RU2381526C1

RU2381526C1 - Ground based-seafloor seismic station

Info

Publication number: RU2381526C1
Application number: RU2008120404/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Белоносов (RU); Александр Иванович Белоносов; Николай Павлович Лаверов (RU); Николай Павлович Лаверов; Валерий Валиевич Хабиров (RU); Валерий Валиевич Хабиров
Original assignee: ООО "Технологические системы" (ООО "Техносис")
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2010-02-10
Also published as: RU2008120404A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to investigating seismic environment on the ground and under water. The seismic station consists of apparatus installed on dry land or in water, having seismometres, and standalone apparatus for picking up and analysing signals. The station has a sealed spherical housing on the diametre of which there is a ring insertion linked through an external gimbal suspension to two arms. The arms are mounted on a base plate and provide vertical position of the axis of the housing which coincides with the vertical axis of the platform placed inside the housing. On the platform there is at least one cylindrical cup on which there are seismometre components and an electronics module. The platform is linked to two gear motors which provide leveling of the seismometre axes on x and y axes within the limits of ±2°. Inside the housing there is a microcontroller for setting operation modes of the seismometres and recording seismic information and an accumulator battery. In the top part of the housing there is a removable protective cover under which there is a plug connection.

EFFECT: wider field of use.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области геофизического исследования сейсмической обстановки как на земле, так и под водой.The invention relates to the field of geophysical exploration of seismic conditions both on land and under water.

Известен комплекс для буксировки забортного сейсмооборудования (см, например, патент РФ №2317572, кл. G01V 1/38, 2006), содержащий судно, кабели ввода, с которыми соединено сейсмооборудование, защитный кожух, выполненный в виде полого цилиндра, и охватывающий кабель ввода и сейсмографные косы.A known complex for towing outboard seismic equipment (see, for example, RF patent No. 2317572, class G01V 1/38, 2006), comprising a vessel, input cables to which the seismic equipment is connected, a protective casing made in the form of a hollow cylinder, and covering the input cable and seismographic streamers.

Известный комплекс функционирует только при сопровождении, т.е. имеет ограниченное применение.The known complex functions only when accompanied, i.e. has limited use.

За прототип выбран широкополосный сейсмический прибор (см., например, патент РФ №2298208, кл. G01V 1/10, 2005), содержащий сейсмооборудование, размещенное в защитном корпусе, выполненном в виде полого цилиндра и охватывающем соединительные кабели.The prototype selected a broadband seismic device (see, for example, RF patent No. 2298208, class G01V 1/10, 2005), containing seismic equipment placed in a protective housing made in the form of a hollow cylinder and covering connecting cables.

Известный широкополосный сейсмический прибор предназначен для использования как на земле, так и для подземной установки, однако его нельзя использовать под водой.The well-known broadband seismic device is intended for use both on the ground and for an underground installation, however it cannot be used underwater.

