Устройство распознавания сейсмических сигналов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ

Союз Советскнк

Социалистнческнк

Республик (3 ()1000971 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 07.05.80 (21) 2922141/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 28.02.83. Бюллетень Рм 8 (5! )М. Кл.

6 01 V 1/24

Госудорстоевкый комитат ав долам изобретения и открытий (53) УДК 550.884 (088.8) Дата опубликования описания 28.02.8З (72) Автор изобретения

В. М. Ерунов

Институт геологии и геофизики Сиб

CP (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО РАСПОЗНАВАНИЯ

СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к сейсмометрии и может быть использовано в автоматических телеметрических и автономных сейсмических станциях для управления их работой.

Производство сейсмических измерений сопряжено с получением больших объемов информации, что затрудняет и зачастую делает невозможной ее регистрацию на магнитные носители, передачу по каналам связи и обработку на ЭВМ.

Для уменьшения объемов регистрируемой или передаваемой информации, ее подвергают предварительной обработке, заклк чающейся в выделении сейсмических

15 сигналов землетрясений из общего потока сигналов, поступающих с выходных зажимов сейсмометров. Для управления операциями выделения используются различные устройства распознавании сейсми- О ческих сигналов.

Известно устройство амлитудного анализа для распознавания сейсмического сигнала. Устройство содержит схему onределения модуля входного сигнала, фильтр нижних частот, суммирующий усилитель, пороговый элемент и счетчик регулярности, соединенные в последовательную цепь, причем второй вход порогового элемента подключен к выходу схемы определения модуля входного сигнала (1 J ..

Недостатками устройства являются зависимость коэффициента превышения порога амплитудной селекции над уровнем микросейсм от уровня микросейсмического шума и высокий относительный уровень наименьших распознаваемых сигналов, составляющий не менее 2 —; по отношению к уровню микросейсм.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство распознавания сейсмических сигналов, содержащее соединенные последова-. тельно усилитель и полосовой фильтр сигнала вертикальной компоненты трехкомпонентного блока сейсмометров и соединенные последовательно пороговый элемент, блок взвешивания и счетчик регулярнос1000971 ти, управляк>щпй вход которого через блок контроля регулярности соодинс и с выходом порогового элемента Г 2 ) .

t! едостатком устройства является высокий относительный уровень наимень- 5 шнх распознаваемых сигналов, составляк щих не менее 2-3 по отношенчпо к уровшо микросейсм.

Цель изобретения — повышение эффективности устройства путем снижения относительного уровня распознаваемых сейсмических сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство распознавания сейсмических сигналов, содержащее соединенные ll5 последовательно усилитель и полосовой фильтр сигнала вертикальной компонентьf трехкомпонентного блока сейсмометров и соединенные последовательно пороговь и элемент„блок взвешивания и счет- >о чик регулярности„управляющий вход которого через блок контроля регулярности соедш.ен с выходом порогового элемента, введены последовательно соединенные усилители и полосовые фильтры сигналов 25 горизонтальных компонент и блок суммирования, между тремя входами которого и выходами полосовых фильтров сигналов всех компонент введены формирователи модулей компонент, а между выходом ЗО и четвертым входом блока суммирования введены соединенные последовательно ком«аратор, ключ и блок отсле>кивания уровня микросейсмических колебаний, второй выход которого подклк>чен к пер35 вому входу порогового элемента, при этом второй вход последнего связан с выходом ключа, второй вход которого соединен с выходом блока суммирования, а также введен формирователь сигнального интервала, включенный между выходом счетчика регулярности и вторым входом блока отслеживания уровня микросейсмических колебаний, при этом второй вход формирователя сигнального интервала соединен с выходом блока контроля регулярности, а выход — с выходом устройства.

На фиг, 1 приведена функциональная схема устройства распознавания сейсми50 ческих сигналов; на фиг. 2 — функциональная схема формирователя сигнального интервала; на фиг. 3 — функциональная схема блока отслеживания микросейсм.

