SU1278740A1 - Сейсмометрическое устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к техни- , ческой физике и может быть использовано дл  морских сейсмологических исследований. Цель изобретени  расширение области применени  сейсмометрического устройства путем увеличени  динамичёско .о диапазона на инфранизких частотах, благодар  выполнению прерывател  резисторы подключаютс  либо к общей шине, либо к входам парафазных усилителей. Синхронизатор вырабатывает на выходе пр моугольные электрические импульсы , которые поочередно подключают по входу через мультиплексор и фильтр к входам регистрирующего канала. Функцией фильтра  вл етс  сглаживание высокочастотной составл ющей коммутационных помех, вносимых мультиплексором . Таким образом, при нали- , чии периодической коррекции нулевых уровней усилителей осзществл етс  непрерьшна  регистраци  сейсмосигнала от пьезоэлектрических или пьезорезистивных первичных приемников с симметричными выходом в инфранизкочастотном диапазоне и по посто нному току. Это достигаетс  сочетанием режима временного мультиплексировани  аналоговых сигналов с прерывистой синхронной периодичесI кой подстройкой нулевых уровней усилителей по посто нному току ак (Л тивными компенсационными каналами параллельного типа по дополнительной паре входов парафазного усилител  при неотключаемой цепи обратной передачи типа мостового согласованного четырехполюсника. Весь тракт пеN9 редачи сигнала от первичного приемника до регистратора не имеет частотно00 разделительных реактивностей и позвол ет расширить область применени  с выKl сокой разрешающей способностью вплоть др нулевых частот. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

И:.иГ1р трпие отиогитс  к техничсгKoti физике и может быть преимущественно ис1тользовано дл  морских сейсмологических исследований, а также может найти применение в аппаратуре дл  тензометрии и гидрофизических исследований.

Современный уровень технических средств дл  сейсмометрии позвол ет пpинимatь по гидроканалу слабые сейсмосигналы от искусственных источников зондировани  в частотном диапазоне с нижней границей 2,-5 Гц. Усилительные тракты соответствующей сейсмометрической аппаратуры стро тс  дл  повьшени  помехозащищённости и расширени  динамического диапазона по схемам дифференциальных усилителей переменного тока с разделительными конденсаторами или .сейсмотрансформаторами, что позвол ет не усиливать смещени  нулевого уровн  усилительных каскадов по посто нному току и ограничивает нижнюю границу частотного диапазона.

В то же врем  задача построени  телеметрической аппаратуры дл  прогнозировани  низкочастотных волн от естественных источников, например, типа цунами, или дл  непрерьюНых сейсмологических наблюдений требует расширени  нижней границы частотного диапазона до дес тых и сотых долей герца, а иногда и вплоть до нулевых частот (телеметри  гидростатического фона давлений и сопутствующих гидрофизических параметров). Это может быть технически реализовано только в дифференциальных усилительных трактах посто нного тока, но при этом нар ду с полезным сигналом неизбежно усиливаютс  начальные напр жени  каскадов с их тепловыми и временными дрейфами, частотно неотделимые от слабых полезных сигналов и превышающие их по величине. Тем самым резко ограничиваетс  динамический диапазон сейсмометрических устройств в инфранизкочастотной области.

Цель изобретени  - расширение области применени  сейсмометрического устройства путем увеличени  динамического ,1диапаэона на инфранизких частотах.

На фиг. 1 .приведена структурна  схема предла1-аймо1о сейсмометрического устройгтпл; на фиг. 2 - фрагмент схемы, по сн ющий выполнение ее основных узлов.

Сейсмометрическое устройство (фиг, 1) содержит по меньшей мере один первичный приемник 1 сигнала с симметричным выходом, по меньшей мере две лары резисторов 2 пр мой передачи сигнала, по меньшей мере два симметричных четырехполюсника, каждый из которых выполнен в виде парафазного усилител  3 посто нного тока, охваченного по каждой паре основных входов 4 и 5 и выходов 6 и 7 двум  цеп ми отрицательной обратной св зи в виде резисторов обратной передачи, разделенных на две части 8 и 9, между которыми включен резистивный двухполюсник 10, а также по меньшей мере один регистрируниций канал 11, между входом которого и выходами 6 и 7 усилителей 3 включено последовательное соединение мультиплексора 12 и фильтра 13 нижних частот . Первичный приемник 1 может быть выполнен в виде двухполюсного изолированного пьёзогшектрического датчика или в виде мостового датчика на основе пьезо- или тенздрезисторов. Сейсморегистрирующий канал 11 может быть выполнен, например, э виде известного последовательного соединени  устройства выборки - хранени , кодирующего преобразовател , линии передачи и цифрового накопител  на 5 магнитном носителе. Мультиплексор 12 в простейшем случае представл ет собой двойной двухпозиционный электронный ключ, а фильтр 13 выполн етс  по любой из известных схем апериоди- ,

