Устройство для записи сейсмоэлектрических сигналов

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПИСИ. СЕЙСМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее усилители, магнитные регистраторы , генератор марок времени и датчик момента взрыва, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности и экономичности геофизических работ путем повьшения чувствительности, увеличения динамического диапазона записываемых сигналов , полосы их частот и точности определения времени вступления этих сигналов, в него введены три ма.гнитные антенны - низкочастотная,среднечастотная и высокочастотная, три полосовых фильтра - низкочастотньй, среднечастотный и высокочастотный,, сумматор, два формирователя сигналов записи и формирователь сигнала отметки момента взрыва, причем каждая антенна соединена с входом соответствующего усилителя, выходы усилителей соединены с входами соответствующих полосовых фильтров при этом выход низкочастотного полосового фильтра соединен с первым входом первого формирователя сигналов записи, вькоды среднечастотного и высокочастотного полосовых фильтров соединены с входами сумматора, выход сумматора соединен с первым входом второго формирователя сигналов записи,вторые входы обоих формирователей сигналов записи соединены с выходом формирователя сигнала отметки момента взрыва, вход которого соединен (Г W датчиком момента взрыва, а третьи входы формирователей сигналов записи соединены с выходом генератора марок времени, при этом выход первого формирователя сигналов записи to соединен с входом первого магнитного регистратора,а выход второго фор мирователя сигналов записи соединен со с входом второго магнитного регист00 О5 ратора, 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что формирователь сигнала отметки момента взрьша соединен с датчиком момента взрыва через электронно-оптическую пару светодиод - фотодиод.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Ш 4 G01 V 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3488023/24-25 (22) 07.09.82 (46) 30,11.86. Вюл. И 44 (71) Институт физики Земли им.О.Ю.

Шмидта (72) В.Ф, Лось, В,М. Демин,.

Г.А. Соболев и 3,Ю.Я,Майбук (53) 550.83(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 174380, кл. G 01 V 11/00, 1965, Смирнов В.Г, и др. Станция сейсмоэлектрических исследований

"Кварц-1". — Разведка и охрана недр, 1973, В 4, с.35-40. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПИСИ.

СЕЙСМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее усилители, магнитные регистраторы, генератор марок времени и датчик момента взрыва, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности и экономичности геофизических работ путем повышения чувствительности, увеличения динамического диапазона записываемых сигналов, полосы их частот и точности определения времени вступления этих сигналов, в него введены три магнитные антенны — низкочастотная, среднечастотная и высокочастотная, три по:лосовых фильтра — низкочастотный, среднечастотный и высокочастотньж,, сумматор, два формирователя сигналов записи и формирователь сигнала

„SU„„1273860 А1 отметки момента взрыва, причем каждая антенна соединена с входом соответствующего усилителя, выходы усилителей соединены с входами соответствующих полосовых фильтров, при этом выход низкочастотного полосового фильтра соединен с первым входом первого формирователя сигналов записи, выходы среднечастотного и высокочастотного полосовых фильтров соединены . с входами сумматора, выход сумматора соединен с первым входом второго формирователя сигналов записи,вторые входы обоих формирователей сигналов записи соединены с выходом формирователя сигнала отметки момента взрыва, вход которого соединен с датчиком момента взрыва, а третьи входы формирователей сигналов записи соединены с выходом генератора марок времени, при этом выход первого формирователя сигналов записи соединен с входом первого магнитного регистратора,а выход второго формирователя сигналов записи соединен с входом второго магнитного регистратора.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что формирователь сигнала отметки момента взрыва соединен с датчиком момента взрыва через электронно-оптическую пару светодиод — фотодиод.

1273860

Изобретение предназначено для использования в разведочной геофизике.

Цель изобретения — повышение эффективности и экономичности геофизических работ путем повышения чувствительности аппаратуры, увеличения динамического диапазона записываемых сейсмоэлектрических сигналов полосы их частот и точности определения времени вступления этих сигналов.

На фиг,1 изображена блок-схема устройства.

