RU2572046C1 - Морская автономная донная станция для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к донным станциям для проведения сейсмических исследований. Сущность: донная станция выполнена в виде установленного на дне акватории глубоководного самовсплывающего носителя геофизической аппаратуры, соединенного с бортовым вычислительным модулем, установленным на борту судна. Носитель геофизической аппаратуры включает размещенные в герметическом сферическом контейнере, состоящем из двух полусфер, блок регистрации, блок определения ориентации, блок синхронизации, блок гидроакустического приемопередатчика, устройство управления размыкателем, блок питания, геофоны, блок фильтров геофонов, устройство хронирования информации. Блок регистрации включает трехкомпонентный сейсмоприемный модуль и накопитель измерительной информации. Блок определения ориентации выполнен в виде датчиков наклона и азимута и установлен в карданном подвесе. Снаружи герметического контейнера установлены гидрофон, гидроакустическая антенна, якорь-балласт, проблесковый маяк. Бортовой вычислительный модуль содержит блок съема цифровой информации с накопителя измерительной информации, блок управления, блок гидроакустической связи с носителем геофизической аппаратуры, устройство синхронизации времени, устройство отображения. Карданный подвес выполнен на подшипниках с нелинейным коэффициентом трения. Датчики наклона и азимута дополнительно содержат два градиентометра, установленные на косвенно стабилизированной в горизонте платформе. На данной платформе также установлены датчики углов крена, дифферента, датчики углов атаки и скольжения, датчики линейных ускорений и угловых скоростей, вычислит

Description

Изобретение относится к морским автономным донным сейсмическим станциям, устанавливаемым на морское дно преимущественно с плавучих средств.

Известны донные сейсмические станции (свидетельство RU на полезную модель №24890 [1], Глубоководная донная самовсплывающая сейсмическая станция АДС-8 / Соловьев С.Л., Контарь Е.А., Дозоров Т.Α., Ковачев С.А. // Известия АН СССР Физика Земли, 1988, №9, с. 459-460 [2], 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.[3]), состоящие из подводного модуля и бортового модуля. Подводный модуль представляет 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 известных донных станций [1-3] является невозможность полной и адекватной передачи колебаний грунта на датчики измерения сигналов, установленные на опорной трубчатой раме, снабженной металлическими механизмами откидывания и прижимания к грунту, что в сочетании с наличием границы грунт-металл вызывает дополнительные погрешности при прохождении акустических сигналов и в конечном итоге приводит к искажению результатов измерений.

Кроме того, использование механизмов откидывания и прижимания к грунту недостаточно эффективно вследствие их сложности, а также отсутствия контроля за их установкой, что приводит к попаданию блока измерительных датчиков в рыхлый грунт дна и, как следствие, к нарушению работоспособности.

Известна также морская автономная донная сейсмическая станция (свидетельство RU на полезную модель №28778 [4]), в которой якорь-балласт выполнен в виде бетонного диска или прямоугольного параллелепипеда с полусферическим углублением для размещения корпуса станции с закреплением его посредством размыкателей, что позволяет обеспечить более плотное распределение по плоскости контакта балласта с грунтом, а также увеличить площадь контакта балласта с корпусом станции, что позволяет обеспечить более высокий коэффициент передачи сейсмических колебаний на границах грунт-балласт и балласт-измерительные датчики.

Недостатком данного устройства является то, что при выполнении балласта в виде бетонного диска или прямоугольного параллелепипеда, при наличии придонных течений, при постановке станции на неровный грунт, сцепление станции с грунтом является неплотным, что приводит к раскачиванию станции и генерации акустических помех в воде за счет завихрений вокруг станции, а также к нарушению работоспособности сейсмических приемников, которые являются векторными приборами, и для обеспечения их нормальной работы необходимо знать их ориентацию в пространстве.

