Донный модуль сейсмической станции

Полезная модель относится к морским автономным станциям для проведения сейсмической съемки в различных климатических условиях на акваториях с глубинами от 0 до 500 метров, в прибрежной зоне и на суше для получения бесшовного профиля Технический результат, достигаемый заявленным решением заключается в расширении диапазона применения, а также обеспечении формирования бесшовного сейсмического разреза на границе суши и сопряженных участках шельфа, повышении помехоустойчивости и снижении трудоемкости изготовления донной станции, повышении технологичности работы с ней. Технический результат достигается использованием донного модуля содержащего герметичный корпус с контейнером цилиндрической формы со скруглениями поверхности крышки и донной области и выпуклой крышкой, снабженного амортизирующими элементами, защищающими внешений гидрофон, электрический герморазъем, вакуум-порт и индикатор состояния, связанные с расположенными внутри цифровым компасом соединенным с блоком геофонов, представляющим собой правую ортогональную тройку геофонов, через связанные между собой по мультиплексным каналам связи платы регистратора и интерфейсной платы блока управления и регистрации, выполненных под управлением микроконтроллеров и соединенных с платой задающего генератора, связанной по каналам мультиплексной связи с блоком геофонов. При этом интерфейсная плата соединена с блоком питания, а плата регистратора с гидрофоном и содержит четыре одинаковых, раздельных канала соединений с блоком геофонов и гидрофоном с обеспечением возможности приема, обработки и записи сейсмических колебаний во флеш-память как продольных, так и поперечных волн по четырем компонентам в направлениях X, Y, Z от блока геофонов и компоненте Н от гидрофона. 18 з.п.ф., 3 ил.

Область техники

Полезная модель относится к морским автономным донным модулям сейсмических станций предназначенных для проведения сейсмической съемки в различных климатических условиях на акваториях с глубинами от 0 до 500 метров, в прибрежной зоне и на суше для получения бесшовного профиля.

Уровень техники

Известны донные сейсмические станции [1-3], состоящие из подводного модуля и бортового модуля. Подводный модуль представляет собой герметичный корпус, снабженный устройством постановки на дно, внутри которого размещена аппаратура регистрации гидроакустических сигналов с соответствующими фильтрами, формирователями, преобразователями, накопителями информации, схему синхронизации, источник питания и устройство определения ориентации подводного модуля.

Основным недостатком донных модулей, используемых в составе известных сейсмических станций, является невозможность передачи без искажений колебаний грунта на измерительные датчики, установленные на опорной трубчатой раме. Модули снабжены металлическими механизмами откидывания и прижима к грунту, что в сочетании с наличием границы грунт-металл вызывает дополнительные погрешности при прохождении акустических сигналов и в конечном итоге приводит к искажению результатов измерений.

Кроме того, использование механизмов откидывания и прижима к грунту недостаточно эффективно вследствие их сложности, отсутствия контроля за их установкой, что приводит к попаданию блока измерительных датчиков в рыхлый грунт дна и как следствие к нарушению работоспособности.

Известна также морская автономная донная сейсмическая станция [4], в которой якорь-балласт выполнен в виде бетонного диска или прямоугольного параллелепипеда с полусферическим углублением для размещения корпуса станции с закреплением его посредством размыкателей, что позволяет обеспечить большую площадь контакта балласта с грунтом, а также увеличить площадь контакта балласта с корпусом станции, что, в свою очередь, позволяет обеспечить более высокий коэффициент передачи сейсмических колебаний на границах грунт-балласт и балласт-измерительные датчики. Недостатком данного устройства является то, что при наличии придонных течений балласт в виде бетонного диска или прямоугольного параллелепипеда при постановке станции на неровный грунт не обеспечивает плотного сцепления станции с грунтом, что приводит к раскачиванию станции и генерации акустических помех в воде за счет возникновения турбулентного режима обтекания станции, а также к нарушению работоспособности сейсмоприемников, которые являются векторными приборами и для обеспечения их нормальной работы необходимо знать их ориентацию в пространстве.

Известно также решение донного модуля станции для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга [5], в которой для обеспечения работоспособности сейсмоприемников (вертикального и горизонтального) их ориентируют с помощью карданного подвеса. Однако при этом существенно усложняется схема размещения измерительных датчиков внутри модуля с учетом его незначительных размеров и увеличивается общая масса измерительной аппаратуры и корпуса, что вынуждает применять сложные технические решения для обеспечения положительной плавучести при всплытии донного модуля после отсоединения балласта для снятия зарегистрированной им информации посредством бортового модуля. Установка карданного подвеса отягощена наличием элементов крепления его к внутренней поверхности корпуса, что может отрицательно отражаться не только на выполнении требования по минимизации массы и габаритных характеристик, но и на выполнении условия, заключающегося в том, чтобы при обеспечении всплытия донного модуля подъемная сила была выше центра тяжести. Карданный подвес может также являться источником дополнительных искажений при передаче сейсмических сигналов на датчики модуля, так как обладает собственными частотами колебаний.