Устройство содержит низкочастотную магнитную антенну 1, среднечастотную магнитную антенну 2, высокочастотную магнитную антенну 3, усилители 4 — 6, низкочастотный полосовой фильтр (НЧПФ) 7, среднечастотный полосовой фильтр (СЧПФ) 8, высокочастотный полосовой фильтр (ВЧПФ) 9, первый формирователь 10 сигналов записи (ФСЗ), сумматор 11, второй ФСЗ.12, датчик 1З.момента взрыва, электронно-оптическую пару

14 светодиод — фотодиод, формирователь 15 сигнала отметки момента взрыва, генератор 16 марок времени,первый 17 и второй 18 видеомагнитофоны.

Устройство работает следующим obразом.

Сейсмоэлектрические сигналы,принимаемые антеннами 1 — 3, усиливаются усилителями 4 — 6 и поступают на входы полосовых фильтров 7 — 9, С выхода НЧПФ 7 сигнал поступает на первьй вход первого ФСЗ 10. Сигналы с выходов СППФ 8 и ВЧПФ 9 поступают на входы сумматора 11, а с выхода сумматора 11 сигнал, содержащий среднечастотные и высокочастотные составляющие, поступает на первый вход второго ФСЗ 12, Применение в качестве датчиков сейсмоэлектрических сигналов трех магнитных антенн позволяет резко уменьшить влияние промышленных шумов, а следовательно,. значительно повысить чувствительность устройства. Кроме того, применение комбинации магнитных и полосовых фильтров ! позволило получить практически равномерную частотную характеристику ! приемного тракта устройства в диапазоне от 200 Гц до 3 МГц.

Формирование равномерной частотной характеристики происходит следующим образом.

Как известно, приведенная действующая высота магнитной антенны описывается выражением

S с

) катушки;

15 р — действующее значение магнитной проницаемости сердечника антенны;

Я(Й) — коэффициент, учитывающий резонансные свойства антен20 ны.

На фиг.2 приведен график зависимости действующей высоты магнитной антенны от частоты.

В области частот, лежащих заметно ниже резонансной частоты магнитной антенны, график имеет линейный подъем, который равен +20 дБ на декаду ° При приближении к резонансу график зависимости действующей высоты магнитной антенны от частоты становится сугубо нелинейным.

Однако, если использовать при приеме только область частот с линей1

"ной зависимостью Ь (f) и применить

M частотно-зависимую коррекцию — 20 дБ на декаду, частотная характеристика такого приемного тракта будет равномерной в этой области частот.

Этот принцип использован в предлага 1 емом устройстве.

На фиг.3 показаны зависимости действующих высот трех приемных магнитных единиц и частотные характеристЪки соответствующих полосовых фильт45 ров.

Позициями 19-21 показаны зависимости действующих высот соответственно НЧ, СЧ- и ВЧ-магнитных антенн от частоты; 20 — 24 — амплитудно-частотные характеристики соответственно

НЧ-, СЧ- и ВЧ-полосовых фильтров;

25 — результирующая частотная характеристика приемного тракта.

Из графиков зависимости дейст55 вующих высот магнитных антенн от частоты и соответствующих амплитудно-частотных характеристик полосовых фильтров видно, как формируется где — длина волны принимаемых колебаний;

f — частота принимаемых колеба10 ний; — площадь сечения антенны; скорость света; — количество витков антенной

1273860 равномерная частотная характеристика приемного тракта в полосе прозрачности каждого полосового фильтра.Приведение чувствительности устройства в каждой полосе частот к одному. уров- S ню достигается выбором соответствующего коэффициента усиления усилителей 4 — 6. Применение раздельного приема среднечастотных (20-200 кГц) и высокочастотных (200 кГц — 3 МГц)

10 составляющих сейсмоэлектрического сигнала облегчает техническую реализацию устройства, В противном случае, для канала с полосой 20 кГц — 3 МГц необходимо черезмерно большое усиле15 ние и большой динамический диапазон усиления,. что может привести к его усложнению, принятию специальных мер для повышения устойчивости, снижения уровня собственных шумов усилителя и т.п. Сформированная таким способом частотная характеристика приемного тракта показана кривой 25 на фиг.3.

Сигнал, вырабатываемый датчиком

13 момента взрыва, поступает через электронно-оптическую пару 14 светодиод — фотодиод на вход формирователя 15 сигнала отметки момента взрыва. Сформированная последним кодовая посылка специальной формы поступает на вторые входы ФСЗ

10 и 12.

