Регистратор сейсмических сигналов

Изобретение относится к сейсмоприборам и может быть использовано преимущественно для обнаружения и записи сейсмических сигналов в заданные интервалы времени при виброзондировании земной коры и при сейсмоконтроле инженерных сооружений. Регистратор сейсмических сигналов содержит N входов, блок управления, аналого-цифровой преобразователь, соединенный с блоком управления, N усилителей, выполненных с дополнительной функцией фильтра, каждый из которых соединен с соответствующим входом и аналого-цифровым преобразователем, накопитель данных, соединенный с блоком управления, блок синхронизации, соединенный с блоком управления, автономный источник первичного электропитания, соединенный с входом управляемого стабилизатора - преобразователя, имеющего выходы трех видов, причем выходы первого вида соединены с блоком управления и блоком синхронизации, выводы второго вида соединены с усилителем и аналого-цифровым преобразователем, а выводы третьего вида соединены с накопителем данных.

Изобретение относится к сейсмоприборам и может быть использовано преимущественно для обнаружения и записи сейсмических сигналов в заданные интервалы времени при виброзондировании земной коры и при сейсмоконтроле инженерных сооружений.

Известен сейсмограф, содержащий сейсмометр, связанный с аналогово-цифровым преобразователем (АЦП) и формирователем калибровочного сигнала, блок буферной памяти, соединенный с магистралью обмена информацией, к которой подключены также аналогово-цифровой преобразователь, регистр сверхоперативной памяти, соединенный также с логическим блоком, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), блок времени, оконечный накопитель и устройство управления [Авторское свидетельство СССР 1041971, кл. G 01 V 1/24, 1983 г.].

Известен также регистратор сейсмических сигналов, содержащий сейсмометр, выход которого соединен с аналогово-цифровым преобразователем, подключенным к магистрали обмена информацией, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, блок времени, накопитель, устройство управления, формирователь калибровочного сигнала, блок буферной памяти и регистр сверхоперативной памяти, подключенные к магистрали обмена информацией. Логический блок соединен с регистром сверхоперативной памяти [Патент РФ 2061246, кл. G 01 V 1/24, 1996 г.]. Выход формирователя калибровочного сигнала соединен с входом сейсмометра, второй выход формирователя калибровочного сигнала через дополнительный сейсмометр подключен к второму входу аналогово-цифрового преобразователя. Выход логического блока соединен с дополнительным входом устройства управления.

Недостатками приведенных выше устройств является низкая точность измерения и высокое энергопотребление в дежурном режиме и в режиме анализа критериев записи.

Большей точностью обладает регистратор сейсмических сигналов, содержащий сейсмоприемник, аналогово-цифровой преобразователь, блок управления, постоянное запоминающее устройство, оконечный накопитель, блок времени, блок буферной памяти и формирователь калибровочного сигнала, имеющий N сейсмоприемников, 3N блоков усиления, цифровой фильтр, блок управления усилением и формирователь частот, причем первый, второй и третий выходы каждого N-го сейсмоприемника соответственно соединены с первыми входами 3N-2, 3N-1, 3N блоков усиления,

выходы которых подключены к каждому 3N-входу аналогово-цифрового преобразователя, к (3N+1)-входам каждого N-го сейсмоприемника подключен выход формирователя калибровочного сигнала, вход которого соединен с первым выходом блока управления усилением, второй выход блока управления усилением шиной подключен ко вторым входам каждого блока усиления, а (3N+1)-вxoд аналогово-цифрового преобразователя подключен к первому выходу формирователя частот, причем выход аналогово-цифрового преобразователя соединен шиной с входом цифрового фильтра, а выход цифрового фильтра подключен шиной к первому входу блока управления, первый вход-выход которого шиной соединен со входом блока управления усилением и оконечным накопителем, второй вход-выход блока управления шиной подключен к постоянному запоминающему устройству и блоку буферной памяти, третий вход-выход блока управления шиной соединен с блоком времени, первый вход которого соединен со вторым выходом формирователя частот, причем второй вход блока управления является первым входом регистратора сейсмических сигналов, а выход - его выходом, второй вход блока времени является вторым входом регистратора сейсмических сигналов [Патент РФ №2205428, МПК 7 G 01 V 1/24, 2003 г.]. Этот регистратор является ближайшим аналогом предлагаемого и принят за прототип полезной модели. Его недостатком является высокое энергопотребление в дежурном режиме и в режиме анализа критериев записи и низкий ресурс работы в автономном режиме.

