SU1084762A1 - Устройство дл управлени сейсмическим вибратором - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СЕЙСШЧЕСКИМ ВИБРАТОРОМ, содержащее последовательно соединенные блок запуска , функциональный генератор, регул тор фазы, счетчик, блок пам ти и цифроаналоговый преобразовате ць, св занный выходом с вибратором, а , также последовафельно соединенные блок обработки выходного сигнала вибратора и фазовый детектор, второй вход которого подключен к второму выходу функционального генератора; а вьпсод - к второму входу регул тора фазы, о т л и а ю щ е е с   тем, что, с целью повьшени  быстродействи  устройства, оно содержит последовательно соединенные блок задержки, синхронизатор и регистр пам ти, вторые входы которого подключены к соответствуннцим выходам счетчика, а вы- ходы - к соответствующим вторым входам счетчика, третий вход которого св зан с выходом блока запуска и с входом блока задержки, а второй вход синхронизатора соединён с вторым выходом функцйон альнЬго генератора.

Description

эо

4

1

а:

д

Изобретение относитс  к сейсморазведочной техник:е, а именно к вибрационной сейсморазведке, и может быть использовано в источниках сейсмических сигналов, преимущественно s электрогидравлического действи , при сейсмических исследовани х.

Известна система управлени  вибратором , содержаща  последовательно соединенные генератор, фазосдвига- 10 тель, вибратор, фильтр, интегратор, усилитель с автоматической регулировкой усилени  (АРУ), схему предустановки АРУ, перемножитель-компаратор (фазовый детектор) и усилитель-интег- 15 ратор. Второй йхоД фазового детектора соединен через фильтр с выходом генератора. Усилитель-интегратор управл ет фазовым корректором. Система управлени  содержит также подключен- 20 ные последовательно к генератору детектор , компаратор и одновибратор, Одновибратор используетс  в системе дл  управлени  схемами выборки и запоминани , которые измер ют в начале 25 развертки и сохран ют до окончани  развертки напр жение; действующее на входе в течение короткого промежутка времени. Напр же«ие схем выборки запоминани  используетс  дл  ЗО предварительной установки системы управлени  вибратором перед каждым последующим сигналом (разверткой). В частности, напр жение схем выборки и запоминани  используетс  дл  установки усилени  усилител  с АРУ и дл  подачи напр жени  на вход фазового корректора в начале развертки . Описанна  предварительна  установка в системе управлени  способст- о вует првьппению быстродействи  Cl

Однако данна  система управлени  имеет недос.татки, обусловленные сложностью конструкции и низкой точностью схем выборки и запоминани . Аналогова  схема выборки и запоминани , как правило, содержит входной переключатель , который коммутирует входное напр жение. При замыкании вх)дного переключател  напр жение с входа 50 передаетс  на конденсатор, который должен хранить (запомнить) это напр жение длительное врем , т.е. до следующего запуска системы управлени . Дл  того, чтобы напр жение на 55 конденсаторе не изменилось во врем  хранени , коммутационные цепи, подключенные к конденсатору, должны

иметь очень большие сопротивлени . Такими качествами обладают контакты реле, однако последние имеют очень низкое быстродействие и надежнойЯь. Электронные переключатели на транзисторах обладают высоким быстродействием , но в выключенном состо нии они имеют конечные сопротивлени ,. что снижает точность работы системы управлени .

Цифровые схемы выборки и запоминани  полностью устран ют падение напр жени  из-за разр да.конденсатора . Однако это удаетс  сделать за счет усложнени  схемы. Основой цифровых схем выборки и запоминани , как правило,  вл етс  цифроаналоговый преобразователь. Б цифровой схем выборки и запоминани  входное напр жение , из которого делаетс  выборка, подаетс  на вход компаратора, на второй вход которого подаетс  пилообразное напр жение с цифроаналогового преобразовател . Цифроаналоговый . преобразователь подключаетс  к выходам счетчика, а счетчик заполн етс  импульсами гЬнератора тактовых импульсов по команде Выборка. До тех пор, пока не станут равными напр жение на выходе цифроаналогового преобразовател  и входное напр жение , компаратор через логические цеп пропускает импульсы на вход счетчика

эти напр жени  станут, равными , компаратор вьщает сигнал на запре прохождени  импульсов на вход счетчи

