RU2054700C1 - Geophone - Google Patents
Geophone Download PDFInfo
- Publication number
- RU2054700C1 RU2054700C1 RU92006421A RU92006421A RU2054700C1 RU 2054700 C1 RU2054700 C1 RU 2054700C1 RU 92006421 A RU92006421 A RU 92006421A RU 92006421 A RU92006421 A RU 92006421A RU 2054700 C1 RU2054700 C1 RU 2054700C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- seismic
- transformer
- primary winding
- seismic receiver
- winding
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к геофизическому приборостроению. The invention relates to geophysical instrumentation.
Известен электродинамический преобразователь вибраций на вихревых токах, составляющий вместе с входным трансформатором сейсморазведочной станции сейсмоприемное устройство, обеспечивающее подъем пропорционально квадрату частоты высокочастотной части спектра сейсмических сигналов, имеющих колоколообразный подъем на средних частотах и спад на низких и высоких частотах. Known electrodynamic eddy current vibration converter, which, together with the input transformer of the seismic exploration station, constitutes a seismic receiver providing a rise proportional to the square of the frequency of the high-frequency part of the spectrum of seismic signals having a bell-shaped rise at medium frequencies and a fall at low and high frequencies.
Недостаток сейсмоприемного устройства заключается в том, что его амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) до собственной частоты преобразователя, равной 12 Гц, пропорциональна четвертой степени частоты, и поэтому низкочастотные составляющие сейсмических сигналов с небольшим уровнем, уходя под уровень микросейсм или аппаратурных шумов, теряются на выходе сейсмоприемного устройства и не могут быть восстановлены последующей обработкой, тем самым снижается разрешающая способность сейсморазведки. The disadvantage of the seismic receiver is that its amplitude-frequency characteristic (AFC) to the eigenfrequency of the converter equal to 12 Hz is proportional to the fourth power of the frequency, and therefore the low-frequency components of seismic signals with a small level, falling below the level of microseisms or hardware noise, are lost to the output of the seismic receiver and cannot be restored by subsequent processing, thereby reducing the resolution of the seismic survey.
Прототипом сейсмоприемного устройства является электродинамический преобразовательный блок сейсмоприемника ускорений, составляющий вместе с входным трансформатором сейсморазведочной станции сейсмоприемное устройство, обеспечивающее подъем высокочастотной части спектра сейсмических сигналов пропорционально квадрату частоты. The prototype of the seismic acquisition device is an electrodynamic transducer block of the acceleration seismic receiver, which, together with the input transformer of the seismic exploration station, constitutes a seismic reception device that ensures the raising of the high-frequency part of the spectrum of seismic signals in proportion to the square of the frequency.
Недостаток сейсмоприемного устройства-прототипа тот же, что и у аналога, но для меньших частот потому, что АЧХ сейсмоприемного устройства линейна во всем сейсмическом диапазоне частот. The disadvantage of the prototype seismic receiver is the same as that of the analogue, but for lower frequencies because the frequency response of the seismic receiver is linear in the entire seismic frequency range.
Технической задачей предлагаемого технического решения является увеличение разрешающей способности сейсморазведки путем создания сейсмоприемного устройства, обеспечивающего подъем низкочастотных составляющих спектра сейсмических сигналов по сравнению с прототипом. The technical task of the proposed technical solution is to increase the resolution of seismic exploration by creating a seismic acquisition device that provides the rise of low-frequency components of the spectrum of seismic signals in comparison with the prototype.
