Устройство для спектрального анализа сейсмических сигналов

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 14.Ч11966 (№ 1083135/26-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 31.V.1967. Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 31 VII.1967

Кл. 42tn, 36

42с, 42

MIlK G 061

G 0lc

УДК 681.142.001.57:550.,340.8(088.8) Комитет по делагл изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Авторы изобретения

И. С. Чичинин, В. Г. Розин, Н. А. Якунин, В. Н. Кузаков, Ю. В. Михаэлис и Г. П. Евчатов

Институт автоматики и электрометрии СО АН СССР

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА

СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Известны способы спектрального анализа сейсмических сигналов, основанные на использовании сейсмической энергии вибратора.

Предлагается устройство для спектрального анализа сейсмических сигналов. Оно содержит лентопротяжный механизм для транспортировки полевой магнитограммы, каретку с блоком магнитных головок, цифроаналоговый преобразователь, фильтр, широтно-импульсный модулятор, переключатели, барабан оперативной памяти, редукторы, усилители с фильтрами, перемножители, генератор рабочих косинусоид, фазовращатель, интеграторы, блок головок, барабан выходной информации, барабан для бумаги с перопнсцем и стрелочный индикатор фазы. Это устройство отличается от известных тем, что привод лентопротяжного механизма магнитной ленты через редуктор соединен с магнитным барабаном оперативной памяти, подключенным через второй редуктор .к установленным на оощей оси магнитному и бумажному барабанам выходной информации, Установленный на подвижной каретке лентопротяжного механизма блок считывающих маг,нитных головок сейсмических и опорных каналов соединен с цифроаналоговым преобразователем, выход которого через фильтры низких частот, широтно-импульсные модуляторы и один из контактов двухполюсного переключателя подключен к блоку универсальных магнитных головок барабаня оперативной памяти, Этн головки через вторые контакты переключателя соединены со входами усилителей с фильтрами. Выходы двух усилителей подключены к генератору косинусоид, а выходы остальных усилителей — к одним из входов перемножителей, другие входы которых соединены через фазовращатель с генератором косинусонд, а выходы подключены ко входам ин10 тегряторов. Выходы интеграторов через персключатель барабана выходной информации соединены с блоком универсальных магнитных головок, подключенных через вторые контакты упомянутого переключателя и усилитель пере15 записи к перописцу бумажного барабана. Это устройство, дает возможность повысить качестьо восстановления импульсной сейсмограммы по пскаженпой частотнои характеристике геологической среды.

20 Схема описываемого устройства приведена и а ч ертеже.

Лентопротяжный механизм 1 .предназначен для транспортировки почевой магнитограммы

2, полученной на вибрационной сейсмостанции, 25 Блок 8 магнитных гоloBoK для считывания записей установлен на каретке 4 и способен перемещаться вдоль полевой магнитограммы для совмещения начала временнбго отсчета этой пленки с соответствующим временем машины.

30 Цифроаналоговый преобразователь 5, фильтр

197310

65 б, широтно-импульсный модулятор 7, переключатель 8 олока магнитных головок и блок 9 магнитных головок служат для перезаписи сигналов на барабан 10 оперативной памяти.

Последний служит для увеличения скорости обработки сейсмограмм; он имеет п+6 каналов: и=12 —:24 каналов используется для записи сейсмических сигналов, а из шести вспомогательных три канала служат для записи упомянутых выше опорных косинусоид, полученных в вибрационной сейсмостапции, на других трех каналах хранятся записанные однажды от некоторого постороннего генератора три опорные косинусоиды, фазы, которых в среднем по совокупности равны соответствующим фазам опорных косинусоид, регистрируемых в вибрационной сейсмостанции.

Блок магнитных головок используется как для записи, так и для воспроизведения путем переключения его переключателем 8. Барабан оперативной памяти связан с лентопротяжным механизмом через редуктор 11.

Вместо оарабана оперативной памяти можно использовать кольцо из широкой перфорированной магнитной ленты. В процессе считывания сигналы с барабана оперативной памяги параллельно по п каналам подаются через усилители 12 с фильтрами на входы перемножителей 18. Другие входы перемножителей соединены с генератором 14 рабочих косинусоид через фазовращатель 15. Выходы перемножптелей подключены ко входам интеграторов 1б. Сигналы с выходов интеграторов записываются при,помощи олока 17 головок на съемную магнитную ленту, натянутую на барабан 18 выходной информации, который имеет общую ось с барабаном 19 для бумаги, На бумагу при помощи перописца 20 поканально через,переключатель 21 и усилитель 22 перезаписи могут быть переписаны результаты обработки. Барабан выходной информации связан с барабаном оперативной памяти при помощи редуктора 28, который обеспечивает один неполный оборот барабана 18 приблизительно за

2500 оборотов барабана 10.