Известно также, принятое за прототип, решение донного модуля для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга, включающее герметичный корпус, состоящий из двух полусфер, снабженных в месте сочленения уплотнительным кольцом. Внутри размещена геофизическая аппаратура, включающая измерительные датчики-геофоны и гидрофоны, блок управления и регистрации включающий модули приема, регистрации, преобразования и хранения зарегистрированных сигналов выполненные под управлением процессора, блоки сопряжения с внешними устройствами, в том числе бортовым модулем при всплытии, спутниковый и гидроакустический каналы связи, блок ориентации, блок синхронизации, блок управления размыкателем и блок питания. На внешней поверхности корпуса установлены гидроакустическая и спутниковая антенны, средства для поиска донного модуля при всплытии, такелажные элементы и разъемы, устройство постановки на дно, выполненное в виде якоря-балласта [6]. К числу недостатков данной конструкции следует отнести ограниченный диапазон применения в прибрежной зоне, на мелководье и сложность формирования бесшовного сейсмического разрезана границе суши и сопряженных участках шельфа.

Раскрытие полезной модели

Задачей заявляемого технического решения является расширение диапазона применения, а также возможность применения в прибрежной зоне, на мелководье и на суше.

Технический результат, достигаемый заявленным решением заключается в расширении диапазона применения, а также обеспечении формирования бесшовного сейсмического разреза на границе суши и сопряженных участках шельфа, повышении помехоустойчивости и снижении трудоемкости изготовления донной станции, повышении технологичности работы с ней.

Заявленный технический результат достигается тем, что используют донный модуль сейсмической станции, содержащий сборный герметичный корпус с внешним гидрофоном, блоки сопряжения с бортовым модулем, такелажные элементы, а также размещенные внутри блок геофонов, компас, блок питания и блок управления и регистрации, выполненный с обеспечением возможности приема, регистрации, преобразования и хранения зарегистрированных сигналов, включающий АЦП и блок памяти. При этом, донный модуль, согласно полезной модели, отличается от прототипа тем, что корпус выполнен компактным, в виде герметичного контейнера цилиндрической формы с выпуклой верхней крышкой и радиусным скруглением боковой поверхности в области смежной с плоским дном, с обеспечением возможности минимизации шумов, возникающих вследствие обтекания корпуса течениями, и дополнительно содержит амортизирующие элементы, расположенные с внешней стороны боковой поверхности корпуса, с обеспечение возможности защиты внешних элементов конструкции.

В предпочтительном варианте реализации донного модуля согласно полезной модели компас выполнен цифровым и соединен с блоком геофонов через связанные между собой по мультиплексным каналам связи платы регистратора и интерфейсной платы блока управления и регистрации, выполненных под управлением микроконтроллеров и соединенных с задающим генератором выполненным на плате, связанного по каналам мультиплексной связи с блоком геофонов, при этом интерфейсная плата соединена с блоком питания, а плата регистратора с гидрофоном

Донный модуль также может быть снабжен дополнительно расположенным с внешней стороны корпуса индикатором состояния, соединенным с интерфейсной платой. Индикатор состояния выполнен с возможностью отражать текущее состояние донного модуля, его готовность к работе, что позволяет оператору без вскрытия корпуса донного модуля и дополнительного тестирования работоспособности аппаратной части, оценить работоспособность модуля и принять решение о возможности его использования на профиле или о необходимости предпринятая каких-либо действий для приведения донного модуля в рабочее состояние. Таким образом, наличие индикатора состояния позволяет повысить удобство эксплуатации, повышает производительность и существенно снижает риск ошибки при проведении измерений, вследствие неработоспособности донного модуля.

В предпочтительном варианте реализации полезной модели плата регистратора содержит четыре одинаковых, раздельных канала соединений с блоком геофонов и гидрофоном и выполнена с обеспечением возможности приема, обработки и записи сейсмических колебаний как продольных, так и поперечных волн по четырем компонентам в направлениях X, Y, Z от блока геофонов и компоненте Н от гидрофона. При этом блок геофонов и гидрофон связанны по каналам мультиплексной связи с многофункциональным чипом платы регистратора содержащим программируемый усилитель и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), с обеспечением возможности приема, обработки и записи сейсмических колебаний по четырем компонентам в направлениях X, Y, Z от блока геофонов и Н от гидрофона. Вышеуказанный программируемый усилитель предпочтительно выполнен с обеспечением возможности выбора и сохранения коэффициента усиления по каждому каналу и дополнительно содержит предварительный усилитель, установленный в канале связи с гидрофоном.

