10 направляет поток данных непосредственно в запоминающее устройство 12.
В этом режиме регистраторы 2 работают непрерывно до наступления одного из возможных событий: разряд аккумулятора, заполнение запоминающего устройства 12 или внешней команды от устройства управления 1. Причина остановки всегда записывается в запоминающее устройство 12 и может быть считана. Промежуток времени заполнения памяти запоминающего устройства 12 может составлять от нескольких часов до нескольких суток в зависимости от частоты квантования АЦП 8.
При этом источники сейсмических колебаний (взрывы, вибраторы, импульсные источники и т.д.) работают по свободному расписанию. Одновременно в течение всего периода регистрации формируется и сохраняется расписание начала воздействия и его продолжительность (журнал работы). Журнал работы по линиям связи, на носителях или
вручную заносится в управляющий компьютер 4 блока управления 1.
По завершении наблюдений регистраторы 2 собирают и подключают к блоку управления 1 через расширитель порта ввода/вывода 5. Блок управления 1 производит считывание сейсмической информации из запоминающего устройства 12, как непрерывным массивом с указанием времени начала его формирования, так и фрагментами массива в соответствии с журналом работы. Считывание данных из запоминающего устройства 12 происходит под управлением управляющей логики 10 через согласователь интерфейса 13. По известному абсолютному времени начала сеанса, моменту времени перевода регистратора 2 в автономный режим, периоду квантования и временному уходу генератора 11 управляющий компьютер 4 вычисляет область памяти запоминающего устройства 14, содержащую информацию искомого сеанса наблюдения. Все данные, необходимые для вычисления адресов памяти, считываются из области служебной информации запоминающего устройства 12. Эти данные позволяют всегда соотнести сейсмические данные, абсолютное время и координаты каждого из регистратора 2 для дальнейшего использования. Считывание памяти фрагментами позволяет сэкономить время и повышает производительность.
Из точечных наблюдений в дальнейшем могут формироваться, сохраняться и обрабатываться многоканальные сейсмограммы.
Кроме того, блок управления 1 производит тестирование работоспособности регистраторов 2 на момент завершения регистрации и при нарушениях в ее логике, считанные данные регистратора помечаются как недостоверные.
Бескабельное устройство для регистрации сейсмических данных, согласно полезной модели, при его использовании обеспечивает следующие возможности и преимущества в ходе проведения сейсмических работ:
- обеспечение длительной и надежной работы в автономном режиме регистраторов и отсутствие кабельного хозяйства (сейсмических кос) обуславливает возможность применения
устройства в широком спектре геофизических работ, в том числе для региональной, поисковой, разведочной, инженерной и научной геофизики, для выполнения сейсмического мониторинга без ограничения времени и решения задач сейсмологии;
- возможность свободного режима работы источников сейсмических колебаний и отсутствие необходимости согласования аппаратуры наблюдения с любыми источниками колебаний;
- практически неограниченное количество точек наблюдений;
- возможность организации непрерывного мониторинга без ограничения времени;
- возможность работы в особо сложных условиях эксплуатации.