Для расширения области использования наземно-донная сейсмическая станция, состоящая из устанавливаемого на суше или в воде аппарата, содержащего сейсмометры, и автономной аппаратуры регистрации и анализа сигналов спускаемого аппарата, снабжена герметичным сферическим корпусом, по диаметру которого расположена кольцевая вставка, связанная через внешнюю карданную подвеску с двумя кронштейнами, закрепленными на опорной плите и обеспечивающими вертикальное положение оси герметичного сферического корпуса, совпадающее с вертикальной осью платформы, размещенной внутри герметичного сферического корпуса, на платформе установлен по крайней мере один цилиндрический стакан с размещенными в нем компонентами сейсмометра и блоком электроники, платформа связана с двумя мотор-редукторами, обеспечивающими горизонтирование осей сейсмометров по осям x и у в пределах ±2°, внутри герметичного сферического корпуса размещены микроконтроллер для задания режимов работы сейсмометров и записи сейсмической информации и аккумуляторная батарея, в верхней части сферического корпуса установлена съемная защитная крышка, под которой размещен штепсельный разъем, причем внутри одного из герметичных сферических корпусов по центру платформы установлен один цилиндрический стакан, в котором размещена вертикальная компонента сейсмометра так, что ось вертикальной компоненты сейсмометра совпадает с вертикальной осью герметичного сферического корпуса, а на платформе внутри другого герметичного сферического корпуса симметрично относительно вертикальной оси размещены два цилиндрических стакана, в каждый из которых установлена горизонтальная компонента сейсмометра с обеспечением горизонтальности осей горизонтальных сейсмометров при отклонениях положения опорной плиты на грунте до ±45°.To expand the scope of use, the ground-bottom seismic station, consisting of an apparatus containing seismometers installed on land or in water, and autonomous equipment for recording and analyzing the signals of the descent apparatus, is equipped with a sealed spherical casing, the diameter of which is an annular insert connected through an external gimbal with two brackets fixed to the base plate and providing a vertical position of the axis of the sealed spherical body, coinciding with the vertical at least one cylindrical cup with seismometer components and an electronics unit mounted on the platform is installed on the platform, located inside the sealed spherical case, the platform is connected with two geared motors that ensure the axes of the seismometers are aligned along the x and y axes within ± 2 ° , inside the sealed spherical body there is a microcontroller for setting the operating modes of seismometers and recording seismic information and a battery in the upper part of the spherical body of the mouth a removable protective cover is mounted, under which a plug connector is placed, and inside one of the sealed spherical cases, one cylindrical cup is installed in the center of the platform, in which the vertical component of the seismometer is placed so that the axis of the vertical component of the seismometer coincides with the vertical axis of the sealed spherical body, and on the platform inside another sealed spherical body, two cylindrical cups are placed symmetrically with respect to the vertical axis, in each of which is installed horizontal component seismometer horizontality ensuring seismometers horizontal axes at the position deviation of the base plate on the ground up to ± 45 °.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлено выполнение одного из герметичных сферических корпусов с вертикальной компонентой сейсмометра, а на фиг.2 - выполнение сферического корпуса с двумя горизонтальными компонентами сейсмометра.The invention is illustrated by the drawing, in which Fig. 1 shows the implementation of one of the sealed spherical bodies with the vertical component of the seismometer, and Fig. 2 shows the implementation of the spherical body with two horizontal components of the seismometer.

Наземно-донная сейсмическая станция (НДСС) состоит из двух герметичных сферических корпусов, каждый из которых выполнен из двух полусфер 1 и 2, соединенных кольцевой вставкой 3, связанной через внешнюю карданную подвеску 4 с кронштейнами 5, закрепленными на опорной плите 6. Внутри герметичного сферического корпуса размещена платформа 7, связанная с двумя мотор-редукторами 8, обеспечивающими более точное горизонтирование осей сейсмометров по осям x и у в пределах ±2°, микроконтроллер 9 для задания режимов работы сейсмометров и записи сейсмической информации и аккумуляторная батарея 10. В верхней части сферического корпуса герметично установлена съемная защитная крышка 11, под которой размещен штепсельный разъем 12. По центру платформы 7 (см. фиг.1) установлен стакан 13, в котором размещена вертикальная компонента 14 сейсмометра и блок электроники 15, причем ось вертикальной компоненты сейсмометра совпадает с вертикальной осью герметичного сферического корпуса. Во втором герметичном сферическом корпусе (см. фиг.2) на платформе 7 симметрично относительно вертикальной оси размещены два цилиндрических стакана 16, в каждый из которых установлена горизонтальная компонента 17, 18 сейсмометра с обеспечением горизонтальности осей горизонтальных сейсмометров при отклонениях положения опорной плиты 6 на грунте до ±45°. В комплект НДСС входит также защитный колпак 19, установленный над съемной защитной крышкой 11 и используемый для защиты и переноски НДСС.The ground-bottom seismic station (NDSS) consists of two sealed spherical bodies, each of which is made of two hemispheres 1 and 2, connected by an annular insert 3, connected through an external cardan suspension 4 with brackets 5, mounted on a base plate 6. Inside a sealed spherical the housing there is a platform 7 connected to two geared motors 8, providing more accurate leveling of the axes of the seismometers along the x and y axes within ± 2 °, a microcontroller 9 for setting the operating modes of the seismometers and recording seismic information and a rechargeable battery 10. In the upper part of the spherical body, a removable protective cover 11 is sealed under which a plug connector 12 is placed. A glass 13 is installed in the center of the platform 7 (see Fig. 1), in which the vertical component 14 of the seismometer and the block are placed electronics 15, and the axis of the vertical component of the seismometer coincides with the vertical axis of the sealed spherical body. In the second sealed spherical case (see Fig. 2), two cylindrical glasses 16 are placed symmetrically with respect to the vertical axis on the platform 7, each of which has a horizontal component 17, 18 of the seismometer with horizontal axis of the horizontal seismometers with deviations of the position of the base plate 6 on the ground up to ± 45 °. The NDSS kit also includes a protective cap 19 mounted above the removable protective cover 11 and used to protect and carry the NDSS.

