Автономный регистратор сейсмических данных

Полезная модель относится к области сейсмической разведки, а именно к конструктивному выполнению автономного регистратора сейсмических сигналов, предназначенному для выполнения сейсморазведочных работ при исследованиях геологических структур, в том числе в угольных шахтах.
Известно устройство автономной регистрации сейсмических сигналов, содержащее герметичный корпус, который в своей верхней части включает неразъемно установленный, герметично закрываемый стакан, включающий держатель съемного накопителя информации (патент РФ 90223, G01V 1/16). Внутри корпуса расположены приемник сигналов глобальной спутниковой системы позиционирования, блок временной синхронизации, блок регистрации сейсмических данных. Кроме того, корпус в своей верхней части снабжен радио - и светопрозрачным окном, в створе которого расположены дополнительно введенные устройства индикации режимов работы устройства, а также антенна закрепленного в верхней части корпуса приемника сигналов глобальной, спутниковой системы позиционирования. Торцевые стороны корпуса снабжены разъемами для подключения сейсмоприемников, источника питания и персонального компьютера.
Сущность данного, известного технического решения заключается 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 этом обеспечена защищенность устройства от воздействия факторов окружающей среды, а именно защищенность от механических воздействий и повышенной влажности.
Известна установка для наземной регистрации сейсмических данных, представляющая собой автономный блок, с расположенными внутри него электронными блоками, включая модуль геофонов, устройство регистрации сейсмических данных (патент РФ №2352960, МПК G01V 1/16, прототип). Источник питания помещен внутрь корпуса или может быть прикреплен к корпусу снаружи. 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 геофонов, источником питания и сейсмическим регистратором. Регистратор сейсмических данных, расположенный внутри корпуса, выполнен с возможностью сохранения сейсмических данных за продолжительный период времени. 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.
На внешней стороне боковой стенки корпуса устройства предусмотрен специальный разъем (соединитель) для подключения к соответствующему внешнему устройству для считывания зарегистрированных сейсмических данных на внешний носитель памяти, технического обслуживания, проведения тестов по контролю качества синхронизации, повторной зарядки источника питания. Кроме того, на указанной стенке предусмотрена установка радиоантенны и приемника спутниковых сигналов глобальной системы позиционирования (GPS).
Известен также донный модуль сейсмической станции, содержащий сборный, герметичный корпус с внешним гидрофоном, блоки сопряжения с бортовым модулем, такелажные элементы, а также размещенные внутри блок геофонов, компас, блок питания и блок управления и регистрации (патент РФ №111691, G01V T/38, прототип). Корпус устройства выполнен в виде герметичного контейнера цилиндрической формы с выпуклой верхней крышкой и с плоским дном. Устройство содержит также амортизирующие элементы, расположенные с внешней стороны боковой поверхности корпуса, с обеспечением защиты внешних элементов конструкции. В контейнере установлены блок питания, блок управления и регистрации, цифровой компас, а так же блок геофонов. Снаружи герметичного контейнера модуля установлены: гидрофон, электрический герморазъем, вакуум-порт и индикатор состояния. Данное устройство относится к морским, автономным, донным модулям сейсмических станций, предназначенным для проведения сейсмической съемки в различных климатических условиях, на акваториях, в прибрежной зоне и на суше для получения бесшовного профиля.
К общим недостаткам известных автономных регистраторов сейсмических данных следует отнести то, что они не в полной мере обеспечивает надежность и безопасность их использования в сложных условиях, в том числе при проведении сейсмических исследований в шахтах, в условиях повышенного содержания угольной пыли и рудничного газа.
Задачей полезной модели является расширение арсенала технических средств, предназначенных для проведения сейсмических исследований в особо сложных климатических и геоморфологических условиях, а именно при проведении сейсмических исследований в условиях, когда применение стандартных способов синхронизации сейсмических станций с использованием средств телеметрии или от спутниковых сигналов систем GPS/Глонасс является затруднительным.
Техническим результатом полезной модели является создание автономного регистратора сейсмических данных, обеспечивающего высокую производительность и высокую надежность сейсмических исследований при проведении наземных, наземно-подземных и подземных работ, в том числе, при решении задач шахтной геофизики.
