Delist.ru

Динамика и синтез широкополосных сейсмических приборов (15.09.2007)

Автор: Головин Константин Александрович

Воспользовавшись полученными графиками функций сопрягающих частот, можно довольно просто выбрать параметры сейсмического прибора, обеспечивающие желаемую полосу частот.

Для этого необходимо по графикам функций сопрягающих частот выбрать такое значение параметра, чтобы обеспечить оптимальное расположение сопрягающих частот, под которым будем понимать расположение, обеспечивающее заданную полосу пропускания, то есть необходимо так расположить сопрягающие частоты, чтобы в заданной полосе частот было минимальное изменение амплитуды колебаний. В идеале желательно иметь на данном участке горизонтальную асимптоту ЛАХ.

Построение желаемой ЛАХ осуществляется следующим образом.

Задается значение варьируемого параметра.

Для данного значения по графикам функций сопрягающих частот определяются значения сопрягающих частот.

Затем на основании известной методики отмечаются полученные значения сопрягающих частот на оси частот.

На частоте ? = 1 откладывается ордината, равная 20lg k, где k – коэффициент передачи системы (точка А).

Через точку А проводится прямая с наклоном, равным ??20 Дб/дек, где ? – порядок астатизма системы.

После каждой из частот сопряжения наклон ЛАХ изменяется на -20 Дб/дек (-40 Дб/дек), если эта частота сопряжения ?k (?l) определяется постоянной времени соответствующего двучлена (трехчлена) знаменателя, или на 20 Дб/дек (40 Дб/дек), если эта частота сопряжения ?i (?j) определяется постоянной времени соответствующего двучлена (трехчлена) числителя.

В зависимости от коэффициента затухания ? в соответствующих точках сопряжения вводятся поправки, повышающие или понижающие величину ЛАХ в этих точках. Поправки можно не вводить, если значения ? находятся в пределах 0,38 ? ? ? 0,7

На рис. 9 приведено семейство ЛАХ для различных значений коэффициента демпфирования подвески транспортного средства.

Пятая глава. Экспериментальные исследования сейсмических источников.

Проведены экспериментальные исследования вопросов согласования сейсмических источников с грунтом. Предложена методика определения параметров грунта, что позволило получить характеристики исследуемой среды.

В результате проведенных исследований разработан метод определения приведенного импеданса грунтов, контактирующих с источником, а также механических характеристик соответствующих грунтов.

Экспериментально доказано, что эквивалентная площадь плиты зависит от силы прижатия сейсмического источника к грунту, что определяет степень его согласования с грунтом.

Рис. 9. Семейство ЛАХ для различных значений коэффициента демпфирования подвески транспортного средства

Полученные экспериментально механические, электромеханические и электромагнитные характеристики с высокой степенью точности (до 10 %) совпали с характеристиками, полученными аналитически.

В экспериментальных полевых работах использовался образец электродинамического источника с амплитудой усилия от 2 до 5 кН и частотным диапазоном от 40 до 600 Гц. В результате работ показано, что в условиях как высокоскоростных кристаллических пород, так и в осадочных низкоскоростных отложениях амплитуда сигнала на рабочем органе источника за областью естественного максимума от частоты меняется незначительно, что создаёт условия формирования достаточно равномерного спектра зондируемого сигнала в указанном диапазоне частот.

В точках приёма на удалении нескольких сотен метров как на поверхности, так и в скважинах (глубиной свыше 500 м) фактор частотно-избирательного поглощения незначителен. Амплитуда сигналов уменьшается с удалением от источника в основном за счет расхождения фронта волн, что не отражается на их спектральном составе. В результате в условиях кристаллических пород при наблюдениях в скважинах получена высокоразрешенная волновая картина проходящих продольных и поперечных волн, зарегистрированы и прослежены отраженные волны, прослеживание которых в низкочастотном диапазоне невозможно или сопряжено со значительными сложностями из-за неразрешенности и слабой динамической выразительности. При наблюдениях на поверхности в осадочном разрезе (скорости продольных волн 400 – 1800 м/с) уверенно зарегистрированы многочисленные отражения в диапазоне времен до 0,6 с с высоким разрешением. Их видимая частота примерно соответствует средней частоте свипа, что свидетельствует об отсутствии заметного избирательного поглощения в диапазоне до 500 Гц. При этом в диапазоне частот 120 – 500 Гц волны помехи верхней части разреза существенно ослаблены по сравнению с низкочастотным диапазоном.