ческих активных фильтров на основе операционного усилител . Мультиплексор 12 снабжен сигнальными входами 14 и 17, а также управл ющим входом 18. .

45 Кроме того, схема содержит по меньшей мере четыре прерывател  19 сигнала, которые включены своими сигнальными входами и выходами между соответствующими основными входами

50 усилителей 3 и резисторами 2 пр мой передачи сигнала, а попарно объединенными управл ющими входами - к первому 20 и второму 21 выходам синхронизатора 22, третий выход 23 кото55 рого подключен к управл ющему входу 18 мультиплексора 12.

Каждый парафазньш уси;1итель снабжен дополнительными входами 2Д и 25,

которые соединены с cooTBeTCTByiomiiMH выходами 6 и 7 через канал 26 периодической компенсации нулевого уровн . Стробирующие входы упом нутых каналов 26 попарно соединены и ,подключены к соответствующим выходам 20 и 21 синхронизатора 22.

Каждый парафазный усилитель 3выполнен (фиг. 2), например, в виде двух операционных усилителей 27, инвертирующие входы которых служат основными входами 4 и 5, а неинвертирующие входы - дополнительными входами 2А и 25 усилител  3. Каждый канал 26 периодической компенсации нулевого уровн  вьтолнен в виде последовательного соединени  аналогового усилител  инвертора 28, вход которого служит входом канала 26 и аналогового запоминающего устройства 29, выход которого служит выходом канала 26, усилитель - инвертор 28 выполнен по известной схеме операционного усилител  30, охваченного цепью отрицательной обратной св зи через резисторы 31 и 32, а аналоговое запоминающее устройство 29 - по одной из известных схем выборки-хра нени  на основе запоминакмцего конденсатора и ключа или на основе известных микросхем серии 1100. Стробирующие входы каналов 26 подключены (фиг. 2) к первому выходу 20 синхронизатора 22.

Каждый прерыватель 19 выполнен в виде трехполюсника, между входом и выходом которого включен первьА электронный ключ 33, между входом и общей шиной - второй электронный ключ 34, а между выходом и нулевой - третий электронный ключ 35. Электронные ключи могут быть выполнены в виде соответствующих микросхем серии 564, Управл ющие входы ключей 34 и 35 соединены, а точка их соединени  служит управл ющим входом прерьшател  и подключена к управл ющему входу ключа 33 через логический инвертор 36 (либо к инверсному эквиваленту выхода 20). Подобное построение коммутатора обеспечивает при замыкании ключей 34 и 35 двух- сторонне низкое выходное сопротивление прерьшател  по входу и выходу,

разв занным через большое сопротивление разомкнутого ключа 33. Синхронизатор 22 может быть выполнен по известной структуре последовательнего соедииеми  накопительного счртчнка н дешифратора его состо ний, реализуемой на микросхемах серии 564.

Состав сейсмоприемного устройства на фиг. 1 представлен в минимальной совокупности признаков дл  обработки сигнала от одного первичного приемника , т.е. в однокальном варианте. Дл  п пертзичных приемников количество

O структурных узлов, предшеств тощих регистрирующему каналу 11 должно быть увеличено в п раз, а блок снабжаетс  соответствующим мультиплексором каналов, к входам которого под5 ключаютс  усилительные структуры (фиг. 1), а мультиплексор каналов и его логика выполн ютс  по известным принципам временного уплотнени  каналов и реализуютс , например, на мик0 росхемах серий 564, 504 и других.

Сейсмометрическое устройство работает следующим образом.

