Устройство распознавания сейсмических сигналов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическиеРеспублик(5 )М. Кл. б 01 У 1/24 Гоеудоретееккый комитат ав делам изобретении и открытииДата опубликования описания 28,02,83(72) Автор изобретен М. Ерунов ститут геологии и геофизики Сиб(71) Заявитель 54) УСТРОИСТВО РАСПОЗНАВАНИ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Изобретение относится к сейсмометрии и может быть использовано в автоматических телеметрических и автономных сейсмических станциях для управления их работой,Производство сейсмических измерений сопряжено с получением больших объемов информации, что затрудняет и зачастую делает невозможной ее регистр. рацию на магнитные носители, передачу по каналам связи и обработку на ЭВМ. Для уменьшения объемов регистрируемой или передаваемой информации, ее подвергают предварительной обработке, заклкм чаюшейся в выделении сейсмических сигналов землетрясений из общего потока сигналов, поступаюших с выходных зажимов сейсмометров. Для управления операциями выделения используются различные устройства распознавании сейсмических сигналов.Известно устройство амлитудного анализа для распознавания сейсмического снгнапа. Устройство содержит схему опеделения модуля входного сигнала, фильтр нижних частот, суммируюший усилитель,пороговый элемент и счетчик регулярности, соединенные в последовательную цепь, 5причем второй вход порогового элементаподключен к выходу схемы определениямодуля входного сигнала1.Недостатками устройства являютсязависимость коэффициента превышенияпорога амплитудной селекции над уровнем микросейсм от уровня микросейсмического шума и высокий относительныйуровень наименьших распознаваемых сигналов, составляющий не менее 2-3 поотношению к уровню микросейсм.Наиболее близким к предлагаемомутехническим решением является устройство распознавания сейсмических сигналов, содержашее соединенные последом тельно усилитель и полосовой фильтр сигнала вертикальной компоненты трехкомпонентного блока сейсмометров и соединен.ные последовательно пороговый элемент,блок взвешивания и счетчик регулярнос 1000971тн, УЦР 1 ГЯОЦПЦ ВХОД КОТОРОГО ЧЕРЕЗблок коцтроя регулярности соедин и свыходом порогового элемента2.Недостатком устройства являетсявысокий относит.1 ьц 1 й уровень цаменьшнх распознаваемых сигналов, составляклиих не менее 2-3 по отцошецшо к уровню микросейсм.Цель изобретения - повышение эффектигцости устройства путем снижения относительного уровня распознаваемых сейсмических сигналов.Поставленная цель достигается тем,что в устройство распознавания сейсмических сигналов, содержацее соединенные 5последовательно усилитель и полосовойфильтр сигнала вертикальной компоненть трехкомпонецтного блока сейсмометрови соединенные последовательно пороговьй элемент блок взвешивания и счет- Очик регулярностиуправляющий вход которого через блок контропя регулярностисоединен с выходом порогового элемента,введены последовательно соединенныеусилители и полосовые фильтры сигналов 25горизонтальных компонент и блок суммированиямежду тремя входами которогои выходами полосовых фильтров сигналоввсех компонент введены формирователимодулей компонент, а между выходом ЗОи етвертьм входом блока суммированиявведены соединенные последовательнокомцаратор, ключ и блок отслекиванияуровня микросейсмических колебаний,второй выход .которого подклкчен к пер 35вому входу порогового элемента, приэтом второй вход последнего связан свыходом клоча, второй вход которогосоединен с выходом блока суммирования,а также введен формирователь сигнального интервала, включенный между выходом счетчика регулярности и вторымвходом блока отслеживания уровня микросейсмических колебаний, при этом второй вход формирователя сигнальногоинтервала соединен с выходом блокаконтроля регулярности, а выход - с выходом устройства,На фиг, 1 приведена функциональнаясхема устройства распознавания сейсми 50ческих сигналов; ца фиг, 2 - функциональ-ная схема формирователя сигнальногоинтервала; ца фиг. 3 - функциональнаясхема блока отслеживания микросейсм,функциональная схема предлагаемого55устройства