Кроме того, плата регистратора может быть дополнительно снабжена цифровым фильтром низких частот (ФНЧ), реализованным программно-аппаратным образом на основе программируемого чипа, вход которого соединен с выходом АЦП, а выход с микроконтроллером платы регистратора, выполненным с обеспечением возможности преобразования битовых последовательностей сейсмической информации от каждого канала датчиков геофонов и гидрофона в байто-страничную структуру, записи ее в блок памяти, а также обеспечением возможности синхронизации работы систем платы регистратора в едином времени от задающего генератора. Блок памяти платы регистратора при этом, может быть выполнен в виде энергонезависимой флеш-памяти.

Фильтр нижних частот, в предпочтительном варианте полезной модели содержит четыре раздельных канала обработки сейсмического сигнала по четырем компонентам от гидрофона и блока геофонов, выполненные с обеспечением возможности передачи обработанного сигнала в последовательном коде, в виде битовой последовательности на микроконтроллер платы регистратора и снабжен программно-аппаратными средствами передачи обработанного сигнала на микроконтроллер со сдвигом по фазе сигналов соседних каналов друг относительно друга, в предпочтительном варианте на 0,25 периода квантования друг от друга.

Блок геофонов снабжен программно-аппаратным средством коррекции ориентации в направлении оси X связанным с данными цифрового компаса и в зависимости от контролируемых платой регистратора положения и данных цифрового компаса, с обеспечением возможности корректировки сейсмических данных непрерывно во времени при постановке на сейсмическом профиле. Определение ориентации компонент при постановке донного модуля на сейсмическом профиле за счет корректировки ориентации блока геофонов в направлении оси X по данным цифрового компаса позволяет синхронизировать работу сети донных модулей на профиле и обеспечить максимально достоверные результаты измерений.

В предпочтительном варианте реализации полезной модели интерфейсная плата содержит микроконтроллер, выполненный с обеспечением возможности реализованного программно-аппаратным образом приема, обработки и сохранения во внутренней памяти данных измерений, например, значения углов, получаемых с выхода цифрового компаса, осуществления индикации текущего состояний донного модуля, контроля состояния блока питания и управления процессом зарядки аккумуляторов блока питания через электрический герморазъем, считывания сейсмической информации из внутренней памяти и передачи ее по скоростному каналу на внешние компьютерные устройства, бортовые модули и устройства памяти, а также с обеспечением возможности переключения в режим с минимальным потреблением энергии при работе станции на профиле.

В одном из вариантов выполнения донного модуля, интерфейсная плата дополнительно содержит синхронизатор, выполненный с обеспечением возможности синхронизации работы всех модулей сейсмической станции, работающих на профиле по сигналам GPS или ГЛОНАСС, а также с обеспечением возможности синхронизации блока управлении регистрации к текущему времени.

Кроме того, донный модуль согласно полезной модели дополнительно содержит расположенные с внешней стороны корпуса электрический герморазъем для подключения внешних устройств и бортового модуля, выполненный с обеспечением возможности зарядки аккумуляторов блока питания и внешний вакуум-порт, выполненный с обеспечением возможности откачки воздуха из внутреннего объема корпуса.

При этом, донный модуль имеет возможность трансформирования для работы на льду с выносными гидрофонами, которые, при таких работах, погружаются в пробитые во льду лунки.

Краткое описание чертежей

Полезная модель поясняется чертежами, где

фиг.1 - вертикальный разрез донного модуля;

фиг.2 - горизонтальный разрез донного модуля;

фиг.3 - функциональная блок-схема.

Следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только один из наиболее предпочтительных вариантов выполнения полезной модели и поэтому не могут рассматриваться в качестве ограничений содержания полезной модели, которое включает другие варианты выполнения.

Осуществление полезной модели

Донный модуль (фиг.1, 2) представляет собой малогабаритный компактный герметичный сборный корпус с контейнером 1 цилиндрической формы с фиксируемой, выпуклой верхней крышкой 2 и радиусным скруглением боковой поверхности в области смежной с плоским дном. Контейнер 1 и крышка 2 снабжены уплотнительным кольцом в месте соединения (на фиг.1, 2 не указан). В контейнер установлены: блок 5 питания, блок 10 управления и регистрации, цифровой компас 6, а так же блок 3 геофонов. Снаружи герметичного контейнера модуля установлены: гидрофон 4, электрический герморазъем 8, вакуум-порт 9 и индикатор состояния 7.

