RU157470U1 - Буй для сбора сейсмических данных - Google Patents

Abstract

1. Буй для сбора сейсмических данных, содержащийпервый корпус с герметичным разъемом,связанное с первым корпусом средство плавучести,второй корпус, соединенный кабелем с герметичным разъемом корпуса,расположенный в первом корпусе, по крайней мере, один первый сейсмический датчик с модулем обработки сигнала,расположенный во втором корпусе, по крайней мере, один второй датчик с модулем обработки сигнала,расположенные в первом корпусепроцессорный модуль, включающий контроллер, модуль памяти и сетевой контроллер, подключенный к герметичному разъему,соединенный с процессорным модулем модуль приемопередатчиков, включающий радиомодуль и модуль приемника глобальной навигационной системы,аккумулятор,модуль управления питанием, подключенный к аккумулятору, процессорному модулю, модулю приемопередатчиков, модулю обработки сигнала первого датчика и, через герметичный разъем, к модулю обработки сигнала второго датчика,а процессорный модуль соединен с модулем обработки сигнала первого датчика и, через герметичный разъем, с модулем обработки сигнала второго датчика.2. Буй по п. 1, отличающийся тем, что в качестве первого датчика применен геофон.3. Буй по п. 1, отличающийся тем, что во втором корпусе расположены два вторых датчика, один из которых является геофоном, а другой гидрофоном.4. Буй по п. 1, отличающийся тем, что в первом корпусе размещен модуль управления зарядом, подключенный к аккумулятору и герметичному разъему.5. Буй по п. 1, отличающийся тем, что на корпусе установлены световые маяки.6. Буй по п. 1, отличающийся тем, что на корпусе установлен крюк для извлечения буя из воды.

Description

Полезная модель относится к аппаратуре геофизических методов исследования земной коры, в частности к сбору сейсмических данных в процессе проведения сейсморазведочных работ и может быть использована для геофизического исследования морских акваторий.

Известен релейный буй (патент US 7016260, G01V 1/38, 2006 г. Содержащий корпус со средством плавучести, расположенные в корпусе процессор, модуль памяти, радиомодуль, модуль GPS, аккумулятор, модуль управления питанием, модуль акустической связи. Данный буй предназначен для приема, хранения и передачи информации с донных станций на центральный узел обработки данных, что ограничивает сферу применения этого технического решения.

Известен буй для записи сейсмических данных (опубликованная заявка US 2013/0155806, G01V 1/38)содержащий корпус со средством плавучести, расположенные в корпусе процессор, модуль памяти, радиомодуль, модуль GPS, аккумулятор, модуль управления питанием, инерциальную систему для определения относительного места положения, сейсмический датчик и модуль обработки сигнала.

Средство плавучести позволяет указанному бую совершать погружение в воду на заданную глубину. Запись принятого сигнала осуществляется как во время нахождения на заданной глубине, так и во время спуска/подъема буя.

Недостатком известного решения является невозможность полного устранения помех в виде волны-спутника или многократной волны. Кроме того, создающийся при вертикальном перемещении буя шум, ослабляет и искажает принимаемый сигнал. Другим недостатком является то, что абсолютные координаты положения буя при помощи GPS определяются только два раза - при установке и извлечения буя из воды. В остальное время координаты рассчитываются при помощи инерциальной системы навигации, что также вносит искажения и усложняет конструкцию.

Технический результат использования предлагаемой полезной модели заключается в расширении арсенала технических средств буев для сбора сейсмических данных за счет улучшения качества принимаемого и записываемого сигнала(сигнала с минимальным уровнем искажений). Также, данное техническое решение обеспечивает появление дополнительных возможностей для последующей обработки данных за счет применения нескольких чувствительных датчиков. Кроме того, предлагаемое решение позволяет упростить и сократить время работы с буем.

Буй для сбора сейсмических данных содержит первый корпус с герметичным разъемом. На первом корпусе закреплено средство плавучести, выполненное, например, в виде поплавка. Второй корпус соединен кабелем с герметичным разъемом первого корпуса.

В первом корпусе расположен, по крайней мере, один первый сейсмический датчик с модулем обработки сигнала, а во втором корпусе расположен, по крайней мере, один второй датчик с модулем обработки сигнала. Как будет показано далее, количество и тип сейсмических датчиков может быть различным. Модуль обработки сигнала предназначен для усиления и преобразования в цифровую форму исходного сигнала от сейсмического датчика.

Кроме этого, в первом корпусе расположены процессорный модуль, включающий контроллер, модуль памяти и сетевой контроллер, а также соединенный с процессорным модулем модуль приемопередатчиков, включающий радиомодуль и модуль приемника глобальной навигационной системы.

