RU2724964C1 - Digital recording module for underwater research - Google Patents
Digital recording module for underwater research Download PDFInfo
- Publication number
- RU2724964C1 RU2724964C1 RU2019140630A RU2019140630A RU2724964C1 RU 2724964 C1 RU2724964 C1 RU 2724964C1 RU 2019140630 A RU2019140630 A RU 2019140630A RU 2019140630 A RU2019140630 A RU 2019140630A RU 2724964 C1 RU2724964 C1 RU 2724964C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- seismic
- electronic
- section
- molecular
- module
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/38—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for water-covered areas
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Oceanography (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится в целом к геофизическим измерительным системам, а конкретно к сейсмическим технологиям сбора данных и датчикам. Может применяться для решения задач сейсморазведки в транзитных зонах и на шельфе, сейсмических и акустических наблюдений акваторий, мониторинга подводной в том обстановки в том числе в арктическом регионе и др.The invention relates generally to geophysical measuring systems, and specifically to seismic data acquisition technologies and sensors. It can be used to solve seismic problems in transit zones and on the shelf, seismic and acoustic observations of water areas, monitoring underwater conditions including those in the Arctic region, etc.
Продукты, при производстве которых используется нефть, широко распространены в современной экономике и могут быть найдены во всех отраслях: от бензина до медицинских приборов, детских игрушек и широкого спектра предметов повседневного обихода. Для удовлетворения постоянного спроса на эти продукты запасы нефти и газа должны быть своевременно разведаны и изучены, с тем чтобы этими важными ресурсами можно было эффективно управлять. Как следствие, существует постоянная потребность в новых сейсмических сенсорных системах и новых технологиях разведки. Ученые и инженеры обычно используют сейсмическую разведку на основе проходящих и отраженных волн для обнаружения новых нефтяных и газовых коллекторов, а также для разведки и управления существующими запасами в процессе разработки месторождений. Сейсморазведка проводится путем размещения упорядоченного массива сейсмических датчиков и акустических датчиков в исследуемом районе и мониторинга отклика на контролируемое воздействие на грунт посредством сейсмических источников, таких как вибраторы или воздушные пушки, или взрывная детонация. Отклик отраженных сигналов зависит от геологии внутренней структуры минеральных коллекторов и других подземных формаций, что позволяет получить изображение соответствующих структур. Обычные морские сейсморазведочные работы проводятся путем буксировки массива сейсмических датчиков или приемников за исследовательским судном, причем приемники распределены вдоль одного или нескольких шлангов. Набор воздушных пушек или других сейсмических источников используется для возбуждения сейсмических волн, которые распространяются через толщу воды, и проникают в дно океана. Частично сигнал отражается от подповерхностных структур, возвращается через толщу воды и регистрируется массивом измерителей. В качестве альтернативы сейсмоприемники могут также располагаться вдоль кабеля на дне водоема или функционировать в виде отдельных автономных сейсмических узлов, распределенных на морском дне. Сейсмические приемники включают в себя как датчики давления, так и детекторы движения, которые могут быть предоставлены в виде отдельных компонентов или объединены вместе с обоими типами датчиков, размещенных в непосредственной близости в модуле приемника или сейсмическом узле. Например, набор датчиков давления может быть сконфигурирован в массив гидрофонов и адаптирован для записи скалярных измерений давления сейсмического волнового поля, распространяющегося через толщу воды или другую сейсмическую среду. Датчики движения включают акселерометры и геофоны, которые могут обеспечивать одноосные или трехмерные векторные измерения скорости или ускорения, характеризующие движение среды в ответ на распространение сейсмических волн. Геофизические данные, относящиеся к подземным структурам, получают путем наблюдения отраженных сейсмических волн с помощью массива таких приемных компонентов. Полученные сейсмические сигналы могут быть использованы для формирования изображения, характеризующего состав и геологию недр в зоне исследования и вокруг нее. Общее качество изображения зависит от чувствительности, собственного шума приемных устройств, что создает спрос на более совершенные датчики и приемные технологии.Oil-based products are widely distributed in the modern economy and can be found in all sectors: from gasoline to medical devices, children's toys and a wide range of everyday items. To meet the constant demand for these products, oil and gas reserves must be explored and explored in a timely manner so that these important resources can be effectively managed. As a result, there is a continuing need for new seismic sensor systems and new exploration technologies. Scientists and engineers typically use seismic exploration based on transmitted and reflected waves to discover new oil and gas reservoirs, as well as to explore and manage existing reserves during field development. Seismic exploration is carried out by placing an ordered array of seismic sensors and acoustic sensors in the study area and monitoring the response to a controlled effect on the ground through seismic sources such as vibrators or air guns, or explosive detonation. The response of the reflected signals depends on the geology of the internal structure of mineral reservoirs and other underground formations, which allows you to get an image of the corresponding structures. Conventional marine seismic surveys are carried out by towing an array of seismic sensors or receivers behind a research vessel, the receivers being distributed along one or more hoses. A set of air guns or other seismic sources is used to excite seismic waves that propagate through the water column and penetrate the ocean floor. The signal is partially reflected from subsurface structures, returned through the water column and recorded by an array of meters. As an alternative, seismic receivers can also be located along the cable at the bottom of the reservoir or function as separate autonomous seismic nodes distributed on the seabed. Seismic receivers include both pressure sensors and motion detectors, which can be provided as separate components or combined with both types of sensors located in close proximity to the receiver module or seismic assembly. For example, a set of pressure sensors can be configured into an array of hydrophones and adapted to record scalar pressure measurements of a seismic wave field propagating through a water column or other seismic medium. Motion sensors include accelerometers and geophones, which can provide uniaxial or three-dimensional vector measurements of velocity or acceleration, characterizing the movement of the medium in response to the propagation of seismic waves. Geophysical data related to underground structures are obtained by observing reflected seismic waves using an array of such receiving components. The obtained seismic signals can be used to form an image characterizing the composition and geology of the subsoil in and around the study area. The overall image quality depends on the sensitivity and noise of the receiving devices, which creates a demand for more advanced sensors and receiving technologies.