Известна также морская автономная донная станция для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга (патент RU №22940000 С1, 20.07.2007 [5]), которая включает герметичный корпус, представляющий собой две полусферы, которые в месте соединения снабжены уплотнительным кольцом, внутри корпуса размещена геофизическая аппаратура, включающая измерительные датчики геофонного и гидрофонного типов, модули приема, регистрации, преобразования и хранения зарегистрированных сигналов, блоки сопряжения с 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 донной станции при всплытии, такелажные элементы и разъемы, устройство постановки на дно и обеспечения всплытия донной станции, выполненное в виде якоря-балласта из бетона и закрепленное на корпусе посредством размыкателя, в котором якорь-балласт выполнен шарообразной формы, причем по плоскости сопряжения с грунтом он имеет прямолинейную шершавую поверхность, а по плоскости сопряжения с корпусом он имеет дугообразную форму, в которой предусмотрены полости для размещения спутниковой антенны, средств для поиска донной станции при всплытии, такелажных элементов и разъемов, общая масса корпуса, аппаратуры, блоков и элементов, размещенных внутри корпуса и на его внешней поверхности, по отношению к массе якоря-балласта распределена в отношении 1:1,25, а общая масса аппаратуры, блоков и элементов, размещенных внутри корпуса и на его внешней поверхности, расположенных в объеме, ограниченном плоскостью сопряжения корпуса с грунтом по отношению к объему, ограниченному дугообразной плоскостью, распределена в отношении 1:2.

Отличительные признаки известной донной станции [5], заключающиеся в выполнении якоря-балласта из бетона шарообразной формы, который по плоскости сопряжения грунтом имеет прямолинейную шершавую поверхность, а по плоскости сопряжения с корпусом - дугообразную форму, в которой предусмотрены полости для размещения спутниковой антенны, средств для поиска донной станции при всплытии на поверхность, такелажных элементов и разъемов, с общей массой корпуса, аппаратуры, блоков и элементов, размещенных внутри корпуса и на его внешней поверхности, по отношению к массе якоря-балласта, распределенной в отношении 1:1,25, с распределением общей массы аппаратуры, блоков и элементов, размещенных внутри корпуса и на его внешней поверхности, расположенных в объеме, ограниченном плоскостью сопряжения корпуса с грунтом, по отношению к объему, ограниченному дугообразной плоскостью, в отношении 1:2 позволяет исключить механизм воздействия подводных течений, заключающихся в генерации акустических помех в воде за счет завихрений вокруг выступающих частей донной станции или неровностей дна, так как, начиная со скоростей течений 2-3 см/с, на выступающих частях донных станций появляются завихрения (вихри Кармана), которые приводят к возникновению колебаний, воздействующих на чувствительные сейсмические приемники донных станций (Современные донные станции для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга / Зубко Ю.Н., Левченко Д.Г., Леденев В.В., Парамонов А.А. // Научное приборостроение, 2003, том 13, №4, с. 70-82 [6, с. 73]), исключается прямое раскачивание корпуса с сейсмические приемниками нестационарными потоками, а также исключается самопроизвольное возбуждение акустических колебаний за счет упругих элементов донной станции под воздействием турбулентного потока и, кроме того, создается подъемная сила выше центра тяжести, что обеспечивает всплытие станции с ее разворотом на 180 градусов с возможностью в период всплытия использовать гидроакустический канал связи для определения места всплытия для оперативного обнаружения донной станции.

Выполнение якоря-балласта из бетона шарообразной формы, имеющего по плоскости сопряжения с грунтом прямолинейную шероховатую поверхность, с учетом распределения масс в соответствующих соотношениях позволяет отказаться от использования карданного подвеса, что существенно упрощает конструкцию донной станции и позволяет установить дополнительный источник питания, что увеличивает автономность донной станции.

Однако в известных устройствах, представляющих собой донные станции для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга (Современные донные станции для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга / Зубко Ю.Н., Левченко Д.Г., Леденев В.В., Парамонов А.А // Научное приборостроение, 2003, том 13, №4, с. 70-82 [6]), для обеспечения работоспособности сейсмических приемников (вертикального и горизонтального) их ориентируют с помощью карданного подвеса.

Для всех известных станций установка сейсмических приемников должна производиться с отклонением от вертикали не более 10-15 градусов (рабочий режим). Передача сейсмических колебаний дна должна осуществляться без искажений. Однако из-за специфики морского дна (песчаные неровности, наличие ила или гальки, скальные породы) установить подводную станцию на идеально гладкое дно практически невозможно. Поэтому практически все известные конструкции подводных донных станций для сейсмических исследований содержат блоки ориентации, представляющие собой системы пространственной ориентации, однако, как показывает опыт их эксплуатации, в большинстве случаях, блоки ориентации из-за ограниченного внутреннего пространства на подводных станциях работают с существенной погрешностью.