Функциональная схема предлагаемого

55 устройства распознавания сейсмических сигналов (фиг. 1) содержит трехкомпонентный блок 1 сейсмометров, включан>щий одну вертикальную Z — компоненту и дв горизонтальнькх Х- и У вЂ” комнон<>нты ° усилитсль 2, полосовой фильтр

3 и блок 4 формирования модуля компоненты сейсми !еского сигнала, усилитель 5, полосогой фильтр 6 и блок 7 формирования модуля горизонтальных

Х-компоненты сигнала, усилитель Я, полосовой фильтр 9 и блок 10 формирования модуля горизонтальной У-компоненты сигнала, блок 1 1 суммирования, ключ

12, компаратор 13, блок 1.4 отслеживания НКросеАсМ, пороговый элемент 1 5, блок 16 взвешивания, счетчик 1 7 регулярности, блок 18 контроля р >гулярности и формирователь 19 сигнального интервала.

Формирователь 19 сигнального интервала может быть выполнен в соответствии с функциональной схемой (фиг. 2) и содержать инвертор 20, схемы 21 и

22 совпадения и Р5-триггер 23. Второй вход формирователя 19 соединен с входом триггера 23 через схему 21 совпадения, второй вход которой соединен с первым входом формирователя 19 и с входом 5 триггера 23 через инвертор 20 и схему 22 совпадения, на второй вход которой поступают с достаточно высокой частотой 1 импульсы сброса.

Пример реализации блока 14 отслеживания микросейсм представлен на фиг. 3. Он содер>кит соединенные последовательно целитель 24 напряжения, оцин из входов которого соединен с первым входом блока 14, а второй — с источником компенсирующего напряжения Uk ключ 25, управляющий вход которого соединен с вторым входом блока 14, интегратор 26, выход которого соединен с первым выходом блока, инвертируюший усилитегп» 27 и выходной делитель 28, выход которого соединен с вторым выходом блока 14.

Устройство работает следующим образом.

Трехкомпонентный блок 1 сейсмометров под воздействием микросейсмических колебаний и появляющихся на их фоне сейсмических сигналов землетрясений генерирует электрические сигналы, соответствующие 7=, iY- и У-компонентам сейсмического сигнала. Электрические сигналы с выходов Z, Х и У блока 1 через соответствующие усилители 2,5 и

8 и полосовые фильтры 3,6 и 9 поступают на входы блоков 4,7 и 10 формирования модулей Z-, Х- и У-компонент

lA ) )Aìê)

/А / /А„/Ъ сейсмического сигнала. Выходные сит налы блоков 4,7 и 10, соответствуюшие модулям компонент, поступают на входы блока 11 суммирования, на выходе ко торого формируется суммарный сигнал, приближенно соответствуюший модулю трехкомпонентного сейсмического сигнала, воздействующего на блок 1.

Известно, что микросейсмические ко» . лебания представлены, в основном, рэпер»1О скими волнами. Рэлеевские волны обладают объемной эллиптической поляризацией, при которой модуль колебания изменяется незначительно, но постоянно- меняется направление вектора отклонения, что приводит к несовпадению фаз колебаний различных компонент Х, У и Z . Сложение всех трех компонент микросейсм, поступающих на входы блока 11, происходит по закону Panes для суммы кол баний со случайным соотношением фаз

rye ) А / - сРеднеее значение модУЛЯ 4 микросейсм;

/ А ) — среднее значение модулей М компонент микросейсм.

Начальная группа колебаний сейсмического сигнала землетрясения представлена объемными волнами, обладающими линейной поляризацией, при коротой из»меняется, в основном, модуль колебания. Следовательно, сложение компонент сигнала в блоке 11 происходит по алгеб35 раическому закону где А - модуль сигнала;

/A / — среднее значение модулей компонент сигнала. 40

Улучшение соотношения сигнал/шум в этой первой части устройства равно

/а "I = /А")/д"/= ъ,г.; % ин..ук. ъ

Выходной сигнал блока 11 поступает на входы ключа 12 и компаратора 13.

Компаратор 13 срабатывает при.превышении входным напряжением уровня, заданного на его втором входе, выходной сигнал компара гора 13 поступает на управляющий вход ключа 12 и открывает

его. С выхода ключа 12 сигнал поступает на второй вход порогового элемента 55 м

15 и первый вход блока 14 отслеживания микросейсм. Блок 14 формирует нв первом вь,ходе напряжение, соответствую971 б шее среднему за определенный, например

5-20 мин, интервал времени уровню модуля микросейсм /М /, но имеюшее противоположную полярностье которая поступает на четвертый вход блока ll суммирования и вычитается из его выходного сигнала.