Поставленная задача достигается тем, что в сейсмоприемном устройстве, состоящем из электродинамического сейсмоприемника ускорений и трансформатора, содержащего первичную и вторичную обмотки, установлены конденсатор и резистор, соединенные последовательно с сейсмоприемником и первичной обмоткой трансформатора, а параметры сейсмоприемника, конденсатора, резистора и трансформатора связаны соотношениями
RΣ ≅
L1=
C где RΣ Rсп + Rтр + Rp + Rл сумма сопротивлений обмотки катушки сейсмоприемника, первичной обмотки трансформатора, резистора и линии связи;
Uш среднеквадратичное значение шума усилителя сейсморегистрирующей системы, приведенного к выходу трансформатора сейсмоприемного устройства, подключаемого к входу усилителя;
Δf полоса частот сейсмического сигнала;
W2/W1 коэффициент передачи трансформатора, равный отношению числа W2 витков вторичной обмотки к числу W1 витков первичной обмотки;
L1 индуктивность первичной обмотки трансформатора;
π 3,1415;
fн нижняя частота полосы частот сейсмического сигнала;
β затухание электрического колебательного звена на частоте fн;
С емкость конденсатора.The task is achieved by the fact that in a seismic receiver consisting of an electrodynamic acceleration seismic receiver and a transformer containing a primary and secondary windings, a capacitor and a resistor are installed, connected in series with the seismic receiver and the transformer primary winding, and the parameters of the seismic receiver, capacitor, resistor and transformer are connected by the relations
R Σ ≅
L 1 =
C where R Σ R sp + R Tr + R p + R l the sum of the resistances of the coil winding of the geophones, the primary winding of the transformer, resistor and communication line;
U W the rms value of the noise of the amplifier of the seismic recording system, reduced to the output of the transformer of the seismic receiver connected to the input of the amplifier;
Δf seismic signal frequency band;
W 2 / W 1 the gear ratio of the transformer, equal to the ratio of the number W 2 turns of the secondary winding to the number W 1 of turns of the primary winding;
L 1 inductance of the primary winding of the transformer;
π 3.1415;
f n the lower frequency band of the seismic signal;
β attenuation of the electrical vibrational link at a frequency f n ;
With capacitor capacitance.
На фиг. 1 изображена электрическая схема сейсмоприемного устройства; на фиг. 2 изображены спектр сейсмических сигналов, АЧХ сейсмоприемных устройств и спектры сейсмических сигналов на выходах сейсмоприемных устройств; на фиг. 3 изображен сигнальный граф сейсмоприемного устройства. In FIG. 1 shows an electrical diagram of a seismic receiver; in FIG. 2 shows a spectrum of seismic signals, frequency response of seismic receivers and spectra of seismic signals at the outputs of seismic receivers; in FIG. 3 shows a signal graph of a seismic receiver.
Сейсмоприемное устройство состоит из электродинамического сейсмоприемника 1 ускорений, имеющего внутреннее сопротивление (сопротивление обмотки катушки) Rсп, из линии 2 связи с сопротивлением Rл, из конденсатора 3 с емкостью С, из резистора 4 с сопротивлением Rp и трансформатора 5, первичная обмотка которого обладает индуктивностью L1и сопротивлением Rтр. Выходной сигнал сейсмоприемного устройства снимается с вторичной обмотки трансформатора.The seismic acquisition device consists of an acceleration electrodynamic seismic receiver 1 having an internal resistance (coil winding resistance) R sp , from a
Сейсмоприемное устройство может быть выполнено в одном корпусе, тогда линия 2 связи отсутствует, а сопротивление Rл равно нулю. Индуктивность обмотки сейсмоприемника ускорений мала по сравнению с индуктивностью L1 трансформатора и в расчет не принимается.The seismic receiver can be made in one housing, then the
На фиг.2, 6 спектр сейсмического сигнала, 7 АЧХ сейсмоприемного устройства (1, 2), 8 АЧХ сейсмоприемного устройства (2, 3), 9 АЧХ предлагаемого устройства, 10, 11 и 12 результирующие спектры. In figure 2, 6 the spectrum of the seismic signal, 7 frequency response of the seismic receiver (1, 2), 8 frequency response of the seismic receiver (2, 3), 9 frequency response of the proposed device, 10, 11 and 12 resulting spectra.
Сейсмоприемное устройство работает следующим образом. Seismic device works as follows.