Как.видно, цифрова схема выборки и запоминани  содержит много различных узлов: Цифроаналоговый преобразователь . Компараторi генератор тактовых импульсов, логические элементы , счетчик, которые в совокупности создают достаточно сложную конструкцию со сложным алгоритмом работы.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности  вл етс  система управлени , котора  содержит последовательно соединенные схему запуска, функциональный генератор, фазовый корректор. Счетчик, посто нное запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь, сейсмический вибратор, схему обработки выходного сигнала вибратора, состо щую из последовательно соединенных двух периодических (инерционных) звеньев ,и фильтра с АРУ, фазовый детектор. второй вход которого соединен с выходом опорного сигнала функционального генератора, а выход - с вторым входом фазового корректора. Схема запуска вырабатывает импульс и запускает функциональный генератор . Функциональный генератор формирует два сигнала. Сигнал, поступающи на вход фазового корректора, предста л ет собой последовательность импуль сов, частота которых измен етс  по линейному закону. Опорный сигнал, по ступающий на вход фазового детектора представл ет собой гармонические колебани  также с линейным законом изменени  частоты. Импульсна  последовательность, про ход  через фазовый корректор, поступает на вход счетчика, где преобразуетс  в код. Этот код, поступа  на адресные входы посто нного запомина- 1юшего устройства, считывает из последнего информацию, представл ющую, собой значени  синусоидального сигна ла в цифровом коде. В цифроаналоговом преобразователе код с выходов запоминающего устройства преобразуетс  в аналоговый синусоидальный сигнал, который поступает на вход сейсмического вибратора . В сейсмическом вибраторе аналоговый электрический сигнал преобразуетс  в механические колебани , которые передаютс  в грунт. С помощью датчика ускорени  в сейсмическом вибраторе формируетс  выходной сигнал, поступающий в схему отработки выходного сигнала вибратора , где отфильтровываетс  от шумов и помех и усиливаетс  по ампли„ туде. Затем этот сигнал поступает на вход фазового детектора, где срав ниваетс  по фазе с опорным сигналом. В случае, когда выходной сигнал вибратора отстает по фазе от опорного сигнала, фазовый детектор вырабатывает сигнал ошибки, который увеличивает частоту следовани  импульсов , поступающую с выхода фазового корректора. Тем самым фаза выходного сигнала корректируетс  (сдвигаетс ) так, что сигнал ошибки на выходе фазового детектора становитс  равным нулю. Если выходной сигнал вибратора опережает по фазе опорный сигнал, на выходе фазового детектора вырабаты ваетс  такой сигнал, что частота следовани  импульсов, поступающих с выхода фазового корректора, уменьшает с  Г23. . Недостатком известной системы управлени   вл етс  большое врем  переходного процесса при запуске - системы, что объ сн1 етс  фазовыми сдвигами между выхо;5ным сигналом сейсмического вибратора и опорным сигналом при запуске системы. Этот переходньй процесс в общем случае различен дл  разных вибраторов, вследствие чего некоторое врем  после запуска группы вибрационных ИСТОЧНИКОВ до окончани  переходных процессов вибраторы работают несинхронно , при этом не только измен етс  энерги , излучаема  группой несинхронных источников, но и искажаетс  форма излучаемого сигнала, т.е. ухудшаютс  его коррел ционные свойства . Переходньй процесс, происход щий в системах управлени  сейсмическими вибраторами при ее запуске, имеет большую продолжительность (длительность переходного процесса часто измер етс  в числе периодов опорной развертки). Длительность переходного процесса зависит от начального сдвига фаз между опорным сигналом и выходным сигналом сейсмического вибратора . Она максимальна, когда сдвиг фаз между этими сигналами равен 180 . Кроме того, длительность переходного процесса зависит от рабочей частоты сейсмического вибратора. Поскольку управл ющий сигнал имеет плавньй подъем амплитуды (например , по экспоненциальному закону) при пуске системы управлени , необходимый дл  получени  функции взаимной коррел ции с минимальными помехами, то врем  переходного процесса не может быть меньше времени плавного подъема амплитуды, обычно это врем  равно 0,5 с. Длительность переходного процесса при различных частотах может быть вычислена с помощью известных методов, если известно математическое описание звеньев системы управлени , или определена экспериментально . Целью изобретени   вл етс  повыение быстродействи  устройства. Указанна  цель достигаетс  тем, то устройство, содержащее последоваельно соединенные блок запуска, ункциональный генератор, регул тор азы, счетчик, блок пам ти и цифроаналоговый преобр азователь, св занный выходом с вибратором, а также последовательно соединенные блок обработки выходного сигнала вибратора и фазовый детектор, второй вход которого подключен к второму выходу функционального генератора, а.