Способ калибровки сейсмических каналов с записью на промежуточный носитель

 

Изобретение относится к геофизике, а именно к калибровке сквозных каналов аппаратуры с промежуточным носителем записи . Цель изобретения - повышение точности. В качестве сигнала калибровки используется ступенька тока известной величины , подаваемая в катушки сейсмоприемников. Измеряемой выходной величиной являются амплитуды откликов собственных процессов сейсмоприемников, снятые с записей , воспроизведенных совместно с исследуемыми сейсмическими событиями. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G О1 V 1/24

ГОсудАРстВе нны Й комит е т

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

" И

ИВЕ

ТЕн, К АВТОРСКОМУ С ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 4722629/25 (22) 24.07.89 (46) 15.08.92, Бюп. ¹ 30 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт геофизических методов разведки (72) А.Г.Мыш и И.В.Померанцева (56) Инструментальные средства сейсмических наблюдений. Сейсмические приборы, Вып. 13. M„ Наука, 1980, с,142, 148.

Приборы и методы регистрации землетрясений. Сейсмические приборы, вып, 19.

M.: Наука, 1987, с. 81--87, Померанцева И,В., Мозженко А.И, Сейсмические исследования с аппаратурой

"Земля", M.: Недра, 1977, с.71-75.

Изобретение относится к геофизике, а именно к калибровке сквозных каналов аппаратуры для сейсмических исследований, и может найти применение в сейсмометрии и технике измерения вибраций, Иэьестен генераторный способ калибровки аппаратуры для сейсмических исследований, включающий выработку сигнала. калибровки, подачу сигнала на формирователь синусоиды, фильтрацию и выделение первой гармоники, подачу синусоидального сигнала во вспомогательную обмотку сейс- моприемника, регистрацию и воспроизведение сигнала, В серийной аппаратуре реализована калибровка на частоте 2 Гц и на 11 частотах в диапазоне 0.5-4 Гц, К недостаткам способа можно отнести сложность органиэации синтезаторов низких частот и увеличение расхода питания, что существенно дпя аппаратуры, работающей в длительном автономном режиме.

Известен импульсный способ калибровки аппаратуры для сейсмических исследова„„БЦ „„1755229 А1 (54) СПОСОБ КАЛИБРОВКИ СЕЙСМИЧЕСКИХ КАНАЛОВ С ЗАПИСЬЮ НА ПРОМЕЖУТОЧНЬ1Й НОСИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к геофизике, а именно к калибровке сквозных каналов аппаратуры с промежуточным носителем записи, Цель изобретения — повышение точности. 8 качестве сигнала калибровки используется ступенька тоха известной величины, подаваемая в катушки сейсмоприемников. Измеряемой выходной величиной являются амплитуды откликов собственных процессов сейсмоприемников, снятые с записей, воспроизведенных совместно с исследуемыми сейсмическими событиями, 1 э.п. ф-лы, 1 ил. ний, включающий формирование П-образных импульсов тока, уменьшение чувствительности аппаратуры для подавления сейсмического фона, подачу импульсов во вспомогательные катушки сейсмоприемников, регистрацию, воспроизведение и

Фурье-преобразование откликов сквозных каналов аппаратуры на импульсы тока.

К недостаткам способа можно отнести понижение достовернос" и калибровки в каналах с пониженной чувствительностью, необходимость отсроченной по времени обработки на 3ВМ, погрешности обработки эа счет дискретизации амплитуд и квантования по времени. . Наиболее близким к предлагаемому является способ калибровки аппаратуры для сейсмических исследований, включающий определение чувствительности устройств записи и воспроизведения, и относительной чувствительности сейсмоприемников, дпя реализации чего на входы устройств записи и воспроизведения раздельно подают

1755229 сигналы от генератора гармонических колебаний, а на сейсмоприемники подают калибровочный ток i, перемещают катушки на величины Х, подключают приемники через делители напряжения на входы устройств записи, лишают приемники затуханий, записывают и воспроизводят собственные ко лебания сейсмоприемников, измеряют амплитуду А íà k-ой фазе колебаний в области установившихся колебаний собственных процессов.

