SU1163289A1 - Способ управлени амплитудой выходного сигнала вибрационного источника сейсмических сигналов и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ управлени  амплитудой выходного сигнала вибрационного источника сейсмических сигналов, содерщащего задающий генератор, усилитель мощности, гидроусилитель с распределительным золотником, исполнительный механизм с плунжером и опорной плитой и датчики положени  распределительного золотника и плунжера и датчик ускорени : опорной плиты , состо щий в измерении перемещений распределительного золотника и плунжера и ускорени  опорной плиты и в подаче на усилитель мощности управл ющего напр жени , амплитуда и частота которого пропорциональны перемещению распределительного золотника и плунжера и ускорению опорной ппиты, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности работы за счет ограничени  уровн  нелинейных искажений, измер ют амплитудные значени  потока рабочей жидкости, проход щего через гидроусилитель в исполнительньй меffr -; :Г. ..- : ;i 11 ханизм без нагрузки и под нагрузкой, формируют электрический сигнал, рав-. ный разности амплитуд потоков рабочей жидкости нагруженного и ненаг руженного гидроусилител , умноженной на масштабирующий коэффициент, определ емый допустимым уровнем нелинейных искажений, и в соответствии с полученным сигналом измен ют величину управл ющего напр жени  усилител  мощности до положительного значени  величины сформированного сигнала. 2. Устройство дл  управлени  амплитудой выходного сигнала вибрационного источника сейсмических сигналов , содержащее задающий генератор , усилитель мощности, гидроусилитель , исполнительный механизм в виде двухстороннего гидроцилиндра с плунжером, жестко св занным с опорной плитой, с закрепленной к его корпусу реактивной массой, датчик ускоОд рени  опорной плиты с первым усилисо ю телем-интегратором, датчик перемещени  распределительного золотника с СХ) первым усилителем и датчик перемещег со. ки  плунжера с вторым усилителем, а выходы первого и второго усилителей подключены к соответствующим вычитающим входам усилител  мощности, о т- личающеес  тем, что в него введены датчик ускорени  реактивиой массы с вторьм усилителем-интегратором , разностный усилитель, компаратор , масштабирующий элемент и усилитель с регулируемым коэф ощиентом усилени , вход и выход которого соедииеиы соответственно с выходом задающего генератора и с первым вхо

Description

дом усилител  мощности, выходы первого и второго усилителей-интеграторов подключены к соответствующим входам разностного усилител , выход которого соединен с первым входом компаратора, а выход первого

усилител  соединен через масштабирующий элемент с вторым входом компаратора , выход которого подключен к управл ющему входу усилител  с регулируемым коэффициентом усиле ни .

Изобретение относитс  к сейсморазведке и может быть использовано в устройствах управлени  вибрационными источниками сейсмических сигналов.

Известен способ управлени  амплитудой силы вибрационного источника, прикладываемой к земле, состо щий в том, что измер ют ускорени  опорной плиты и реактивной массы и суммируют пропорциональные им сигналы, при зтом суммарный сигнал используют дл  регулировани  уровн  возбуждени  вибратора Dl.

Реализующее данный способ устройство содержит исполнительный механизм в виде вибратора с опорной плитой , гидроусилителем и гидроцнлиндром , задающий генератор,датчик ускорени  опорной плиты с усилителем, датчик ускорени  реактивной массы с усилителем, суммирующий усилитель, детектор и измерительный прибор tlJ.

Недостатком такого способа и реализуклцего его устройства  вл етс  невысока  эффективность работы, обуслов ленна  тем, что исполнительный механизм вибрационного источника не защищен от перегрузки.

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  способ управлени  вибрационным источником сейсмических сигналов, содержащим задающий генератор, усилитель мощнО сти, гидроусилитель с распределительным золотником, исполнительный мехинизм . с плунжером и опорной плитой и датчики положени  распределительного золотника и плунжера и датчик ускорени  опорной плиты, состо щий в измерении перемещени  распределительного золотника и плунжера и ускорени  опорной плиты и в подаче на усилит тель мощности управл ющего напр жени  , амплитуда и частота которого

пропорциональны перемещению распределительного золотника и плунжера и ускорению опорной плиты 2}.

Реализующее известный способ устройство дл  управлени  амплитудой выходного сигнала вибрационного источника сейсмических сигналов содержит задающий генератор, усилитель мощности, гидроусилитель, исполнительный механизм в виде двухстороннего гидрощшиндра с плунжером, жестко св занным с опорной плитой, и с закрепленной к его корпусу реактивной массой, датчик ускорени  опорной плиты с первым усиПителем-интегратором , датчик перемещени  распределительного золотника с первым усилителем и датчик перемещени  плунжера с вторым усилителем, выходы первого и второго усилителей подключены к соответствующим вычитающим входам усилител  мощности .