Как следует из блок-схемы представленной на фиг.З, геофизическая аппаратура, включающая блок геофонов 3, представляющий собой правую ортогональную тройку геофонов с возможностью осуществления измерений по трем компонентам в вертикальном направлении Z и двух горизонтальных X и Y, а также гидрофон 4 с возможностью осуществления измерений по компоненте Н, формируют четыре независимых канала мультиплексной связи обозначенные на блок-схеме (см фиг.З) как X, Y, Z, Н для передачи сигнала с выхода блока 3 геофонов и гидрофона 4 на плату 12 регистратора через четырехканальный цифровой усилитель 15. При этом между выходом гидрофона 4 и входом Н усилителя 15 расположен предварительный усилитель 14, предназначенный для выравнивания амплитуды сигнала гидрофона 4 с сигналами поступающим по каналам XYZ от блока 3 геофонов. Обработанный цифровым усилителем сигнал далее последовательно передается на АЦП 16 и чип ФНЧ 17, платы 12 регистратора, где осуществляется обработка поступившей сейсмической информации от каждого канала в отдельности, с обеспечением возможности передачи обработанного сигнала в последовательном коде, в виде битовой последовательности на микроконтроллер 18 платы регистратора 12 (на фиг 3 обозначен как «Микроконтроллер 1»), вход-выход которого, в свою очередь соединен с флеш-памятью 19, а также с входом-выходом микроконтроллера 20(на фиг.3 обозначен как «Микроконтроллер 2») снабженного блоком памяти 21 интерфейсной платы 13, входы которой соединены с выходами цифрового компаса 6 и индикатора 7 состояния. При этом входы-выходы интерфейсной платы 13 также соединены с входом-выходом блока 5 питания и платы 11 задающего генератора, соединенного также с блоком 3 геофонов и платой 12 регистратора с обеспечением обратной связи. В общем случае, блок 10 регистрации и управления включает плату 12 регистратора, интерфейсную плату 13, компас и плату 11 задающего генератора. Связь с внешними и бортовыми устройствами 22 осуществляется через интерфейсную плату 13. Плата 12 регистратора может также содержать или быть соединена с синхронизатором и блоком GPS или системой ГЛОНАСС (на фиг.3 не показаны).

Герметичный корпус выполнен из металла, обеспечивающего работу модуля в жестких условиях эксплуатации и содержит такелажные устройства, предназначенные для его транспортировки и установки с помощью фала на дно акваторий. Донный модуль, согласно заявленной полезной модели, не обладает положительной плавучестью, а наиболее уязвимые к ударам места герметичного корпуса и выступающее за его пределы оборудование, например, гидрофон 4 защищены специальными амортизирующими элементами 23, выполненными, например, из пластика или резины. При этом, форма корпуса, за счет компактности и обтекаемости при переходе боковой поверхности верхнюю крышку или плоское дно, обеспечивает минимизацию шумов, возникающих вследствие обтекания корпуса донного модуля течениями в акваториях. Конструкция донного модуля позволяет осуществлять его переноску одной рукой, а его эксплуатация может осуществляться в температурном диапазоне от -20 до +50°С.

Блок 3 геофонов, предназначенный для приема упругих волн, распространяющихся в земной коре, измерения трех компонент вектора смещения X, Y, Z- вертикальной Z и двух взаимно перпендикулярных горизонтальных X, Y, и преобразования механических колебании грунта в электрические сигналы представляет собой правую ортогональную тройку, например, из геофонов GS-20DX имеющих частотный диапазон входных сигналов от 10 до 250 Гц и чувствительность 27 В/м/с.Положение оси X ортогональной тройки конструктивно связано с положением и данными цифрового компаса для определения ориентации компонент донного модуля и станции в целом при постановке на сейсмическом профиле.

В качестве гидрофона 4, предназначенного для приема звуковых и ультразвуковых волн, распространяемых в водной среде, может быть использовано любое известное в данной области техники оборудование, работающее, например, в частном диапазоне от 2 до 100 Гц и обладающие чувствительностью, не менее 25 мкВ/Па.

Питание донного модуля осуществляется от блока 5 питания, который может представлять собой, например, параллельные линейки аккумуляторов. Заряд аккумуляторов блока 5 питания осуществляют без вскрытия герметичного корпуса 1, через электрический герморазъем 8.