Как будет показано далее, радиомодуль предназначен для обмена информацией с обслуживающими судами. Приемник глобальной навигационной системы может работать как с системой GPS, так и с системой ГЛОНАСС.

В качестве сетевого контроллера может быть применен любой известный контроллер, поддерживающий протоколы цифровой передачи данных. В наиболее предпочтительном случае это может быть контроллер Ethernet или WiFi. Электрические цепи сетевого контроллера подключены к герметичному разъему первого корпуса.

Также в первом корпусе расположены аккумулятор и модуль управления питанием, подключенный к аккумулятору, процессорному модулю, модулю приемопередатчиков, модулю обработки сигнала первого датчика и, через герметичный разъем, к модулю обработки сигнала второго датчика.

Модуль управления питанием обеспечивает стабильное высококачественное питание электронных модулей буя, позволяющее обеспечить надежное без потерь и искажений преобразование и запись принятых сигналов.

Для обеспечения записи полученных данных процессорный модуль соединен с модулем обработки сигнала первого датчика и, через герметичный разъем, с модулем обработки сигнала второго датчика.

В частном случае выполнения заявленного технического решения в качестве первого датчика, размещенного в первом корпусе, может быть применен геофон, а во втором корпусе могут быть расположены два вторых датчика, один из которых является геофоном, а другой гидрофоном. При этом второй корпус, поскольку он не имеет средств плавучести (поплавка), в процессе работы буя в водной среде оказывается расположенным ниже первого корпуса. Глубина расположения второго корпуса относительно первого определяется длиной кабеля, которая может варьироваться в зависимости от конкретных условий исследований.

Применение нескольких сейсмических датчиков позволяет проводить дополнительные операции при последующей математической обработке полезной записи, улучшающие соотношение сигнал/шум и позволяющие повысить общее качество данных.

Запись сейсмических данных с помощью приемников колебаний, заглубленных на разную глубину (верхний геофон и нижняя сборка датчиков геофон и гидрофон) позволяет применять технологию подавления волн-спутников, что также положительно сказывается на качестве данных при минимальном удорожании единицы информации.

Сложение сигнала, записанного двумя сейсмическими приемниками, расположенными друг над другом, расширяет полосу частот. При этом сохраняются преимущества получения сейсмических данных на малых заглублениях приемника, так и на больших заглублениях. Вертикальный разнос двух регистрирующих приемников также позволяет разделить поле восходящих сейсмических волн от нисходящих, тем самым облегчая подавление многократных волн помех, образующихся за счет повторяющихся отражений от зеркальной поверхности водного слоя.

В другом частном случае выполнения, в первом корпусе может быть размещен модуль управления зарядом, подключенный к аккумулятору и герметичному разъему.

Для облегчения поиска буя в темное время суток и при плохой видимости на корпусе могут быть установлены световые маяки.

Для облегчения выемки буя из воды на первом и втором корпусах может быть установлен крюк для извлечения буя из воды.

Для лучшего понимания сути предлагаемого технического решения ниже приводится описание конкретного примера выполнения полезной модели, не являющееся ограничительным примером практической реализации буя для сбора сейсмических данных со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:

На фиг. 1 изображен общий вид буя.

На фиг. 2 изображена функциональная схема буя.

На фиг. 3 изображена схема работы буя в составе системы сбора сейсмических данных.

Буй 1 для сбора сейсмических данных (фиг. 1) содержит корпус 2 с герметичным разъемом 3, расположенным в нижней части корпуса 2. Для обеспечения положительно плавучести буя 1 на корпусе 2 закреплен поплавок 4, выполненный, например, из пенопласта, заключенного в пластиковый корпус. Дополнительный корпус 5 присоединен посредством кабеля 6 к герметичному разъему 3. В верхней части корпуса 2 установлена антенна 7 и световые маяки 8.

Для обеспечения операций спуска/подъема буя на/из воды на корпусе 2 и дополнительном корпусе 5 установлены крюки 9 и 10 соответственно.

Внутри корпуса 2расположены модуль 11 процессора, модуль 12 управления питанием, аккумулятор 13, модуль 14 управления зарядом, модуль 15 приемопередатчика и первый сейсмический датчик 16 с модулем 17 обработки сигнала.

Модуль 11 процессора содержит программируемый микроконтроллер 18, управляющий работой остальных элементов буя, память 19, служащую для записи настроек и сейсмических данных, а также контроллер Ethernet 20. Электрические цепи последнего выведены на разъем 3 для передачи данных и настроек между буем и компьютером в то время, когда буй не находится в воде, а кабель 6 отсоединен от разъема.

Модуль 12 управления питанием обеспечивает выдачу электропитания с требуемыми параметрами другим элементам буя по командам микроконтроллера 18. Электропитание буя осуществляется от аккумулятора 13, процессом заряда которого, в свою очередь, управляет модуль 14 управления зарядом.