В случае

/.Ам /М / /Ае/ где А . / — модуль микросейсм;

9/АМ/ - отклонение модуля микросейсм от среднего значения, соо-ношение между / M / и 5/ А 4 / следую нее.

Так как микросейсмические колебания обладают эллиптической поляризацией, близкой к круговой, то модуль микросейсм изменяется с течением времени относительно слабо и его отклонения от среднего меньше или, по крайней мере, равны среднему значению модуля:

g/A /-"/@) и /А„) =О, /A>). °

Поэтому вычитание среднего значения модуля микросейсм из модуля сейсмического сигнала по крайней мере в двв раза. улучшит отношение сигналу шум на выходе ключа 12. Улучшение отношения сигнал/шум во второй части устройства

IAcI /AcI /ЙI

К = —: = 4vi2 fAgl I9/+4Ам) s/Ам! так как !дм1» I м I

Общее увеличение отношения сигнал/шум, обеспечиваемое устройством, составляет

К = К" К у/3 2 3,4.

На втором выходе блока 14 формируется напряжение, пропорциональное среднему .значению модуля микросейсм

/М/ и с полярностью, соответствующей полярности сигнала на первом входе бло» ка 14. Это напряжение поступает на второй вход порогового элемента 15 и используется для задания порога срабатывания f10P элемента 15 в зависнмос ти от уровня микросейсм, и, следовательно, поддержания заданного отношения порогового уровня к уровню микросейсм.

Блок 14 отслеживания микросейсм

f (фиг. 3) работает следуюшим образом.

В рабочем режиме ключ 25 открыт нулевым потенциалом на втором входе блока 14. Входной сигнал, поступаюший на первый вход блока 14 и являющийся нескомпенсированной частью модуля микросейсм QJ А, имеющий вид отдельных однополярных импульсов в форме отр» ков синусоиды случайной амплитуды, через верхнее плечо делителя 24, и

10009 ключ 25 поступает на вход интегратс ра 26. Одновременно >ерез нижнее плечо делителя 24 и кл>оч 25 на вход интегратора 26 воздействует источник компенсирующего напряжения (.), пос- 5 тоянный ток которого через делитель 24 нейтрализует (в среднем) импульсы тока источника входного сигнала. При появлении рассогласования токов интегратор, 26 накапливает разностный сигнал и изменяет напряжение на первом выходе блока, которое используется в схеме устройства распознавания для компенса ции уровня микросейсм. Выходное напряжение интегратора 26 поступает также через интегриру>ощий усилитель 27 и выходной делитель 28, служащий для задания коэффициента превышения распознаваемого сигнала над уровнем микросейслл, на второй выход блока 14.

В режиме хранения ключ 25 закрыт высоким потенциалом на втором входе блока 14 вход интегратора 26 отсоединен

От первого входа блока 14 и на выходе ! интегратора 26 и, следовательно, на ,выходах блока 14 сохраняется величина ! напря>кения, достигнутая к моменту закрытия ключа 25.

Импульсы с выхода порогового элемента 15 поступают на входы блока 18 30 контроля регулярности и блока 16 взвешивания. Блок 18 контроля регулярности при появлении на его входе переднего фронта импульса формирует выходной предупрежда>оший сигнал, посредством 35 которого разрешает работу счетчика 17 регулярности и формирователя 19. Этот же сигнал поступает на первый выход устройства к регистратору . Блок 16 взвешивания формирует последовательнос- 40 ти с числом импульсов, пропорциональным (с заданным коэффициентом), дли« тельности входного импульса. Выходные импульсы блока 16 взвешивания поступают»а счетный вход счетчика 17 регу- 4g лярности, имеющего заданную емкость.

Если выходные импульсы порогового элемента 15 порождены выбросом микросейсм, имеющим органиченную длительность, то счетчик 17 регулярности не успевает заполниться и через заданное время после прохождения последнего импульса, например., через 0,5-1 с, снимается сигнал Предупреждение" и на выходе блока 18, что приводит к сбросу счетчика 17 в состояние «О .