Генератор косинусоид предназначен для формирования текущих косинусоид:

А, cos (cot — q; ) m=0,1,2, ..., М; М =2500. Одновременно с каждой текущей косинусоидой генератор 14 должен выдавать две опорные косинусоиды А,.cos (о,t — ср,) и номер т-ной текущей косинусоиды в виде импульсов в двоичном коде, Кодовые импульсы, соответствующие номеру т, регистрируются с некоторой разрядкой на магнитную пленку барабана 18:для использования их в качестве метоK времени в резулb чирующей сейсмограмме. Опорная косинусоида A„cos (со.:t — срс ) с наивысшей частотой сравнивается по фазе с опорной косинусоидой

A« cos (а; — ср„), переписанной на барабан оперативной памяти с полевой магнитограммы. При возникновении рассогласования указанных косинусоид вырабатывается сигнал ошибки, который, складываясь с пилообразным напряжением генератора (не показан), обеспечивает получение напряжения, изменяющего эту ошибку в сторону уменьшения. Частота следования импульсов генератора синхроннзнруется с импульсами от замыкания контактов 24 при помощи кулачка, установленного на барабане оперативной памяти.

Для окончательного согласования фаз текущих косинусоид cos (c! t — ср, ), вырабатываемых в генераторе косинусоид, с соответствующими косинусными членами служит фазовращатель, управляемый сигналами рассогласования фаз опорных косинусоид А«сов (о;t — ср;) и А...cos(co;;t — q,;о ).

В динамике устройство выполняет операцию

1((m t) — RJ (L) соз (сОщ(— ющ) ctt (1) т, где m=0,1,2, ...,, М; М=2500;

At=2 10 > сек;

l, Т., и — некоторые постоянные;

cc — величина, определяющая скорость изменения частоты вибратора;

Р (/) — функция, полученная на выходе вибрационной сейсмостанции, она равна где h(t,,) — искомые ординаты импульсной сейсмограммы; пЯ вЂ” некоторая случайная помеха.

Предполагается, что на исходной магнитной пленке параллельно записаны и различных функций Rz (t) (и = 12 —:24 — число сейсмотрасс в сейсмостанции); кроме того, на этой же пленке имеются раздельные записи,нескольких трех-, четырехопорных косинусоид типа cos((o;t — ср,) I=1,2,3,..., полученных B вибрационной сейсмостанции,на магнитной линии задержки, которая имитирует идеальные геологические среды с одной отражающей границей с временем пробега волны Т; Особенностью операции (1) является то, что скорость а изменения частоты вибратора, входящая в выражение для фазы qm, может меняться во времени, следуя некоторой программе

ntt(t) лишь приблизительно(с точностью 5—

10 /О). При этом программа не фиксируется; поэтому в функцию машины входит автоматическое определение величины а и ввод ее в фазу ср,, Полевую магнитограмму, свернутую,в виде кольца, заправляют на лентопротяжный механизм таким образом, чтобы начало записей полевой магнитограммы приблизительно совпало с началом записи на барабан оперативной памяти, и затем включают редуктор, связываю197310 щий лентопротяжный механизм с барабаном

10. Передаточное число редуктора сделано таким, что один оборот кольца соответствует одному обороту барабана 10. В процессе вращения кольца и барабана 10 вручную совмещают начало временнбго отсчета полевой магнитограммы с ссответствующим временем,вращения барабана 10 путем перемещения каретки, добиваясь при этом совпадения фаз опорных косинусоид А „cos (н„ t — cp,-) и

А,, соз(0,t — cp,) по стрелочному индикатору фазы 25.

При массовой обработке полевых магнитограмм процесс перемещения каретки может быть автоматизирован. Следует отметить, что процесс совмешения фаз осуществляется на том участке полевой магнитограммы, где заранее известно, что скорость изменения частоты вибратора, т. е. величина а, равна с точностью до 5 — 10% наперед заданнои постоянной величине <х0, которая была использована для рас. чета фаз опорных косинусоид:

COS 00t — iЫПг + t

2, 2 (О гт з хранящихся в барабане 10. На других участках .величина и может меняться в широких пределах.

По совмещении времени отсчета начинают поканально,перезапись сигналов и полевой магнитограммы на барабан 10 со скоростью B десятки раз большей, чем та скорость, которая применялась в вибрационной сейсмостанции для записи на полевую магнитограмму.

При использовании быстродействующего цифроаналогового преобразователя всю полевую информацию можно перезаписать при одном ходе полевой магнитограммы. В этом случае необходимость кольцеванпя этой магнитограммы отпадает.