Сейсмический сигнал, прошедший исследуемую геологическую среду, имеет спектр, изображенный графиком 6 на фиг.2. Сейсмический сигнал вызывает колебания поверхности земли, преобразуемые сейсмоприемником 1 в электрические сигналы (напряжения), пропорциональные ускорению перемещения его корпуса. Электрическое напряжение, вырабатываемое генератором Е1 сейсмоприемника 1, вызывает переменный ток в последовательной цепи: генератор напряжения Е1 и сопротивление обмотки катушки Rсп сейсмоприемника 1 сопротивление Rл/2 линии 2 связи емкость С конденсатора 3 сопротивление Rр резистора 4 сопротивление Rтр и индуктивность L1 первичной обмотки трансформатора 5 сопротивление Rл/2 линии 2 связи. Ток, протекающий через первичную обмотку трансформатора, преобразуется вторичной обмоткой трансформатора в напряжение Uвых, увеличенное пропорционально отношению числа W2 витков вторичной обмотки к числу W1 витков первичной обмотки.The seismic signal that has passed the studied geological environment has a spectrum depicted in
Применением в сейсморазведочной станции трансформатора реализуется его основное свойство: усиление сигналов и увеличение отношения сигнала к шуму. Для передачи без потерь низкочастотных сигналов (от 2,5 Гц и выше) сейсмического частотного диапазона индуктивность L1 первичной обмотки трансформатора должна иметь значение в несколько сотен Генри. В сейсмоприемном устройстве используется это основное свойство трансформатора. Кроме того, большое значение индуктивности первичной обмотки позволяет создать вместе с рассчитанным значением емкости С конденсатора резонанс напряжений, обеспечивающий подъем низкочастотного сигнала на выходе сейсмоприемного устройства на частотах, близких к частоте, равной отношению единицы к 2π . АЧХ сейсмоприемного устройства изображена графиком 7 на фиг.2. АЧХ прототипа изображена графиком 8, а АЧХ сейсмоприемного устройства (1, 2) графиком 9. Спектр на выходе сейсмоприемного устройства (1, 2) изображен графиком 10, спектр на выходе прототипа графиком 11, а спектр на выходе предлагаемого сейсмоприемного устройства графиком 12.The use of a transformer in a seismic survey station implements its main property: signal amplification and an increase in the signal-to-noise ratio. To transmit lossless low-frequency signals (from 2.5 Hz and above) of the seismic frequency range, the inductance L 1 of the transformer primary winding must have a value of several hundred Henry. The seismic receiver uses this basic property of a transformer. In addition, the large value of the inductance of the primary winding allows you to create, together with the calculated value of the capacitance C of the capacitor, a voltage resonance that provides the rise of the low-frequency signal at the output of the seismic receiver at frequencies close to a frequency equal to the ratio of unity to 2π . The frequency response of the seismic device is shown in
Сейсмоприемное устройство представляет собой вэаимосвязанную электромеханическую систему. Найдем передаточную функцию сейсмоприемного устройства с помощью сигнального графа, изображенного на фиг.3. Индуктивная (трансформаторная) связь между каркасом и обмоткой катушки электродинамического преобразовательного блока не значительна и в сигнальном графе она отсутствует. The seismic acquisition device is an interconnected electromechanical system. Find the transfer function of the seismic receiver using the signal graph shown in Fig.3. Inductive (transformer) connection between the frame and the coil winding of the electrodynamic converter unit is not significant and it is absent in the signal graph.
Ветви сигнального графа выражаются следующими передаточными функциями:
a передаточная функция механического колебательного звена без затухания, возбуждаемого со стороны корпуса, где Z относительное перемещение корпуса сейсмоприемника и инерционного элемента катушки;
Х перемещение корпуса сейсмоприемника;
р оператор, равный
τo постоянная времени колебательного механического звена, равная единице, деленной на круговую собственную частоту;
b pKп1 коэффициент передачи электродинамического преобразователя, где Кп1 коэффициент преобразования электродинамического преобразовательного блока,
d передаточная функция проводимости последовательной цепи, содержащей Rсп, Rл, Rтр, С и L1, где I1 ток, протекающий в этой последовательной цепи;
e pM12= pL1 коэффициент передачи взаимного индуктивного сопротивления трансформатора, где M12 взаимная индуктивность обмоток трансформатора;
j Kп1 коэффициент преобразования электродинамического преобразователя, где F сила, действующая на катушку при протекании тока через ее обмотку;
g передаточная функция механического колебательного звена без затухания, возбуждаемого со стороны инерционного элемента катушки;
h pKп2 коэффициент передачи электродинамического преобразователя каркаса катушки;
m коэффициент передачи проводимости каркаса катушки;
r Kп2 коэффициент преобразования каркаса катушки.The branches of the signal graph are expressed by the following transfer functions:
a the transfer function of the mechanical oscillating link without attenuation excited from the side of the body, where Z is the relative movement of the body of the geophone and the inertial element of the coil;
X movement of the receiver body;
p operator equal to
τ o the time constant of the oscillatory mechanical link, equal to unity, divided by a circular natural frequency;
b pK p1 is the transfer coefficient of the electrodynamic converter, where K p1 is the conversion coefficient of the electrodynamic converter unit,
d the transfer function of the conductivity of a serial circuit containing R sp , R l , R Tr , C and L 1 , where I 1 the current flowing in this serial circuit;
e pM 12 = pL 1 gain of the mutual inductive resistance of the transformer, where M 12 mutual inductance of transformer windings;
j K p1 is the conversion coefficient of the electrodynamic transducer, where F is the force acting on the coil when current flows through its winding;
g transfer function of a mechanical vibrational link without attenuation excited from the side of the inertial element of the coil;
h pK p2 is the transmission coefficient of the electrodynamic transducer of the coil frame;
m transmission coefficient of the conductivity of the coil frame;
r K p2 is the conversion coefficient of the coil frame.
