RU160473U1 - Донная станция - Google Patents

Abstract

1. Донная станция, содержащая сборный герметичный корпус с внешним гидрофоном, электрическим герморазъемом и вакуумпортом, блоки сопряжения с бортовым модулем, такелажные элементы, а также размещенные внутри корпуса геофизическую аппаратуру, содержащую блок геофонов, цифровой компас, блок питания и блок управления и регистрации под управлением процессора, включающий АЦП и блок памяти, причем компас соединен с блоком геофонов через связанные между собой по мультиплексным каналам связи платы регистратора и интерфейсной платы блока управления и регистрации, выполненных под управлением микроконтроллеров и соединенных с платой задающего генератора, связанной по каналам мультиплексной связи с блоком геофонов, при этом интерфейсная плата соединена с блоком питания, а плата регистратора с гидрофоном, отличающаяся тем, что блок питания выполнен из аккумуляторов, установленных в шахматном порядке в кольцеобразный кожух, а регистратор содержит систему самотестирования по каждому из четырех каналов, выполненную в виде программно-аппаратного блока и дополнительно снабжена предварительным усилителем с низким уровнем шумов «чопером».2. Донная станция, отличающаяся тем, что индикатор состояния, размещенный с внешней стороны корпуса и соединенный с интерфейсной платой, расположен рядом с устройством управления индикатором.3. Донная станция по п. 1, отличающаяся тем, что задающий генератор выполнен синхронизируемым от встраиваемых атомных часов.4. Донная станция по п. 1, отличающаяся тем, что блок питания состоит из литий-ионных аккумуляторов типа 18650.5. Донная станция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве «чопера» содержит чип ADA 4528.6. Донная станция п

Description

Полезная модель относится к морским автономным донным сейсмическим станциям, предназначенным для проведения сейсмической съемки в различных климатических условиях на акваториях с глубинами от О до 500 метров, в прибрежной зоне и на суше для получения бесшовного профиля.

Известны донные сейсмические станции [RU 24890, 2002; Глубоководная донная самовсплывающая сейсмическая станция АДС-8 / Соловьев С.Л., Контарь Е.А., Дозоров Т.А., Ковачев С.А. // Известия АН СССР Физика Земли, 1988, №9, с. 459-460; Ocean Bottom Seismometer (OBS) Systems. Company Profile/Project Companies Kieler Umwelt und Meerestechnik GmbH (K.U.M.), Signal-Elektronik und Nets Dienste GmbH (SEND), April 2002, 11 p.], представляющие собой герметичный корпус, снабженный устройством постановки на дно, внутри которого размещена аппаратура регистрации гидроакустических сигналов с соответствующими фильтрами, формирователями, преобразователями, накопителями информации, схему синхронизации, источник питания и устройство определения ориентации подводного модуля.

Основным недостатком донных сейсмических станций является недостаточная мощность сигнала и искажение акустических сигналов за счет наличия границы грунт-металл, что, в конечном итоге, приводит к искажению результатов измерений. Кроме того, использование механизмов откидывания и прижима к грунту недостаточно эффективно вследствие их сложности, отсутствия контроля за их установкой, что приводит к попаданию блока измерительных датчиков в рыхлый грунт дна и, как следствие, к нарушению работоспособности.

Известна (RU 2294000, 2007) донная станция, содержащая герметичный корпус, состоящий из двух полусфер, снабженных в месте сочленения уплотнительным кольцом, внутри которого размещена геофизическая аппаратура, включающая измерительные датчики-геофоны и гидрофоны, блок управления и регистрации, включающий модули приема, регистрации, преобразования и хранения зарегистрированных сигналов, выполненные под управлением процессора, блоки сопряжения с внешними устройствами, в том числе бортовым модулем при всплытии, спутниковый и гидроакустический каналы связи, блок ориентации, блок синхронизации, блок управления размыкателем и блок питания. На внешней поверхности корпуса установлены гидроакустическая и спутниковая антенны, средства для поиска донного модуля при всплытии, такелажные элементы и разъемы, устройство постановки на дно, выполненное в виде якоря-балласта.