Качество получаемых данных в значительной мере зависит от чувствительности используемых датчиков, в частности гидрофонов. Большинство конструкций гидрофонов используют пьезоэлектрический чувствительный элемент. Пьезоэлектрический чувствительный элемент имеет невысокий коэффициент преобразования, сравнительно высокий собственный шум в области низких частот, и ограниченный частотный диапазон.The quality of the data obtained largely depends on the sensitivity of the sensors used, in particular hydrophones. Most hydrophone designs use a piezoelectric sensor. The piezoelectric sensitive element has a low conversion coefficient, a relatively high intrinsic noise in the low-frequency region, and a limited frequency range.
Указанные недостатки можно преодолеть, если вместо пьезоэлектрического использовать молекулярно-электронный чувствительный элемент. В научной литературе решения, использующие молекулярно-электронные геофоны описаны в работах [1,2], а гидрофоны - в работах [3,4]. В патенте RU 2687297 C1 представлена базовая модель низкочастотной двухкомпонентной донной косы, использующей высокочувствительные молекулярно-электронные геофоны, а также в патенте RU 2678503 представлена структура и принцип действия молекулярно-электронного гидрофона. Недостатком технического решения для молекулярно-электронного гидрофона, представленного в патенте RU 2678503, является сильная зависимость чувствительности от глубины погружения, что не позволяет использовать его в составе донной косы, описанной в RU 2687297 C1 и предназначенной для работы на дне, где типичная рабочая глубина составляет от 10 до 100 метров, а, в некоторых случаях, может достигать 500 метров. Техническое решение для увеличения рабочей глубины предложено в патенте RU 2696060 C1, где в качестве референсного объема вместо газового пузыря предлагается использовать корпус, заполненный легкосжимаемой жидкостью. Такое решение позволяет существенно увеличить рабочую глубину до требуемых 500 метров. Однако, высокая чувствительность гидрофона достигается при условии использования большого объема сжимаемой жидкости ~ 1 литра. Использование такого гидрофона в составе модулей цифровой донной косы значительно увеличивает габариты и вес модулей и делает их использование неудобным.These disadvantages can be overcome if instead of using a piezoelectric, use a molecular-electronic sensitive element. In the scientific literature, solutions using molecular-electronic geophones are described in [1,2], and hydrophones in [3,4]. In patent RU 2687297 C1 a basic model of a low-frequency two-component bottom braid using highly sensitive molecular-electronic geophones is presented, and also in patent RU 2678503 the structure and principle of operation of a molecular-electronic hydrophone are presented. The disadvantage of the technical solution for the molecular-electronic hydrophone, presented in patent RU 2678503, is the strong dependence of sensitivity on immersion depth, which does not allow its use in the composition of the bottom spit described in RU 2687297 C1 and designed to work on the bottom, where the typical working depth is from 10 to 100 meters, and, in some cases, can reach 500 meters. A technical solution for increasing the working depth is proposed in RU 2696060 C1, where it is proposed to use a housing filled with an easily compressible liquid instead of a gas bubble as a reference volume. This solution allows you to significantly increase the working depth to the required 500 meters. However, the high sensitivity of the hydrophone is achieved by using a large volume of compressible fluid ~ 1 liter. The use of such a hydrophone as part of the modules of the digital bottom braid significantly increases the dimensions and weight of the modules and makes their use inconvenient.
В патентной базе также содержатся многочисленные свидетельства на изобретения, относящиеся к классу подводных кабельных систем (ocean bottom cable), сейсмоакстических измерительных систем для сейсморазведки, располагающихся на морском дне и объединенных в протяженные сейсмичские косы.The patent base also contains numerous certificates for inventions related to the class of underwater cable systems (ocean bottom cable), seismic-acoustic measuring systems for seismic exploration located on the seabed and combined into long seismic streamers.