Известна также морская автономная донная сейсмическая станция (патент RU №2276388 С1, 10.05.2006, [7]), содержащая установленный на дне акватории глубоководный самовсплывающий носитель геофизической аппаратуры и бортовой вычислительный модуль, установленный на борту судна, носитель геофизической аппаратуры включает размещенные в герметическом сферическом контейнере, состоящем из двух полусфер, между которыми проложено уплотнительное резиновое кольцо, блок регистрации, блок определения ориентации, выполненный в виде датчиков наклона и азимута, блок синхронизации, выполненный в виде таймера, синхронизированного с хронометром, блок гидроакустического приемопередатчика, устройство управления размыкателем, соединенное с таймером и бортовым вычислительным модулем, блок питания; установленные снаружи герметического контейнера гидроакустический датчик в виде гидрофона, гидроакустическую антенну, устройство постановки и снятия носителя геофизической аппаратуры с грунта дна, выполненное в виде якоря-балласта и закрепленное посредством размыкателя, выполненного в виде электрохимического размыкателя, средство для поиска всплывшего носителя геофизической аппаратуры, выполненное в виде проблескового маяка, причем блок регистрации включает трехкомпонентный сейсмоприемный модуль и накопитель измерительной информации, к первому входу которого через последовательно соединенные усилитель, фильтр и аналогово-цифровой преобразователь подключен выход сейсмоприемного модуля, к второму входу через герметический разъем и аналого-цифровой преобразователь подключен выход гидроакустического датчика, к третьему входу через аналогово-цифровой преобразователь подключены входы блока определения ориентации, к четвертому входу подключен выход блока синхронизации, гидроакустическая антенна через герметичный разъем подключена к входам блока гидроакустического приемопередатчика и устройства управления размыкателем, при этом якорь-балласт выполнен с полусферическим углублением для размещения контейнера с закреплением его посредством размыкателя; бортовой вычислительный модуль содержит блок съема цифровой информации с накопителя измерительной информации, блок управления, соединенный с входами-выходами блока радиолокационного обнаружения всплывшего носителя геофизической аппаратуры, блок гидроакустической связи с носителем геофизической аппаратуры, устройство синхронизации времени, устройство отображения, полусфера сферического контейнера с размещенной в ней аппаратурой, соединенная с якорем-балластом, имеет меньшую массу, чем вторая полусфера сферического контейнера; якорь-балласт выполнен корзинообразной формы из арматурного каркаса, заполненного бетоном, в полусферическом углублении которого размещен поплавок, снабженный фалом; один из датчиков наклона и азимута размещен на корпусе сейсмоприемного модуля в карданном подвесе, другой датчик наклона и азимута установлен на корпусе геофизической аппаратуры; дополнительно введен блок фильтров геофонов, соединенный входами с выходами геофона и выходами с входами накопителя информации, устройство хронирования информации, соединенное выходом с блоком синхронизации, а входом - по гидроакустическому каналу связи с хронометром; электрохимический размыкатель установлен в верхней части корпуса носителя геофизической аппаратуры.

Достоинствами известного технического решения является то, что полусфера сферического контейнера с размещенной в ней аппаратурой, соединенная с якорем-балластом, имеет меньшую массу, чем вторая полусфера сферического контейнера, что при всплытии контейнера, после его отсоединения посредством размыкателя от якоря-балласта, обеспечивает переворот контейнера на 180 градусов в вертикальной плоскости, что обеспечивает сохранение информационных связей по гидроакустическому каналу не только при всплытии, но и при нахождении контейнера на поверхности. Выполнение якоря-балласта корзинообразной формы из арматурного каркаса, заполненного бетоном, в полусферическом углублении которого размещен поплавок, снабженный фалом, уменьшает вероятность механического повреждения якоря-балласта при соприкосновении его с дном, расширяет площадь контакта контейнера с якорем-балластом, и якоря-балласта с грунтом, что позволяет обеспечить более высокий коэффициент передачи сейсмических колебаний по сравнению с якорем-балластом, выполненным из бетона, в виде диска или прямоугольного параллелепипеда. Размещение поплавка с фалом в полусферическом углублении полусферы, соединенной с якорем-балластом, которая при всплытии поворачивается на 180 градусов в вертикальной плоскости, обеспечивает беспрепятственное расположение поплавка с фалом на водной поверхности, что упрощает процесс поиска как самого контейнера, так и фала, предназначенного для захвата его для поднятия контейнера на борт судна.