Достигнуто существенное повышение эффективности метода при выявлении и оконтурировании целевых геологических неоднородностей с размерами от первых метров до первых десятков метров.

На основе большого объема наблюдений с высокочастотными невзрывными источниками в диапазоне частот 100 – 800 Гц оценены параметры затухания, свидетельствующие о высокой добротности пород разреза и отсутствии аномально высоких потерь энергии высокочастотных компонент волнового поля. Установлена реальная возможность повышения разрешающей способности сейсморазведки почти на порядок, благодаря применению высокочастотного вибрационного источника в сочетании с трехкомпонентной регистрацией и высокочастотным накоплением.

Шестая глава. Практическая реализация

Посвящена описанию приборно-аппаратного комплекса для высокочастотных сейсмических исследований, в создание которого существенный вклад внес автор.

Комплекс содержит приемо-передающую сейсмическую аппаратуру, размещаемую на поверхности земли и под землей в скважинах, шурфах и шахтах.

Также здесь приводятся разработки автора, реализованные в других отраслях народного хозяйства. Как правило, при создании всех приведенных ниже разработок автор был либо основным, либо одним из ведущих исполнителей. Личный вклад автора в каждом техническом решении, приводимом ниже, либо указан в списке исполнителей соответствующего отчета о НИР, либо определен протоколом соглашения о долевом участии в изобретении.

На основании предложенных моделей и методов анализа и синтеза сложных систем найдены новые подходы к построению структурно-функциональной организации приборов и устройств, которые позволили создать и внедрить в ряд отраслей народного хозяйства:

- широкополосные вибрационные сейсмические источники для малоглубинной сейсморазведки ЭДВИС-1, ЭДВИС-2, ЭДВИС-3 превосходящие по частотным характеристикам все известные аналоги;

- широкополосные импульсные сейсмические источники, значительно превышающие известные по ширине полосы спектра излучения и КПД,

- широкополосные скважинные геофизические приборы для возбуждения и регистрации сейсмических сигналов ;

- устройства для эксплуатации и ремонта подземных водозаборов;

- системы вибрационной диагностики строительных конструкций;

- системы и устройств коррекции психофизиологического состояния человека;

- вибрационные вискозиметры.

Оригинальность предложенных способов и устройств подтверждаются авторскими свидетельствами и патентами СССР, РФ, Австралии, Великобритании, Франции, Украины.

Заключение

В диссертационной работе решена научно-техническая проблема повышения разрешающей способности сейсморазведки на основе обеспечения возбуждения и регистрации широкополосных сигналов с преобладанием высоких частот.

В рамках диссертации получены следующие результаты.

1. На базе введенных функций сопрягающих частот от выбираемых параметров разработан новый метод синтеза сложных систем автоматического управления, дающий возможность в процессе проектирования наглядно представить влияние изменения соответствующего параметра на характеристики системы. Это позволяет достаточно просто выбирать оптимальные значения проектируемых параметров, а при необходимости параметрического управления свойствами системы определить пределы изменения управляющего параметра.

2. Разработан метод анализа электромагнитных процессов в системе статический преобразователь напряжения - электрический преобразователь возвратно-поступательного движения, позволяющий значительно упростить процесс анализа электромагнитных процессов и сократить затраты времени при расчетах. На основании полученных с помощью разработанного метода результатов исследований предложен способ управления сейсмическим источником с широтно-импульсной модуляцией напряжения, обеспечивающий формирование сигнала возбуждения с минимумом высших гармоник.

3. Разработаны способ управления электрическим преобразователем возвратно-поступательного движения и устройство для его осуществления, обеспечивающие упрощение регулирования амплитуды и фазы возбуждаемого усилия в диапазоне рабочих частот, а также улучшение массогабаритных показателей.

загрузка...