Микроконтроллер 9 включает в себя четырехканальный многоразрядный аналого-цифровой преобразователь, шестнадцатиразрядный цифроаналоговый преобразователь, генератор стабильной частоты, флеш-память на два мегабайта для хранения программ и заданий, карту памяти SD на четыре Гбайта, программируемую логику. Это обеспечивает автономную долговременную бесперебойную работу НДСС.Microcontroller 9 includes a four-channel multi-bit analog-to-digital converter, a sixteen-bit digital-to-analog converter, a stable frequency generator, two megabyte flash memory for storing programs and tasks, a four GB SD memory card, and programmable logic. This provides autonomous long-term uninterrupted operation of the NDSS.

Наземно-донная сейсмическая станция может функционировать в двух вариантах: с установкой на опорную плиту 6 одного герметичного сферического корпуса с вертикальной компонентой сейсмометра и установленных на опорной плите 6 двух герметичных сферических корпусов, в одном из которых расположена вертикальная компонента 14 сейсмометра, а в другом - горизонтальные 17, 18 компоненты сейсмометра. Для более точной установки сейсмометров в горизонтальной плоскости платформа 7 при помощи двух мотор-редукторов 8 может изменять наклон по осям x и у в пределах ±3°. Автоматическая установка НДСС по вертикали осуществляется путем установки ее на опорную плиту 6 через карданную подвеску 4. Внутренняя компоновка узлов НДСС выполнена таким образом, что центр тяжести НДСС расположен точно по вертикальной оси со смещением в нижнюю часть.The ground-bottom seismic station can operate in two versions: with the installation of one sealed spherical body with a vertical component of the seismometer on the base plate 6 and two sealed spherical bodies installed on the base plate 6, in one of which the vertical component 14 of the seismometer is located, and in the other horizontal 17, 18 components of the seismometer. For a more accurate installation of seismometers in the horizontal plane, the platform 7 with the help of two gear motors 8 can change the inclination along the x and y axes within ± 3 °. The automatic installation of the NDSS vertically is carried out by installing it on the base plate 6 through a universal joint suspension 4. The internal arrangement of the NDSS nodes is made in such a way that the center of gravity of the NDSS is located exactly along the vertical axis with an offset to the lower part.

Периодическая подзарядка аккумуляторной батареи 10, ввод программы работы сейсмометров и съем записанной сейсмической информации во внешний компьютер производится через штепсельный разъем 12, установленный под съемной защитной крышкой 11.Periodic recharging of the battery 10, the input of the seismometer program and the recording of recorded seismic information into an external computer is done through the plug connector 12, mounted under the removable protective cover 11.

В случае необходимости под съемной крышкой может быть установлен ресивер высокочастотный для приемопередающего гидроакустического датчика и антенна спутниковой навигационной системы GPS (Глопасс).If necessary, a high-frequency receiver for a sonar transceiver and an antenna of the GPS satellite navigation system (Glopass) can be installed under a removable cover.

Герметичное выполнение наземно-донной сейсмической станции позволяет использовать ее для регистрации сейсмических явлений как на поверхности земли (в маскируемом варианте - с закопкой в землю), так и под водой.The sealed execution of the ground-bottom seismic station allows you to use it to record seismic phenomena both on the surface of the earth (in the masked version - with a burial in the ground), and under water.

При установке в маскируемом варианте НДСС помещается в яму и засыпается сверху землей. Опускание НДСС на дно водоема осуществляется при помощи троса, присоединяемого к опорной плите 6. Для исключения воздействия механических колебаний троса на опорную плиту на расстоянии двух-трех метров от плиты к тросу крепится дополнительный груз. На поверхности водоема к тросу крепится сигнальный буек для идентификации места размещения станции.When installed in a masked version, the NDSS is placed in a pit and covered with earth from above. Lowering the NDSS to the bottom of the reservoir is carried out using a cable attached to the base plate 6. To exclude the influence of mechanical vibrations of the cable on the base plate at a distance of two to three meters from the plate to the cable, an additional load is attached. On the surface of the reservoir, a signal buoy is attached to the cable to identify the location of the station.

Перед установкой НДСС на исследуемый участок в управляющий микроконтроллер 9, размещенный внутри корпуса, вводится программа работы станции, в том числе координаты места установки и точное текущее время от системы GPS (Глопасс), а также время начала и конца работы станции. Время начала работы задается таким образом, чтобы до включения НДСС были завершены предварительные операции по ее установке.Before installing the NDSS on the studied area, the control microcontroller 9, located inside the case, enters the station work program, including the coordinates of the installation location and the exact current time from the GPS system (Glopass), as well as the start and end times of the station. The start time is set in such a way that prior to the inclusion of the NDSS, the preliminary operations for its installation are completed.

