Программное устройство для управления источником сейсмических волн

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсваСоцяал 3 стицеовмРеспубликйеудервтеепа кеметет СССР ее делам езебретеаЯ и еткрыткЯ(72) Автор изобретейия й. ф, Линчевский Южное морское научно производственное геолого-геофизическое объединение "Южморгео"(54) ПРОГРАММНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКОМ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛНИзобретение относится к области сейсмической разведки, а именно, к устройствам управления одним нля группой невзрывных источников с программным изменением частоты колебаний, и может быть использовано при сейсмических исследованиях как на суше, так и на море.Известно устройство для управления сейсмическим вибратором, которое может выдать управляющие сигналы гармонической формы заданной продолжигельносги с линейно-изменяющейся часгогой в диапазоне ог 10 до 400 Гд 1, Принднп действия этого устройства основан на плавной перестройке колебательного конгура.При регистрации относительно слабых вибросейсмических сигналов в целях повышения отношения сигнал/шум применяется многократное синхронное суммирование ряда вибрапионных воздействий на среду, что предъявляет высокие требования к точности воспроизведения управляющего сигнала развертки программным устройством (всеэто в равной мере относится и к сигналам, регистрируемым от другого типаисточников, например, невзрывного источника импульсного типа, поэтому дляупоошения описания будет рассматриваться один тип источника - вибратор).Из-за недостаточной температурнойи временной стабильности частото-аадаоших элементов и имеющегосяразбросаих параметров программным устройствам с перестраиваемым контуром свойственна относительно низкая (не лучше0,5%) линейность развертки частоты,невозможность установки и повторноговоспроизведения начальных и конечныхзначений частоты и фазы управлеопегосигнала, вследствие чего они не могутбыть использованы в аппаратуре управО ления вибраторов для многократного суммнрования первичных сигналов,Известно также программное устройство для управления источником сейсмвческих волн, которое состоит из тактового генератора импульсов постоянной частоты 1, выход которого, с одной стороны, через преобразователь частоты (представлен в схеме л +- разрядным нереверсивным накапливающим сумматором с группой из п управля емых ключей на входе) соединен со входом преобразователя импульсной последовательности в гармоническую функ-; цию 12 . С друт:ой стороны, выход тактового генератора через ступенчатый делитель частоты с коэффициентом передачи у, где 1 =0,1,2,3 число трйггеров в цеди деления часто-ты 1 р, устанавливаемое с помощью пе-, реключателя, подключен к счетному входу, Гп -разрядного счетчика тактовых импульсов, который, поразрядно соединен с управляемыми входами преобразователи частоты.При работе известного программного устройства на вход счетчика тактовых импульсов поступают импульсы с частотой -ф- е ЕСЛИ К МОМЕНту ПОДаЧИ тактовых импульсов счетчик находился в состоянии М И, то через время 1 в нем будет записано число И=М +- ФХ Я которое, непрерывно поступая на вход преобразователя частоты, суммируется в нем с частотой 1 р . При этом на выходе преобразователя частоты появляются импульсы переполнения, частота которых находится в линейной зависимости от времени и равна1 о1 Р(1) вне р: - д - нвчвнвнвн чвеевтв.ю+2развертки вскорость разверткив фЗ+12 частоты.Если требуемый диапазон изменения частоты Г задан нижним Г и верхним Г значениями, которым соответствуют граничные состояния счетчика тактовых импульсов йи й то приЯ )1 -ом положении переключателя длительяость Тр сигнала р звертки опреддится выражениемя(2)рПри проведении сейсмораэведочных работ вибрационным методом возникает необходимость возбуждения сейсмических колебаний с любым наперед заданным спектром, что из-эа необходимости оптимального согласования полезнойдлины записи регистратора с длительностью возбуждаемого сигнала можетбыть достигнуто только при независи 5 мом выборе длительности развертки идиапазона линейного изменения частоты.