Достигаемый технический результат полезной модели выражается в компактном, полностью автономном конструктивном решении устройства с обеспечением защищенности устройства от воздействия факторов окружающей среды, его искробезопасности, с возможностью оперативного обслуживания и контроля текущего состояния устройства.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что в автономном регистраторе сейсмических данных, содержащем закрытый корпус, герметично установленную крышку, расположенные внутри упомянутого корпуса источник питания, установленную на закрепленном в донной части указанного корпуса геофоне плату электроники, электрические соединения между любыми элементами, находящимися в указанном корпусе, согласно полезной модели, указанная крышка выполнена с внутренней полостью, в пространстве которой установлено стекло, с образованием в верхней части корпуса прозрачного окна, в створе которого на жестко зафиксированной внутри корпуса указанной плате электроники установлен индикатор режимов автономного регистратора, в верхней части указанной платы электроники, со стороны герметично закрываемой крышки корпуса, установлены порт USB считывания данных и разъем синхронизации/зарядки аккумулятора автономного регистратора.
Преимущественно указанный корпус выполнен в виде цилиндрического стакана, внутренняя поверхность верхней части которого снабжена резьбой.
При этом указанная плата электроники жестко закреплена внутри корпуса с помощью ввинчивающейся в верхнюю часть стакана втулки.
Преимущественно установленный геофон является универсальным геофоном, а указанный источник питания представляет собой литий - ионный аккумулятор.
Полезная модель иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 показан общий вид устройства, на примере выполнения его корпуса в виде цилиндрического стакана: а - вид сверху, при снятой крышке, 6 - вид сбоку, в разрезе, на фиг. 2 - то же, вид спереди, на фиг. 3 - то же, вид сзади.
Автономный регистратор сейсмических сигналов, согласно полезной модели, включает корпус 1, по внутренней поверхности верхней части которого выполнена резьба 2. Внутри корпуса 1 на жестко установленном в его донной части геофоне 3 установлена вертикально расположенная плата 4 электроники. Плата 4 электроники закреплена (зафиксирована) внутри корпуса 1 с помощью ввинчивающейся в верхнюю часть корпуса 1 втулки 5. В своей верхней части корпус 1 снабжен герметично установленной (ввинчиваемой)-крышкой 6. Крышка 6 выполнена с прозрачным окном 7 за счет установки в ее внутренней полости помощью втулки 8 стекла 9. Герметичность корпуса 1 при закрытой крышке 6 обеспечивается за счет установки резинового уплотнения 10.
Плата 4 электроники включает порт USB 11, разъем синхронизации/зарядки 12, литий - ионный аккумулятор (источник питания) 13, высокостабильный генератор 14, АЦП 15, контроллер 16 управления, микропроцессор 17, тестовый генератор 18, микро SD карту 19.
В верхней части платы 4 электроники, в створе прозрачного окна 7 крышки 6 установлен светодиодный индикатор 20 режимов работы (состояния) автономного регистратора. Порт USB 11 и разъем синхронизации/зарядки 12 также преимущественно установлены в верхней части платы 4 электроники, что обеспечивает оперативное обслуживание расположенных на ней соответствующих электронных блоков. В том числе, оперативную синхронизацию (временную идентичность) всех автономных блоков, устанавливаемых на исследуемой территории и участвующих в регистрации сейсмических данных.
Корпус 1 может быть выполнен из различных материалов, например из нержавеющей стали или из пластмассы, не накапливающей статическое электричество. В качестве индикатора 20 использован светодиодный индикатор, например трехцветный светодиод, обеспечивающий без снятия (демонтажа) крышки 6, через имеющееся прозрачное окно 7 полный контроль работоспособности устройства и текущих режимов его работы. При этом порт USB 11 и разъем синхронизации/зарядки 12, расположенные на плате 4 электроники, жестко закрепленной с помощью втулки 5 внутри корпусы 1, могут быть доступны и оперативно использованы по назначению только после снятия крышки 6, но без демонтажа самой платы 4.