Используя известные способы решения, легко найти передаточную функцию сейсмоприемного устройства по сигнальному графу:
W(p)
Подставив значения ветвей сигнального графа в передаточную функцию сейсмоприемного устройства и учтя то, что обратные связи hmrg и bdjg отрицательные, после преобразования получим в знаменателе передаточной функции многочлен четвертой степени. Определив собственные частоты сейсмоприемного устройства известным способом решения, приравняв нулю сумму членов с четными степенями плюс единица многочлена знаменателя и затем определив затухание найденных многочленов второй степени, получим передаточную функцию сейсмоприемного устройства
Полученная передаточная функция сейсмоприемного устройства представляет собой произведение передаточной функции электродинамического преобразовательного блока и электрического колебательного звена RΣ L1C, включающего коэффициент передачи трансформатора W2/W1.Using known methods of solution, it is easy to find the transfer function of the seismic receiver by the signal graph:
W (p)
Substituting the values of the branches of the signal graph into the transfer function of the seismic receiver and taking into account that the feedback hmrg and bdjg are negative, after the conversion, we obtain a fourth-degree polynomial in the denominator of the transfer function. Having determined the eigenfrequencies of the seismic receiver in a known solution, equating to zero the sum of members with even degrees plus the unit of the denominator polynomial and then determining the attenuation of the found polynomials of the second degree, we obtain the transfer function of the seismic receiver
The obtained transfer function of the seismic receiver is a product of the transfer function of the electrodynamic transducer block and the electric oscillating link R Σ L 1 C, including the transmission coefficient of the transformer W 2 / W 1 .
Значительное увеличение коэффициента преобразования сейсмоприемного устройства путем большого увеличения коэффициента передачи трансформатора W2/W1 наталкивается на ограничение, обусловленное тем, что тепловые шумы суммы сопротивлений RΣ сейсмоприемного устройства не должны превышать шумы усилителя сейсморегистрирующей системы.A significant increase in the conversion coefficient of the seismic receiver by a large increase in the transmission coefficient of the transformer W 2 / W 1 runs into a limitation due to the fact that the thermal noise of the sum of the resistances R Σ of the seismic receiver should not exceed the noise of the amplifier of the seismic acquisition system.
Приняв критерием оптимальности соотношения шума сейсмоприемного устройства и шума усилителя сейсморегистрирующей системы, приведенного к его входу, их равенство, из формулы Найквиста для температуры 27оС получим уравнение
Uш= 1,29•10-10• •
Решая уравнение относительно , получим
≅
Решив то же уравнение относительно RΣ получим
RΣ ≅ •
Зная сопротивление RΣ легко найти формулу для расчета индуктивности L1 первичной обмотки, предварительно получив из передаточной функции электрического колебательного звена формулу его АЧХ:
W(ω)
На частоте резонанса ωн член (1 ω
Решив уравнение относительно L1, получим
L1=
На частоте резонанса
1 ω
Из уравнения получим
C
Предлагаемое сейсмоприемное устройство позволяет поднять низкочастотную часть АЧХ (график 9) по отношению к прототипу, имеющему линейную АЧХ по ускорению перемещения во всем сейсмическом диапазоне частот (график 8), и тем самым дает возможность сохранить низкочастотные составляющие сейсмических сигналов, подняв их над уровнем аппаратурных шумов и микросейсм и сохранив их для последующей обработки, а в результате позволяет повысить разрешающую способность сейсморазведки.Having optimality criterion noise ratio of seismic noise amplifier devices and systems seysmoregistriruyuschey given to its input, the equality of Nyquist for the temperature 27 ° C we obtain an equation
U W = 1.29 • 10 -10 • •
Solving the equation for we get
≅
Solving the same equation for R Σ we get
R Σ ≅ •
Knowing the resistance R Σ, it is easy to find a formula for calculating the inductance L 1 of the primary winding, having previously obtained from the transfer function of the electric oscillating link the formula for its frequency response:
W (ω)
At the resonance frequency ω n term (1 ω
Solving the equation for L 1 , we obtain
L 1 =
At resonance frequency
1 ω
From the equation we get
C
The proposed seismic device allows you to raise the low-frequency part of the frequency response (graph 9) with respect to the prototype, which has a linear frequency response to accelerate movement in the entire seismic frequency range (graph 8), and thereby makes it possible to maintain the low-frequency components of the seismic signals, raising them above the level of instrument noise and microseism and saving them for further processing, and as a result allows to increase the resolution of seismic exploration.