Полезная модель решает задачу создания регистратора сейсмических сигналов, имеющего низкое энергопотребление в дежурном режиме и в режиме анализа критериев записи и имеющего увеличенный ресурс работы в автономном режиме.

Поставленная задача решается тем, что предлагается регистратор сейсмических сигналов, содержащий N входов, блок управления, аналого-цифровой преобразователь, соединенный с блоком управления, N усилителей, каждый из которых соединен с соответствующим входом и аналого-цифровым преобразователем, накопитель данных, соединенный с блоком управления, блок синхронизации, соединенный с блоком управления, который содержит автономный источник первичного электропитания, соединенный с входом управляемого стабилизатора - преобразователя, имеющего выходы трех видов, причем выходы первого вида, работающие в дежурном режиме, соединены с блоком управления и блоком синхронизации, выводы второго вида, работающие во входном дискретном режиме, соединены с усилителем и аналого-цифровым преобразователем, а выводы третьего вида, работающие в выходном дискретном режиме, соединены с накопителем данных, а каждый названный усилитель выполнен с дополнительной функцией фильтра.

Регистратор может также содержать узел коммуникаций, соединенный с блоком управления и подключенный по шине питания к дополнительному выходу управляемого стабилизатора-преобразователя, через которые данные из накопителя передаются в память ЭВМ.

На Рис.1 приведена схема предлагаемого регистратора сейсмических сигналов, где: 1 - вход, 2 - усилитель - фильтр, 3 - аналого-цифровой преобразователь, 4 - блок управления, 5 - блок синхронизации, 6 - накопитель данных, 7 - автономный источник электропитания, 8 - управляемый стабилизатор-преобразователь, 9 - узел коммуникаций.

На Рис.2 приведены режимы работы предлагаемого регистратора сейсмических сигналов.

Регистратор работает следующим образом. Автономный источник электропитания 7 питает управляемый стабилизатор-преобразователь 8, который преобразует его энергию в напряжения питания остальных элементов регистратора, причем только группа питания П1, служащая для питания блока синхронизации 7 и блока управления 4, работает во всех режимах. Таким образом, во всех режимах в рабочем состоянии находятся блок синхронизации 7, играющий роль часов и блок управления 4, который в зависимости от сигналов блока синхронизации 7 задает один из возможных режимов работы. В дежурном режиме Р1 работают только перечисленные элементы, причем блок управления 4 ожидает очередной комбинации сигналов «время чтения» от блока синхронизации 7. С приходом ожидаемой комбинации «время чтения» блок управления 4 переводит устройство в анализирующий режим Р2, для чего формирует соответствующие сигналы управления управляемым стабилизатором-преобразователем 8. В этом режиме управляемый стабилизатор-преобразователь 8 дополнительно формирует питающее напряжение группы П2, поступающее на питающие входы усилителей - фильтров 2 и аналого-цифрового преобразователя 3. В этом режиме входные сигналы со входов 1 поступают для оцифровки на аналого-цифровой преобразователь 3 через усилители-фильтры 2, на которых они усиливаются и отделяются от сопровождающего их шума фильтрацией. Результаты оцифровки поступают из аналого-цифровой преобразователя 3 в блок управления 4, где они анализируются и временно хранятся. Если характеристики сигналов (например, их уровень) тривиальны, то по окончании требуемого времени опроса блок управления 4 переводит устройство в режим ожидания Р1. Если же характеристики сигналов нетривиальны и поэтому требуют продолжения анализа, то режим Р2 продолжается до тех пор, пока эти характеристики не изменятся до тривиального уровня. По мере накопления эти данные и направляются в накопитель данных 6 для хранения, для чего устройство управления переводит управляемый стабилизатор-преобразователь 8 в записывающий режим Р3. В этом режиме стабилизатор-преобразователь 8 формирует и подает на накопитель питание группы П3, а блок управления 4 передает

на накопитель 6 накопленные данные. По истечении длительного времени работы устройства, достаточного для сбора требуемого объема информации, накопитель данных 6 может быть заменен, вследствие чего накопленные данные могут быть направлены по назначению, а в устройство установлен накопитель с незаполненной памятью для возобновления сбора данных. Режимы Р2 и Р3 при необходимости могут совмещаться.