распознавания сейсмическихсигналов (фиг. 1) содержит трехкомпонентный блок 1 сейсмометров, включакхший одну вертикальную Х - компоненту и дв горидоцтал 1,ц 1,х - ц У-компонентэ усилитель 2, поОсоцой филеэтр3 и блок 4 форкироиция модулякомпоненты сейсми еского сигцала, усилитель 5, поОсогой фильтр 6 и блок 7формирования модуля горизонтальныхХ-компоненты сигнала, усилитель Я, полосовой фильтр 9 и блок 10 формирования модуля горизонтальной У-компоненты сигнала, блок 11 суммирования, кл 1 оч12, компаратор 13, блок 1.4 отслекивация микросейсм, пороговый элемент 15,блок 16 взвешивания, счетчик 17 регулярности, блок 18 контроля р .гуаярцости и формирователь 19 сигнального интервала.формирователь 19 сигнального интервала может быть выполнен в соответствии с функциональной схемой (фиг, 2)и содержать инвертор 20, схемы 21 и22 совпадения и 5-триггер 23. Второй вход формирователя 19 соединен свходом К триггера 23 через схему 21совпадения, второй вход которой соединен с первым входом формирователя 19и с входом б триггера 23 через ицвертор 20 и схему 22 совпадения, на.второй вход которой поступают с достаточно высокой частотой т импульсысброса.Пример реализации блока 14 отсльживания микросейсм представлен нафиг. 3, Он содеркит соединенные последовательно целитель 24 напряжения, оцициз входов которого соединен с первымвходом блока 14, а второй - с источником компенсирующего напряжения Оключ 25, управляющий вход которогосоединен с вторым входом блока 14,интегратор 26, выход которого соединенс первым выходом блока, инвертируюшийусилитель 27 и выходной делитель 28,выход которого соединен с вторым выходом блока 14,Устройство работает следующим образом.Трехкомпонентный блок 1 сейсмометров под воздействием микросейсмических колебаний и появляющихся на их фоне сейсмических сигналов землетрясений генерирует электрические сигналы, соответствуюшие 7:, Х- и У-компонентам сейсмического сигнала, Электрические сигналы с выходов ЕХ и У блока 1 через соответствующие усилители 2,5 и 8 и полосовые фильтры,3,6 и 9 поступают на входы блоков 4,7 и 10 формирования модулей У-, Х-и У-компонецт/А,/:/А,/ъ сейсмического сигнала, Выходные си 11- налы блоков 4,7 и 10, соответствующие модулям компонент, поступают на входы блока 11 суммирования, на выходе ко торого формируется суммарный сигнал, приближенно соответствующий модулю трехкомпонентного сейсмического сигнала, воздействующего на блок 1.Известно, что микросейсмические ко. лебания представлены, в основном, рэлее 1 О скими волнами. Рэлеевские волны обладают объемной эллиптической поляризацией, при которой модуль колебания изменяется незначительно, но постоянно меняется направление вектора отклонения, что приводит к несовпадению фаз колебаний различных компонент Х, У и 2 . Сложение всех трех компонентмикросейсм,поступающих на входы блока 11, происходит по закону Рэлея для суммы ко лобаний со случайным соотношением фаз гдеА- среднеее значение модуляЧмикросейсм;) А- среднее значение модулейцккомпонент микросейсм.Начальная группа колебаний сейсмического сигнала землетрясения представлена объемными волнами, обладающими линейной поляризацией, при коротой изменяется, в основном, модуль колебания. Следовательно, сложение компонент сигнала в блоке 11 происходит по алгебЗ 5 раическому закону где А - модуль сигнала;А / - среднее значение модулей компонент сигнала. 4 О Улучшение соотношения сигнал/шум в этой первой части устройства равно/А,/,/А.к/ ИД 1 Д ./ одд 3 ен;ук 3 о Выходной сигнал блока 11 поступает на входы ключа 12 и компаратора 13. Компаратор 13 срабатывает при.превышении входным напряжением уровня, заданного на его втором входе, выходной сигнал компарагора 13 поступает на управляющий вход ключа 12 и открывает его, С выхода ключа 12 сигнал поступает на второй вход порогового элемент м15 и первый вход блока 14 отслеживания микросейсм. Блок 14 формирует нв первом вь.оде напряжение, соответствую 971 бшее среднему за определенный, например5-20 мин, интервал времени уровнюмодуля микросейсм ) М /, но имеющеепротивоположную полярностье котораяпоступает на четвертый вход блока 11суммирования и вычитается из его выходного сигнала.