Недостаткам известного способа и реализующего его устройства  вл етс  невысока  эффективность работы, обусловленна  тем, что дл  снижени  уровн  нелинейных искажений уменьшают при изменении импеданса грунта задаваемый сигнал источника во всем частотном диапазоне.

Цель изобретени  - повышение эффективности работы за счет ограничени  уровн  нелинейных искажений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласие способу управлени  амплитудой выходного сигнала вибрационного источника сейсмических сигналов , содержащего задающий генератор , усилитель мощности, гидроусилитель с распределительным золотником , исполнительный механизм с плунжером и опорной плитой и датчики положени  распределительного золотника и плунжера и датчик ускорени  опорной плиты, состо щий в измерении перемещений распределительно го золотника и плунжера и ускорени  опорной плиты и в подаче на усилитель мощности управл ющего напр жени , амплитуда и частота которого пропорциональны перемещению распределительного золотника и плунжера и ускорению опорной плиты, измер ют амплитудные значени  потока рабочей жидкости, проход щего через гидроусилитель в исполнительный механизм без нагрузки и под нагрузкой, формируют электрический сигнал, равный разности амплитуд потоков рабочей жидкости нагруженного и ненагруженного гидроусилител , умноженной на масштабирукиций коэффициент, определ емый допустимым уровнем нелинейных искажений , и в соответствии с полученным сигналом измен ют величину управл ющего напр жени ;усилител  мощности до положительного значени  величины сформированного сигнала.

В устройство дл  управлени  амплитудой выходного сигнала вибрационного источника сейсмических сигналов, содержащее задающий генератор, уси литель мощности, гидроусилитель, исполнительный механизм в виде двухстороннего гидроцнлиндра с плунжером , жестко св занным с опорной плитой , и с закрепленной к его корпусу реактивной массой, датчик ускорени  йиорной плиты с первым усилителеминтегратором , датчик перемещени  распределительного золотника с первым усилителем и датчик перемещени  плунжера с вторым усилителем, выходы первого и второго усилителей подключены к соответствующим вычитающим входам усилител  мощности, введены датчик ускорени  реактивной массы с вторым усилителем-интегратором, разностный усилитель, компаратор, масштабирующий элемент и усилитель с регулируемым коэффициентом усилени , вход и выход которого соединены соответственно с выходом задающего генератора и с первым входом усилител  мощности, выходы первого и второго усилителей-интеграторов подключены к соответствующим входам разностного усилител , выход которого соединен с первым входом компаратора а выход первого усилител  соединен через масштабирующий элемент с вторым входом компаратора, выход которого подключен к управл ющему входу усилител  с регулируемым коэффициентом усилени .

Основными источниками нелинейных искажений электрогидравлического возбудител  вибрации  вл ютс : нелинейна  зависимость потока рабочей жидкости через распределительный золотник от перепада давлени  на нагрузке; ограничение давлени  питани , что вызывает перегрузку исполнительного механизма при.задании больщого управл ющего сигнала, потери контакта опорной плить исполнителного механизма с поверхностью грунта

Последн   причина про вл етс  редко обычно дл  источников, смонтированных на легких транспортных . средствах. Поэтому основными  вл ютс  первые два.

Поток рабочей жидкости.через гидроусилитель св зан с давлением нагрузки соотношени ми

J, .SL

)7 РО Ifl

q - поток рабочей жидкости чегде рез гидроусилитель;

J - перемещение распределительного золотника;

f - перепад давлени  на нагрузке;

-подводимое к гидроусилителю давление;

-коэффициент расхода рабоК„ чей жидкости.

Это соотнощение может быть представлено дл  амплитудных или дейстствующих значений потока, перемещени  и давлени  в виде:

К,

im

Если обозначать механический импеданс нагрузки на гидроусилитель через Zjj , то

««1 Я Ш Н

Из этого уравнени  следует, что уровень нелинейных искажений источРит

иика зависит от величины и

Го

резко возрастает при нарушении усРцчч

, Так как импеданс

лови 

нагрузки гидроусилител  сильно зависит от механического импеданса

грунта, который  вл етс  функцией от частоты воздействующего сигнала, и свойства грунта, то это условие часто нарушаетс , что приводит к ухудшению выделени  полезного сигнала и по влению ложных кратных отражений. Величина нагрузки исполнительного механизма характеризуетс  коэффициентом КцЧП Рнт

N «1Z- )

который может измен тьс  от нул  до единицы, причем большие значени  Коэффициента соответствуют меньшим значени м нагрузки. При холостом ходе (нагрузка на гидроусилитель отсутствует ) , Св зь между величиной Кц и уровнем нелинейных искажений дл  источника данного типа может быть найдена аналитически или экспериментально .