Модуль 15 приемопередатчика включает в себя приемник 21 глобальной системы навигации GPS/ГЛОНАСС, обеспечивающий при поступлении на него питания получение от спутников данных о точном времени и координатах буя, и радиомодуль 22, обеспечивающий по командам микроконтроллера 18, благодаря антенне 7, связь с внешним передатчиком, например, расположенном на сервисном судне.

В конкретном случае выполнения предлагаемой полезной модели первый сейсмический датчик 16 представляет собой геофон, преобразующий амплитуды сейсмического сигнала, достигшего чувствительного элемента датчика, в электрический ток соответствующего напряжения. Электрический сигнал с выхода геофона поступает на модуль 17 обработки сигнала, включающий усилитель 23 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 24.

Датчик 16, расположенный в корпусе 2 буя и подключенный в электрическую схему как акселерометр, регистрирует колебательные ускорения частиц среды. За счет его нахождения в приповерхностных слоях воды, спектр, регистрируемого сигнала расширяется в сторону высоких частот, увеличивая разрешающую способность метода, за счет меньшей длины волны.

Усилитель 23 усиливает сигнал с датчика 16 до необходимого для работы АЦП уровня. Аналогово-цифровой преобразователь 24 преобразует значений напряжения электрического тока в цифровую форму. После данного преобразования сейсмические данные в цифровой форме записываются под управлением микроконтроллера 18 в память 19.

Для того, чтобы усилитель 23 и АЦП 24 давали стабильные гарантируемые параметры, модуль 12 управления питанием обеспечивает питание с малыми уровнями шумов и пульсаций, что увеличивает отношение сигнал/шум и предотвращает появление на выходе АЦП ложных кодов.

Во втором корпусе 5 расположены два вторых датчика, один из которых датчик 25 является геофоном, а другой 26 - гидрофоном. Каждый из этих датчиков имеет собственный модуль 27 обработки сигнала, включающий усилитель 28 и АЦП 29. Конструкция и функциональное назначение модулей 27 аналогичны модулю 17.

Выходы АЦП 29 через кабель 6 и разъем 3 подключены к модулю 11 процессора для записи оцифрованных данных под управлением микроконтроллера 18 в память 19.

Расположение датчиков 25 и26во втором корпусе 5, заглубленном на кабеле 6 относительно первого корпуса2,позволяет исключить влияние приповерхностных шумов окружающей среды (ветер, дождь, волнения верхнего водного слоя, приповерхностных течений и т.д.). Чем больше заглубление датчика, тем выше соотношение полезного сигнала к уровню помех и меньше влияние погодных условий на проведение работ. Так же при увеличении глубины расширяется частотный спектр сейсмического сигнала в сторону крайне низких частот и тем самым увеличивается итоговая глубина проникновения сейсмического сигнала и общая глубинность работ.

Нижняя сборка сейсмических датчиков данного устройства, состоящая из близко расположенных друг к другу геофона 25 и гидрофона 26, позволяет производить синхронный прием колебаний вертикальным геофоном (Z) и гидрофоном (P). Геофон измеряет колебательную скорость частиц среды, а гидрофон - изменение давления в водном слое, созданное колебаниями этих частиц. При этом колебания скорости частиц среды опережают изменение давления среды на π/2. Благодаря данному фазовому сдвигу и различию характеристик направленности компонент датчика, возможно применение операции PZ-суммирования, которая направлена на подавление интерференции волн-помех в ближней зоне и соответственно улучшение качества сейсмических данных.

Электрические цепи модуля 12 управления питанием выведены на разъем 3 для управления через кабель 6 питанием (прим. Датчики гидрофон и геофон пассивные, не потребляют электроэнергию) модулей 27 обработки сигнала.

Электрические цепи модуля 14 управления зарядом также выведены на разъем 3 для осуществления зарядки аккумулятора во время регламентных работ.

Оцифровка аналогового сигнала происходит непосредственно во втором корпусе 5. Таким образом, в память 19 устройства по кабелю 6 подается уже оцифрованный сигнал, что дает возможность использования различных комбинаций и видов сборок нижних датчиков, расположенных во втором корпусе, - от гирлянд гидрофонов и многокомпонентных датчиков, до одиночных гидрофонов, в зависимости от конкретных геолого-геофизических условий проведения работ, а также от поставленных целей исследований. При этом длина кабеля 6,соединяющего первый 2 и второй 5 корпуса, также может варьироваться.

Также сборки датчиков в дополнительных корпусах являются взаимозаменяемыми. Данная унификации снижает затраты на разработку и тестирование новых видов датчиков, а также облегчает методику проведения работ и непосредственно снижает общую стоимость их подготовки и проведения.