выход к второму входу регул тора фазы, содержит последовательно соединенные блок задержки, синхронизатор и регистр пам ти, вторые входы которого подключены к Соответствующим выходам счетчика, а выходы - к соответст вующим вторьм входам счетчика, третий вход которого св зан с выходом блока запуска и с входом блока задержки , а второй вход синхронизатора соединен с вторым выходом функционального генератора. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства дл  управлени  сейсмическим вибратором} на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, отражающие процессы в устройстве соответственно после первого и после второго запуска устройства . Устройство содер сит последовател но соединенные блок 1 запуска, функциональный генератор2, регул тор 3 фазы, счетчик 4, блок 5 пам ти, цифроаналоговый преобразователь 6, вибратор 7, блок 8 обработки выходного сигнала вибратора, фазовьш детектор 9, второй вход которого соединен с вторым выходом функционального генератора 2, а выход с вторым входом регул тора 3 фазы. Выход блока 1 запуска соединен с последовательно соединенными блоком 10 задержки и синхронизатором 11, второй вход которого соединен с вторым выходом функционального генератора-2, на котором формируетс  опорный сигнал. Устройство содер  дат регистр 12 пам ти, вход управле ни  записью которого соединен с выходом синхронизатора 11, входы параллельной записи регистра - с выходами счетчика 4, выходы с входами разр дов счетчика 4, установоч ный вход которого соединен с выходо блока 1 запуска. В устройстве дл  управлени  сейсмическим вибратором.электромеханическим преобразователем энергии  вл етс  вибратор 7 электрогидравлического типа, содержащийпоследовательно соединенные усилитель 13, се возолотник 14 с его датчиком 15 перемещени  и инертную массу 16 с датчиком 17 ее перемещени . Первые два входа усилител  13 используютс  л  организации местных отрицательных обратных св зей, они соединены с выходами датчиков 15 и 17. Третий вход усилител  13 служит дл  подачи управл ющего сигнала. Инертна  масса (Нагружена «а опорную плиту 18, на которой установлен датчик 19 ускорени , сигнал которого  вл е„тс  выходным сигналом вибратора 7 в данном устройстве. Блок 8 обработки выходного сигнала вибратора может быть выполнен анало- гичным системе Г13 управлени  вибратором , где он включает в себ  соединенные последовательно фильтр, интегратор, усилитель с АРУ и схему предустановки АРУ, либо аналогичным системе управлени  2J, где он назван схемой обработки выходного сигнала вибратора. Устройство дл  управлени  сейсмическим вибратором работает следующим образом. Блок 1 запуска осуществл ет запуск устройства, вырабатыва  на своем выходе импульс. В случае передачи сигнала синхронизации с регистрирующей аппаратуры на сейсмический виб-. ратор по радиоканалу блок 1 запуска принимает и декодирует этот сигнал синхронизации. Импульс на выходе блока 1 запуска может быть также сформирован оператором сейсмической установки с помощью кнопки дистанционного запуска, вход щей в состав блока 1 запуска. Импульс запуска поступает на вход, функционального генератора 2, который на одном из своих выходов формирует , последовательность импульсов, поступающую на вход регул тора 3 фазы. На втором выходе функционального генератора 2 формируетс , периодический , как правило, гармонический сигнал, поступающий в качестве опорного сигнала на один из выходов фазового детектора 9. Импульсна  последовательность, проход  через регул тор 3 фазы, поступает на вход счетчика 4, выходной код которого, подаетс  на адресные входы блока.5 пам ти. В  чейках блока 5 пам ти содержитс  цифровой код, представл ющий вре1 енные значени 