Благодар  выполнению прерывател  19 (фиг. 2) резисторы 2 подклю5 чаютс  либо к общей шине (нулевому потенциалу), либо к входам 4 и 5 парафазных усилителей 3, находшцимс  при наличии резистивной цепи обратной передачи (8-10) под квазинуле0 потенциалом. Поэтому оба выхода первичного приемника 1 сигнала наход тс  при любых состо ни х прерывателей 19 под одинаковыми токовыми и резистивными нагрузками, что

5 не приводит к нагрузочным дисбалансам приемника 1 при изменении состо ни  прерывателей 19. Синхронизатор 22 вырабатывает на выходе 23 поток пр моугольных электрических

0 импульсов со скважностью , кото- рые поочередно подключают по входу 18 через (мультиплексор 12 и фильтр 13к-входам регистрирующего канала

11вьпсоды 6 и 7 то одного, до другого усилителей 3. Функцией фильтра

12 вл етс  сглаживание высокочастотной составл ющей коммутационных помех, вносимых мультиплексором 12 и лрактически не искажаклцих спектр полезного сигнала и в инфранизкочастотной и низкочастотной област х. На выходах 20 и 21 синхронизатор 22 вырабатывает 2 кратковременных

Claims (3)

1. (до 50 мкс) электрических импульса за один период коммутирующего сигнала на выходе 23, прргчем таким образом , что когда через мультиплексор 12 передаютс  сигналы с его входов 16 и 17 (фиг, 1), импульс вырабатываетс  на выходе 20, а когда через мультиплексор 12 передаютс  сигналы с .pro входов 14 и 15, импульс вырабатываетс  на выходе 21, Ка эдый из импульсов с выходов 20 и 21 кратковременно прерывает подачу сигнала от приемника 1 на соответствующий усилитель 3 и переводит последний .посредством включени  пары ,каналов 26 компенсации в режим нзмерени  текущего значени  приведенг него напр жени  смещени  нулевого уровн . За счет временного уплотнени  сигналов усилителей 3 посредством мультиплексора ожидаемый сигнал oTKJH04eHftoro усилител  3 копируетс  на выходе фильтра 13, т.е. непрерывно поступает на регистрацию в канал 11. Измерение и запоминание приведенного сигнала нулевого уровн  усилител  3 осуществл етс  следующим образом. При вык почении прерывател  19 происходит отключение от первичного приемника, а усилитель 3 оказываетс  охваченным цепью отрицательной обратной св зи через малое выходное сопротивление открытого ключа 35 и цейь обратной передачи 8-10 по входам 4 и 5, а также второй цепью отрицательной обратной св зи .через канал 26 периодической ком пенсации по входам 24 и 25. Действи второй цепи отрицательной обратной св зи существенно доминирует вследствие того, что выходное сопротивление ключа 35 значительно меньше .сопротивлений рез1)гсторов 8 и 9. Поэтому практически полностью исключа етс  взаимное вли ние выходов 6 и 7 друг на друга через резистор 10; не обходимое при пропускании полезного сигнала дл  режекции синфазного сиг нала приемника 1 пр посто нному току , и дл  операционных усилители 27 возможно практически раздельное измерение напр жений приведенного сме щени  нул  посредством каналов 26 без отключени  общей цепи обратной передачи 8-10. При включении строби рующим сигналом соответствующего аналогового запоминающего устройства 29 на отслеживание (выборку) на входе 24 (или 25) выбаратьгеаетс  напр жение см приведенного смещени  нул  соответствующего операцион ного усилител  27; причем усилитель 12 о 28, обеспечива  режим отрицательней братной св зи, увеличивает своим усилением точность выработки е см в услови х неотключаемой цепи обратной передачи 8-10. По окончании стробирующего сигнала запоминающее устройство 29 хранит запомненный сигнал , компенсирует собственное е си усилителей 27 и позвол ет осуществить усиление полезного сигнала без соответствующего усилени  в см. Совокупность отличительных признаков позвол ет ПРИ наличии периодической коррекции нулевых уровней усилителей осуществить непрерьшную регистрацию сейсмосигнада от пьеэо электрических или пьезорезистивиых первичных приемников с симметричным выходом в ивфранизкочастотном.