В случае/А /М/ Я)А),где А, / - модуль микросейсм;ЯАМ/- отклонение модуля микросейсм от среднего значения, соо-ношениемежду / М) и Я А,/ следующее,Так как микросейсмические колебания обладают эллиптической поляри,зациейтблизкой к круговой, то модуль микросейсм изменяется с течением времениотносительно слабо и его отклоненияот среднего меньше или, по крайнеймере, равны среднему значению модуля:ЯА -")а в)А 1 О,Ь)К, 1/.Поэтому вычитание среднего значениямодуля микросейсм из модуля сейсмического сигнала по крайней мере в дввраза, улучшит отношение сигналушум навыходе ключа 12, Улучшение отношениясигнал/шум во второй части устройства/Ас/ /Ас(К = - : = 12,/Км ///+ЧАм 1 ю/Ам 1 так какАм 1- / ьОбщее увеличение отношения снгналтушум, обеспечиваемое устройством, составляетК = К" Ку/3 2-3,4.На втором выходе блока 14 формируется напряжение, пропорциональное среднему .значению модуля микросейсмМ/ и с полярностью, соответствующей полярности сигнала на первом входе бло ка 14. Это напряжение поступает на второй вход порогового элемента 15 и используется для задания порога срабатывания Цпор элемента 15 в зависимости от уровня микросейсм, и, следовательно, поддержания заданного отношения порогового уровня к уровню микросейсм.Блок 14 отслеживания микросейсм (фиг, 3) работает следующим образом.В рабочем режиме ключ 25 открыт нулевым потенциалом на втором входе блока 14. Входной сигнал, поступающий на первый вход блока 14 и являющийся нескомпенсированной частью модуля микросейсм 6 А//, имеющий вид отдельных однополярных импульсов в форме отр - ков синусоиды случайной амплитуды, через верхнее плечо делителя 2 1, и10009ключ 25 поступает на вход интегратора 26. Одновременно срез нижнее плечо делителя 24 и клоч 25 на вход интегратора 26 воздействует источниккомпенсирующего напряжения 01, пос тоянный ток которого через делитель 24 нейтрализует (в среднем) импульсы тока источника входного сигнала. При появ. денни рассогласования токов интегратор, 26 накапливает разностный сигнал и изменяет напряжение на первом выходе блока, которое используется в схеме устройства распознавания для компенсации уровня микросейсм. Выходное напряжение интегратора 26 поступает также через интегрирующий усилитель 27 и выходной делитель 28, служащий для задания коэффициента превышения распознаваемого сигнала над уровнем микросейслл, на второй выход блока 14.20В режиме хранения ключ 25 закрыт высоким потенциалом на втором входе блока 14 вход интегратора 26 отсоединен от первого входа блока 14 и на выходе,выходах блока 14 сохраняется величина напрякения, достигнутая к моменту закрытия ключа 25.Импульсы с выхода порогового элемента 15 поступают на входы блока 18 30 контроля регулярности и блока 16 взвешивания. Блок 18 контроля регулярности при появлении на его входе переднего фронта импульса формирует выходной "предупрехдаошийф сигнал, посредством которого разрешает работу счетчика 17 регулярности и формирователя 19. Этот хе сигнал поступает на первый выход устройства к регистратору . Блок 16 взвешивания формирует последовательнос ти с числом импульсов, пропорциональным (с заданным коэффициентом), дли тельности входного импульса, Выходные импульсы блока 16 взвешивания поступают на счетный вход счетчика 17 регу лярности, имеющего заданную емкость.Если выходные импульсы порогового элемента 15 порождены выбросом микросейсм, имеющим органиченную длительность, то счетчик 17 регулярности не успевает заполниться и через заданное время посде прохождения последнего импульса, например., через 0,5-1 с, снимается сигнал Предупреждение" и на выходе блока 18, что приводит к сбросу счетчика 17 в состояние 0, Появление сейсмического сигнала 1 соф держащего, например, четыре периода регулярных линейно-поляризованных ко 71лебаний, приводит к переполнению счетчика 17. Выходной импульс счетчика 17,формируемый при его переполнении, поступает на первый вход формирователя19, на выходе которого в этот моментпоявляется сигнал "Подтверждение, поступающий на второй выход устройствак регистратору и на второй вход блока14 отслеживания микросейсм, переводяего в режим хранения уровня. Во времяработы в режиме хранения блок 14 нереагирует на изменение сигнала, поступающего на его первый вход и его выходныенапряжения остаются неизменными доконца действия подтверждающего сигналана втором входе блока, т.