В заданный момент начала работы станции все элементы электронной схемы подключаются к аккумуляторной батарее, осуществляется разарретирование сейсмометров и установка нуля. Начинается процесс записи сейсмической информации во внутреннюю память. По окончании времени работы происходит арретирование сейсмометров и отключение элементов электронной схемы от аккумуляторной батареи 10.At a given moment when the station begins to work, all the elements of the electronic circuit are connected to the battery, seismometers are sartering and zeroing is carried out. The process of recording seismic information in the internal memory begins. At the end of the operating time, seismometers are arrested and the electronic circuit elements are disconnected from the battery 10.

Съем записанной информации производится через штепсельный разъем 12.The recorded information is removed through the plug connector 12.

Предложенное изобретение обеспечивает автоматическую установку корпуса станции по вертикальной оси при любом устойчивом положении опорной плиты на грунте за счет крепления корпуса станции на кронштейны опорной плиты через карданную подвеску.The proposed invention provides automatic installation of the station body along the vertical axis for any stable position of the base plate on the ground by attaching the station body to the brackets of the base plate through a gimbal.

Установка НДСС под землей осуществляется в яму размером ~60×60 см и глубиной ~50 см с последующей засыпкой землей, в водной среде НДСС может спускаться на глубину до 1000 метров. Причем при использовании станции в маскируемом варианте плита и корпус накрываются защитным колпаком, исключающим попадание земли на элементы конструкции, что повышает надежность работы станции.The installation of the NDSS underground is carried out in a pit with a size of ~ 60 × 60 cm and a depth of ~ 50 cm followed by backfilling with earth; in an aqueous medium, the NDSS can go down to a depth of 1000 meters. Moreover, when using the station in a masked version, the stove and the body are covered with a protective cap that excludes land from entering structural elements, which increases the reliability of the station.

При использовании станции в водной среде по окончании работы НДСС поднимают на поверхность, для чего включается механизм отделения сферического корпуса станции от опорной плиты и он всплывает на поверхность воды.When using the station in an aqueous medium, at the end of the work, the NDSS is raised to the surface, for which the mechanism for separating the station’s spherical body from the base plate is turned on and it floats to the surface of the water.

Имеющаяся возможность ввода программ работы станции от внешнего компьютера, управления работой сейсмометров внутренним микроконтроллером, вывода записанной сейсмической информации и подзарядки аккумуляторов через штепсельный разъем, защищенный съемной герметичной крышкой, обеспечивает работу НДСС при многократных сейсмических измерениях в различных точках наземного и подводного применения без разгерметизации корпуса.The available ability to enter station work programs from an external computer, control the seismometer operation with an internal microcontroller, output recorded seismic information and recharge the batteries through a plug connector protected by a removable sealed cover ensures the operation of the NDSS during repeated seismic measurements at various points of ground and underwater applications without depressurization of the case.

Claims

1. Ground-bottom seismic station, consisting of a device installed on land or in water containing seismometers, and autonomous equipment for recording and analyzing signals, characterized in that it is equipped with a sealed spherical body, the diameter of which is an annular insert connected through an external cardan suspension with two brackets mounted on the base plate and providing a vertical position of the axis of the sealed spherical body, coinciding with the vertical axis of the platform, placed inside of a sealed spherical case, at least one cylindrical cup with seismometer components and an electronics unit placed in it is installed on the platform, the platform is connected to two geared motors that provide for the axis of the seismometers to be aligned along the x and y axes within ± 2 °, inside the sealed a spherical housing contains a microcontroller for setting the operating modes of seismometers and recording seismic information and a battery; a removable protective cover is installed in the upper part of the spherical housing under which the plug is located.

2. The ground-bottom seismic station according to claim 1, characterized in that one cylindrical cup is installed inside the sealed spherical body in the center of the platform, in which the vertical component of the seismometer is placed, and the axis of the vertical component of the seismometer coincides with the vertical axis of the sealed spherical body.

3. The ground-bottom seismic station according to claim 1, characterized in that two cylindrical glasses are placed symmetrically with respect to the vertical axis on the platform inside the sealed spherical body, each of which has a horizontal component of the seismometer with horizontal axis of the horizontal seismometers with deviations in the position of the base plate on the ground up to ± 45 °.