Положительный эффект достигается тем, что в регистраторе происходит управление стабилизатором-преобразователем 8, в связи с чем в течение времени, когда усилители-фильтры 2, аналого-цифровой преобразователь 3 и накопитель данных 6 не участвуют в работе устройства, на них не поступает питающее напряжение, и оно не вырабатывается, что экономит ресурс автономного источника первичного электропитания 7. Благодаря этому ресурс автономного источника первичного электропитания - батареи существенно экономится, что позволяет использовать батареи малой емкости, характеризующиеся меньшими габаритами, что позволяет встраивать их в устройство.

Дополнительно устройство может обладать узлом коммуникации 9, служащим дополнительным выходом устройства, что позволяет оперативно считать данные из устройства. В этом случае управляемый стабилизатор-преобразователь формирует питание группы П4 для узла коммуникации 9, а блок управления может перевести устройство в режим коммуникации Р4 по состоянию сигналов от блока синхронизации или от внешних сигналов, включая сигнал от узла коммуникации, который должен проходить через этот узел также и при обесточенном состоянии этого узла. В этом случае блок коммуникации питается только на время коммуникации устройства с внешними устройствами.

Автономный источник питания 7 формирует четыре группы питания: П₁, П₂, П ₃ и П₄, при этом реализуются четыре режима работы устройства: Р₁ - дежурный, Р₂ - анализирующий, Р₃ - записывающий и Р₄ - коммутирующий.

Автономный источник питания 7 вырабатывает только питание П₁, питающее блок управления 4 и блок синхронизации 5 во всех режимах. В режиме Р₁ другие группы питания отключены. В режиме Р₂ источник питания вырабатывает наряду с П₁ питание П₂, поступающее на усилители, имеющие дополнительную функцию фильтра 2 и на аналого-цифровой преобразователь 3. В режиме Р₃ источник питания 7 вырабатывает питание П₁, П₂ и П₃, причем питание П₃ поступает на накопитель данных 6. В режиме Р ₄ источник питания 7 вырабатывает питание П ₁ и П₄, причем питание поступает на узел коммуникации 9.

Дежурный режим Р ₁ реализуется при ожидании поступления сигналов с заданными характеристиками, в этот режим блок питания 7 переводит устройство по окончании любого другого

режима, этот режим занимает наибольшее время, в течение этого режима потребление электрической мощности регистратором минимально.

Режим анализа Р ₂ включается блоком управления 4 по управляющим сигналам У₁, связанным со временем и приходящим от блока синхронизации 5.

Режим записи Р ₃ включается как по управляющим сигналам У ₂, связанным с часами и с календарем, приходящим от блока синхронизации 5, так и по результату анализа - в случае, если сигнал, воспринимаемый в режиме Р₂, обладает необходимыми признаками (достаточной амплитудой).

Режим коммутации Р₄ включается блоком питания 4 по запросу, поступающему в виде внешнего сигнала от оператора или от внешней системы сбора данных.

Средний потребляемый от источника питания ток определяется следующим соотношением:

I=I₁+Q₂I ₂+Q₃(I₂+I ₃)+Q₄I₄,

где I_N - ток, потребляемый источником питания от батареи для формирования питания П _N, Q_М - относительная длительность пребывания устройства в режиме с номером М.

В случае Q _M<1 для М=2, 3, 4 средний ток, потребляемый устройством, приближается к току, потребляемому в режиме Р ₁. В результате достигается значительная экономия потребляемого от батареи тока.

Таким образом, предлагаемый регистратор сейсмических сигналов имеет низкое потребление энергии в дежурном режиме и режиме обработки данных, и имеет увеличенный ресурс работы в автономном режиме.

1. Регистратор сейсмических сигналов, содержащий N входов, блок управления, аналого-цифровой преобразователь, соединенный с блоком управления, N усилителей, каждый из которых соединен с соответствующим входом и аналого-цифровым преобразователем, накопитель данных, соединенный с блоком управления, блок синхронизации, соединенный с блоком управления, отличающийся тем, что он содержит автономный источник первичного электропитания, соединенный с входом управляемого стабилизатора-преобразователя, имеющего выходы трех видов, причем выходы первого вида, работающие в дежурном режиме, соединены с блоком управления и блоком синхронизации, выводы второго вида, работающие во входном дискретном режиме, соединены с усилителем и аналого-цифровым преобразователем, а выводы третьего вида, работающие в выходном дискретном режиме, соединены с накопителем данных, а каждый названный усилитель выполнен с дополнительной функцией фильтра.

2. Регистратор по п.1, отличающийся тем, что он содержит узел коммуникации, соединенный с блоком управления и управляемым стабилизатором-преобразователем.