Так, например, в патенте DK 178813 B1, представлена донная кабельная коса, предназначенная для сейсмической разведки дна акватории, состоящая из измерительных модулей, причем эти модули отделены друг от друга отдельными участками напряженных элементов, где каждый участок напряженного элемента имеет акустические развязывающие устройства на каждом конце. При этом каждый сейсмический измерительный узел содержит съемную автономную сенсорную капсулу для зондирования и регистрации сейсмических данных.So, for example, in patent DK 178813 B1, a bottom cable spit is designed for seismic exploration of the bottom of the water area, consisting of measuring modules, these modules being separated from each other by separate sections of stressed elements, where each section of the stressed element has acoustic decoupling devices on each the end. In addition, each seismic measuring unit contains a removable autonomous sensor capsule for sensing and recording seismic data.
Другим примером может служить патент US 10274627 В2, в котором также представлена конфигурация модулей донной сейсмической косы, отличающаяся тем, что каждый модуль имеет в своем составе сейсмические и/или акустические датчики, подвешенные в акустической среде, расположенной между сдвоенным корпусом модуля. При этом модули содержат, аналогово-цифровой преобразователь, внутреннюю память, элементы синхронизации и источник питания.Another example is US 10274627 B2, which also presents the configuration of the modules of the bottom seismic streamer, characterized in that each module includes seismic and / or acoustic sensors suspended in an acoustic medium located between the dual module housing. In this case, the modules contain an analog-to-digital converter, internal memory, synchronization elements and a power source.
В то же время достаточно обширно представлен класс изобретений схожий в некоторых сферах применения с предлагаемым техническим решением и представляющий собой класс отдельных автономных сейсмических станций (ocean bottom station).At the same time, the class of inventions that is similar in some applications to the proposed technical solution and is a class of separate autonomous seismic stations (ocean bottom station) is presented quite extensively.
Так, например, в патенте US 005189642 A представлено устройство для регистрации акустических и сейсмических сигналов на дне океана с минимальными шумами. Сейсмический регистратор непосредственно осуществляет установку измерительных геофонов на дно, имеет устройство накопления данных, хранит сейсмические данные и может быть съемным. Сейсмическая станция оснащена устройством всплытия и якорной системой.So, for example, in patent US 005189642 A presents a device for recording acoustic and seismic signals on the ocean floor with minimal noise. The seismic recorder directly installs the measuring geophones to the bottom, has a data storage device, stores seismic data and can be removable. The seismic station is equipped with an ascent device and an anchor system.
Комплексная донная буксируемая четырехкомпонентная антенная решетка для сбора сейсмических данных представлена в патенте US 6607050 B2 и состоит из четырехканальной электронной секции для сбора сейсмических данных, карданного трехкомпонентного сейсмоприемника и гидрофона в корпусе. Четырех компонентная станция имеет модульную структуры, а сигнал передается по кабелю на центральную станцию. Заявители изобретения заявляют о высоком SNR однако, достижения этого высокого соотношения планируется получать лишь за счет компактного кабельного соединения и небольших габаритов антенны, снижающих наводки при передаче данных.A comprehensive bottom towed four-component antenna array for collecting seismic data is presented in US Pat. No. 6,607,050 B2 and consists of a four-channel electronic section for collecting seismic data, a three-component cardan gimbal and a hydrophone in the housing. The four-component station has a modular structure, and the signal is transmitted via cable to the central station. The inventors claim a high SNR, however, it is planned to achieve this high ratio only due to the compact cable connection and small dimensions of the antenna, which reduce interference during data transmission.
В качестве прототипа к заявляемому техническому решению по совокупности признаков возьмем изобретение описанное в патенте US 10274627 В2. Среди недостатков прототипа можно выделить в первую очередь слабую чувствительность и высокий собственный шум применяемых измерителей, в то же время прототипу требуется прочный и герметичный корпус для работы при значительных статических давлениях воды, что приводит к значительным массогабаритным параметрам прототипа. В том числе к недостатком прототипа можно отнести ограничение функциональной возможности в качестве отдельного измерительного модуля.As a prototype of the claimed technical solution for the totality of signs, we take the invention described in patent US 10274627 B2. Among the disadvantages of the prototype, it is possible to single out, first of all, the weak sensitivity and high intrinsic noise of the meters used, while the prototype requires a strong and airtight housing to operate at significant static water pressures, which leads to significant prototype dimensions. Including the disadvantage of the prototype can be attributed to the limitation of functionality as a separate measuring module.