Чтобы нелинейные искажени  выходного сигнала источника не прерьпиали заданной величины, необходимо соблюдение услови 

с - KH- .

Величина представл ет, собой величину потока рабочей жидкости через ненагруженный гидроусилитель. Тогда можно записать:

с, - ,0, . где q,jj - поток рабочей жидкости чере ненагруженный гидроусилитель.

Способ осуществл етс  следующим

.образом.

Вибрационный источник включают в работу и подают на усилитель мощности управл ющий сигнал заданной частоты и амплитуды. Измер ют значени 

скорости реактивной массы и опорной плиты и по этим значени м определ ют поток рабочей жидкости, проход щей через нагруженный гидроусилитель. Одновременно измер ют перемещение распределительного золотника гидроусилител , величина которого пропорциональна потоку через неиагруженный гидроусилитель. Формируют электрический сигнал, величина которого пропорциональна разности потоков рабочей жидкости нагруженного и ненагруженного гидроусилител , умноженного на посто нный, заранее установленный коэффициент. Используют полученный сигнал дл  регулировани  коэффициента усилени  усилител  мощности таким образом, чтобы величина сформированного сигиала была положительной

На чертеже представлена функциональна  схема устройство дл  управлени  амплитудой выходного сигнала

вибрационного источника сейсмических сигналов, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит исполнительньй механизм 1, состо щий из цилиндра с

жестко присоединенной к нему реактивной массой 2 и плунжером 3, жестко св занного с опорной плитой 4, опирающейс  на поверхность грунта 5, и гидроусилител  6 с распределительным

золотником и датчиком 7 положени  распределительного золотника, датчик 8 перемещени  плунжера 3, датчик 9 ускорени  реактивной массы 2, датчик 10 скорени  опорной плиты 4, задающий генератор 11, усилитель I2 с регулируемым коэф4ициентом усилени , усилитель 13 мощности, усилители 14 и 15, усилители-интеграторы16 и 17, разностный усилитель 18, компаратор

19 и масштабирующий элемент 20.

Выход датчика 8 перемещени  плунжера 3 подключен через усилитель 5 к первому входу усилител  13 мощности , выход датчика 7 положени 

распределительного золотника соединен с другим входом усилител  13 мощности и с входом масштабирующего элемента 20, а выход задающего генератора 11 подключен через усилитель

52с регулируемым коэффициентом усилени  к третьему входу усилител  13 мощности, выход которого соединен с входом гидроусилител  6. Выход .атчика 9 ускорени  реактивной массы

2 подключен через усилитель-интегратор 17 к одному входу разностного усилител  18, а выход датчика 10 ускорени  опорной плиты 4 соединен через усилитель-интегратор 16 с другим входом разностного усилител 

18, выход которого подключен к одному входу компаратора 19, соединенного другим входом с выходом масштабирующего элемента 20 и выходом с

управл ющим входом усилител  12 с регулируемым коэффициентом усилени  .

Устройство дл  управлени  амплитудой выходного сигнала вибрационного источника сейсмических сигналов работает следующим образом.