Основным недостатком способа является его пониженная точность из-эа определения относительной чувствительности сейсмоприемников.

Целью изобретения является повышение точности калибровки сейсмических каналов.

Указанная цель достигается тем, что в способе калибровки сейсмических каналов с записью на промежуточный носитель, включающем смещение постоянным током катушек сейсмоприемников с известными параметрами, отключение рабочих затуханий 3р cGAGMoflpMGMHNK08, снятие токовых смещений и запись с ослаблением и собственных колебаний сейсмоприемников на промежуточный носитель, воспроизведение собственных колебаний и йзмерение по ним частот f и амплитуд Ak в области установившихся колебаний, собственные про, цессы сейсмоприемников воспроизводят совместно с воспроизведением исследуемых сейсмических событий, определяют степени затуханий /3 собственных колебаний, определяют фиктивные смещения X оснований сейсмоприемников на частотах 1 и находят абсолютные увеличения Vf сейсмических каналов на частотах собственных колебаний по формуле:

/ пА где k- номер амплитуды собственных колебаний от начала записи.

Для повышения точности калибровки предпочтительно также совместно с воспроизведением сейсмических событий воспроизводить ближайшие к ним по времени записи процессов калибровки сейсмических каналов, Предлагаемый способ калибровки сейсмических каналов занимает промежуточное место между генераторным и импульсным по затратам времени и простоте реализации. В основу способа положено, что возбужденный и лишенный затухания сейсмоприемник становится естественным генератором экспоненциальных медленно затухающих колебаний, пропорциональных величине начального фиктивного смещения основания током i. ,Фиктивное смещение основания приемника Хф равно х (1)

Кв где К вЂ” момент инерции, 1 — приведенная длина маятника;

S — чувствительность (КЭ М С), частота гармонического тока в.

Равенство останется справедливым, если на приемник подать амплитуду постоянного тока, снять ток, а частоту ra принять за частоту собственных колебаний во = в.

Относительно центра качаний маятник будет колебаться с амплитудой

-p®î

X =Xe e sic t-Р в.t. (2) где P — степень затухания оТ воздушного

20 трения, не превышающая по техническим условиям величины 0.02, а практически близкая к 0.01.

При столь малом затухании частота процесса колебаний предельно близка к собственной частоте маятника и для пиковых значений амплитуд выражения (2) может быть представлено как

X = Хф е (3) где k — номер колебания от начала процесса, По закону магнитоэлектрических преобразователей ЭДС на концах катушки приемника будет

Е=$в, Хфе .. (4)

Ссли записать эту ЭДС на промежуточный носитель и воспроизвести, то амплитуда А> на конце сквозного канала будет пропорциональна ЭДС, а увеличение канала по отношению амплитуды А к смещению

Хф будет л 3

V=- — е .

А хф (5)

Увеличение канала в режиме рабочей регистрации с сейсмоприемниками с рабо- . чими затуханиями /Зр будет пропорционально отношениям АЧХ приемников с затуханиями Р> к АЧХ тех же приемников с

50 затуханиями воздушного трения. Поскольку на собственной частоте f> отношение этих

АЧХ равно отношению затуханий P//Çð, увеличение каналов в рабочем режиме будет

Для реализации способа с приемлемой точностью необходимо учесть следующие особенности калибровки: задаваемое сме1755229 щение маятника должно быть существенно большим смещения от фона микросейсм:

ЭДС с выхода катушек сейсмоприемников не должна превышать значений ограничи-. вающих динамических диапазон промежу- 5 точного носителя записи, например, магнитной ленты; нежелательно загрублять усиление каналов на период калибровки, поскольку это ведет к изменению режима усилителей относительно режима рабочей 10 регистрации.