При этом задачей предлагаемого технического решения как раз является применение высокочувствительных и низкошумящих молекулярно-электронных измерителей полей скоростей [5] и акустических давлений [6] для реализации принципа разделения сейсмических волн в зависимости от направления распространения, сбор, оцифровка и передача снятых сейсмоакустических данных об энергия проходящих и отраженных волн, возможное объединение в единую цепь модулей для построения донных кос, возможность работать на глубинах до 500 метров (наиболее интересный диапазон для подводной сейсморазведки), возможность снижения массогабаритных требований и требований по герметичности корпуса.At the same time, the objective of the proposed technical solution is precisely the use of high-sensitivity and low-noise molecular-electronic meters of velocity fields [5] and acoustic pressures [6] to implement the principle of separation of seismic waves depending on the direction of propagation, collection, digitization and transmission of captured seismic-acoustic energy data transmitted and reflected waves, possible integration into a single chain of modules for constructing bottom braids, the ability to work at depths of up to 500 meters (the most interesting range for underwater seismic exploration), the ability to reduce weight and size requirements and the requirements for tightness of the hull.
Техническим результатом предлагаемого решения является увеличение чувствительности к внешнему акустическому сигналам цифровых регистрирующих модулей донной косы, за счет использования высокочувствительных молекулярно-электронных гидрофонов. При этом габариты и вес устройства, а также рабочая глубина соответствуют модулям, использующим менее чувствительные пьезоэлектрические гидрофоны.The technical result of the proposed solution is to increase the sensitivity to external acoustic signals of digital recording modules of the bottom braid, through the use of highly sensitive molecular-electronic hydrophones. At the same time, the dimensions and weight of the device, as well as the working depth, correspond to modules using less sensitive piezoelectric hydrophones.
Поставленная задача решается и технический результат изобретения достигается тем, что цифровой регистрирующий модуль, предназначенный для измерения вертикальной компоненты сейсмического поля скоростей на дне водоемов, а также регистрации акустического волнового поля давлений в среде, содержит корпус, состоящий из двух секций, причем в первой секции, заполненной воздухом, расположен, по меньшей мере один молекулярно-электронный геофон, а во второй секции, заполненной легкосжимаемой жидкостью, расположен чувствительный элемент молекулярно-электронного гидрофона, а также электронные платы питания, усиления и частотной коррекции, плата АЦП и плата микроконтроллера, при этом секции изолированы друг от друга проставкой, содержащей герметичные проводные контакты и мембрану, открытую во внешнюю среду. В частных случаях реализации изобретения модуль содержит элемент питания, обеспечивающий независимое энергоснабжение модуля; модуль содержит внутренний накопитель данных в виде внутренней памяти для автономной регистрации сейсмоакустических данных; модуль содержит сетевой адаптер, позволяющий передавать при необходимости регистрируемые датчиком данные на внешние устройства При этом в каждой из двух секций модуля расположен разъем, позволяющий объединять цифровые регистрирующие модули кабельной системой в единую донную косу. При этом часть корпуса модуля, образующая вторую секцию, может быть выполнена из полимерного материала. В качестве легкосжимаемой жидкости использована полиметилсилоксановая жидкость. В первой секции модуля расположены, по меньшей мере два ортогонально ориентированных геофона, на плате микроконтроллера во второй секции расположен двух или трехосный акселерометр, предназначенный для определения ориентации модуля относительно вектора силы тяжести.The problem is solved and the technical result of the invention is achieved by the fact that the digital recording module, designed to measure the vertical component of the seismic velocity field at the bottom of the reservoirs, as well as registering the acoustic pressure wave field in the medium, contains a housing consisting of two sections, and in the first section, filled with air, at least one molecular-electronic geophone is located, and in the second section, filled with an easily compressible liquid, there is a sensitive element of the molecular-electronic hydrophone, as well as electronic power, amplification and frequency correction boards, an ADC board and a microcontroller board, sections are isolated from each other by a spacer containing sealed wire contacts and a membrane open to the external environment. In particular cases of implementing the invention, the module contains a battery providing independent power supply to the module; the module contains an internal data storage device in the form of internal memory for autonomous recording of seismic-acoustic data; the module contains a network adapter that allows you to transfer, if necessary, the data recorded by the sensor to external devices. In each of the two sections of the module, there is a connector that allows you to combine the digital recording modules with a cable system into a single bottom braid. In this case, the part of the module housing forming the second section may be made of a polymer material. Polymethylsiloxane liquid was used as an easily compressible liquid. At least two orthogonally oriented geophones are located in the first section of the module, on the microcontroller board in the second section there is a two or three-axis accelerometer designed to determine the orientation of the module relative to the gravity vector.