Размещение одного из датчиков наклона и азимута в карданном подвесе непосредственно на корпусе блока сейсмодатчиков позволяет уменьшить влияние нежелательных наклонов, отрицательно сказывающихся на чувствительности сейсмодатчиков. Размещение второго датчика наклона и азимута непосредственно на корпусе контейнера носителя геофизической аппаратуры позволяет обеспечить диаграмму направленности сигналов волнового поля в пределах ±30 градусов для получения однозначных сигналов. Ввод в устройство блока фильтров геофонов позволяет получать полезные сигналы, очищенные от помех в полосе пропускания 3-125 Гц, что повышает достоверность прогноза.

Ввод устройства хронирования непосредственно в схему носителя геофизической аппаратуры позволяет уменьшить погрешность временной привязки, обусловленной уходом опорных частот при изменении температурного режима, за счет ввода поправки во временной код.

Выполнение электрохимического размыкателя, размещенного в верхней части корпуса носителя геофизической аппаратуры и содержащего электрод, выполненный из проволоки и закрепленный на скобе, сочлененной с корпусом герметического контейнера носителя геофизической аппаратуры и соединенной с силовой планкой, которая через рычажный механизм соединена с исполнительным механизмом, сочлененным с якорем-балластом, обеспечивает жесткую механическую связь, что уменьшает вероятность его повреждения при постановке станции на грунт.

Для всех известных станций установка сейсмических приемников должна производиться с отклонением от вертикали не более 10-15 градусов (рабочий режим). Передача сейсмических колебаний дна должна осуществляться без искажений. Однако из-за специфики морского дна (песчаные неровности, наличие ила или гальки, скальные породы) установить подводную станцию на идеально гладкое дно практически невозможно. Поэтому практически все известные конструкции подводных донных станций для сейсмических исследований содержат блоки ориентации, представляющие собой системы пространственной ориентации, однако, как показывает опыт их эксплуатации, в большинстве случаях, блоки ориентации из-за ограниченного внутреннего пространства на подводных станциях работают с существенной погрешностью.

Противоречивые требования к кардану можно удовлетворить за счет отличия в амплитудах и частотах сейсмических колебаний, собственной частоты кардана и нелинейной зависимости коэффициента трения в подшипниках от ускорения, а также при измерении на морской автономной станции сейсморазведки и сейсмологического мониторинга вторых производных гравитационного потенциала по ортогональным осям гравитационными градиентометрами и по результатам измерений которых можно получить значения составляющих УОЛ в меридиане и в первом вертикале. Задачей заявляемого технического решения является повышение помехоустойчивости и повышение надежности регистрации сигналов на морском дне посредством донной станции.