Задающий генератор 11 вырабатывает частотно-модулированный сигнал, которьй подаетс  на усилитель 12 с регулируемым коэффициентом усилени  имеющий максимальный коэффициент усилени  такой, что обеспечиваетс  номинальна  амплитуда перемещени  распределительного золотника гидроусилител  6, а следовательно, и номинальный поток рабочей жидкости, поступающей в цилиндр исполнительного механизма t. Сигнал усиливаетс  усилителем 13 мощности и подаетс  на гидроусилитель 6, который обеспечивает подачу потока рабочей жидкости в полости цилиндра исполнительного ме ханизма в соответствии с электрическим сигналом на его входе. Под действием потока рабочей жидкости цилиндр с реактивной массой 2 и опорна  плита 4 начинают колебани  в противофазе с заданной частотой и амплитудой. Сигнал на выходе дат чика 9 ускорени  реактивной массы 2 пропорционален ускорению реактивной массы, а сигнал на выходе датчика 1 ускорени  опорной плиты 4 -соответ ственно ускорению опорной плиты 4. Эти сигналы интегрируютс  усипител к интеграторами 16 и 17, поэтому сигна на их выходах пропорциональны соотве ственно скорост м движени  реактивной массы 2 и опорной плиты 4. В раз ностном усилителе 18 эти сигналы вычитаютс  и,,так как движение реактив ной массы 2 и опорной плиты 4 происходит под действием потока рабочей жидкости Впротивофазе, сигнал на выходе разностного усилител  18 пропорционален рабочему потоку жидкости нагруженного гидроусилител  6. Сигнал с выхода разностного усилител  18 подаетс  на первый вход компарато ра 19 на второй вход которого подаетс  сигнал, равный (в выбранном масщтабе) величине: VCT о f к н ст 0 т.е. величина сигнала равна в выбран ном масштабе величине потока ненагру женного гидроусилител  6, умноженной на коэффициент передачи масштабирую- 50 щего элемента 20. Величина К„у. определ ет максимальный коэффициент нелинейных искажений . На усилитель 12 с регулируемым коэффициентом изменени  подаетс  сигнал, равный q-K y -rt}, . Если этот сигнал положителышй или равен нулю, коэффициент усилени  усилител  12 с регулируемым коэффициентом усилени  остаетс  максимальным. При по влении на выходе компаратора 19 отрицательного сигнала коэффициент усилени  усилител  12 с регулируемым коэффициентом усилени  уменьшаетс  уровень сигнала, подаваемого на гидроусилитель 6, что приводит к уменьщению величины потока рабочей жидкости и уменьшению перепада давлени  Рц на нагрузке. Если услови  возбуждени  и свойства поверхностного сло  грунта такие , что перепад давлени  на выходе гидроусилител  6 удовлетвор ет услоAii - нт . 0 Н: ст1( р f ТО ИСполнительный механизм т работает с максимальной мощностью. При увеличении импеданса и нарушении указанного услови  на выходе компаратора 19 по вл етс  сигнал отрицательной пол рности , который уменьшает усилие усилител  12 с регулируемым коэффициентом усилител  до восстановлени  указанного услови . Таким образом, обеспечиваетс  работа устройства на максимальной мощности при ограниченном уровне нели- нейных искажений. Так как нелинейные искажени , вносимые гидроусилителем 6, определ ютс  величине Ку, то масштабирующее устройство может быть проградуировано в величине нелинейных искажений. Использование изобретени  обеспечивает работу вибратора при заданном ограничении уровн  нелинейных искажений на максимальной мощности , что повышает эффективность сейсморазведочных работ за счет повышени  качества получаемого матеРиала и улучшени  прослеживаемости отражак цих границ.

Claims (2)

1. Способ управления амплитудой выходного сигнала вибрационного источника сейсмических сигналов, содерщащего задающий генератор, усилитель мощности, гидроусилитель с распределительным золотником, исполнительный механизм с плунжером и опорной плитой и датчики положения распределительного золотника и плунжера и датчик ускорения опорной плиты, состоящий в измерении перемещений распределительного золотника и плунжера и ускорения опорной плиты и в подаче на усилитель мощности управляющего напряжения, амплитуда и частота которого пропорциональны перемещению распределительного золотника и плунжера и ускорению опорной плиты, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы за счет ограничения уровня нелинейных искажений, измеряют амплитудные значения потока рабочей жидкости, проходящего через гидроусилитель в исполнительный ме ханизм без нагрузки и под нагрузкой, формируют электрический сигнал, рав-. ный разности амплитуд потоков рабочей жидкости нагруженного и ненаг ружейного гидроусилителя, умноженной на масштабирующий коэффициент, определяемый допустимым уровнем нелинейных искажений, и в соответствии с полученным' сигналом изменяют величину управляющего напряжения усилителя мощности до положительного значения величины сформированного сигнала.

2. Устройство для управления амплитудой выходного сигнала вибрационного источника сейсмических сигналов, содержащее задающий генератор, усилитель мощности, гидроусилитель, исполнительный механизм в виде двухстороннего гидроцилиндра с плунжером, жестко связанным с опорной плитой, с закрепленной к его КОР7 пусу реактивной массой, датчик ускорения опорной плиты с первым усилителем-интегратором, датчик перемещения распределительного золотника с первым усилителем и датчик перемещен· ния плунжера с вторым усилителем, а выходы первого и второго усилителей подключены к соответствующим вычитающим входам усилителя мощности, о тличающееся тем, что в него введены датчик ускорения реактивной массы с вторым усилителем-интегратором, разностный усилитель, компаратор, масштабирующий элемент и усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, вход и выход которого соединены соответственно с выходом задающего генератора и с первым вхо-

Юо дом усилителя мощности, выходы пер вого и второго усилителей-интеграторов подключены к соответствующим входам разностного усилителя, выход которого соединен с первым входом компаратора, а выход первого

I163289 усилителя соединен через масштабирующий элемент с вторым входом компаратора, выход которого подключен к управляющему входу усилителя с ре· гулируемым коэффициентом усиле ния.