Заявленное техническое решение позволяет применить новейшую технологию на основе молекулярной электроники для повышения чувствительности и снижения уровня собственных шумов известных ранее технических решений. Полученное многофункциональное устройство сейсмических наблюдений способное выдерживать статические давления до 50 атмосфер и функционировать самостоятельно или в составе донной косы. Расположение электронного модуля внутри силиконовой жидкости позволит снизить требования по прочности по отношению к внешнему гидростатическому давлению для секции с электроникой, и позволяет решить задачу облегчения и удешевления корпуса устройства, при сохранении всех функциональных возможностей, поскольку давление внутри корпуса с электроникой будет фактически таким же, как и внешнее. Кроме того, поскольку жидкость внутри секции с гидрофоном обладает высокой гидрофобностью, это дополнительно предохраняет электронные компоненты от затекания.The claimed technical solution allows you to apply the latest technology based on molecular electronics to increase sensitivity and reduce the level of intrinsic noise of previously known technical solutions. The resulting multifunctional seismic observation device is able to withstand static pressures of up to 50 atmospheres and function independently or as part of a bottom spit. The location of the electronic module inside the silicone fluid will reduce the strength requirements with respect to the external hydrostatic pressure for the electronics section, and will solve the problem of facilitating and reducing the cost of the device case, while maintaining all the functionality, since the pressure inside the case with the electronics will be practically the same as and external. In addition, since the liquid inside the hydrophone section is highly hydrophobic, this further protects the electronic components from leakage.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 приведена схема примера реализации изобретения, где: 1 - двухсекционный корпус цифрового регистрирующего модуля, 2 - взаимно-перпендикулярные молекулярно-электронные геофоны в секции при атмосферном давлении, 3 - чувствительный элемент молекулярно-электронного гидрофона, 4 - легкосжимаемая жидкость, заполняющая весь внутренний объем второй секции, 5 - электронные платы питания, усиления и частотной коррекции, АЦП, микроконтроллера и сетевого адаптера, 6 - проходные герметичные разъемы, позволяющие подавать питание, снимать цифровой сигнал с одного или нескольких (до 400) соединенных в цепь цифровых регистрирующих модулей, 7 - герметичные сквозные контакты между секциями.In FIG. 1 is a diagram of an example embodiment of the invention, where: 1 - a two-section housing of a digital recording module, 2 - mutually perpendicular molecular-electronic geophones in a section at atmospheric pressure, 3 - a sensitive element of a molecular-electronic hydrophone, 4 - an easily compressible liquid filling the entire internal volume the second section, 5 - electronic power, amplification and frequency correction boards, ADC, microcontroller and network adapter, 6 - leak-through sealed connectors that allow power supply, take a digital signal from one or more (up to 400) digital recording modules connected to the circuit, 7 - sealed through contacts between sections.
Фиг. 2 - фотография примера реализации с открытой секцией для молекулярно-электронных геофонов и уже заполненной легкосжимаемой жидкостью секции для электронных плат и молекулярно-электронного гидрофона.FIG. 2 is a photograph of an example implementation with an open section for molecular electronic geophones and a section for electronic circuit boards and a molecular electronic hydrophone already filled with easily compressible liquid.
Фиг. 3 - фотография испытательских измерений технических параметров цифрового измерительного модуля под давлением на испытательном стенде.FIG. 3 is a photograph of test measurements of the technical parameters of a digital measuring module under pressure on a test bench.
Фиг. 4 и фиг. 5 - фотографии натурных испытаний цифровых регистрирующих модулей на естественном водоеме.FIG. 4 and FIG. 5 - photographs of field tests of digital recording modules in a natural reservoir.
Фиг. 6 - спектральная плотность мощности собственного шума, используемого в измерительном модуле молекулярно-электронного гидрофона в дБ относительно 1мкПа/√Гц (Синий - собственный шум, Красные - сигналы сенсоров в эксперименте).FIG. 6 - spectral power density of the intrinsic noise used in the measuring module of the molecular-electronic hydrophone in dB relative to 1 μPa / √Hz (Blue - intrinsic noise, Red - sensor signals in the experiment).
Фиг. 7 - спектральная плотность мощности собственного шума, используемых в измерительном модуле молекулярно-электронных геофонов в дБ относительно 1м/сек2/√Гц (Черный - собственный шум, Красный и синий - сигналы сенсоров в эксперименте).FIG. 7 - spectral power density of the intrinsic noise used in the measuring module of molecular-electronic geophones in dB relative to 1 m / s 2 / √Hz (Black - intrinsic noise, Red and blue - sensor signals in the experiment).