Поставленная задача решается за счет того, что в морской автономной донной сейсмической станции (патент RU №2276388 С1, 10.05.2006, [7]), содержащей установленный на дне акватории глубоководный самовсплывающий носитель геофизической аппаратуры и бортовой вычислительный модуль, установленный на борту судна, носитель геофизической аппаратуры включает размещенные в герметическом сферическом контейнере, состоящем из двух полусфер, между которыми проложено уплотнительное резиновое кольцо, блок регистрации, блок определения ориентации, выполненный в виде датчиков наклона и азимута, блок синхронизации, выполненный в виде таймера, синхронизированного с хронометром, блок гидроакустического приемопередатчика, устройство управления размыкателем, соединенное с таймером и бортовым вычислительным модулем, блок питания; установленные снаружи герметического контейнера гидроакустический датчик в виде гидрофона, гидроакустическую антенну, устройство постановки и снятия носителя геофизической аппаратуры с грунта дна, выполненное в виде якоря-балласта и закрепленное посредством размыкателя, выполненного в виде электрохимического размыкателя, средство для поиска всплывшего носителя геофизической аппаратуры, выполненное в виде проблескового маяка, причем блок регистрации включает трехкомпонентный сейсмоприемный модуль и накопитель измерительной информации, к первому входу которого через последовательно соединенные усилитель, фильтр и аналогово-цифровой преобразователь подключен выход сейсмоприемного модуля, к второму входу через герметический разъем и аналого-цифровой преобразователь подключен выход гидроакустического датчика, к третьему входу через аналогово-цифровой преобразователь подключены входы блока определения ориентации, к четвертому входу подключен выход блока синхронизации, гидроакустическая антенна через герметичный разъем подключена к входам блока гидроакустического приемопередатчика и устройства управления размыкателем, при этом якорь-балласт выполнен с полусферическим углублением для размещения контейнера с закреплением его посредством размыкателя; бортовой вычислительный модуль содержит блок съема цифровой информации с накопителя измерительной информации, блок управления, соединенный с входами-выходами блока радиолокационного обнаружения всплывшего носителя геофизической аппаратуры, блок гидроакустической связи с носителем геофизической аппаратуры, устройство синхронизации времени, устройство отображения, полусфера сферического контейнера с размещенной в ней аппаратурой, соединенная с якорем-балластом, имеет меньшую массу, чем вторая полусфера сферического контейнера; якорь-балласт выполнен корзинообразной формы из арматурного каркаса, заполненного бетоном, в полусферическом углублении которого размещен поплавок, снабженный фалом; один из датчиков наклона и азимута размещен на корпусе сейсмоприемного модуля в карданном подвесе, другой датчик наклона и азимута установлен на корпусе геофизической аппаратуры; блок фильтров геофонов, соединенный входами с выходами геофона и выходами с входами накопителя информации, устройство хронирования информации, соединенное выходом с блоком синхронизации, а входом - по гидроакустическому каналу связи с хронометром; электрохимический размыкатель установлен в верхней части корпуса носителя геофизической аппаратуры, согласно изобретению карданный подвес выполнен на подшипниках с нелинейным коэффициентом трения, датчики наклона и азимута, размещенные на корпусе сейсмоприемного модуля в карданном подвесе и на корпусе геофизической аппаратуры, дополнительно содержат два градиентометра, установленные на косвенной стабилизированной в горизонте платформе, также содержащей датчики углов крена, дифферента, датчики углов атаки и скольжения, датчики линейных ускорений и угловых скоростей, установленные в связанной системе координат морской автономной донной станции, и вычислитель, выполненный с возможностью совместной обработки всех датчиков, косвенная стабилизированная платформа снабжена тремя кардановыми рамками, на которых установлены три моментных электродвигателя с сервоприводом, два трехкомпонентных акселерометра с механизмом их перемещения относительно друг друга, измеритель линейной скорости перемещения трехкомпонентных акселерометров, функционально связанных с вычислителем, еще одну косвенную стабилизированную в горизонте платформу, на которой установлены три моментных электродвигателя с сервоприводом, четыре акселерометра с вертикальной осью чувствительности и с механизмом их перемещения в горизонте первой пары акселерометров навстречу друг другу по заданному направлению и второй пары акселерометров навстречу друг другу по направлению, перпендикулярному заданному направлению перемещения первой пары акселерометров, измеритель линейной скорости перемещения акселерометров относительно донной станции, регистратор моментов встречи двух акселерометров на траверзе первой и второй пар, при этом все устройства функционально связаны через блок управления с вычислителем, в котором вычисляют искомые значения составляющих уклонения отвесной линии в меридиане и в первом вертикале, скорость перемещения, направление перемещения, широту, угол сноса, радиус кривизны траектории перемещения и расстояния по вертикали от гравиметров до поверхности геоида.

