RU2657116C1 - Electrodynamic seismometer tester - Google Patents

Abstract

FIELD: instrument engineering.

SUBSTANCE: invention relates to devices for receivers of seismic signals, namely, to testers providing verification of the correct operation of one or a group of electrodynamic seismometers (SMs). Tester of electrodynamic tester is claimed that contains a CI block of an interface controller equipped with an input for connection of a power supply source PSS and comprising a control unit CU, a digital conversion unit DCU provided with an input for connecting the power supply source and including an analog-to-digital converter ADC and a generator of test signals TG connected to the control unit CU. According to the solution, interface controller unit ICU includes network interface NI, thermal sensor TS and transient phenomena former TPF connected to control unit CU. Digital conversion unit DCU includes a switching and amplifying unit SAU provided with inputs connected to the control unit CU, transient phenomena former TPF, generator of test signals TG, and the analog-to-digital converter ADC, and also inputs for connection of one or several tested geophones.

EFFECT: increased accuracy of the tester operation.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к приспособлениям для приемников сейсмических сигналов, а именно к тестерам, обеспечивающим проверку правильности работы одного или группы сейсмоприемников (СП) электродинамических (геофонов).The invention relates to devices for seismic signal receivers, namely testers that verify the correct operation of one or a group of seismic receivers (SP) electrodynamic (geophones).

Известно устройство для тестирования неисправностей множества подключаемых к нему сейсмоприемников (см. патент на изобретение US 4,003,018, МПК G01V1/20, G01V13/00, опубл. 11.01.1977). Устройство содержит средство подачи на указанные сейсмоприемники серии импульсов тока постоянной амплитуды и длительностью, превышающей нормальный резонансный период сейсмоприемников, и средство измерения отклика пикового напряжения сейсмоприемников на указанные импульсы тока.A device is known for testing the faults of a plurality of geophones connected to it (see patent for invention US 4,003,018, IPC G01V1 / 20, G01V13 / 00, publ. 11.01.1977). The device comprises means for supplying a series of current pulses of constant amplitude and duration longer than the normal resonance period of the geophones to said geophones, and means for measuring the response of the peak voltage of geophones to these current pulses.

Однако известное устройство имеет неконтролируемую точность измерения параметров сейсмоприемников.However, the known device has an uncontrolled accuracy in measuring the parameters of geophones.

Известно устройство для измерения параметров геофонов (см. патент на изобретение US 4,296,483, МПК G01V1/18, G01V13/00, опубл. 20.10.1981). Устройство содержит множество датчиков силы, на каждом из которых устанавливается соответствующий геофон. Электрическая ступенчатая функция прикладывается к активным элементам геофонов для генерации механических переходных процессов, которые детектируются датчиками силы, генерирующими соответствующие электрические сигналы. Электрические сигналы анализируются для определения чувствительности, затухания и собственной частоты каждого геофона. A device for measuring the parameters of geophones (see patent for invention US 4,296,483, IPC G01V1 / 18, G01V13 / 00, publ. 10/20/1981). The device contains many force sensors, on each of which a corresponding geophone is installed. An electric step function is applied to the active elements of geophones to generate mechanical transients, which are detected by force sensors that generate the corresponding electrical signals. Electrical signals are analyzed to determine the sensitivity, attenuation, and natural frequency of each geophone.

Однако известное устройство предусматривает необходимость использования дополнительного набора пьезоэлектрических датчиков для преобразования механических сигналов геофонов в электрические.However, the known device requires the use of an additional set of piezoelectric sensors to convert mechanical signals of geophones into electrical ones.

Наиболее близким к заявляемому устройству по своей технической сущности является устройство для тестирования геофонов (патент на изобретение EP 203 227, МПК G01V 13/00, G01V 1/16, опубл. 03.12.1986). Известное устройство включает в себя программируемый микропроцессор, снабженный входами для подключения источника питания, одного или нескольких тестируемых геофонов, модуля памяти, устройства ввода и индикации. Известное устройство позволяет измерять отклонение от хранящихся в модуле памяти эталонных значений сопротивления, нелинейного искажения, чувствительности (коэффициента преобразования), собственной частоты и степени затухания.Closest to the claimed device in its technical essence is a device for testing geophones (patent for invention EP 203 227, IPC G01V 13/00, G01V 1/16, publ. 03.12.1986). The known device includes a programmable microprocessor equipped with inputs for connecting a power source, one or more tested geophones, a memory module, an input and indication device. The known device allows you to measure the deviation from the reference values of resistance, non-linear distortion, sensitivity (conversion coefficient), natural frequency and attenuation degree stored in the memory module.