Цифровой регистрирующий модуль, предназначенный для измерения вертикальной компоненты сейсмического поля скоростей на дне водоемов, содержит металлический корпус 1 вытянутой формы, который составляется из двух функциональных секций. В первой секции, заполненной воздухом, расположен, по меньшей мере один молекулярно-электронный геофон 2, а во второй секции, заполненной легкосжимаемой жидкостью, расположен чувствительный элемент молекулярно-электронного гидрофона 3, а также электронные платы 5 питания, усиления и частотной коррекции, плата АЦП и плата микроконтроллера. В частном случае реализации модуля часть корпуса, образующая вторую секцию, выполнена из полимерного материала, например пластика или поликарбоната, а целостность упомянутой секции при действии внешнего гидростатического давления обеспечивается упругими силами, возникающим при изменении объема заполняющей секцию легкосжимаемой жидкости 4. Секции изолированы друг от друга проставкой содержащей, мембрану молекулярно-электронного гидрофона, открытую во внешнюю среду. Вторая мембрана гидрофона обращена внутрь одной из секций. Кроме того, для электрической связи двух секций формируются герметичные проводные контакты между ними, способные выдерживать достаточное для функционирования и работы гидрофона статическое давление. Секция, содержащая чувствительный элемент молекулярно-электронного гидрофона, полностью заполняется легкосжимаемой жидкостью 4 с хорошими гидрофобными свойствами, подобно решению, описанному в RU 2696060 C1, при этом в этой же секции заранее фиксируются и подключаются к выводному разъему 6 секции и проходным контактам все электронные платы 5 цифрового регистрирующего модуля. Секция герметично закрывается, так, чтобы в жидкости не оставалось воздушных пузырей. При этом во второй секции цифрового регистрирующего модуля располагаются взаимно перпендикулярная пара молекулярно-электронных геофонов, подключенная посредством электрических герметичных проходных контактов к электронной плате, размещенной в секции с легкосжимаемой жидкостью, причем пара закрепляется таким образом, чтобы электронные платы секции с жидкостью были сориентированы вдоль одной из осей геофонов. На электронной плате присутствует трехкомпонентный акселерометр MEMS типа, две оси которого получаются соосными геофонам измерительного модуля, третья ось будет определять угол по отношению к вертикали, под которым лег на дно измерительный модуль. Секция с геофонами также содержит герметичный выходной разъем, позволяющий принимать сигнал с последующих цифровых модулей, в случае соединения в донную косу и снабжать их электропитанием. Проходные соединения могут быть реализованы посредством промышленных впаиваемых изоляторов с остеклением проходного вывода.The digital recording module, designed to measure the vertical component of the seismic velocity field at the bottom of reservoirs, contains an
Схема примера реализации технического решения представлена на фиг. 1. в соответствии с указанной схемой и описанием изобретения собран и пример реализации фиг. 2 и фиг. 3. В качестве заполняющей объем секции с платами жидкости выбран ПМС-5 (полиметилсилоксановая жидкость), имеющая отличные гидрофобные свойства и коэффициент объемной сжимаемости примерно в два раза выше, чем у воды.A diagram of an example implementation of a technical solution is shown in FIG. 1. In accordance with the indicated scheme and description of the invention, an example of implementation of FIG. 2 and FIG. 3. PMS-5 (polymethylsiloxane liquid), which has excellent hydrophobic properties and a volume compressibility coefficient of about two times higher than that of water, was selected as the volume-filling section with liquid plates.
В соответствии с описанием изобретения на фиг. 1 обозначены: 1 - двухсекционный корпус цифрового модуля, 2 - взаимно-перпендикулярные молекулярно-электронные геофоны в секции при атмосферном давлении, 3 - молекулярно-электронный гидрофон, 4 - силиконовая жидкости на основе ПМС-5, заполняющая весь внутренний объем второй секции, 5 электронные платы питания, усиления и частотной коррекции, АЦП, микроконтроллера и сетевого адаптера, 6 - проходные герметичные разъемы, позволяющие подавать питание, снимать цифровой сигнал с одного или нескольких (до 400) соединенных в цепь цифровых регистрирующих модулей, 7 - герметичные сквозные контакты между секциями.In accordance with the description of the invention in FIG. 1 marked: 1 - two-section housing of the digital module, 2 - mutually perpendicular molecular-electronic geophones in the section at atmospheric pressure, 3 - molecular-electronic hydrophone, 4 - silicone fluid based on PMS-5, filling the entire internal volume of the second section, 5 electronic boards for power supply, amplification and frequency correction, ADC, microcontroller and network adapter, 6 - pass-through sealed connectors that allow power supply, take a digital signal from one or more (up to 400) digital recording modules connected to the circuit, 7 - sealed through contacts between sections.
Для собранных примеров реализации был проведен необходимый комплекс испытательских тестов, измерительные параметры модуля установлены на следующих значениях:For the collected implementation examples, the necessary set of test tests was carried out, the measuring parameters of the module are set to the following values:
Молекуряно-электронные геофоны:Molecular-electronic geophones:
- рабочая полоса частот: 1÷300 Гц;- working frequency band: 1 ÷ 300 Hz;
- чувствительность геофона: 250 В/м/сек;- sensitivity of the geophone: 250 V / m / s;
- собственный шум - 100 нм/сек в полосе 1-300 Гц- intrinsic noise - 100 nm / s in the band 1-300 Hz
Молекулярно-электронный гидрофон:Molecular electronic hydrophone:
- рабочая полоса частот: 1÷500 Гц;- working frequency band: 1 ÷ 500 Hz;
- чувствительность гидрофона: 300 мкВ/Па;- hydrophone sensitivity: 300 μV / Pa;
- рабочее гидростатическое давление: до 50 атм;- working hydrostatic pressure: up to 50 atm;
- спектральная плотность собственного шума на частоте 10 Гц по отношению к 1 мкПа ≤ 48 дБ.- spectral density of intrinsic noise at a frequency of 10 Hz with respect to 1 μPa ≤ 48 dB.