При этом, подключение к донному модулю внешних устройств и бортовых систем также осуществляется через электрический герморазъем 8, выполненный с внешней стороны корпуса и защищенный в процессе работы донного модуля на профиле амортизирующими элементами 23.

Блок управлении и регистрации предназначен для управления функционирования всех систем модуля и регистрации двух видов информации: сейсмической и положения донного модуля в пространстве. Для питания блока регистрации могут быть использованы Ni-MH-аккумуляторы, обеспечивающие автономность работы в режиме непрерывной максимальной нагрузки не менее 17 суток.

Поступающая от блока геофонов и гидрофона сейсмическая информация обрабатывается и сохраняется на размещенную на плате-регистраторе, связанную с микроконтроллером, встроенную энергонезависимую флэш-память 19 (фиг.3), емкостью, обеспечивающей возможность автономной работы модуля при непрерывной работе четырех каналов в разных диапазонах частот, по меньшей мере в диапазон от двух дней до 1 месяца принимая во внимание, что чем выше верхняя граница рабочего диапазона частот, тем больший объем информации требует своего сохранения в флеш-памяти и тем короче длительность автономной работы модуля.

Для определения положения станции в пространстве используют цифровой компас 6, например, компас-инклиномер HMR 3300 фирмы Honeywell обеспечивающий диапазон измеряемых углов: по азимуту 360 градусов, по крену и дифференту +\-60 градусов от вертикали; точность измерения углов +/-2 градуса.

Блок управления и регистрации может быть реализован на базе известных систем с микроконтроллерами, например, фирмы Analog Devise

При этом, используемые в качестве регистрирующего устройства схемные решения должны обладать низким уровнем собственных шумов не более 1%, должны быть многополосными, с обеспечением возможности регистрации сигнала в разных диапазонах регистрируемых частот от 0,01 до 1600 Гц с разным периодом квантования от 0,25-4 мс соответственно диапазонам частот, с разрядностью АЦП, например, 24 бит и предустановленными программируемыми коэффициентами усиления в предпочтительном варианте реализации полезной модели выбираемыми из набора 1; 2; 4; 8; 16; 32; 64.

Работа донного модуля осуществляется от задающего кварцевого генератора 11, выполняющего роль внутренних часов модуля, в качестве которого может использоваться термостатированный генератор, например, MX07/R-X59S3S-8,192 с температурной нестабильностью частоты +/-5*10-9.

Индикатор 7 состояния, используемый в составе конструкции для оповещения о текущем рабочем состоянии модуля и параметрах блока питания, может быть выполнен, например, на основе двухцветного светодиода, залитого компаундом. Так как индикатор располагается снаружи корпуса, он позволяет информировать пользователя о режимах и состояниях работы модуля без вскрытия герметичного корпуса.

Электрический герморазъем 8 предназначен для подключения к станции аппаратуры из комплекса бортовых устройств без вскрытия герметичного контейнера станции. При отключенных внешних устройствах разъем закрывается герметичной крышкой-заглушкой, позволяющей работать этому узлу на глубине до 500 метров.

В процессе эксплуатации донный модуль может находиться как на дне акваторий, во время непосредственно работ на профиле, так и на любых плавсредствах, включая маломерные суда, понтоны. В помещении на плавсредстве, модули должны быть установлены в ячейки технологического стеллажа, обеспечивающие их надежное крепление во время шторма. Кроме того, на плавсредстве должен размещаться так же комплект бортовых устройств и организована высокоскоростная локальная сеть между модулями, находящимися в ячейках, и бортовыми устройствами инициализации, сбора и хранения сейсмической информации.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

С судна донные модули, вынутые из транспортных ячеек и подсоединенные к тросу, погружаются, под действием силы тяжести, на дно акватории, при достижении дна обеспечивается надежный контакт модуля с дном, посредством отличительных особенностей конструкции модуля, а именно, цилиндрической формы корпуса со скруглениями со стороны дна и крышки, что гарантированно обеспечивает надежный контакт с грунтом при любых его рельефах и составе. В рабочем состоянии, а так же при длительном хранении модуля, полость внутри герметичного корпуса должна находится под пониженным атмосферным давлением, около 0,1 атм. Тем самым повышается надежность герметизации корпуса и обеспечивается отсутствие влаги внутри контейнера. Это производится через так называемый вакуум-порт с помощью вакуум-насоса, который представляет собой отверстие малого диаметра закрытое в нерабочем состоянии заглушкой.