Как видно из выражений (1) и (2)в известном программном устройстве16 длительность развертки Тр зависитот выбранных значений граничных частот диапазона. Если потребовалось быизменить одну или обе граничных частоты, то это привело бы к изменению15 величины Т,Согласовать заданную длительностьразвертки с новым диапазоном частотможно было бы так, подобрав величинускорости развертки д. , что в те 2 й чение времени Т выходная частоталинейно изменялась бы от значения Г(в конце развертки). Для этого потребовалось бы изменить частоту заполие 5 ния счетчика тактовых импульсов путемизменения коэффициента передачи ступенчатого делителя частоты, задав приэтом дробное значение числа 1, чтов известном устройстве принципиальноневозможно осуществить с помощью переключателя, способного изменять коэффициент передачи указанного делителячастоты в сторону его увеличения илиуменьшения только в два раза,Кроме того, в известном устройствене предусмотрена возможность в широкйх пределах задавать значения какначальной, так и конечной частот диапазона развертки (диапазон ограниченО значениями Г =О и Г = Г ) не предусмотрен также выбор направления линейного изменения частоты (от Р, кГ или Г к Г ).Недостатки известного программного1 устройства при использовании его в качестве источника управляющих в аппаратуре возбуждения при указанных рабогах с необходимым подбором спектравозбуждаемых колебаний, согласованного с эффективной полосой частотной характеристики среды, определяемой, всвою очередь, конкретными сейсмо геологическими условиями иабпюдейия,юэ-аа уменьшения эффективной длины55записи полезных сигналов по отношениюк общей полезной длине записи регистратора привели бы к снижению доли энергии зарегистрированных сигналов по отношению к энергии помех, а это привело к снижению глубинности исследований.Цель предлагаемого изобретения - Увеличение глубинности исследований за счет обеспечения возможности независимого изменения параметров свип-сигнал ов,Она достигается тем, что в программном генераторе для управления сейсмическим вибратором, содержашем тактовый генератор импульсов, выход которого,с одной стороны, через основнойпреобразователь частоты подключен ковходу преобразователя импульсной последовательности в гармоническую функдию фи, с другой стороны, - к счетному входууправляемого делителя частоты, а такжереверсивный счетчик тактовых импульсов, кодовый выход которого поразрядно соединен с управляющими входамиуказанного основного преобразователячастоты, дополнительно введены аналогичный основному вспомогательный преобразователь частоты, схемы вычитания частот, переключатель и схема сравнения частот, а также три регистрадля ввода, соответственно, длительностиразвертки, нижней и верхней частот рабочего диапазона, причем вспомогательный преобразователь частоты включенмежду счетным входом указанного реверсивного счетчика и выходом управляемого делителя частоты, управляюшиевходы которого поразрядно соединены свыходом регистра длительности разверт 35ки, в управляющие входы указанного вспо-:могательного преобразователя частоъьпоразрядно соединены с выходом "разности" схемы вычитания частот, и, с40другой стороны, - со входами регистров верхней и нижней частот указанногопереключателя, причем один из двух кодовых выходов этого переключателя, поразрядно подключен к установочным вхо 45дам реверсивного счетчика, а другойк одному из двухкодовых входов схемы сравнения частот, второй вход которой порязрядно соединен с кодовым выходом того же реверсивного счетчика,а сбросовые входы всех пересчетныхэлементов генератора подкгпочены к выходу указанной схемы сравнения частот.На чертеже представлена блок схемапредлагаемого программного устройствадля управления источником сейсмических волй.,Программное устройство включает всебя тактовый генератор 1 импульсов,выход которого, с одной стороны, через основной преобразователь 2 частоты подключен ко входу преобразователя 3 импульсной последовательности в гармоническую функпию и, с другой стороны, к счетному входу управляемого делителя 4 частоты, реверсивный счетчик 5 тактовых импульсов, кодовый выход которого поразрядно соединен с управляющими входами основного преобразователя 2 частоты.Между счетным входом реверсивного счетчика 5 и выходом управляемого делителя 4 частоты включен вспомогательный преобразователь 6 частоты, управляющие входы которого поразрядно соединены с кодовым выходом "разности" схемы 7 вычитания частот, причем управляющие входы делителя 4 поразрядно подключены к кодовому выходу регистра 8 длительности разверт ки.