Недостатком прототипа является необходимость использования эталонного сейсмоприемника (эталонной группы СП) для диагностики и калибровки работы тестера.The disadvantage of the prototype is the need to use a reference seismic receiver (reference group SP) for the diagnosis and calibration of the tester.

Технической проблемой является сокращение трудовременных затрат на контроль точности измерений параметров сейсмоприемников тестером.A technical problem is the reduction of time-consuming expenses for monitoring the accuracy of measuring the parameters of geophones by a tester.

Указанная техническая проблема решается тем, что заявляемый тестер сейсмоприемников Д электродинамических содержит блок КИ контроллера интерфейсного, снабженный входом для подключения источника ИП питания и включающий модуль МУ управления, блок БЦП цифрового преобразования, снабженный входом для подключения источника ИП питания и включающий аналого-цифровой преобразователь АЦП и генератор ТГ тестовых сигналов, подключенные к модулю МУ управления, согласно решению блок КИ контроллера интерфейсного включает сетевой интерфейс СИ, термодатчик ТД и формирователь ФПП переходного процесса, подключенные к модулю МУ управления, блок БЦП цифрового преобразования включает блок БКУ коммутации и усиления, снабженный входами, подключенными к модулю МУ управления, формирователю ФПП переходного процесса, генератору ТГ тестовых сигналов и аналого-цифровому преобразователю АЦП, а также входами для подключения одного или нескольких тестируемых сейсмоприемников Д.The indicated technical problem is solved by the fact that the inventive electrodynamic tester D of the seismic receivers contains an interface controller KI unit equipped with an input for connecting a power supply IP source and including a control MU module, a digital conversion BTSP unit equipped with an input for connecting a power supply IP source and including an analog-to-digital ADC converter and a TG generator of test signals connected to the MU control module, according to the decision, the KI block of the interface controller includes a SI network interface, ter the TD modulator and the transformer FPP shaper connected to the control MU module, the digital conversion BTSP unit includes a switching and amplification control unit, equipped with inputs connected to the control MU module, the transformer FPP shaper, the test signal generator TG, and the analog-to-digital converter of the ADC, as well as inputs for connecting one or more tested geophones D.

Технический результат, достигаемый заявляемым решением, заключается в повышении точности работы тестера за счет своевременной диагностики отклонения измеренных тестером параметров блока формирователя ФПП переходного процесса, имитирующего работу сейсмоприемника и представляющего собой полосно-пропускающий фильтр (ППФ) 2-го порядка, от заданных в блоке ФПП параметров.The technical result achieved by the claimed solution is to increase the accuracy of the tester due to timely diagnosis of deviations of the measured parameters of the transformer FPP unit of the transient simulating the operation of the seismic receiver and representing a second-order bandpass filter (PPF) from those specified in the FPP block parameters.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема заявляемого тестера, на фиг. 2 показана эквивалентная схема блока формирователя переходного процесса (ФПП), на фиг. 3 и 4 - структурная схема блока коммутации и усиления. Позициями на чертежах обозначены:The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 presents a structural diagram of the inventive tester, FIG. 2 shows an equivalent circuit of a transformer shaper (FPP) block; FIG. 3 and 4 are a block diagram of a switching and amplification unit. The positions in the drawings indicate:

1 - аккумуляторная батарея (АБ); 2 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 3 - блок коммутации и усиления (БКУ); 4 - блок питания (БП); 5 - блок цифрового преобразования (ВЦП); 6 - тестируемый сейсмоприемник (СП) или группа сейсмоприемников (Д); 7 - зарядное устройство (ЗУ); 8 - индикатор заряда (ИЗ); 9 - источник питания (ИП); 10 - блок контроллера интерфейсного (КИ); 11 - модуль беспроводной связи (МБС); 12 - модуль управления (МУ); 13 - сетевой интерфейс (СИ); 14 - генератор тестовых сигналов (ТГ); 15 - термодатчик (ТД); 16 - формирователь переходного процесса (ФПП); 17 - сопротивление (R); 18 сопротивление обратной связи (Roc); 19 - ноутбук; 20 - канал связи LAN; 21 - канал связи Wi-Fi.1 - rechargeable battery (AB); 2 - analog-to-digital converter (ADC); 3 - switching and amplification unit (BKU); 4 - power supply unit (PSU); 5 - block digital conversion (VCP); 6 - tested geophones (SP) or group of geophones (D); 7 - charger (charger); 8 - charge indicator (FROM); 9 - power source (IP); 10 - block controller interface (KI); 11 - wireless communication module (MBS); 12 - control module (MU); 13 - network interface (SI); 14 - test signal generator (TG); 15 - temperature sensor (TD); 16 - shaper transition process (FPP); 17 - resistance (R); 18 feedback resistance (Roc); 19 - laptop; 20 - LAN communication channel; 21 - Wi-Fi communication channel.