Как и в прототипе [7], морская автономная донная сейсмическая станция содержит установленный на дне акватории глубоководный самовсплывающий носитель геофизической аппаратуры и бортовой вычислительный модуль, установленный на борту судна, носитель геофизической аппаратуры включает размещенные в герметическом сферическом контейнере, состоящем из двух полусфер, между которыми проложено уплотнительное резиновое кольцо, блок регистрации, блок определения ориентации, выполненный в виде датчиков наклона и азимута, блок синхронизации, выполненный в виде таймера, синхронизированного с хронометром, блок гидроакустического приемопередатчика, устройство управления размыкателем, соединенное с таймером и бортовым вычислительным модулем, блок питания; установленные снаружи герметического контейнера гидроакустический датчик в виде гидрофона, гидроакустическую антенну, устройство постановки и снятия носителя геофизической аппаратуры с грунта дна, выполненное в виде якоря-балласта и закрепленное посредством размыкателя, выполненного в виде электрохимического размыкателя, средство для поиска всплывшего носителя геофизической аппаратуры, выполненное в виде проблескового маяка, причем блок регистрации включает трехкомпонентный сейсмоприемный модуль и накопитель измерительной информации, к первому входу которого через последовательно соединенные усилитель, фильтр и аналогово-цифровой преобразователь подключен выход сейсмоприемного модуля, к второму входу через герметический разъем и аналого-цифровой преобразователь подключен выход гидроакустического датчика, к третьему входу через аналогово-цифровой преобразователь подключены входы блока определения ориентации, к четвертому входу подключен выход блока синхронизации, гидроакустическая антенна через герметичный разъем подключена к входам блока гидроакустического приемопередатчика и устройства управления размыкателем, при этом якорь-балласт выполнен с полусферическим углублением для размещения контейнера с закреплением его посредством размыкателя; бортовой вычислительный модуль содержит блок съема цифровой информации с накопителя измерительной информации, блок управления, соединенный с входами-выходами блока радиолокационного обнаружения всплывшего носителя геофизической аппаратуры, блок гидроакустической связи с носителем геофизической аппаратуры, устройство синхронизации времени, устройство отображения, полусфера сферического контейнера с размещенной в ней аппаратурой, соединенная с якорем-балластом, имеет меньшую массу, чем вторая полусфера сферического контейнера; якорь-балласт выполнен корзинообразной формы из арматурного каркаса, заполненного бетоном, в полусферическом углублении которого размещен поплавок, снабженный фалом; один из датчиков наклона и азимута размещен на корпусе сейсмоприемного модуля в карданном подвесе, другой датчик наклона и азимута установлен на корпусе геофизической аппаратуры; блок фильтров геофонов, соединенный входами с выходами геофона и выходами с входами накопителя информации, устройство хронирования информации, соединенное выходом с блоком синхронизации, а входом - по гидроакустическому каналу связи с хронометром; электрохимический размыкатель установлен в верхней части корпуса носителя геофизической аппаратуры. В отличие от прототипа [7] в морской автономной донной сейсмической станции карданный подвес выполнен на подшипниках с нелинейным коэффициентом трения, датчики наклона и азимута, размещенные на корпусе сейсмоприемного модуля в карданном подвесе и на корпусе геофизической аппаратуры, дополнительно содержат два градиентометра, установленные на косвенной стабилизированной в горизонте платформе, которая также содержит датчики углов крена, дифферента, датчики углов атаки и скольжения, датчики линейных ускорений и угловых скоростей, установленные в связанной системе координат морской автономной донной станции, и вычислитель, выполненный с возможностью совместной обработки всех датчиков.

Косвенная стабилизированная платформа снабжена тремя кардановыми рамками, на которых установлены три моментных электродвигателя с сервоприводом, два трехкомпонентных акселерометра с механизмом их перемещения относительно друг друга, измеритель линейной скорости перемещения трехкомпонентных акселерометров, функционально связанных с вычислителем, еще одна косвенная стабилизированная в горизонте платформа, на которой установлены три моментных электродвигателя с сервоприводом, четыре акселерометра с вертикальной осью чувствительности и с механизмом их перемещения в горизонте первой пары акселерометров навстречу друг другу по заданному направлению и второй пары акселерометров навстречу друг другу по направлению, перпендикулярному заданному направлению перемещения первой пары акселерометров, измеритель линейной скорости перемещения акселерометров относительно донной станции, регистратор моментов встречи двух акселерометров на траверзе первой и второй пар, при этом все устройства функционально связаны через блок управления с вычислителем, в котором вычисляют искомые значения составляющих уклонения отвесной линии в меридиане и в первом вертикале, скорость перемещения, направление перемещения, широту, угол сноса, радиус кривизны траектории перемещения и расстояния по вертикали от гравиметров до поверхности геоида. Функционально вновь введенные элементы представляют собой схему, состоящую из блока датчиков углов крена, блока датчиков углов тангажа, блока датчиков углов атаки, блока датчиков углов скольжения, блока датчиков линейных ускорений, блока датчиков угловых скоростей, косвенной стабилизированной платформы, на которой установлены три моментных электродвигателя с сервоприводом, два трехкомпонентных акселерометра с механизмом перемещения акселерометров в горизонтальной плоскости относительно друг друга, измеритель линейной скорости перемещения трехкомпонентных акселерометров, измеритель скорости перемещения гравиметров и гирокомпас, содержащий косвенную стабилизированную платформу, на которой установлены три моментных электродвигателя с сервоприводом, четыре акселерометра с вертикальной осью чувствительности с механизмом их перемещения в горизонте первой пары акселерометров навстречу друг другу по заданному направлению и второй пары акселерометров навстречу друг другу по направлению, перпендикулярному заданному направлению перемещения первой пары акселерометров, измеритель линейной скорости перемещения акселерометров, регистратор моментов двух акселерометров на траверзе первой и второй пар, функционально связанные с блоком управления, вычислителем, магнитным датчиком блока ориентации через блок управления. Косвенная стабилизированная платформа выполнена с тремя кардановыми рамками, на которых установлены три моментных электродвигателя с сервоприводом, выполненные в виде редуктора. Механизм перемещения в горизонте первой пары акселерометров по параллельным направлениям навстречу друг другу по заданному направлению и второй пары акселерометров по параллельным направлениям навстречу друг другу по направлению, перпендикулярному заданному направлению перемещения первой пары акселерометров, состоит из двигателя, редуктора, червячных передач. Механизм перемещения может быть также выполнен в виде закрепленных на стабилизированной в горизонте платформе двух маятниковых штативов, к которым подвешены по два маятника. К каждому маятнику прикреплен акселерометр с вертикальной осью чувствительности. Для обеспечения незатухающих колебаний маятники должны колебаться в вакуумном колпаке или под воздействием внешней силы, например наведенного магнитного поля, которое возможно наводить с помощью электромагнита.