После того как вся исходная информация перезаписана на барабан 10, начинается ее обработка. При этом редуктор переключается на другую скорость, которая обеспечивает в десятки раз большую скорость вращения барабана 10, чем при перезаписи на него. В результате такой двойной трансформации скорости первоначальный процесс, записанный на полевую магнитограмму и имеющий длительность

3 — 30 иин, считывается с барабана 10 за доли секунды. Считываемые сигналы поступают на входы перемножителей через усилитель 12 с фильтром. Фильтр служит для сужения общего динамического диапазона считываемых сигналов в случаях, когда перепад амплитуд на вхаде перемножителей оказывается недопустимо большим для качественного перемножения.

На другие входы перемножителей подаются текущие рабочие косинусоиды А,сов(и t — р ), вырабатывающиеся в генераторе косинусоид и пропущенные через фазовращатель.

Номер рабочей косинусоиды меняется:на один с каждым оборотом барабана 10. В течение циклов, когда генератор косинусоид выдает текущие рабочие косинусоиды, имеющие

5 о

15 го

25 зо

65 частоту, близкую к частоте первой опорной косннусо; ды А„соз(0)gt — гр0, ), фазовращатель управляется сигналом рассогласования первой пары опорных косинусоид, т. е. A,ños(co>t — ср <)

ii А,.cos(o. — cp). Когда частота текущей рабочей косннусоиды приближается ко второй опорной косинусоиде, фазовращатель, начиная с некоторой частоты, управляется второй парой опорных косинусоид, и т. д.

Число пар опорных косинусонд определяется допусками на величину а, а также пределами изменения этой величины в процессе работы вибратора. Если вибратор следует в своей работе с точностью до 5 — 10% некоторому наперед заданному закону 0(t), причем отношение 5, то можно ограничиться тремя па"0 (t)min рами опорных косинусоид. При больших отклонениях величины а число пар опорных косинусоид следует увеличить.

Перемноженные на перемножнтелях сигналы поступают на интеграторы и,после интегрирования записываются на барабан 18. Сброс накопленного в интеграторе сигнала осуществляется после каждого оборота барабана 10, поэтому выходная информация оказывается записанной на барабан 18 в виде амплитудноимпульсной мадуляции. По окончании обработки результирующая сейсмограмма может быть поканально воспроизведена и перезаписана на бумагу барабана 19 при помощи перописца. Съемная магнитная лента, натягиваемая набарабан18, по своим параметрамдолжна быть согласована с лентой, используемой в серийной сейсмостанции. Поэтому по магнитограммам, получаемым на выходе устройства, может быть прн необходимости построен геологический разрез нз серийно выпускаемых машина. для интерпретации сейсмических таины .

Предмет изобретения

Устройство для спектрального анализа сейсмических сигналов, содержащее лентопротяжный механизм для транспортировки полевой магнитограммы, каретку с блоком магнитных головок, цифро-аналоговый преобразователь, фильтр, широтно-импульсный модулятор, переключатели, барабан оперативной памяти, редукторы, усилители с фильтрами, перемножители, генератор рабочих:косинусоид, фазовращатель, интеграторы, блок головок, барабан выходной информации, барабан для бумаги с перописцем и стрелочный индикатор фазы, отличаюи ееся тем, что, с целью повышения качества восстановления импульсной сейсмограммы по искаженной частотной характеристике геологической среды, привод лентопротяжного механизма магнитной ленты через редуктор соединен с магнитным барабаном оперативной памяти, подкгпоченным через второй редуктор к установленным на общей оси магнитному н бумажному барабанам, выходной

197310

Составитель Е. Б. Елагин

Редактор Л. М. /Каворонкова Текред А, А. Камышникова Корректоры: М. П. Ромашова и Н. И. Быстрова

Заказ 2180/3 Тираж 535 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открыгий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2 информации, причем установленный на подвижной каретке лентопротяжного механизма блок считывающих магнитных головок сейсмических и опорных каналов соединен с цифроаналоговым,преобразователем, выход которого через фильтры низких частот, широтноимпульсные модуляторы и один из контактов двухполюсного переключателя подключен к блоку универсальных магнитных головок барабана оперативной памяти,,которые через вторыг контакты переключателя соединены со входами усилителей с фильтрами; выходы двух усилителей подключены к генератору косинусоид, а выходы остальных усилителей — к одним из входов перемножителей, вторые входы которых соединены через фазовращатель с генератором косинусоид, а выходы подключены ко входам интеграторов; выходы интеграторов через .переключатель барабана выходной информации соединены с блоком универсальных магнитных головок, подключенных через вторые контакты упомянутого переключателя и усилитель перезаписи к перописцу бумажного барабана.