Заявляемое изобретение позволяет измерять значения сопротивления цепи катушки сейсмоприемника (СП) на постоянном токе, коэффициента нелинейных искажений (коэффициента гармоник) СП, собственной частоты колебаний СП, коэффициента (степени) затухания колебаний СП и коэффициента преобразования амплитуды механических колебаний катушки СП в электрический сигнал (коэффициент преобразования). Тестер обеспечивает контроль как одиночных СП, так и СП, объединенных в группу, а кроме того, обеспечивает возможность самотестирования для контроля точности измерений и компенсации влияния изменения температуры. Принцип действия тестера основан на возбуждении колебаний электрического тока в цепи катушки СП с помощью испытательного (тестового) сигнала, измерении зависимости силы тока и частоты этих колебаний во времени и последующем автоматизированном расчете параметров СП по заданному алгоритму.The claimed invention allows to measure the resistance values of the circuit of the seismic receiver coil (DC) at constant current, the non-linear distortion coefficient (harmonic coefficient) of the joint venture, the natural frequency of the joint vibrations, the coefficient (degree) of attenuation of the joint vibrations and the conversion coefficient of the amplitude of the mechanical vibrations of the joint coil into an electrical signal ( conversion). The tester provides control of both single SPs and SPs united in a group, and in addition, provides the possibility of self-testing to control the accuracy of measurements and compensate for the effect of temperature changes. The principle of operation of the tester is based on the excitation of oscillations of the electric current in the circuit of the SP coil using a test (test) signal, measuring the dependence of the current strength and the frequency of these oscillations in time and the subsequent automated calculation of the parameters of the SP according to a given algorithm.

Конструкция изобретенияConstruction of the invention

Заявляемый тестер «Тест-СП» содержит блок КИ контроллера интерфейсного, снабженный входом для подключения источника ИП питания и включающий модуль МУ управления, а также сетевой интерфейс СИ, термодатчик ТД и формирователь ФПП переходного процесса, подключенные к модулю МУ управления. Тестер содержит блок БЦП цифрового преобразования, снабженный входом для подключения источника ИП питания и включающий аналого-цифровой преобразователь АЦП и генератор ТГ тестовых сигналов, подключенные к модулю МУ управления, а также блок БКУ коммутации и усиления, снабженный входами, подключенными к модулю МУ управления, формирователю ФПП переходного процесса, генератору ТГ тестовых сигналов и аналого-цифровому преобразователю АЦП, а также входами для подключения одного или нескольких тестируемых сейсмоприемников Д.The inventive tester "Test-SP" contains the KI unit of the interface controller, equipped with an input for connecting a power supply source and including a MU control module, as well as a SI network interface, a temperature sensor, and a transformer FPP shaper connected to the MU control module. The tester contains a digital conversion BTsP unit equipped with an input for connecting an IP power source and including an analog-to-digital ADC converter and a TG generator of test signals connected to the MU control module, as well as a switching and gain control unit, equipped with inputs connected to the MU control module, transformer FPP shaper, test signal TG generator and ADC analog-to-digital converter, as well as inputs for connecting one or more tested geophones D.

Элементы тестера скомпонованы в следующие узлы: плату блока цифрового преобразования (БЦП), плату контроллера интерфейсного (КИ), плату блока питания (БП) и аккумуляторную батарею (АБ), соединенные между собой и расположенные в кейсе «PELI - 1300». Для обеспечения функционирования тестер «Тест-СП» подключают к ноутбуку/планшету с установленным специальным программным комплексом «Тест-СП». Структурная схема тестера приведена на фиг. 1.The elements of the tester are arranged in the following nodes: a digital conversion unit board (BCP), an interface controller board (KI), a power supply unit board (BP), and a battery (AB), interconnected and located in the PELI - 1300 case. To ensure functioning, the Test-SP tester is connected to a laptop / tablet with the special Test-SP software package installed. The block diagram of the tester is shown in FIG. one.