Осуществление сейсмических исследований с использованием автономных регистраторов, согласно полезной модели, начинается с настройки одного из них, который назначается ведущим. Остальные автономные регистраторы, в необходимом количестве участвующие в проведении сейсмических исследований, становятся ведомыми и синхронизируются через кабель синхронизации от ведущего в соответствии с настройками последнего. Синхронизованные регистраторы размещаются на исследуемой территории в соответствии с поставленной задачей.
При этом синхронизация автономных регистраторов и их последующая работа заключается в следующей последовательности.
Через разъем 12 подается команда на включение источника питания 13 (аккумулятор). Вследствие этого начинается прогрев высокостабильного генератора 14. Время прогрева составляет не более 2 минут. По окончании прогрева генератора 14, автономный регистратор переходит в режим запроса синхронизации. Синхронизация может быть получена от ведущего модуля или от пульта оператора (для первого ведущего). При этом через разъем 12 устанавливают точное время, частоту квантования, усиление и коммутации АЦП 15, время окончания работы (автоматического выключения), значения параметров тестового генератора 18. С этого момента автономный модуль регистрации сейсмических данных может производить постоянную запись сейсмических данных с геофона 3.
Далее устанавливают крышку 6, обеспечивая герметичность готового к работе автономного регистратора. Дальнейшею работу автономного регистратора контролируют по цветовым сигналам установленного на плате 4 в створе прозрачного окна 7 светодиодного индикатора 20. Та или иная цветовая индикация отвечает за соответствующий параметр режима работы, а именно прогрев, запрос синхронизации, синхронизация, регистрация данных (ожидание, регистрация, окончание регистрации), работоспособность канала регистрации, уровень заряда батареи, ошибки SD карты.
Готовые к работе автономные регистраторы расставляют в области, включающей тот или иной объект исследования, обеспечивая контакт геофона 3 с поверхностью (грунтом). Один из регистраторов, выделенный как ведущий, для фиксации момента возбуждения располагается в пункте возбуждения упругих волн (например, в месте расположения импульсного или вибрационного источника).
Аналоговый сигнал сейсмический сигнал с геофона 3 поступает на вход АЦП 15, с выхода которого в цифровом виде подается на контроллер управления 16. Цифровые данные упаковываются в блоки по 1024 байта совместно со служебными данными. Далее данные передаются в микропроцессор 17, который из блоков данных формирует файлы и их имена. Файлы записываются в микро SD карту 19. Формированием необходимой сетки частот, реального времени, подстройкой генератора 14 занимается программируемый контроллер 16 управления. Он также отслеживает и окончание работы, следит за состоянием оборудования, которое отражается на индикаторе 20.
По окончании работы блоки вскрываются (отвинчивается крышка 6). Через разъем USB 11 производится считывание информации. По данным автономного регистратора с точки возбуждения определяют точное время ударов, формируют массив отметок момента возбуждения. Опираясь на сформированный массив отметок момента возбуждения, из базы данных выделяют отрезки записей нужной длины, и из них формируют многоканальные сейсмограммы. Интересующие моменты записей выделяются и из них формируются многоканальные сейсмограммы. Для этого используются заводские номера регистраторов, время записи, которые присутствуют в блоках данных. Очередность каналов в сейсмограмме соответствует плану расстановки автономных регистраторов по площади исследований.
При необходимости после считывания информации автономные регистраторы через разъем 12 подключают к зарядному устройству (не показано) для подзарядки аккумулятора 13.
Полный разбор регистратора необходим только для замены SD карты 19 или литий-ионного аккумулятора 13.
Благодаря тому, что согласно полезной модели все функциональные элементы автономного регистратора сейсмических данных находятся во внутреннем пространстве герметично закрываемого корпуса и в рабочем режиме не контактируют с внешней средой, обеспечивается высокая надежность их работы в любых сложных климатических и геоморфологических условиях.
В целом, конструктивное решение автономного регистратор сейсмических данных согласно полезной модели обеспечивает технологию проведения высокоточных сейсмических исследований с высокой производительностью и оперативностью в условиях отсутствия связи с внешними средствами синхронизации, например, при сейсмических исследованиях в транзитных (переходных) зонах и в шахтах.