е. до окончаниясигнала землетрясения,Через заданное время после снятия входного импульса, например через 0,5-1 сна выходе блока 18 устанавливаетсянулевой потенциал. Это приводит к остановке и сбросу в состояние "О счетчика 17 регулярности, снятию сигнала фПодтверждение" на выходе формирователя19 и втором выходе устройства и переводу в рабочий режим блока 14 отслеживания микросейсм.Формирователь 19 (фиг. 3) работаетследующим образом. В исходном состоянии на обоих входах поддерживается потенциал логического нуля, при этом схема 21 совпадениязакрыта, схема 22 совпадения открытачерез инвертор 20 и импульсы сбросаХ поступают на вход 5 триггера 23,поддерживая на его выходе состояниефО". При появлении уровня логической1 на первом входе схема 22 совпадения закрывается, а схема 21 совпаденияоткрывается, но состояние выхода ДЯтриггера 23 не меняется. Первый импульс, поступивший на второй вход формирователя 19, проходит через схему21 совпадения и переводит выход 5триггера 23 в состояние 1"; последующие импульсы, поступающие на второйвход, не изменяют состояния триггера.После снятия логической 1 .с первого входа формирователь 19 переходитв исходное состояние,Устройство распознавания сейсмических сигналов позволяет снизить относительный уровень распознаваемых сигналовдо отношения сигнал/микросейсм равного0,6 - 0,9. по сравнению с 2-3, обеспечиваемым известным устройством.Результаты испытаний подтвердилиповышенную помехоустойчивость предла9 10009 гаемого устройства н возможность раопознавания слабых сигналов сейсмических событий, сравнимых с уровнем мик рос ейсм.Положительный эффект предлагаемого устройства состоит из возможности расширения области применения автоматических сейсмостанпий. Производительность труда при использовании автоматических станций и использованием данного устрой-)О ства возрастает в 10 раз по сравнению с непрерывной регистрацией, Устройство позволит расширить область применения автоматических станций в 2 раза.5 формула изобретения 25 30 Устройство распознавания сейсмических сигналов, содержащее соединенные последовательно усилитель и полосовой фюп тр сигнала вертикальной компоненты трехкомпонентного блока сейсмомет- ров и .соединенные последовательно пороговый элемент, блок взвешивания и счетчик регулярности, управляющий вход которого через блок контроля регулярности соединен с выходом порогового элемейта, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью повышения эффективности устройства путем снижения относительного уровня распознаваемых сейсмических сигналов, в него введены последовательно соединенные усилители и поло 71 30совые фильтры сигналов горизонтальныхкомпонент и блок суммирования, междутремя входами которого и выходами полосовых фильтров сигналов всех компонент введены формирователи модулейкомпонент, а между выходом и четвертым входом блока суммирования введены соединенные последовательно компаратор, ключ и блок отслеживания уровнямикросейсмических колебаний, второйвыход которого подключен к первомувходу порогового элемента, при этомвторой вход последнего связан с выходом ключа, второй вход которого соединен с выходом блока суммирования,а также введен формирователь сигнального интервала, включенный между выходом счетчика регулярности н вторымвходом блока отслеживания уровня мнкГ)росейсмических колебаний, при этомвторой вход формирователя сигнальногоинтервала соединен с выходом блокаконтроля регулярности, а выход - с выходом устройства.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Многоканальная станция цифровойрегистрации типа СЦР, Описание и инструкция по эксплуатации. М., ИфЗ АН СССР,1973.2. Авторское свидетельство ССССРЫ)69978, кл. 5 011 3/00 1976Подписноенного комитета СССений и открытийРаущская наб., д. 4/