На плате БЦП расположены следующие схемные модули:The following circuit modules are located on the BCP board:

- аналого-цифровой преобразователь (АЦП): 24-разрядный дифференциальный АЦП на основе микросхемы ADS 1251;- analog-to-digital converter (ADC): 24-bit differential ADC based on the ADS 1251 microcircuit;

- генератор тестовых сигналов (ТГ): собран на основе 16-разрядного цифро-аналогового преобразователя AD 5541 и операционных усилителей OP 413;- test signal generator (TG): assembled on the basis of a 16-bit digital-to-analog converter AD 5541 and operational amplifiers OP 413;

- блок коммутации и усиления с фильтрами (БКУ): собран на аналоговых коммутаторах ADG 711 и операционных усилителях OP213 и OP413.- switching and amplification unit with filters (BKU): assembled on ADG 711 analog switches and OP213 and OP413 operational amplifiers.

АЦП осуществляет измерение зависимости во времени мгновенных значений силы тока, возбужденного в цепи катушки СП тестовым сигналом, поступающим с тестового генератора ТГ, с нормируемыми метрологическими характеристиками, преобразование измеренных мгновенных значений силы тока в цифровой сигнал АЦП, а также фильтрацию сигнала в области верхних частот. The ADC measures the time dependence of the instantaneous values of the current excited in the circuit of the SP coil by a test signal coming from the test generator TG with normalized metrological characteristics, converts the measured instantaneous values of the current into a digital ADC signal, and also filters the signal in the high-frequency region.

Программный комплекс «Тест-СП» производит цифровую обработку сигнала АЦП и расчет параметров СП с нормированными значениями погрешности измерения параметров сейсмоприемника.The “Test-SP” software package performs digital processing of the ADC signal and calculates the parameters of the joint venture with the normalized values of the measurement error of the parameters of the geophone.

На плате КИ расположены:On the KI board are located:

- сетевой интерфейс (СИ): на основе модуля WIZNET W3100A;- network interface (SI): based on the WIZNET W3100A module;

- модуль управления (МУ): на основе программируемой логической интегральной схемы LC 4256 и цифрового сигнального процессора ADSP 2189;- control module (MU): based on the LC 4256 programmable logic integrated circuit and ADSP 2189 digital signal processor;

- формирователь переходного процесса (ФПП): активный полосно-пропускающий фильтр 2-го порядка на основе операционного усилителя OP 213. - Transient shaper (FPP): 2nd-order active bandpass filter based on the OP 213 operational amplifier.

Сетевой интерфейс СИ производит сбор данных, поступающих от АЦП через МУ, и передачу их через плату БП на ноутбук-планшет (протокол TCP/IP) посредством кабеля «Патч-корд» или беспроводной связи WiFi.The SI network interface collects data from the ADC through the MU and transfers it via the power supply board to a laptop-tablet (TCP / IP protocol) using a patch cord or WiFi wireless connection.

Модуль МУ управления принимает данные от АЦП для последующей их передачи на СИ и осуществляет прием команд от ноутбука/планшета и формирование управляющих сигналов для других модулей тестера.The MU control module receives data from the ADC for subsequent transmission to the SI and receives commands from the laptop / tablet and generates control signals for other tester modules.

Определение пределов допускаемой относительной погрешности измерения собственной частоты, коэффициента преобразования и степени затухания осуществляется при помощи встроенного блока ФПП (формирователя переходного процесса), который формирует электрический сигнал, эквивалентный сигналу реакции СП на внешнее ударное возбуждение, то есть имитирует работу сейсмоприемника с нормированными значениями собственной частоты колебаний, коэффициента преобразования и степени затухания.The limits of the permissible relative error in measuring the natural frequency, conversion coefficient, and attenuation degree are determined using the built-in FPP unit (transformer), which generates an electrical signal equivalent to the signal of the joint venture response to external shock excitation, that is, it simulates the operation of a geophone with normalized values of the natural frequency oscillations, conversion coefficient and attenuation.

ФПП имитирует работу сейсмоприемника, имеющего следующие параметры:FPP imitates the operation of a seismic receiver having the following parameters:

- собственную частоту - 70,7 Гц;- natural frequency - 70.7 Hz;

- степень затухания - 0,5;- degree of attenuation - 0.5;

- коэффициент преобразования - 894,4.- the conversion coefficient is 894.4.

На плате БП расположены:On the BP board are located:

- источник питания (ИП);- power supply (IP);

- зарядное устройство аккумулятора (ЗУ);- battery charger (charger);

- индикатор заряда аккумулятора (ИЗ);- battery charge indicator (FROM);

- модуль беспроводной связи WiFi (МБС).- WiFi wireless module (MBS).

Источник питания (ИП), собранный на микросхемах LP 2950, LTC 3600, TPS 62200, формирует напряжения постоянного тока, необходимые для работы тестера.The power supply (IP), assembled on chips LP 2950, LTC 3600, TPS 62200, generates DC voltages necessary for the tester.