Прием компонент волнового поля осуществляется геофизическими датчиками геофонного типа по трем ортогональным направлениям и гидрофоном. Сейсмический сигнал от X, Y, Z каналов блока геофонов поступает на плату регистратора, одновременно с сигналом гидрофона, находящегося с внешней стороны корпуса. Сигнал поступает на четыре раздельных, одинаковых канала соответствующих геофизическим датчикам. При этом более слабый сигнал с гидрофона предварительно усиливают с помощью предварительно усилителя, расположенного на плате регистратора для выравнивания амплитуды сигналов геофонов и гидрофона.

Далее, сигнал каждого канала поступает на многофункциональный чип, состоящий из программируемых усилителя и АЦП. Усиленный в соответствии с предустановленными для каждого канала коэффициентами усиления сигнал передается на блок АЦП, где оцифровывается 24 разрядным АЦП и подается на другой чип, являющийся цифровым фильтром, в котором зашиты аппаратные алгоритмы ФНЧ имеющего, например, 5 полос 100, 200, 400, 800, 1600 Гц, которые соответственно жестко связаны частотой дискретизации сигнала 250, 500, 1000, 2000, 4000 Гц.

С выхода ФНЧ каждого канала сигнал в последовательном коде, в виде битовой последовательности подается на микроконтроллер. Учитывая, что в условиях мелководья при многократных отражениях может иметь место фазовый сдвиг между давлением и скоростью в продольной волне при регистрации сейсмических сигналов в рабочем диапазоне частот, с целью подавления волн-помех, сигналы с соседних каналов, подаваемые на микроконтроллер, сдвинуты друг от друга по фазе на 0,25 периода квантования, что позволяет повысить помехоустойчивость конструкции модуля и обеспечить работу в области мелководья и прибрежных зонах без потери качества измерений. Микроконтроллер преобразует битовые последовательности с каждого из каналов в байто-страничную структуру и записывает зарегистриованный сигнал в блок энергонезависимой флеш-памяти. При этом, микроконтроллер платы регистратора осуществляет постоянную синхронизацию в едином времени от задающего генератора, имеющего частоту генерации 8,192 МГц, обеспечивающей частоту дискретизации сигнала.

Кроме преобразования и записи в блок памяти фиксируемой сейсмической информации с привязкой ее ко времени, получаемого от GPS приемника, все остальные операции, выполняемые донным модулем, производятся под управлением программно-аппаратного блока интерфейсной платы, снабженной отдельным мощным микроконтроллером. Однако, при работе донного модуля на профиле работает только плата регистратор, а интерфейсная плата при этом находится в режиме ожидания, с минимальным потреблением энергии.

По окончании работы модуля на профиле интерфейсная плата обеспечивает взаимодействие модуля с внешними устройствами и бортовыми системами. К числу основных функции интерфейсной платы можно отнести:

- считывание сейсмической информации из блока памяти и передача ее по скоростному каналу на внешний сервер;

- считывание, хранение в своей внутренней памяти значения углов с цифрового компаса; а также передача информации о значениях углов на внешний сервер;

- индикация состояний в котором находится донный модуль. При этом, инициирование индикации осуществляется по запросу от служебных геофонов блока геофонов сигнал от которых поступает на формирователь, находящийся на плате задающего генератора, который передает соответствующий управляющих сигнал на интерфейсную плату, с последующим отображением на индикаторе состояния соответствующей текущем состоянию модуля информацию, в виде световой информации или любой иной, применимой в компактных устройствах данного вида.

- контроль за степенью заряженности аккумуляторов блока питания и управление процессом зарядки посредством контроллера установленного в блоке питания.

В процессе работы донного модуля на профиле осуществляется синхронизация всех аппаратных блоков от GPS или ГЛОНАСС приемника, например, типа Garmin, выход которого соединен с реализованным программно-аппаратным образом на базе микроконтроллера интерфейсной платы синхронизатором.

По окончании работы и выполнения этапа геологической работы, максимальный срок которой ограничен в основном временем автономной работы блока питания и ограниченным ресурсом флеш-памяти, донный модуль, посредством фала, поднимается на борт судна. После чего модуль подсоединяется посредством герморазъемов к бортовому модулю и осуществляется съем информации из блока памяти для дальнейшей обработки.