Выход регистров верхней 9 и ниж ней 10 частот соответственно поразрядно соединены, с одной стороны, со входами ." "Уменьшаемого" и вычитаемого схемы 7 вычитания частот и, с другой стороны со входами верхней и нижней частот переключателя 11 частот. Один из двух кодовых выходов переключателя 11 поразрядно подключен к установочным входам счетчика 5, а другой - с одним из выходов схемы 2 сравнения частот, второй вход которой поразрядно соединен с кодовым выходом того же счетчика 5. Выходсхемы 12 сравнения частот подключен ко всем сбросовым входам пересчетных элемен тов программного устройства (на схеме не показано).Перед началом работы преобразователи 2 и. 6, счетчик 5 и делительнаходится в обращенном состоянии, переключатель 11 установлен в положение, соответствуюшее требуемому направлению изменения частоты выходного сигнала, в в регистры 8,9 и 10 введены численные значения, соответст венно, длительности разверткиР верхней Г и кижней Гчастот заданного диапазона развертки частоты.Пусть задано направление изменения частоты от Г к Г . Для этого переключатель 11 устанавливается в положение, при котором кодовый выход регистра 10 нижней частоты Г, будет подключен к установочным входам реверсивного счетчика 5, а кодовый выход651282 та но 5 ф в- нтВ момент, когда числовое содержание счетчика 5 достигнет значенияй = й(4), схеме 12 сравнения ф выдаст импульс сброс", и устройствобудет воэврашено в исходное состояние.Длительность Тр развертки частотыот Г до Га определяется как отношение разности числовых состояний 1 ф счетчика 5 в начале и конце развертки1к частоте счетных импульсов, поступающих с выхода преобразователя 6, иравнапа Т-д в " .: н (т)ртВыражение (7) ,йоказывает, что,длительность оазвертки сигнала в предлагаемом устройстве не зависит от за З данного диапазона изменения частоты иопределяется только оазрядностью счетных схем, частотой 1 о и числом йустановленным в регистре 8. Выбрав,пб, кнапоимер, частоту= 2 10 30 числу Й т будет соответствовать длительности Тр, задаваемая дискретно через 1 сек, при К=О через 0,1 секпри К=1,через 0,01 сек при К=2,и т.д.Подставляя значение Т р выра жение (5) найдем частоту, которая будет в конце, разверткиои н гпту+ ие в- и Т И,Р- гпту гл 2 н гпФП 6 Мт регистра 9 верхней частоты Е - к первому входу схемы 12 сравнения частот. Счетчик 5 при этом переводится в положение суммирования.По сигналу "пуск, который может быть подан как оператором, например, с помошью кнопки, так и от внешнего синхронизируюпего устройства, например, от регистратора сейсмостанции (на схеме не показано), производится установка в счетчике 5 числа Кн соответствуюшего частоте. Ги на выходе генератора 1 появляются тактовые импульсы с частотой 1 . Тактовые импульсы поступают на вход управляемого делителя 4 и на выходе последнего появляются импульсы с частотой - я - гг й где Н Г -численное значение длительности Тр , установленное в регистре 8.Частота выходных импульсов делителя 4, поступаюших на вход преобразователя 6, преобразуется последним в другую постоянную частоту, значение которой как и в основном преобразователе 2 частоты находится в линейной зависимости от поступающего на его управляюшие входы числа дйС выхода "разности" схемы 7, которая может быть выполнена, по любой иэ известных потенциальных схем вычитания, на управляющие входы преобразователя 6 непрерывно поступает число Ь М =К-й соответствующее разности частот Р - Гн . Следовательно, с выхода преобразователя 6 на вход счет чика 5 поступают импульсы с частотой Где И - число двоичных разрядов в преобразователе 6.Числовое содержание счетчика 5, начиная с момента "пуск, будет изменяться по законуТ в соответствии с которым частота,тактовых импульсов, поступаюших нв входосновного преобразователя 2, будет преобразована последним в частоту где Пг - число двоичных оазрядовв преобразователе 2. Как видно иэ выражения (5), частона выходе преобразователя 2 линейвоэрастает со скоростью Из выражения (8) следует, что конечная частота развертки равна заданному значению Г ЗПри задании направления изменения частоты от Р к Гн реверсивный счетчик 5 будет переведен в положение вычитания, а на его установочные входы будет подано переключателем 11 число й, установленное в регистре 9. На первый вход схемы 12 сравнения переключатель 11 подает число Мн, вве денное в регистр 10. Работа устройства в этом случае ничем не отличается от работы рассмотренного случая с воэраотанием частоты от Рн к ГрДля получения выходного сигнала с постоянной частотой в регистры 9 и 101 оГ= л пп вводится требуемое значение частоты, первый вход схемы 12 сравнения при этом отключается от выходов, регистров 9 и 10 переключателем 11. После ввода числа в счетчик 5 числовое содержание последнего изменяться не будет (импульсы с выхода преобразователя 6 в этом случае не поступают на вход счетчика 5 вследствие равенства Г= Г = Г ) и на выходе преобразователя 2 появятся импульсы с постоянной частотой В качестве преобразователя 3 импульсной последовательности в сигнал гармонической формы импульсной или синусоидальной) может быть использо;ван любой из известных преобразователей с постоянным коэффициентом передачи по частоте, например, такой, как в известном устройстве.