В случае применения электродинамического сейсмоприемника скорости перемещения в предлагаемом устройстве оно позволит расширить АЧХ по скорости перемещения в сторону низких частот. In the case of the use of an electrodynamic seismic receiver of the speed of movement in the proposed device, it will allow you to expand the frequency response of the speed of movement towards low frequencies.
Claims (1)
где RΣ= Rсп+Rтр+Rр+Rл - сумма сопротивлений обмотки катушки сейсмоприемника, первичной обмотки трансформатора, резистора и линии связи;
Uш - среднеквадратичное значение шума усилителя сейсморегистрирующей системы, приведенного к выходу трансформатора сейсмоприемного устройства;
Δf - полоса частот сейсмического сигнала;
W2/W1 - коэффициент передачи трансформатора, равный отношению числа w2 витков вторичной обмотки к числу витков W1 первичной обмотки;
Li - индуктивность первичной обмотки трансформатора;
fн - нижняя частота полосы частот сейсмического сигнала;
β - затухание электрического колебательного звена RΣLIC на частоте fн;
C - емкость конденсатора.A SEISMIC RECEIVER, comprising an electrodynamic seismic receiver, made in the form of a coil with a winding, a communication line and a transformer including a primary winding and a secondary winding connected to an amplifier of the seismic recording system, characterized in that it has a capacitor and a resistor connected in series with the seismic receiver and the primary winding transformer, while the parameters of the geophone, capacitor, resistor and transformer are related by
where R Σ = R sp + R Tr + R p + R l - the sum of the resistances of the winding of the coil of the geophone, the primary winding of the transformer, resistor and communication line;
U W - the rms value of the noise of the amplifier of the seismic recording system, reduced to the output of the transformer of the seismic receiver;
Δf is the frequency band of the seismic signal;
W 2 / W 1 - gear ratio of the transformer, equal to the ratio of the number w 2 turns of the secondary winding to the number of turns W 1 of the primary winding;
L i - the inductance of the primary winding of the transformer;
f n is the lower frequency band of the seismic signal;
β is the attenuation of the electrical vibrational link R Σ L I C at a frequency f n ;
C is the capacitance of the capacitor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU92006421A RU2054700C1 (en) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | Geophone |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU92006421A RU2054700C1 (en) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | Geophone |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU92006421A RU92006421A (en) | 1995-12-20 |
RU2054700C1 true RU2054700C1 (en) | 1996-02-20 |
Family
ID=20132108
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU92006421A RU2054700C1 (en) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | Geophone |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2054700C1 (en) |
-
1992
- 1992-11-16 RU RU92006421A patent/RU2054700C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Станция сейсморазведочная Прогресс 96. Техническое описание. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4158964A (en) | Method and apparatus for determining liquid level | |
US4412317A (en) | Transducer for picking up mechanical vibrations, in particular seismic waves, and a seismic measuring system including such a transducer | |
US4044299A (en) | Concealed structure locating and surveying translator apparatus | |
EP0434702B1 (en) | A geophone system | |
MXPA04006579A (en) | Acoustic logging tool having programmable source waveforms. | |
Menk et al. | Field line resonances and waveguide modes at low latitudes: 1. Observations | |
US4102195A (en) | Hot spot temperature sensor | |
US8842494B2 (en) | Apparatus for sensing motion of a surface | |
US2288838A (en) | Vibration pickup device | |
CN104677483A (en) | Digitized magneto-electric type low-frequency vibration sensor system | |
US4583207A (en) | Magnetohydrodynamic geophone | |
RU2054700C1 (en) | Geophone | |
US20040231417A1 (en) | Apparatus for the measurement of gravitational gradients | |
US3548631A (en) | Pressure gradient hydrophone calibrator | |
US3412374A (en) | Short period seismic system with long period response | |
Dergach et al. | Electrodynamic geophones beyond the limit of capacity | |
Besedina et al. | Instrumental methods for extending the amplitude-frequency responses of a geophone | |
US3391560A (en) | Electroacoustic vibrator measuring system | |
US2133418A (en) | Reflection amplifier | |
RU2098844C1 (en) | Acceleration seismic receiver | |
RU2158014C2 (en) | Highly sensitive vibration receiver | |
RU2795783C1 (en) | Seismic receiver | |
RU2104501C1 (en) | Ultrasonic level indicator | |
RU2071094C1 (en) | Seismic prospecting complex | |
Brown et al. | Nondestructive dynamic complex moduli measurements using a Michelson fiber interferometer and a resonant bar technique |