Таким образом, очевидно, что решение донного модуля, согласно заявленной полезной модели, за счет формообразования корпуса и его компактности позволяет устанавливать модуль на грунт практически любого профиля и состава, с обеспечением возможности надежного с ним контакта, что повышает достоверность регистрируемой устройством сейсмоинофрмации, повышает его помехоустойчивость и расширяет спектр его применения. При этом, выполнение блока управления и регистрации на основе четырехканальной платы регистратора и интерфейсной платы выполненных под управлением микроконтроллеров и соединенных с задающим генератором, позволяет оптимизировать процесс обработки регистрируемых данных, получаемых от блока геофонов и гидрофона с раздельной предварительной обработкой сигнала каждого канала по предустановленной программе или на основании управляющих сигналов, что также позволяет повысить помехоустойчивость конструкции донного модуля и позволяет осуществлять его эксплуатацию на мелководье и на суше в условиях многократных отражений фиксируемых сигналов, обеспечивая, тем самым, возможность формирования бесшовного сейсмического разреза на границе суши и сопряженных участках шельфа. Компактная конструкция донного модуля отличается простой компоновкой оборудования, обеспечивающей как легкий доступ к заменяемым элементам конструкции в процессе эксплуатации, модуля, так и простой способ его сборки.

Конструкция модуля, с геофоном, индикатором и герморазъемом расположенными с внешней стороны корпуса снабженного защитными амортизирующими элементами препятствующими механическому воздействию на внешние элементы оборудования и наиболее уязвимые к ударам места герметичного корпуса, а также компактным расположением аппаратной части внутри корпуса, позволяет высокоэффективно использовать его в работах с малым шагом постановки модулей, закрепленных посредством фала, что позволяет отказаться от якоря-балласта и использования гидроакустического оборудования для обнаружения модуля при его всплытии по окончании работы, обеспечивает высокую точность осуществляемых измерений, за счет возможности более плотной установки модулей на профиле, а также возможность использования модулей как на больших глубинах, так и мелководье, за счет малых размеров и реализованной в заявленной полезной модели аппаратной обработки сигналов с повышенной помехоустойчивостью, что является важным при таких типах работ и существенно расширяет возможности применения донного модуля заявленной конструкции при решении разных задач сейсмических исследований и измерений, в том числе при исследованиях на границе суши и сопряженных участках шельфа.

Источники информации

1. Свидетельство РФ на полезную модель 24890.

2. Глубоководная донная самовсплывающая сейсмическая станция АДС-8 /Соловьев С.Л., Контарь Е.А., Дозоров Т.А., Ковачев С.А. // Известия АН СССР Физика Земли, 1988, 9, с.459-460.

3. Ocean Bottom Seismometer (OBS) Systems. Company Profile/Project Companies Kieler Umwelt und Meerestechnik GmbH (K.U.M.), Signal-Elektronik und Nets Dienste GmbH (SEND), April 2002, 11 p.

4. Свидетельство РФ на полезную модель 28778.

5. Современные донные станции для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга /Зубко Ю.Н., Левченко Д.Г., Леденев В.В., Парамонов А.А// Научное приборостроение, 2003, том 13, 4, с.70-82.

6. Патент РФ на изобретение 2294000

1. Донный модуль сейсмической станции, содержащий сборный герметичный корпус с внешним гидрофоном, блоки сопряжения с бортовым модулем, такелажные элементы, а также размещенные внутри блок геофонов, компас, блок питания и блок управления и регистрации, выполненный с обеспечением возможности приема, регистрации, преобразования и хранения зарегистрированных сигналов, включающий АЦП и блок памяти, отличающийся тем, что корпус выполнен компактным в виде герметичного контейнера цилиндрической формы с выпуклой верхней крышкой и радиусным округлением боковой поверхности в области, смежной с плоским дном, с обеспечением возможности минимизации шумов, возникающих вследствие обтекания корпуса течениями, и дополнительно содержит амортизирующие элементы, расположенные с внешней стороны боковой поверхности корпуса, с обеспечением возможности защиты внешних элементов конструкции.

2. Донный модуль по п.1, отличающийся тем, что компас выполнен цифровым и соединен с блоком геофонов через связанные между собой по мультиплексным каналам связи платы регистратора и интерфейсной платы блока управления и регистрации, выполненные под управлением микроконтроллеров и соединенные с задающим генератором, выполненным на плате, связанным по каналам мультиплексной связи с блоком геофонов, при этом интерфейсная плата соединена с блоком питания, а плата регистратора - с гидрофоном.

3. Донный модуль по п.1 или 2, отличающийся тем, что блок геофонов является правой ортогональной тройкой геофонов.

4. Донный модуль по п.3, отличающийся тем, что блок геофонов снабжен средством коррекции ориентации в направлении оси Х в зависимости от контролируемых платой регистратора положения и данных цифрового компаса.