Цифровая система:Digital system:
- разрядность АЦП: 24 разряда;- ADC capacity: 24 bits;
- эффективный динамический диапазон АЦП: ≥123 дБ при f рег=1 кГц и коэф. усиления 1;- effective dynamic range of the ADC: ≥123 dB at f reg = 1 kHz and coefficient.
- локальная сеть 100 Мбит/сек с ретрансляцией данных - до 400 модулей на косу.- 100 Mbps local area network with data relaying - up to 400 modules per streamer.
Выполненные натурные испытания измерительного модуля продемонстрировали высокие параметры чувствительности и крайне низкие значения собственных шумов фиг. 6 и фиг. 7.The field tests of the measuring module demonstrated high sensitivity parameters and extremely low values of the intrinsic noise of FIG. 6 and FIG. 7.
Источники информацииSources of information
1. А.С. Шабалина, Д.Л. Зайцев, Е.В. Егоров, И.В. Егоров, А.Н. Антонов, А.С. Бугаев, В.М. Агафонов, В.Г. Криштоп. «Молекулярно-электронные преобразователи в современных измерительных приборах» Успехи современной радиоэлектроники. №9, 2014, стр. 33-42.1. A.S. Shabalina, D.L. Zaitsev, E.V. Egorov, I.V. Egorov A.N. Antonov, A.S. Bugaev, V.M. Agafonov, V.G. Krishtop. "Molecular-electronic converters in modern measuring instruments." Advances in modern radio electronics. No. 9, 2014, pp. 33-42.
2. Egorov, I.V.; Shabalina, A.S.; Agafonov, V.M. Design and self-noise ofMET closed-loop seismic accelerometers. IEEE Sens. J. 2017, 17, 2008-2014.2. Egorov, I.V .; Shabalina, A.S .; Agafonov, V.M. Design and self-noise ofMET closed-loop seismic accelerometers. IEEE Sens. J. 2017, 17, 2008-2014.
3. Авдюхина С.Ю., Агафонов B.M., Егоров E.B., Зайцев Д.Л., Рыжков М.А. «УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МОЛЕКУЛЯРНО-ЭЛЕКТРОННОГО ГИДРОФОНА», Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики, Труды XIV Всероссийской конференции. 2018. С. 621-624.3. Avdyukhina S.Yu., Agafonov B.M., Egorov E.B., Zaitsev D.L., Ryzhkov M.A. “DEVICE AND PRINCIPLE OF ACTION OF MOLECULAR ELECTRON HYDROPHONE”, Applied technologies of hydroacoustics and hydrophysics, Proceedings of the XIV All-Russian Conference. 2018.S. 621-624.
4. Zaitsev, D.L., Avdyukhina, S.Y., Ryzhkov, M.A., Evseev, I., Egorov, E.V., and Agafonov, V. M.: Frequency response and self-noise of the MET hydrophone, J. Sens. Sens. Syst, 7, 443-452, https://doi.org/10.5194/jsss-7-443-2018, 2018.4. Zaitsev, D.L., Avdyukhina, S.Y., Ryzhkov, M.A., Evseev, I., Egorov, E.V., and Agafonov, V. M .: Frequency response and self-noise of the MET hydrophone, J. Sens. Sens. Syst, 7, 443-452, https://doi.org/10.5194/jsss-7-443-2018, 2018.
5. В.М. Агафонов, И.В. Егоров, А.С.Шабалина «Принципы работы и технические характеристики малогабаритного молекулярно-электронного сейсмодатчика с отрицательной обратной связью» Сейсмические приборы. 2013. Т. 49, №1, с. 5-18.5. V.M. Agafonov, I.V. Egorov, A.S.Shabalina "Principles of operation and technical characteristics of a small-sized molecular-electronic seismic sensor with negative feedback" Seismic instruments. 2013.V. 49, No. 1, p. 5-18.