ПОявление С(.йсмическОГО сигнала, содержащего, например, четыре периода регулярных линейно-поляризованных ко71 5 лебаний, приводит к переполнению счетчика 17. Выходной импульс счетчика 17, формируемый при его переполнении, поступает на первый вход формирователя

19, на выходе которого в этот момент появляется сигнал Подтверждение, поступающий на второй выход устройства к регистратору и на второй вход блока

14 отслеживания микросейсм, переводя

его в режим хранения уровня. Во время работы в режиме хранения блок 14 не

I реагирует на изменение сигнала, поступаю щего íà его первый вход и его выходные напряжения остаются неизменными до конца действия подтверждающего сигнала на втором входе блока, т.е. до окончания сигнала землетрясения.

Через заданное время после снятия входного импульса, например через 0,5-1 с на выходе блока 18 устанавливается нулевой потенциал. Это приводит к остановке и сбросу в состояние «О счетчика 17 регулярности, снятию сигнала Подтверждение" на выходе формирователя

l9 и втором выходе устройства и переводу в рабочий режим блока 14 отслеживания микросейсм.

Формирователь 19 (фиг. 3) работает следующим образом.

В исходном состоянии на обоих входах поддерживается потенциал логического нуля, при этом схема 21 совпадения закрыта, схема 22 совпадения открыта через инвертор 20 и импульсы сброса

Кс поступают на вход S триггера 23, поддерживая на его выходе состояние

«О . При появлении уровня логической

1 на первом входе схема 22 совпадения закрывается, а схема 21 совпадения открывается, но состояние выхода ДЯтриггера 23 не меняется. Первый импульс, поступивший на второй вход формирователя 19, проходит через схему

21 совпадения и переводит выход Р5 триггера 23 в состояние 1"; последующие импульсы, поступающие на второй вход, не изменяют состояния триггера.

После снятия логической 1 .с первого входа формирователь 19 переходит в исходное состояние.

Устройство распознавания сейсмических сигналов позволяет снизить относительный уровекь распознаваемых сигналов до отношения сигнал/микросейсм равного

0,6 — 0,9 по сравнению с 2-3, обеспечиваемым известным устройство>й.

Результаты испытаний подтвердили повышенную помехоустойчивость предлаcj 10009 гаемого устройства н возможность раопознавания слабых сигналов сейсмических событий, сравнимых с уровнем мик» рос ейсм.

Положительный эффект предлагаемого устройства состоит из возможности расширения области применения автоматических сейсмостанцнй. Производительность труда при использовании автоматических станций и использованием данного устрой-10 ства возрастает в 10 раз по сравнению с непрерывной регистрацией, Устройство позволит расширить область применения автоматических станций в 2 раза. !

Формула изобретения

Устройство распознавания сейсмических сигналов, содержащее соединенные последовательно усилитель и полосовой фильтр сигнала вертикальной компоненты трехкомпонентного блока сейсмомеч ров и.соединенные последовательно пороговый элемент, блок взвешивания и счетчик регулярности, управляющий вход которого через блок контроля регулярности соединен с выходом порогового элемейта, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью повышения эффективности устройства путем снижения относительного уровня распознаваемых сейсмических сигналов, в него введены последовательно соединенные усилители и поло71 )0 совые фильтры сигналов горизонтальных компонент и блок суммирования, между тремя входами которого и выходами полосовых фильтров сигналов всех компонент введены формирователи модулей компонент, а между выходом и четвертым входом блока суммирования введены соединенные последовательно компаратор, ключ и блок отслеживания уровня микросейсмических колебаний, второй выход которого подключен к первому входу порогового элемента, при этом второй вход последнего связан с выходом ключа, второй вход которого соединен с выходом блока суммирования, а также введен формирователь сигнального интервала, включенный между выходом счетчика регулярности н вторым входом блока отслеживания уровня мнкг росейсмических колебаний, при этом второй вход формирователя сигнального интервала соединен с выходом блока контроля регулярности, а выход - с выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Многоканальная станция цифровой регистрации типа. CIIP. Описание и инст- . рукция по эксплуатации. М., ИФЗ AH СССР, 1973.

2. Авторское свидетельство CCCCP

¹ +69978, кл. Q 01 М 1/00, 1976 (прототип).

1000071

Составитель Т. Райкова

Редбктор E. Папп Техред М Тепер Корректор И. )!!улла

Заказ 1380/49 Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ?K-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул, Проектная,