Предлагаемое программное устройство для управления источником сейсмических волн обеспечивает формирование управляющих сигналов импульсной или синусоидальной формы с постоянной или лииейнъ-изменяющейся частотой, у которых длительность развертки и диапазон изменения частоты могут выбираться в широких пределах и независимо друг от друга, а направление изменения частоты может быть задано как в сторону возрастания, так и в сторону убывания частоты.Исполыование новых элементов - вспомогательного преобразователя, схемы вычитания, переключателя,и схемы сравнения частот, а также трех регистров для раздельного ввода выгодно отличает предлагаемое устройство от известных, так как при этом появляется возможность при максимальном:использовании полезной длины записи регисчрагора задавить в различных сейсмогеологических условиях тот спектр управляющего сигнала, который после возбуждения источником будет оптимальным образом согласован с частотной характеристикой среды. В результате возрастет доля энергии полезных сигналов по отношению к энергии помех, а это повысит глубинность исследований с невзрывным источником.Широкие пределы задания спектра упрввляюшего сигнала и возможность изменения направления развертки частоты 25 30 35 4 Я,расширяет существующий набор методов при проведении детальных сейсмических исследований, например, при прослеживании отдельных горизонтов с различными частотными характеристиками.И, наконец, автоматизация процесса установки скорости развертки частоты существенно повышает как точность задания сигналов с требуемыми характеристиками,так и удобство обслуживания программного устройства, ограничивая круг ручных и вычислительнйх операций вводом исходных данных, длительности сигнала развертки, диапазона частот и направления линейной разверт-1 ки частоты. формула изобретения Программное устройство для управления источником сейсмических волн, содержашее тактовый генератор импульсов, выход которого, с одной стороны, через основной преобразователь частоты подключен ко входу преобразователя импульсной последовательности в гармони- . ческую функцию и, с другой стороны - к счетному входу управляемого делителя частоты, а также реверсивный счетчик тактовых импульсов, кодовый выход которого поразрядно соединен с управляющими входами указанного основного преобразователя частоты, о т л и ч а ю - ш е е с я тем, что, с целью увеличения глубинности исследований за счет обеспечения возможности независимоЮго изменения параметров свил-сигналов, в него дополнительно введены аналогичный основному вспомогательный преобразователь частоты, схема вычитания частот, переключатель и схема сравньния частот, а также три регистра для ввода, соответственно, длительности развертки, нижней и верхней частот рабочего диапазона, причем вспомогатель ный преобразователь частоты включен к:ежду счетным входом указанного реверсивного счетчика и выходом управляемого делителя частоты, управляюшие входы которого поразрядно соединены с выходом регистра длительности развертки, в управляющие входы указанного вспомогательного преобразователя частоты поразрядно соединены с выходом разности схемы вычитания частот, и с другой стороны, - со входами регистров верхней и нижней частотЗаказ 798/42 Тираж 696 ПодписноеБНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 е Москва, Ж 35, Раушская набд. 4/5 фипиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 указанного переключателя, причем один из двух кодовых выходов этого переключателя поразрядно подключен к установочным входам реверсивного счет- часа, а другой - к одному из двух кодовых входов схемы сравнения частот, второй вход которой поразрядно соединен с кодовым выходом того же реверсивного счетчика, а сбросовые входы всех пересчетных элементов генератораподключены к выходу укаэанной схемысравнения частот.Источники информации, принятые во3 внимание при экспертизе1. Патент США % 3257623,кл 331-40, 1969,2. Авторское свидетельство СССРХ 239655, кл. 6 01 М 1/14, 1969.