6. Dmitry Zaitsev, Egor Egorov, Maxim Ryzhkov, Grigory Velichko, Prof. Vladimir Gulenko «LOW-FREQUENCY, LOW-NOISE MOLECULAR-ELECTRONIC HYDROPHONE FOR OFFSHORE AND TRANZIT ZONE SEISMIC EXPLORATION», 19th INTERNATIONAL MULTIDISCIPLINARY SCIENTIFIC GEOCONFERENCE & EXPO SGEM 2019, June 28 - July 7. 2019, Albena, Bulgaria Conference proceedings, Volume 19, pp 961-968.6. Dmitry Zaitsev, Egor Egorov, Maxim Ryzhkov, Grigory Velichko, Prof. Vladimir Gulenko “LOW-FREQUENCY, LOW-NOISE MOLECULAR-ELECTRONIC HYDROPHONE FOR OFFSHORE AND TRANZIT ZONE SEISMIC EXPLORATION”, 19th INTERNATIONAL MULTIDISCIPLINARY SCIENTIFIC GEOCONFERENCE & EXPO SGEM 2019, June 28 - July 7. June Conference pp 961-968.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019140630A RU2724964C1 (en) | 2019-12-10 | 2019-12-10 | Digital recording module for underwater research |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019140630A RU2724964C1 (en) | 2019-12-10 | 2019-12-10 | Digital recording module for underwater research |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2724964C1 true RU2724964C1 (en) | 2020-06-29 |
Family
ID=71509809
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019140630A RU2724964C1 (en) | 2019-12-10 | 2019-12-10 | Digital recording module for underwater research |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2724964C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU206397U1 (en) * | 2021-04-15 | 2021-09-08 | Акционерное общество "Морская арктическая геологоразведочная экспедиция" | BOTTOM MODULE OF SEISMIC STATION |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7239577B2 (en) * | 2002-08-30 | 2007-07-03 | Pgs Americas, Inc. | Apparatus and methods for multicomponent marine geophysical data gathering |
RU2546997C2 (en) * | 2010-01-22 | 2015-04-10 | Ион Геофизикал Корпорейшн | Seismic recording system with rejection of ghost wave and movement |
RU2592739C1 (en) * | 2015-04-17 | 2016-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Арктический Научно-Проектный Центр Шельфовых Разработок" (ООО "Арктический Научный Центр") | Method for seismic survey on water bodies and device therefor |
EA029036B1 (en) * | 2012-08-16 | 2018-01-31 | Магсейс Ас | Ocean bottom seismic node system |
US10274627B2 (en) * | 2015-10-30 | 2019-04-30 | Ion Geophysical Corporation | Ocean bottom seismic systems |
-
2019
- 2019-12-10 RU RU2019140630A patent/RU2724964C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7239577B2 (en) * | 2002-08-30 | 2007-07-03 | Pgs Americas, Inc. | Apparatus and methods for multicomponent marine geophysical data gathering |
RU2546997C2 (en) * | 2010-01-22 | 2015-04-10 | Ион Геофизикал Корпорейшн | Seismic recording system with rejection of ghost wave and movement |
EA029036B1 (en) * | 2012-08-16 | 2018-01-31 | Магсейс Ас | Ocean bottom seismic node system |
RU2592739C1 (en) * | 2015-04-17 | 2016-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Арктический Научно-Проектный Центр Шельфовых Разработок" (ООО "Арктический Научный Центр") | Method for seismic survey on water bodies and device therefor |
US10274627B2 (en) * | 2015-10-30 | 2019-04-30 | Ion Geophysical Corporation | Ocean bottom seismic systems |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU206397U1 (en) * | 2021-04-15 | 2021-09-08 | Акционерное общество "Морская арктическая геологоразведочная экспедиция" | BOTTOM MODULE OF SEISMIC STATION |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20230236333A1 (en) | Multi-axis, single mass accelerometer | |
US6932185B2 (en) | Acquisition method and device for seismic exploration of a geologic formation by permanent receivers set on the sea bottom | |
CA2913202C (en) | Sensor for measuring the electromagnetic fields on land and underwater | |
US8650963B2 (en) | Electrostatically coupled pressure sensor | |
RU2617525C1 (en) | Anchored profiling underwater observatory | |
CN107202632A (en) | Vector sensor unit for underwater surveillance net | |
AU2014216042A1 (en) | Piezoelectric accelerometer | |
CN113391343A (en) | Submarine optical fiber four-component seismic instrument system and data acquisition method thereof | |
US6160763A (en) | Towed array hydrophone | |
RU2724964C1 (en) | Digital recording module for underwater research | |
US11079506B2 (en) | Multicomponent streamer | |
RU111691U1 (en) | BOTTOM MODULE OF SEISMIC STATION | |
Latham et al. | The Texas ocean-bottom seismograph | |
US10823865B2 (en) | Multi component sensor device for point measurements on the seabed during seismic surveys | |
CN210427820U (en) | Novel underwater MEMS double-detection detector | |
RU2687297C1 (en) | Low-frequency two-component bottom seismic cable | |
CN206848490U (en) | A kind of dual sensor | |
US20220120927A1 (en) | Neutrally buoyant particle velocity sensor | |
RU206397U1 (en) | BOTTOM MODULE OF SEISMIC STATION | |
RU2260199C2 (en) | Method and device for determining parameters of gravitation and wave fields | |
CN107167837A (en) | A kind of dual sensor | |
Neeshpapa et al. | GEOPHYSICAL SYSTEM OF PERMANENT INSTALLATION FOR UNDERWATER MONITORING OF SEISMIC EVENTS | |
Makris* et al. | The Geosyn Ocean Bottom Seismograph and its various applications for active and passive seismic obsrevations | |
RU142159U1 (en) | MULTI-COMPONENT SEISMIC EXPLORATION COMPLEX | |
CN117518271A (en) | Sediment layer particle vibration receiving transducer and receiving method suitable for interface wave detection |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210115 |