Оценку задаваемого смещения проводят по величине фона микросейсм в регионе работ. Например, в условиях больших городов промышленно-транспортный фон на ча- 15 стотах 0,5-1 Гц колеблется в дневное время около 0,6 мкм с максимумом амплитуддо 1 мкм. Следовательно, для получения, например, Погрешности 0,5 смещение маятника должно превысить смещение от фо- 20 на не менее чем в 200 раз. Следует далее оценить величину ЭДС, генерируемую сейсмоприемниками при таких смещениях и выбрать коэффициент ослабления делителя

ЭДС, чтобы не перегрузить усилители и пре- 25 высить диапазон носителя записи, Так, для распространенной аппаратуры сейсмйческой регистрации типа "Земля" и "Черепаха" входной сигнал не должен превышать значений порядка 0,5 MB. 30

Для выбора коэффициента ослабления можно использовать выражение, для фиктивного смещения (1). которое с учетом выражения (3) для самой максимальной первой амплитуды k = 1 будет 35 л/3

Е > =. S мо Хф е

В комплексах аппаратуры для региональных сейсмических исследований при- 40 меняют сейсмоприемники типов СМ вЂ” ЗКВ, ВЭГИК, НСП-3 и т,п. с чувствительностями рабочих катушек 80-135 В.с/м. Если принимать задаваемое смещение маятника не менее 200 мкм, то на концах рабочих катушек 45 будут ожидаться ЭДС порядка 100-150 мВ на частоте 1 Гц. Таким образом, ослабления сигналов должны быть 200 и более для обеспечения входных ЭДС, допустимых по условиям аппаратуры. При составлении 50 делителя желательно сопротивление, параллельное входу усилителя выбирать равным выходным сопротивлениям рабочих катушек сейсмоприемников для сохранения идентичности динамической нагрузки кана- 55 лов в рабочем режиме и режиме калибровки. По выражению (1) оценивают ток i, необходимый для смещения маятника на величину Хф. Калибровка может быть реалиэована заданием смещения через вспомогательные катушки приемников, С учетом коэффициентов ослаблений и абсолютное увеличение каналов на собственных частотах приемников будет лД ,=Ю.— "" .. (7) рр Хф

Регистрируемые аппаратурой сейсмические события в зависимости от координат и физической природы очага различаются по энергетическому и;астотному спектру и каждое событие воспроизводится на своих параметрах фильтрации и усиления, характеризующих временные и амплитудно-фазовые особенности тракта воспроизведения. Следовательно, используемые для калибровки собственные процессы сейсмоприемников должны в каждом случае воспроизводиться при тех же условиях. при которых вбспроизводится событие, В зависимости от характеристик канала воспроизведения при прохождении через него событий и собственных процессов сейсмоп риемников проявляется выраженная во времени зона устанавливающихся явлений, которая в реальной аппаратуре составляет около 2 с. Поэтому для отсчета амплитуды калибровки А следует выбрать номер фазы колебания k после процесса установления, Номер фазы при этом отсчитывают от начала первого вступившего колебания собственного процесса приемника и амплитуды Ак измеряют на всех трассах компонент, для которых и находят затем их индивидуальные значения абсолютных увеличений на частоте собственных колебаний сейсмоприемников.

На чертеже показана структурная схема калибровки аппаратуры для сейсмических исследований с записью на промежуточный носитель, На схеме показанй сейсмоприемник 1 с рабочей и вспомогательной катушками, устройство записи на магнитный носитель 2, устройство воспроизведения записи 3 с встроенным набором частотных фильтров, устройство визуализации, например. светолучевой осциллограф Б„источник тока 6 смещения маятника, делитель 4 напряжения из сопротивлений R> и В2, ключ К1 замыкания и размыкания катушки приемника, ключ Кг включения и выключения источника тока.

Ключи К1 и К2 могут управляться вручную и автоматически по программе аппаратуры.

