Устройство для записи сейсмоэлектрических сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИ 7386 СПУБЛИК С 0111/О ЕТЕЛЬСТВ ВТОРСНОМ Демин, Майбук йство по с я тем отли - о формиров ента взрыв а ель сигнала отме мо соединен с датчико через электронно-о светодиод - фотоди мом Взрыв ическую па ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЭОБР(71) Институт физики Земли им.О.Ю.Шмидта(56) Авторское свидетельство СССРУ 174380, кл. С 01 Ч 11/00, 1965,Смирнов В.Г, и др. Станция сейсмоэлектрических исследований(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПИСИ.СЕЙСМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее усилители, магнитные регистраторы, генератор марок времени идатчик момента взрыва, о т л и ч а -ю щ е е с я тем, что, с целью повыщения эффективности и экономичностигеофизических работ путем повышениячувствительности, увеличения динамического диапазона записываемых сигналов, полосы их частот и точностиопределения времени вступления этихсигналов, в него введены три магнитные антенны - низкочастотная, среднечастотная и высокочастотная, три по:лосовых фильтра - низкочастотный,среднечастотный и высокочастотньйсумматор, 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 этовыход низкочастотного полосовогофильтра 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 запи- Се си соединены с выходом генератора марок времени, при этом выход первого формирователя сигналов записи соединен с входом первого магнитно- Я го регистратора,а выход второго фор- м, мирователя сигналов записи соединен фр с входом второго магнитного регистратора.2. Устро п 1Изобретение предназначено дляиспользования в разведочной геофизике.Цель изобретения - повышение эффективности и экономичности геофизических работ путем повышения чувствительности аппаратуры, увеличениядинамического диапазона записываемыхсейсмоэлектрических сигналов, полосы их частот и точности определениявремени вступления этих сигналов,На фиг,1 изображена блок-схемаустройства.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 10сигналов записи (ФСЗ), сумматор 11,второй ФСЗ.12, датчик 1 З.моментавзрыва, электронно-оптическую пару14 светодиод - фотодиод, формирователь 15 сигнала отметки момента взрыва, генератор 16 марок времени,первый 17 и второй 18 видеомагнитофоны,Устройство работает следующим образом,Сейсмоэлектрические сигналы,принимаемые антеннами 1 - 3, усиливаются усилителями 4 - 6 и поступаютна входы полосовых фильтров 7 - 9,С выхода НЧПФ 7 сигнал поступает напервьй вход первого ФСЗ 10. Сигналыс выходов СППФ 8 и ВЧПФ 9 поступают на входы сумматора 11, а свыхода сумматора 11 сигнал, содержащий среднечастотные и высокочастотные составляющие, поступает на первый вход второго ФСЗ 12,Применение в качестве датчиковсейсмоэлектрических сигналов трехмагнитных антенн позволяет резкоуменьшить влияние промышленных шумов, а следовательно,. значительноповысить чувствительность устройства. Кроме того, применение комбинации магнитных и полосовых фильтровпозволило получить практически равномерную частотную характеристикуприемного тракта устройства в диапазоне от 200 Гц до 3 МГц.Формирование равномерной частотной характеристики происходит следующим образом.где- длина волны принимаемых колебаний;Г - частота принимаемых колеба Оний;- площадь сечения антенны;скорость света;- количество витков антенной Я с ч) катушки;15р - действующее значение магнитной проницаемости сердечника антенны;Я(Г) - коэффициент, учитывающийрезонансные свойства антенны.На фиг.2 приведен график зависимости действующей высоты магнитнойантенны от частоты.В области частот, лежащих заметно ниже резонансной частоты магнитной антенны, график имеет линейныйподъем, который равен +20 дБ надекадуПри приближении к резонансу график зависимости действующейвысоты магнитной антенны от частоты становится сугубо нелинейным.Однако, если использовать при приеме только область частот с линей 1"ной зависимостью Ь (Е) и применить 35 частотно-зависимую коррекцию - 20 дБна декаду, частотная характеристика такого приемного тракта будетравномерной в этой области частот.Этот принцип использован в предлага емом устройстве.На фиг.З показаны зависимости действующих высот трех приемных магнитных единиц и частотные характеристЪки соответствующих полосовых фильт ров.Позициями 19-2 1 показаны зависимости действующих высот соответственно НЧ, СЧ- и ВЧ-магнитных антенн отчастоты; 20 - 24 - амплитудно-частотные характеристики соответственноНЧ-, СЧ- и ВЧ-полосовых фильтров;25 - результирующая частотная характеристика приемного тракта.Из графиков зависимости дейст вующих высот магнитных антенн отчастоты и соответствующих амплитудно-частотных характеристик полосовых фильтров видно, как формируется Как известно, приведенная действующая высота магнитной антенны описывается выражениемЬ = -- )РОЮ = -- - 1 р ЧИ) 218 2112 Я а Х ца с аравномерная частотная характеристика приемного тракта в полосе прозрачности каждого полосового фильтра.Приведение чувствительности устройства в каждой полосе частот к одному уров ню достигается выбором соответствующего коэффициента усиления усилителей 4 - 6. Применение раздельного приема среднечастотных (20-200 кГц) и высокочастотных (200 кГц - 3 МГц)О составляющих сейсмоэлектрического сигнала облегчает техническую реализацию устройства, В противном случае, для канала с полосой 20 кГц - 3 МГц необходимо чрезмерно большое усиле 15 ние и большой динамический диапазон усиления, что может привести к его усложнению, принятию специальных мер для повышения устойчивости 1 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 Зо поступает на вторые входы ФСЗ10 и 12.Электронно-оптическая пара светодиод - фотодиод служит для гальванической развязки датчика момен 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 45 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 тативные радиостанции, однако их применение приводит к ряду дополнительных технических трудностей, таких как согласование радиостанции с аппаратурой, защита передающей станции от 55 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 регистрируемыхсигналов.В предлагаемом устройстве в качестве марок времени используются импульсы синхронизации полного теЛевиэионного синхросигнала, Присутствие в сигналах записи полного телевизионного синхросигнала необходима для обеспечения работЬ 1 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 в 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 в,у Р 200 нгц 7 мгц уапц гц Фсе. л оставитель В,Зверевехред Л.Сердюкова Корректор М,демчи Редактор Л,Пчелинска Тира ВНИИПИ Госуда по делам 113035, МосквЗаказ 6472/4 728твенногобретенЖ,Подпися комитета ССС й и открытий аушская наб., 4/ оизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,3 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 кГц) и высокочастотной 20 кГц) частях спектра является важным инфор. мационным параметром.Таким образом, раздельная запись на два видеомагнитофона низкочастотной и высокочастотной составляющих спектра сейсмоэлектрического сигнала позволяет регистрировать сейсмоэлектрическнесигналы с динамическим диапазономдо 80 дВ. Положительный эффект достигаетсяв результате повышения чувствитель О ности устройства, увеличения динамического диапазона записываемых сигналов, полосы их частот и точностиопределения времени вступления этихсигналов.