Недостатками станции являются ограниченный диапазон применения в прибрежной зоне, на мелководье, где наблюдаются турбулентные движения воды и подводные течения, что вызывает искажения сигнала и сложность формирования бесшовного сейсмического разреза на границе суши и сопряженных участках шельфа, а также недостаточная автономность.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому решению является донная станция (RU 11691, 2011), содержащая герметичный корпус с контейнером цилиндрической формы со скругленными поверхностями крышки и донной области и выпуклой крышкой, на внешней поверхности корпуса установлен внешний гидрофон, электрический герморазъем, вакуум-порт, индикатор состояния и такелажные элементы. Внутри корпуса размещены блок геофонов, цифровой компас, блок питания и блок управления и регистрации, выполненный с обеспечением возможности приема, регистрации, преобразования и хранения зарегистрированных сигналов, включающий АЦП и блок памяти. Компас соединен с блоком геофонов, представляющим собой правую ортогональную тройку геофонов, через связанные между собой по мультиплексным каналам связи платы регистратора и интерфейсной платы блока управления и регистрации, выполненных под управлением микроконтроллеров и соединенных с платой задающего генератора, связанной по каналам мультиплексной связи с блоком геофонов. При этом интерфейсная плата соединена с блоком питания, а плата регистратора с гидрофоном и содержит четыре одинаковых, раздельных канала соединений с блоком геофонов и гидрофоном с обеспечением возможности приема, обработки и записи колебаний во флэш-память, как продольных, так и поперечных волн по четырем компонентам в направлениях X, Y, Z от блока геофонов и компоненте Н от гидрофона.

При этом блок геофонов и гидрофон связаны по каналам мультиплексной связи с многофункциональным чипом платы регистратора, содержащим программируемый усилитель и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), с обеспечением возможности приема, обработки и записи колебаний по четырем компонентам в направлениях X, Y, Z от блока геофонов и Н от гидрофона. Вышеуказанный программируемый усилитель предпочтительно выполнен с обеспечением возможности выбора и сохранения коэффициента усиления по каждому каналу и дополнительно содержит предварительный усилитель, установленный в канале связи с гидрофоном.

Плата регистратора снабжена цифровым фильтром низких частот (ФНЧ), реализованным программно-аппаратным образом на основе программируемого чипа, вход которого соединен с выходом АЦП, а выход с микроконтроллером платы регистратора, выполненным с обеспечением возможности преобразования битовых последовательностей информации от каждого канала датчиков геофонов и гидрофона в байто-страничную структуру, записи ее в блок памяти, а также обеспечением возможности синхронизации работы систем платы регистратора в едином времени от датчиков геофонов и гидрофона в байто-страничную структуру, записи ее в блок памяти, а также обеспечением возможности синхронизации работы систем платы регистратора в едином времени от задающего генератора. Блок памяти платы регистратора при этом, может быть выполнен в виде энергонезависимой флеш-памяти.

Фильтр нижних частот, в предпочтительном варианте полезной модели содержит четыре раздельных канала обработки сигнала по четырем компонентам от гидрофона и блока геофонов, выполненные с обеспечением возможности передачи обработанного сигнала в последовательном коде, в виде битовой последовательности на микроконтроллер платы регистратора и снабжен программно-аппаратными средствами передачи обработанного сигнала на микроконтроллер со сдвигом по фазе сигналов соседних каналов друг относительно друга, в предпочтительном варианте на 0,25 периода квантования друг от друга.

Блок геофонов снабжен программно-аппаратным средством коррекции ориентации в направлении оси X, связанным с данными цифрового компаса и, в зависимости от контролируемых платой регистратора положения и данных цифрового компаса, с обеспечением возможности корректировки данных непрерывно во времени при постановке на профиле. Определение ориентации компонент при постановке донного модуля на профиле за счет корректировки ориентации блока геофонов в направлении оси X по данным цифрового компаса позволяет синхронизировать работу сети донных станций на профиле и обеспечить максимально достоверные результаты измерений.

Интерфейсная плата содержит микроконтроллер и синхронизатор, выполненный с обеспечением возможности синхронизации работы всех донных станций, работающих на профиле по сигналам GPS или ГЛОНАСС, а также с обеспечением возможности синхронизации блока управлении 5

регистрации к текущему времени.

Недостатками станции являются недостаточный срок автономной работы и уход внутренних часов при длительных сроках эксплуатации, невозможность при данной конструкции станции обеспечить больший запас энергии в аккумуляторах, а также недостаточная чувствительность.

Технической задачей, решаемой авторами, являлось повышение надежности работы донной станции.