Способ осуществляют следующим образом, Устанавливают промежуточный магнитный носитель на устройство записи 2, включают устройство на регистрацию

1755229 сейсмических событий, Включают делитель

4 R Rz между рабочей катушкой и входом устройства записи, ключом К1 замыкают ðýбочую катушку сейсмоприемника, ключом

Кр включают источник тока 6 для смещения маятника. Через время, достаточное для успокоения реакции включения тока, 3-5 с, размыкают ключ К1, размыкают ключ 14 и снимают ток смещения. Записывают собственные колебаний меээгэшемного приемника 10-20 с, отключают делитель из сопротивлений и переводят аппаратуру в режим рабочей регистрации событий. Программа калибровки может предусматривать калибровку вначале, конце и периодически, например, каждые 8 ч, регистрации. Магнитный носитель устанавливают в конце регистрации на устройство воспроизведения

3. воспроизводят события и калйбровку и выводят на визуальный носитель информации 5.

Экспериментальная проверка способа проведена в условиях интенсивных помех в г. Москве. Коэффйциент деления был выбран о=10 . Ток смещения подавался во вспомогательные катушки маятников ВЭГИК с чувствительностями порядка S. =24.5 В с/м. Величина тока смещения

=1,5 мА. Одно из сопротивлемий делителя взято равным сопротивлению рабочих катушек 2 кОм, а последовательное 2 мОм. Чувствительность рабочих катушек составляла

$ - 88.3 В с/м. При паспортном знэчемии момента инерции 10 кгм и приведенной длины 0,1 м вертикального маятника смеще:ние Х определено равным 0,935 мм, т.е. существенно превышающим фон помех.

Измерения и калибровка проводились по варианту ма чертеже с подачей тока во вспомогательную катушку вертикального приемника. Данные обработки сигналов калибровки с фазовым номером k - 3 на разных фильтрациях сведены в таблицу, В таблице отражены результаты калибровки вертикальной компоненты.

В первой колонке таблицы показаны номера включенных при воспроизведении фильтров, во второй измеренные на воспроизведенной записи амплитуды, в третьей эти амплитуды восстановленные по эксполфф/z ненциальному множителю е, в четвертой физическое увеличение сквозных камалов рассчитанное по формуле (5) описания, в последней увеличение рабочей регистрации по формуле изобретения.

Затухания колебаний определялись по известному приему отсчета времени умень. шения амплитуд вдвое и составили около ников воспроизводят . совместно с введением записей исследуемых сейсмических событий, определяют степени затуханий Р собственных колебаний и фиктивные

45 смещения Х оснований сейсмоприемников на частотах.f и находят абсолютные увеличения Vr сейсмических каналов на частотах собственнйх колебаний по формуле ф пд где k — номер амплитуды собственных коле.баний ot начала записи.

2..Способ по п.1, о т л и ч з ю шийся тем, что совместно с воспроизведением записи исследуемых сейсмических событий воспроизводят ближайшие к ним по времени записи собственных колебаний сейсмоприемников.

ЗО

0,0065. Рабочее затухание сейсмоприемников было 0,45. Аналогичная обработка калибровки проводится для остальных компонент аппаратуры., Поскольку для определения смещения используют паспортные данные момента инерции и приведенной длины, а погрешность измерения тока современными приборами незначительна и не превышает 1, то основная погрешность зависит от точности измерения амплитуд и можно полагать, что общая погрешность способа лежит в пределах 2-4 .

Преимущество предлагаемого способа по сравнению со способом-прототипом состоит в простоте его реализации за счет применения сейсмоприемников в режимах генераторов собственных колебаний, повышении точности абсолютной калибровки камалов ма всех фильтрациях совместно с воспроизводимыми событиями, и, следовательно, в повышении достоверности геологических заключений по материалам сейсмических наблюдейий.

Формула изобретения

1. Способ калибровки сейсмических каналов с записью на промежуточный носитель, включающий подачу постоянного тока в катушки сейсмоприемников с известными параметрами, отключение рабочих затуханий сейсмоприемников, отключение постоянного тока, запись с ослаблением и собСтвенных колебаний сейсмоприемников на промежуточный носитель, воспроизведение собственных колебаний, измерение по нйм частот f и амплитуд Ак в области установившихся колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, записи собственных колебаний сейсмоприем1755229

Составитель А. Мыш

Техред М,Моргентэл Корректор Е. Папп

Редактор Н. Горват

Заказ 2891 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул,Гагарина, 101