Кроме того, передача принятого сигнала в цифровом виде исключает потерю и искажение полученных данных.

Пример работы буя в составе системы сбора сейсмических данных показан на фиг. 3. В начале работ буй 1, предварительно запрограммированный на сбор сейсмических данных с требуемыми параметрами, с заряженным аккумулятором, сбрасывается с борта сейсмического судна 30, проводящего работы с плавающими косами 31 на акваторию, где проводятся исследования. С шагом, определяемым геологическим заданием или проектом на работы, последовательно сбрасываются другие буи.

В процессе работ буй свободно дрейфует от места сброса, принимая с помощью датчиков (геофонов и гидрофона) и записывая на внутреннюю память, сейсмические данные. Данные представляют собой запись отраженных и преломленных структурными элементами земной коры акустических волн, порожденных пневматическим источником сигнала сейсмического судна 30.

Данные, записанные с помощью сейсмических буев на удалениях источник-приемник достигающих до 200 км, позволяют построить с помощью волнового моделирования геолого-геофизический разрез глубинностью до 40-45 км.

Благодаря встроенному GPS/ГЛОНАСС приемнику, полученные данные синхронизируются с точным временем. Также с требуемой периодичностью определяются и сохраняются вместе с записываемыми сейсмическими данными координаты буя. Данные регистрируются с требуемыми для конкретной задачи и задаваемыми перед началом работ параметрами сбора данных (частота дискретизации, коэффициенты усиления, задержка начала сбора данных после сброса буя).

В процессе работы между буем и сервисным судном 32, предназначенным для работы с буями, происходит обмен информацией в режиме, не мешающем сбору сейсмических данных. Обмен осуществляется благодаря наличию радиомодуля и приемопередающей антенны 7 на буе и бортового оборудования комплекса для работы с буями, включающего радиомодем, на сервисном судне 32. На судно 32передается информация о координатах буя, состоянии памяти (нормальном протекании процесса записи данных) и состоянии аккумулятора (напряжение на элементах питания).

При пороговом низком заряде аккумуляторов для обеспечения энергией радиоканала в режиме поиска буев по команде модуля 12 управления питанием происходит отключение сбора данных.

После удаления сейсмического судна с источником возбуждения сейсмических сигналов на требуемое расстояние от первого сброшенного буя, осуществляется его поиск сервисным судном 32 с помощью данных о местоположении, получаемых по радиоканалу.

Для обнаружения буя в темное время суток и при плохой видимости используются световые маяки, включаемые по радиоканалу.

Далее буй при помощи крюка 9 поднимается на борт сервисного судна 32. Кабель 6 отсоединяют от герметичного разъема 3, подключают к этому же разъему кабелем Ethernet внешний компьютер и считывают сейсмические данные с памяти 19.Затем осуществляется проверка работоспособности буя, программирование и подготовка к работе. Зарядка внутренних аккумуляторов также осуществляется через разъем 3 от внешнего источника питания. После сбора партии буев они передаются на сейсмическое судно 30 и цикл работ повторяется.

Claims (6)

1. Буй для сбора сейсмических данных, содержащий

первый корпус с герметичным разъемом,

связанное с первым корпусом средство плавучести,

второй корпус, соединенный кабелем с герметичным разъемом корпуса,

расположенный в первом корпусе, по крайней мере, один первый сейсмический датчик с модулем обработки сигнала,

расположенный во втором корпусе, по крайней мере, один второй датчик с модулем обработки сигнала,

расположенные в первом корпусе

процессорный модуль, включающий контроллер, модуль памяти и сетевой контроллер, подключенный к герметичному разъему,

соединенный с процессорным модулем модуль приемопередатчиков, включающий радиомодуль и модуль приемника глобальной навигационной системы,

аккумулятор,

модуль управления питанием, подключенный к аккумулятору, процессорному модулю, модулю приемопередатчиков, модулю обработки сигнала первого датчика и, через герметичный разъем, к модулю обработки сигнала второго датчика,

а процессорный модуль соединен с модулем обработки сигнала первого датчика и, через герметичный разъем, с модулем обработки сигнала второго датчика.

2. Буй по п. 1, отличающийся тем, что в качестве первого датчика применен геофон.

3. Буй по п. 1, отличающийся тем, что во втором корпусе расположены два вторых датчика, один из которых является геофоном, а другой гидрофоном.

4. Буй по п. 1, отличающийся тем, что в первом корпусе размещен модуль управления зарядом, подключенный к аккумулятору и герметичному разъему.

5. Буй по п. 1, отличающийся тем, что на корпусе установлены световые маяки.

6. Буй по п. 1, отличающийся тем, что на корпусе установлен крюк для извлечения буя из воды.

Images