Технический результат достигался тем, что в донной станции, содержащей сборный герметичный корпус с внешним гидрофоном, электрическим герморазъемом и вакуумпортом, блоки сопряжения с бортовым модулем, такелажные элементы, а также размещенные внутри корпуса геофизическую аппаратуру, содержащую блок геофонов, цифровой компас, блок питания и блок управления и регистрации под управлением процессора, включающий АЦП и блок памяти, причем компас соединен с блоком геофонов через связанные между собой по мультиплексным каналам связи платы регистратора и интерфейсной платы блока управления и регистрации, выполненных под управлением микроконтроллеров и соединенных с платой задающего генератора, связанной по каналам мультиплексной связи с блоком геофонов, при этом интерфейсная плата соединена с блоком питания, а плата регистратора с гидрофоном, блок питания выполнен из аккумуляторов, установленных в шахматном порядке в кольцеобразный кожухе, схема регистратора дополнительно снабжена предварительным усилителем с низким уровнем шумов «чопером» систему самотестирования по каждому из четырех каналов, а регистратор содержит система самотестирования выполненную в виде программно-аппаратного блока.

Особенностью конструкции станции является сочетание схемы расположения аккумуляторов в шахматном порядке и включение в состав станции системы самотестирования по каждому из четырех каналов и 6

регистратора, содержащего как программируемый усилитель, так и предварительный усилитель с низким уровнем шумов, так называемый «чопер». При этом использование схемы расположения аккумуляторов в шахматном порядке позволило не меняя корпуса станции использовать литий-ионные аккумуляторы типа 18650, что повысило не только повысило ее автономность, но и создало определенный запас энергоресурсов, что в свою очередь позволило усовершенствовать регистратор, включив в него кроме программируемого усилителя, предварительный усилитель с низким уровнем шумов, что позволяет повысить чувствительность системы на порядок (низкий уровень шумов системы крайне важен при работе на средних и больших глубинах, где внешние сейсмические шумы, как правило, малы), а также систему самотестирования по каждому из четырех каналов. Система самотестирования представляет собой программно-аппаратный блок, входящий в Блок регистрации донной станции. Система самотестирования позволяет перед каждой постановкой станции на дно подавать известные сигналы на геофоны с последующим считыванием из памяти, визуализацией и сравнением с эталоном реакции от подаваемых импульсов; тем самым исключается возможность постановки на профиль станции с параметрами не соответствующими норме, а также повысить надежность ее работы. В качестве «чопера» станция, как правило, содержит чип ADA 4528.

В оптимальном варианте индикатор состояния, размещенный с внешней стороны корпуса и соединенный с интерфейсной платой, расположен рядом с устройством управления индикатором, что позволяет работать с индикатором в стойке из группы станций и значительно повышает удобство работы с донной станцией на профиле.

Одной из особенностей станции является то, что задающий генератор синхронизируется от встраиваемых атомных часов, что позволяет уменьшить уход внутренних часов станции до 3*10-10, что принципиально для 7

надежности и точности работы станций на профиле с длительными постановками (более месяца). Для атомных часов может использоваться, например, устройство Quantum SA.45.s Csac. Донная станция имеет возможность определять величину ухода в микросекундах своих внутренних часов относительно времени UTC за время нахождения на профиле, что позволяет использовать эту величину в обработке сейсмической информации.

Донная станция может содержать дополнительно внутри корпуса систему контроля вакуума, т.е. герметичности корпуса; результаты контроля выводятся на внешние устройства и на индикатор состояния, расположенный на внешней стороне корпуса. Контроль за состоянием вакуума внутри корпуса позволяет исключить постановку на профиль негерметичной донной станции.

Корпус может быть снабжен съемными грунтозацепами, повышающими сцепление с грунтом дна, что особенно важно в прибрежной зоне, где присутствуют различные течения, которые могли бы смещать стацию и тем самым создавать значительные сейсмические шумы.

Полезная модель донной станции, получившей условное наименование «ТАРТЛ», иллюстрируется чертежами: фиг. 1 - вид станции в разрезе по вертикали, на фиг. 2 - горизонтальный разрез станции, фиг. 3 - схема расположения геофонов и элементов питания, фиг. 4 - блок-схема станции.

На внешней поверхности герметичного контейнера 1 станции, изготовленного из немагнитного материала, например нержавеющей стали или алюминиево-магниевого сплава, располагаются гидрофон 2, коннектор 3 для инициализации станции, считывания информации и подзарядки блока питания, индикатор состояния 4 и устройство управления индикацией 5. Внешние устройства защищены полукольцами 6, изготовленными из полимерного материала. Внутри контейнера 1 располагаются блок геофонов 8

7, блок регистрации и управления 8, блок самотестирования 9, блок питания 10, атомные часы 11 и малошумящий предусилитель 12. На днище станции при постановке в прибойных зонах и зонах с сильным течением могут устанавливаться грунтозацепы 13. В блоке геофонов 7 геофоны горизонтальных составляющих X 16 и Y 15 располагаются попарно симметрично относительно геофона 14 вертикальной составляющей Z для минимизации влияния их магнитных масс на показания компаса станции. Литий-ионные аккумуляторы 17 в батарее элементов 18 располагаются в «шахматном» порядке для увеличения автономности станции по питанию и также попарно симметрично относительно вертикальной оси станции для снижения влияния на показания компаса магнитных масс элементов питания.