синусоидального сигнала. Цифровой код с выходов блока 5 пам ти преобразуетс  в аналоговый сигнал в цифроаналоговом преобразователе 6. Сигнал на выходе цифроаналогового преобразовател  6  вл етс  управл ющим сигналом вибратора 7. Частота управл ющего сигнала пропорциональна частоте входных импульсов счетчика 4, . обеспечивающего считывание информации из блока 5 пам ти, и определ етс требуемой точностью (дискретностью) формировани  синусоидального сигнала

Управл ющий синусоидальный сигнал поступает на управл ющий вход вибратора 7 электрогидравлического типа, где усиливаетс  по мощности усилителем 13, сервозолотником 14 и с помощью инертной массы 16 и опорной плиты 18 преобразуетс  в сейсмические колебани  грунта. Датчики 15 и 17 перемещени  предназначены дл  поддержани  требуемого режима работь; вибратора 7. На опорной плите 18 вибратора 7 установлен датчик 19 ускорени , на выходе которого.под действием возбуждаемого сигнала (колебаний плиты) по вл етс  электрический сигнал. Сигнал датчика 19 ускорени  подаетс  на вход схемы 8 отработки выходного сигнала вибратора 7...

Выходной сигнал вибратора 7, вырабатываемый датчиком 19 ускорени , имеет большой уровень помех и нелинейных искажений, что обусловлено резонансани механической системы вибратора и системы вибратор - грунт, а также вибрацией от работающего двигател  насосной установки. Блок 8 обработки выходного сигнала, интегрирует и усиливает выходной сигнал вибратора 7. Напр жение по форме близкое к синусоидальному, а по фазе не отличающеес  от сигнала датчика 19 ускорени , с выхода блока 8 обработки выходного сигнала подаетс  на вход фазового детектора 9, В фазовом детекторе 9 это напр жение сравниваетс  с напр жением опорного сигналв функционального генератора 2, поступающим с второго выхода генератора по фазе.

Когда фаза сигнала с выхода блока. 8 обработки выходного сигнала вибратора отстает от фазы, опорного сигнала , фазовый детектор 9 вырабатывает сигнал ошибки отставани . При этом

в регул торе 3 фазы происходит суммирование импульсов с первого выхода функционального генератора 2 с импулсами дополнительной импульсной последовательности , число которых пропорционально ошибке.

Дополнительна  импульсна  последовательность может быть получена в регул торе 3 фазы из импульсной последовательности , которую вырабатьшает на своем первом выходе функциональный генератор 2, например, путем ее задержки. Полученна  таким образом суммарна  последовательность импульсов , после преобразовани  в аналоговый управл ющий сигнал, приводит к ускорению колебательного процесса в. вибраторе 7.

Когда фаза сигнала с выхода блока 8 обработки выходного сигнала вибратора опережает опорный сигналуГ Фазовый детектор 9 вырабатывает сигнал ошибки опережени , и в этом случае в регул торе 3 фазы происходит вычитание (запрещение) из импульсной последовательности функционального генератора 2 импульсов, число которых пропорционально фазовой ощибке. В результате колебательный процесс в вибраторе 7 замедлитс  и сдвиг фаз сокращаетс .