Механизм перемещения может быть также выполнен в виде эскалатора с бесконечной лентой, на которой закреплены акселерометры.

Измеритель линейной скорости движения акселерометров относительно станции при ее перемещениях под воздействием внешних факторов может быть выполнен в виде интерферометрического датчика, а также может быть использован тахометр типа АДТ-20-50, соединенный своим выходом с вычислителем.

Регистратор моментов встречи акселерометров на траверзе может состоять из фотоприемника и направленного источника света, которые расположены соответственно на одном и втором акселерометрах в первой и второй парах, и выход которого соединен с входом вычислителя.

Определение составляющих УОЛ в меридиане и в первом вертикале заключается в измерении суммарных ускорений акселерометрами в момент их встречи при взаимном перемещении пары акселерометров по параллельным направлениям, перпендикулярным направлениям перемещения другой пары акселерометров. При этом определяется разность отсчетов в соответствии с уравнением, связывающим скорости движения подводной станции относительно Земли, линейную скорость перемещения акселерометров соответственно, радиус кривизны траектории движения стабилизированной платформы подводной станции, угловую скорость вращения Земли через параметры, определяющие взаимную ориентацию систем отсчета, в которых измеряется ускорение и совершается перемещение подводной станции, что позволяет контролировать перемещение подводной станции, полученные при этом результаты измерений учитываются при дальнейшем анализе зарегистрированных сейсмических сигналов.

Работа устройства заключается в следующем.

С судна донная станция транспортируется на поверхность моря, отсоединяется от судовых спускаемых узлов и под действием якоря-балласта свободно погружается на дно моря, который при достижении дна обеспечивает надежный контакт с дном ввиду его отличительных особенностей. Прием компонент волнового поля осуществляется датчиками геофонного типа по трем ортогональным направлениям и гидрофоном. Принятые сигналы после усиления, фильтрации и преобразования поступают на процессор, на который также поступают сигналы с блока ориентации. После синхронизации зарегистрированных сигналов записанная информация поступает в ПЗУ. По окончании работы, зависящей в основном от времени автономной работы блока питания, посредством размыкателя корпус отделяется от якоря-балласта и переворачивается на 180 градусов, и всплывает на поверхность.

После обнаружения донной станций по спутниковому или гидроакустическому каналам связи, или посредством судовой РЛС с использованием отражателя, или судового радиопеленгатора с использованием маяка, установленных на корпусе, производится подъем донной станции на борт судна с использованием такелажных элементов, установленных на корпусе, и подъемных судовых механизмов. После чего станция подсоединяется посредством разъемов к бортовому модулю и осуществляется съем информации из ПЗУ для дальнейшей обработки. Вновь введенные элементы имеют промышленную применимость.

Источники информации

1. Свидетельство КГ на полезную модель №24890.

2. 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.

3. 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.

4. Свидетельство RU на полезную модель №28778.

5. Патент RU №22940000С1, 20.07.2007.

6. Современные донные станции для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга / Зубко Ю.Н., Левченко Д.Г., Леденев В.В., Парамонов А.А // Научное приборостроение, 2003, том 13, №4, с. 70-82.

7. Патент RU №2276388С1, 10.05.2006.