диапазоне и по посто нному току. Это достигаетс  указанным сочетанием режима временного мультиплексировани  аналоговых сигналов с прерывистой синхронной периодической подстройкой нулевых уровней усилителей по посто нному току активными компенсационными каналами параллельного типа по дополнительной паре входов парафазного усилител  при неотключаемой цепи обратной передачи типа мостового согласованного четьфехполюсника ,(8-10). Весь тракт передачи сигнала от первичйого приемника до регистратора не имеет частотнораздел тельных реактивностей и позвол ет расщирйть область применени  с высокой разрешающей способностью (большим динамическим диапазоном) вплоть до нулевых частот, т.е. без ограничений на тип первичного приемника с симметричным выходом. Предлагаемое устройство реализуетс  дл  диапазона полезного сигнала 0-2000 Гц с динамическим диапазо- . ном в одноступенном парафазном усилении не менее 60 дБ, достигаемое подавление сигнала смещени  нул  усилителей составл ет не менее 95 дВ. Верхний предел частоты входного сигнала зависит только от частотных свойств усилителей 27 и 30 и мультиплексора 12. Формула изобретени  1. Сейсмометрическое устройство, содержащее по меньшей мере один первичный приемник сигнала с симметрич ,7 . t HbiN ВЫХОДОМ, по меньшей мере ДВР пары резисторов пр мой передачи сигнала , по меньшей мере два сим гетричных четырехполюсника, каждый из.кото рых выполнен в виде парафаэного усит лител  посто нного тока, охваченного по калщой паре основного входа и выхода цепью отрицательной обратной св зи в виде резисторов обратной передачи разделенных на две части, между кото рыми включен двухполюсник, а также по меньшей мере один регистрирующий канал, вход которого электрически св зан с выходами каждого четырехполюсника , причем первые вьшоды каждой пары резисторов пр мой передачи электрически св заны со входами соот ветствующего четырехполюсника, а вторые выводы одной пары резисторов пр мой передачи подключены к выводам симметричного выхода первичного приемника , отличающеес  тем, что, с целью расширени  области применени  путем увеличени  динамического диапазона на инфранизких час тотах, оно содержит по меньшей мере четыре прерывател  сигнала, мультиплексор , фильтр нижних частот и синхронизатор, а каждьй двухполюсник выполнен в виде резистора, каждый па рафазный усилитель снабжен двум  каналами периодической компенсации нулевого уровн , каждый из которых включаем между выходом парафазиого усилител  и его соответствующим дополнительным входом, при этом злектрическа  св зь выходов четырехполюс ника с входом регистрирующего канала выполнена через последовательное соединение мультиплексора и фильтра посредством подключени  сигнальных входов мультиплексора к выходам четырехполюсников, выхода фильтра к входу регистрирующего канала, а злектрическа  св зь первого вывода каждого резистора пр мой передачи с соответствующим входом четырехполюс П ник  г)Ы11(;.ммеи.) через прерыплтриг,, первые пы оды другсш па1)ы резисторов пр мой перрдачи подключены к соответствуЮ1цим выводам первичного приемника, а управл ющие выводы первого и второго прерывателей соединены со стробирующ1гми входами одной пары каналов компенсации и подключены к первому выходу синхронизатора, управл ющие входы третьего и четвертого прерывателей соединены со стробирующими входами другой пары каналов компенсации и подключены к BTvOpoму выходу синхронизатора, третий вы-ход которого подключен к управл ющему входу мультиплексора.
2. 2. Устройство по п,1, отличающеес  тем, что каждый парафазный усилитель выполнен в виде двух операционных усилителей, инвертирующие и неинвертирзпощие вхо-. ды которых соответственно служат основными и дополнительными входами парафазного усилител , а каждый канал периодической компенсации вьшолнен в виде последовательного соединени  аналогового усилител  инвертора , вход которого служит входом канала, и аналогового запоминающего устройства, выход которого служит выходом канала компенсации.
3. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающеес  тем, что каждый прерыватель сигнала выполнен в виде трехполюсника, между входом и выходом которого включен первый электронный ключ, между входом и общей шиной - второй электронный ключ, между выходом и ,общей шиной третий электронный ключ, причем управл ю1цие входы второго и третьего ключей соединены, а точка их соеинени  служит упрапл ющим входом прерывател  и подключена к управл юему входу первого ключа через логиеский инвертор.

   Фиг. г