5. Донный модуль по любому из пп.1, 2 или 4, отличающийся тем, что плата регистратора содержит четыре одинаковых раздельных канала соединений с блоком геофонов и гидрофоном и выполнена с обеспечением возможности приема, обработки и записи сейсмических колебаний как продольных, так и поперечных волн по четырем компонентам в направлениях X, Y, Z от блока геофонов и компоненте Н от гидрофона.

6. Донный модуль по п.5, отличающийся тем, что плата регистратора содержит многофункциональный чип, содержащий программируемый усилитель и аналого-цифровой преобразователь, связанный по каналам мультиплексной связи с блоком геофонов и гидрофоном, с обеспечением возможности приема, обработки и записи сейсмических колебаний по четырем компонентам в направлениях X, Y, Z от блока геофонов и Н от гидрофона.

7. Донный модуль по п.6, отличающийся тем, что программируемый усилитель выполнен с обеспечением возможности выбора и сохранения коэффициента усиления по каждому каналу и дополнительно содержит предварительный усилитель, установленный в канале связи с гидрофоном.

8. Донный модуль по любому из пп.1, 2, 4, 6 или 7, отличающийся тем, что плата регистратора дополнительно снабжена цифровым фильтром низких частот на основе программируемого чипа, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход - с микроконтроллером.

9. Донный модуль по п.8, отличающийся тем, что микроконтроллер соединен с блоком памяти и снабжен программно-аппаратными средствами преобразования битовых последовательностей сейсмической информации от каждого канала датчиков блока геофонов и гидрофона в байто-страничную структуру, записи ее в блок памяти, а также обеспечения возможности синхронизации работы систем платы регистратора в едином времени от задающего генератора.

10. Донный модуль по любому из пп.1, 2, 4, 6, 7 или 9, отличающийся тем, что блок памяти платы регистратора выполнен в виде энергонезависимой флеш-памяти.

11. Донный модуль по п.8, отличающийся тем, что фильтр нижних частот содержит четыре раздельных канала обработки сейсмического сигнала по четырем компонентам от гидрофона и блока геофонов, выполненные с обеспечением возможности передачи обработанного сигнала в последовательном коде, в виде битовой последовательности на микроконтроллер.

12. Донный модуль по п.11, отличающийся тем, что фильтр нижних частот снабжен программно-аппаратными средствами передачи обработанного сигнала на микроконтроллер со сдвигом по фазе сигналов соседних каналов относительно друг друга.

13. Донный модуль по п.12, отличающийся тем, что фильтр нижних частот снабжен программно-аппаратными средствами передачи обработанных сигналов соседних каналов на микроконтроллер со сдвигом по фазе на 0,25 периода квантования друг от друга.

14. Донный модуль по любому из пп.1, 2, 4, 6, 7, 9, 11, 12 или 13, отличающийся тем, что дополнительно содержит расположенный с внешней стороны корпуса электрический герморазъем для подключения внешних устройств и бортового модуля, выполненный с обеспечением возможности зарядки аккумуляторов блока питания.

15. Донный модуль по любому из пп.1, 2, 4, 6, 7, 9, 11, 12 или 13 отличающийся тем, что дополнительно содержит внешний вакуум-порт, выполненный с обеспечением возможности откачки воздуха из внутреннего объема корпуса.

16. Донный модуль по любому из пп.1, 2, 4, 6, 7, 9, 11, 12 или 13, отличающийся тем, что дополнительно содержит индикатор состояния, размещенный с внешней стороны корпуса.

17. Донный модуль по любому из пп.1, 2, 4, 6, 7, 9, 11, 12 или 13, отличающийся тем, что дополнительно содержит синхронизатор, выполненный с обеспечением возможности синхронизации работы всех модулей по сигналам GPS или ГЛОНАСС.

18. Донный модуль по любому из пп.1, 2, 4, 6, 7, 9, 11, 12 или 13, отличающийся тем, что интерфейсная плата содержит микроконтроллер, выполненный с обеспечением возможности приема, обработки и сохранения во внутренней памяти значения углов, получаемых с выхода цифрового компаса, осуществления индикации состояний системы по запросу, контроля состояния блока питания и управления процессом зарядки аккумуляторов блока питания через электрический герморазъем, считывания сейсмической информации из внутренней памяти и передачи ее по скоростному каналу на внешние компьютерные устройства и устройства памяти, а также с обеспечением возможности переключения в режим с минимальным потреблением энергии при работе на профиле.

19. Донный модуль по любому из пп.1, 2, 4, 6, 7, 9, 11, 12 или 13, отличающийся тем, что гидрофон выполнен выносным.