Claims (1)

1. Морская автономная донная станция для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга, содержащая установленный на дне акватории глубоководный самовсплывающий носитель геофизической аппаратуры и бортовой вычислительный модуль, установленный на борту судна, носитель геофизической аппаратуры включает размещенные в герметическом сферическом контейнере, состоящем из двух полусфер, между которыми проложено уплотнительное резиновое кольцо, блок регистрации, блок определения ориентации, выполненный в виде датчиков наклона и азимута и установленный в карданном подвесе, блок синхронизации, выполненный в виде таймера, синхронизированного с хронометром, блок гидроакустического приемопередатчика, устройство управления размыкателем, соединенное с таймером и бортовым вычислительным модулем, блок питания, блок фильтров геофонов, соединенный входами с выходами геофонов, а выходами - с входами накопителя информации, устройство хронирования информации, соединенное выходом с блоком синхронизации, а входом - по гидроакустическому каналу связи с хронометром; причем блок регистрации включает трехкомпонентный сейсмоприемный модуль и накопитель измерительной информации, к первому входу которого через последовательно соединенные усилитель, фильтр и аналогово-цифровой преобразователь подключен выход сейсмоприемного модуля, к второму входу через герметический разъем и аналого-цифровой преобразователь подключен выход гидроакустического датчика, к третьему входу через аналогово-цифровой преобразователь подключены входы блока определения ориентации, к четвертому входу подключен выход блока синхронизации; установленные снаружи герметического контейнера гидроакустический датчик в виде гидрофона, гидроакустическую антенну, устройство постановки и снятия носителя геофизической аппаратуры с грунта дна, выполненное в виде якоря-балласта и закрепленное посредством размыкателя, выполненного в виде электрохимического размыкателя, средство для поиска всплывшего носителя геофизической аппаратуры, выполненное в виде проблескового маяка; гидроакустическая антенна через герметичный разъем подключена к входам блока гидроакустического приемопередатчика и устройства управления размыкателем, при этом якорь-балласт выполнен с полусферическим углублением для размещения контейнера с закреплением его посредством размыкателя; бортовой вычислительный модуль содержит блок съема цифровой информации с накопителя измерительной информации, блок управления, соединенный с входами-выходами блока радиолокационного обнаружения всплывшего носителя геофизической аппаратуры, блок гидроакустической связи с носителем геофизической аппаратуры, устройство синхронизации времени, устройство отображения; полусфера сферического контейнера с размещенной в ней аппаратурой, соединенная с якорем-балластом, имеет меньшую массу, чем вторая полусфера сферического контейнера; якорь-балласт выполнен корзинообразной формы из арматурного каркаса, заполненного бетоном, в полусферическом углублении которого размещен поплавок, снабженный фалом; электрохимический размыкатель установлен в верхней части корпуса носителя геофизической аппаратуры, отличающаяся тем, что карданный подвес выполнен на подшипниках с нелинейным коэффициентом трения, датчики наклона и азимута дополнительно содержат два градиентометра, установленные на косвенно стабилизированной в горизонте платформе, также содержащей датчики углов крена, дифферента, датчики углов атаки и скольжения, датчики линейных ускорений и угловых скоростей, установленные в связанной системе координат морской автономной донной станции, и вычислитель, выполненный с возможностью совместной обработки всех датчиков, косвенно стабилизированная платформа снабжена тремя кардановыми рамками, на которых установлены три моментных электродвигателя с сервоприводом, два трехкомпонентных акселерометра с механизмом их перемещения относительно друг друга, измеритель линейной скорости перемещения трехкомпонентных акселерометров, функционально связанных с вычислителем, еще одну косвенно стабилизированную в горизонте платформу, на которой установлены три моментных электродвигателя с сервоприводом, четыре акселерометра с вертикальной осью чувствительности и с механизмом их перемещения в горизонте первой пары акселерометров навстречу друг другу по заданному направлению и второй пары акселерометров навстречу друг другу по направлению, перпендикулярному заданному направлению перемещения первой пары акселерометров, измеритель линейной скорости перемещения акселерометров относительно донной станции, регистратор моментов встречи двух акселерометров на траверзе первой и второй пар, при этом все устройства функционально связаны через блок управления с вычислителем, в котором вычисляют искомые значения составляющих уклонения отвесной линии в меридиане и в первом вертикале, скорость перемещения, направление перемещения, широту, угол сноса, радиус кривизны траектории перемещения и расстояния по вертикали от гравиметров до поверхности геоида.