В этом случае, когда фазы опорного сигнала функционального генератора 2 и сигнала с выхода блока 8 обработки выходного сигнала совпадают, импульсна  последовательность с первого выхода функционального генератора 2 проходит через регул тор 3 фазы без изменений. При этом фаза сигнала с выхода цифроаналогового преобразовател  6, т.е. управл ющего сигнала вибратора 7, отлична от фазы опорного сигнала и сигнала блока 8 отработки выходного сигнала. Величина фазового сдвига управл ющего сигнала относительно опорного сигнала всегда така , чтобы скомпенсировать фазовые сдвиги, возникающие в механических , гидравлических звень х вибратора 7, а также фазовые сдвиги, возникающие в результате взаимодействи  опорной плиты 18с грунтом. На вход блока 10 задержки поступает импульс запуска с выхода блока 1 запуска . Блок 10 задержки вырабатьшает импульс, который задержан относительно импульса запуска на врем , равное времени переходного процесса. Синхронизатор ,11, на один вход которого подаетс  импульс, задержанный относительно импульса запуска, а на другой опорный сигнал функционального генератора 2, вырабатьшает на своем выходе импульс. Этот импульс совпадает с. перви фронтом опорного сигнала, если последний пр моугольнь1й, или с первым переходом через нуль опорного сигнала функционального генератора 2, если опор ный сигнал имеет гармонической функции, пришедшими после импуль са с выхода блока 10 задержки. Таким образом, на выходе синхронизатора 1 вырабатываетс  импульс, совпадающий с фронтом опорного сигнала и задержанный относительно момента запуска системы управлени  на врем  переходного процесса плюс максимум один период опорной развертки. Импульс с выхода синхронизатора 11 осуществл ет перезапись параллель ного кода, который в данный момент времени находитс  в счетчике 4, в регистр 12 пам ти. Этот код определ  ет фазу управл ющего сигнала. Импульсом запуска с выхода блока 1 запуска в следующей развертке сигнала параллельный код из регистра 1 пам ти переписываетс  в счетчик 4. Тем самым управл ющий сигнал при запуске устройства имеет такую фазу, при которой опорный сигнал функционального генератора 2 находитс . в фазе с сигналом с выхода блока 8 обработки выходного сигнала. По сра нению с известной системой управлени  предлагаемое устройство имеет значительный переходной процесс только во врем  первого запуска системы управлени . Все последунедие запуски будут происходить практически без переход ного процесса. Предложенное устройство повышает быстродействие управлени . На фиг. 2 приведена временна  диаграмма , отражающа  процессы в устройстве после первого запуска, т.е когда имеет место переходный процесс и,, Uj, и, и,д, Ug, Ug, U, U.-. соответственно напр жени  на вг-тходах блоков 1, 3, 6, 19, 8-11, а U2 и 22 соответственно напр жени  на первоми втором (выход опорного сигнала) выходах функционального генератора 2 На фиг. 3 приведена временна, диаграмма: этих же напр жений, отражающа  процессы в устройстве после второго (или любого последующего) запуска, т.е. когда переходный процесс практически отсутствует. В момент времени после первого запуска ( фиг. 2) на выходе синхронизатора 11 формируетс  импульс (его формирование описано выше ). Этим импульсом значение кода из счетчика 4 переписываетс  в регистр {,2 пам ти. Этот код соответствует значению фазы напр жени  на выходе цифроаналогово|го преобразовател  6, После второго запуска импульс U, сформированный на выходе блока 1 запуска (фиг. 3), переписывает код из регистра 12 пам ти в счетчик 4. При зтом фаза напр жени  на выходе цифроаналогового преобразовател  6 соответствует той начальной фазе, при которой переходный процесс по фазе в устройстве отсутствует. Практическа  реализаци  предложенного устройства не вызывает трудностей . В качестве функционального генератора 2 может быть использовано любое известное устройство, способное формировать импульсный и гармонический сигнал по заданной программе , например, с линейным законом изменени  частоты. Это могут быть известные генераторы гармонического сигнала . Выход любого из зтих устройств можно использовать дл  излучени  опорного сигнала, а импульсную последовательность , поступающую на вход преобразовател  импульсной последовательности в гармонический сигнал можно использовать в качестве первого выхода функционального генератора 2. В качестве фазового детектора 9 может быть использован перемножитель аналоговых сигналов с последующим преобразованием посто нной составл ющей произведени  в широтно-импульсный сигнал, Регул тор 3 фазы может быть реализован на логических элементах, с помощью которых под действием широтноимпульсного сигнала можно измен ть частоту импульсной последовательности . Задержанную импульсную последовательность можно получить путем дифференцировани  зад)него фронта импульсов из импульсной последовательности функционального генератора 2 в регул торе 3 фазы. В качестве регул тора 3 фазы и фазового детектора 9 можно использовать известный цифровой регул тор фазы.

Блок 10 задержки может быть реализован с помощью одновибратора, который после запуска системы управлени  вырабатывает импульс, равный по длительности времени переходного процесса ..

Как правило, реальные начальные частоты разверток, с помощью которых производ т сейсмические исследовани , лежат в пределах 8-15 Гц, и врем  переходного процесса будет измен тьс 

незначительно. В качестве блока 10 , задержки можно использовать также счетчик, который после прихода импульса запуска считает импульсы генератора , наход щегос  в этом устройстве, Импульс переполнени  счетчика определ ет врем  задержки.

В качестве синхронизатора 11 можно использовать любое известное ycт ройство, способное вьщел ть первый, пришедший после команды, импульс. ,

Предлагаемое устройство дл  управлени  сейсмическим вибратором более удобно в эксплуатации, так kaK в нем установка начальной фазы производитс  автоматически.

Фиг J

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИМ ВИБРАТОРОМ, содержащее последовательно соединенные блок запуска, функциональный генератор, регулятор фазы, счетчик, блок памяти и цифроаналоговый преобразователь, связанный выходом с вибратором, а также последоваФельно соединенные блок обработки выходного сигнала вибратора и фазовый детектор, второй вход которого подключен к второму выходу функционального генератора,' а выход- к второму входу регулятора фазы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, оно содержит последовательно соединенные блок задержки, синхронизатор и регистр памяти, вторые входы которого подключены к соответствующим выходам счетчика, а вы- ходы - к соответствующим вторым входам счетчика, третий вход которого ' связан с выходом блока запуска и с входом блока задержки, а второй вход синхронизатора соединён с вторым выходом функционального генератора.

   ♦ 1084762 2