Электронно-оптическая пара светодиод — фотодиод служит для гальванической развязки датчика момен- 35 та взрыва от остального устройства.

Обычно в качестве датчика момента взрыва используется короткозамкнутый провод, который помещается в заряд взрывчатого вещества. Момент 40 взрыва провода взрывом и служит моментом взрыва. При проведении работ привзрывные сигналы за счет проводной связи между взрывной машинкой, зарядом и аппаратурой могут достигать 5 амплитуды в несколько десятков и сотен вольт, что приводит к выходу из строя входных цепей аппаратуры.Обычно рекомендуется использовать для передачи отметки момента взрыва пор- 50 тативные радиостанции, однако их применение приводит к ряду дополнительных технических трудностей, таких как согласование радиостанции с аппаратурой, защита передающей станции от И воздействия взрыва и т.п.

Предлагаемое устройство обеспечи, вает гальваническую развязку между проводной линией и аппаратурой, что обеспечивает надежную защиту входных цепей от воздействия мощных привзрывных импульсов;

Применение специальной отметки момента взрыва, записываемой в одном канале с информацией, позволяет увеличить точность определения времени вступления сейсмоэлектрических сигналов до 5 мкс.

На третьи входы ФСЗ 10 и 12 поступают сигналы марок времени, вырабатываемые генератором 16 марок времени. С выхода первого ФСЗ 10 сигналы поступают на вход видеомагнитофона 17, а с выхода второго ФСЗ

12 — на вход видеомагнитофона 18, Применение в качестве магнитных регистраторов видеомагнитофонов позволило существенно (до 3 МГц) расширить полосу частот регистрируемых сигналов.

В предлагаемом устройстве в качестве марок времени используются импульсы синхронизации полного теЛевиэионного синхросигнала, Присутствие в сигналах записи полного телевизионного синхросигнала необходима для обеспечения работЬ видеомагнитофонов 17 и 18. Кроме того, присутствующие в записанном сигнале кадровые и строчные импульсы синхросигнала могут быть использованы как опорные импульсы для синхронизации аппаратуры обработки записанной информации.

Необходимость записи низкочастотной составляющей сейсмоэлектрического сигнала на отдельный видеомагнитофон вызвана тем, что соотношение между амплитудами в спектре до 20 кГц и амплитудами в спектре выше 20 кГц

;может достигать 30 дБ и более, например, при проведении разведочных работ пьезоэлектрическим методом s блоках горных пород, содержащих пьезоэлектрические минералы (кварц, сфалерит и т.п.). В этом случае основная энергия сейсмоэлектрического сигнала лежит в диапазоне упругих волн взрыва, т.е. 1 — 2 кГц, в то время как высокочастотные составляющие, несущие основную информацию о блоке горных пород, имеют относительный уровень 30 дБ и менее. При записи сигналов на магнитный регистратор, динамический диапазон которого, как правило, не превышает

40 дБ, возможны потери высокочастот73860

fpey

<Рий. 2

2ОмГц Л7Рл Ъ Л4Ю и 3

Фсе. Л

Составитель В,Зверев

Техред JI.Cåðäâêîâà Корректор М.Демчик

Редактор Л.йчелинская

Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Заказ 6472/43

Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул,Проектная, 5 12 ной части спектра. Отбрасывать же низкочастотную часть спектра нельзя, так как она несет полезную информацию о местоположении рудных тел,наличии в них пьезоэлектриков, по низкочастотной составляющей можно судить о направлении оси текстуры тела— пьезоэлектрика,.Кроме того, соотношение амплитуд в низкочастотной (» 20 к Гц) и высок оча ст от ной (>20 к Гц) частях спектра является важным инфор, мационным параметром.

Таким образом, раздельная запись на два видеомагнитофона низкочастотной и высокочастотной составляющих спектра сейсмоэлектрического сигнала позволяет регистрировать сейсмоэлектрическне сигналы с динамическим диапазоном до 80 дВ.

Положительный эффект достигается в результате повышения чувствитель10 ности устройства, увеличения динамического диапазона записываемых сигналов, полосы их частот и точности определения времени вступления этих сигналов.