На блок - схеме фиг. 4, помимо вышеописанных, введены следующие обозначения: 19 - модуль заряда станции, 20 - модуль микроконтроллера управления, 21 - модуль расчета текущей емкости, 22 - модуль измерения температуры, 23 - внешние и бортовые устройства, 24 - интерфейс, 25 - микроконтроллер 2, 26 - блок памяти, 27 - регистратор, 28 - микроконтроллер 1, 29 - АЦП, 30 - схемы питания, 31 - флэш-память, 32 - программируемый усилитель, 33 - датчик вакуума, 34 - компас, 35 - задающий генератор.

Работа станции осуществляется следующим образом. Перед постановкой станций на дно осуществляется зарядка блока питания 10. Зарядка батареи литий-ионных элементов питания 18 осуществляется через модуль зарядки батарей 19 под управлением контроллера 20. При этом контролируется текущая емкость батарей и их температура модулями 21 и 22. Проводится вакуумизация станций. С помощью внешних устройств 23 через интерфейс 24 проводится инициализация станций, синхронизация часов 11 и с помощью системы самотестирования 9 осуществляется проверка всех станций. Станции устанавливаются на дно и осуществляют регистрацию сигналов от блока геофонов 7 и гидрофона 2.

9

Внесенные в конструкцию станции изменения - троекратное увеличение автономности по питанию, более чем на порядок увеличенная точность часов, контроль герметичности и текущей емкости батареи позволяет существенно повысить производительность работ. Так, после подъема станций на борт, с помощью индикатора состояний 4 осуществляется контроль герметичности станции по показаниям датчика вакуума 33, определяется текущая емкость батарей по показаниям модуля 21 и состояние регистратора. При штатных параметрах показаний индикатора 4, станции выставляются на следующий профиль без скачивания текущей информации, а станции с нештатными показаниями заменяются запасными. Скачивание информации в бортовой блок производится сразу для нескольких отработанных профилей во время технологических перерывов, например связанных с погодными условиями.

Claims (8)

1. Донная станция, содержащая сборный герметичный корпус с внешним гидрофоном, электрическим герморазъемом и вакуумпортом, блоки сопряжения с бортовым модулем, такелажные элементы, а также размещенные внутри корпуса геофизическую аппаратуру, содержащую блок геофонов, цифровой компас, блок питания и блок управления и регистрации под управлением процессора, включающий АЦП и блок памяти, причем компас соединен с блоком геофонов через связанные между собой по мультиплексным каналам связи платы регистратора и интерфейсной платы блока управления и регистрации, выполненных под управлением микроконтроллеров и соединенных с платой задающего генератора, связанной по каналам мультиплексной связи с блоком геофонов, при этом интерфейсная плата соединена с блоком питания, а плата регистратора с гидрофоном, отличающаяся тем, что блок питания выполнен из аккумуляторов, установленных в шахматном порядке в кольцеобразный кожух, а регистратор содержит систему самотестирования по каждому из четырех каналов, выполненную в виде программно-аппаратного блока и дополнительно снабжена предварительным усилителем с низким уровнем шумов «чопером».

2. Донная станция, отличающаяся тем, что индикатор состояния, размещенный с внешней стороны корпуса и соединенный с интерфейсной платой, расположен рядом с устройством управления индикатором.

3. Донная станция по п. 1, отличающаяся тем, что задающий генератор выполнен синхронизируемым от встраиваемых атомных часов.

4. Донная станция по п. 1, отличающаяся тем, что блок питания состоит из литий-ионных аккумуляторов типа 18650.

5. Донная станция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве «чопера» содержит чип ADA 4528.

6. Донная станция по п. 1, отличающаяся тем, что ее корпус снабжен съемными грунтозацепами.

7. Донная станция по п. 1, отличающаяся тем, что содержит внутри корпуса систему контроля вакуума.

8. Донная станция по п. 1, отличающаяся тем, что геофоны измерения горизонтальных компонент расположены попарно-симметрично относительно геофона вертикальной компоненты.

Images