Зарядное устройство (ЗУ) на основе микросхемы BQ 24650 осуществляет заряд аккумуляторной батареи при подключении к тестеру сетевого адаптера 220 V AC 50/60 Hz - 12 V DC - 6000 mA.A charger (charger) based on the BQ 24650 microcircuit charges the battery when connected to the tester of the network adapter 220 V AC 50/60 Hz - 12 V DC - 6000 mA.

Индикатор заряда аккумулятора (ИЗ) выполнен на основе микросхемы LM 3914 и 10-сегментной светодиодной матрицы HDSP-4832 и показывает степень заряда АБ по линейной шкале в диапазоне 7,3-8,4 V.The battery charge indicator (IZ) is based on the LM 3914 microcircuit and the HDSP-4832 10-segment LED matrix and shows the battery charge on a linear scale in the range of 7.3-8.4 V.

Модуль беспроводной связи WiFi (МБС) на основе блока WizFi 630 обеспечивает передачу данных от тестера до ноутбука-планшета по беспроводному интерфейсу.The WiFi wireless module (MBS) based on the WizFi 630 block provides data transfer from the tester to a laptop tablet via a wireless interface.

Для учета температуры окружающей среды тестер снабжен термодатчиком (ТД) на основе микросхемы DS18B20.To take into account the ambient temperature, the tester is equipped with a temperature sensor (TD) based on the DS18B20 microcircuit.

Описание блока ФПП (формирователя переходного процесса) Description of the FPP block (transformer shaper)

1. Для проверки тестера «Тест-СП» в режиме самотестирования собственной частоты, степени затухания и коэффициента преобразования в качестве формирователя переходного процесса (ФПП), идентичного отклику сейсмоприемника на ударное воздействие, используется полосно-пропускающий фильтр (ППФ) 2-го порядка с заданными параметрами (фиг.2). Известно, что комплексный коэффициент передачи такого фильтра имеет вид:1. To test the “Test-SP” tester in the self-testing mode of natural frequency, attenuation and conversion coefficient, a second-order band pass filter (PPF) with a seismic receiver for impact is used, with a second-order pass-through filter (PPF) with given parameters (figure 2). It is known that the complex transfer coefficient of such a filter has the form:

,

,

где ω₀ - собственная (резонансная) частота фильтра; А₀ - коэффициент передачи фильтра на резонансной частоте;

; D - затухание; Q=1/D - добротность фильтра.

where ω ₀ is the natural (resonant) frequency of the filter; And ₀ is the transmission coefficient of the filter at the resonant frequency;

; D is the attenuation; Q = 1 / D is the quality factor of the filter.

Найдем полюса и обозначим их

и

:

Find the poles and denote them

and

:

Известно, что изображение

имеет оригинал

Image is known

has the original

(преобразование Карсона

)(Carson transformation

)

Тогда преобразование из частотной области во временную даст:Then the conversion from the frequency domain to the time domain will give:

.

.

Сделав обозначения:

,Having made the notation:

,

Получим:

.We get:

.

С учетом преобразований и формулы Эйлера Given the transformations and Euler's formula

,

,

h(t) будет иметь вид: h (t) will be of the form:

Коэффициент передачи модели сейсмоприемника имеет вид:The transfer coefficient of the model of the geophone has the form:

,

,

где

- собственная частота сейсмоприемника,

- степень затухания сейсмоприемника.Where

- natural frequency of the geophone,

- degree of attenuation of the geophone.

Из сравнения К(р) фильтра ППФ и К(р)_сп сейсмоприемника видно, что Q=2β или β=1/2Q, т.е., зная добротность используемого фильтра ППФ, можно рассчитать степень затухания переходного процесса.From a comparison of R (p) and PPF filter K (p) _cn geophone seen that Q = 2β or β = 1 / 2Q, i.e., knowing the quality factor used PPF filter, it is possible to calculate the degree of damping of the transient.

Введя β вместо Q в выражение для h(t), получим:Introducing β instead of Q in the expression for h (t), we obtain:

Таким образом, переходная характеристика ППФ 2-го порядка совпадает с переходной характеристикой сейсмоприемника и, следовательно, ППФ может использоваться в качестве имитатора сейсмоприемника (ФПП) с заданными параметрами собственной частоты и степени затухания. При этом собственная частота сейсмоприемника совпадает с собственной частотой ППФ, а степень затухания сейсмоприемника β = 1/2Q, где Q - добротность ППФ. Схема ППФ 2-го порядка представлена на фиг. 2.Thus, the transient response of a second-order PPF coincides with the transient response of a seismic receiver and, therefore, a PPF can be used as a simulator of a geophysical receiver (FPP) with given parameters of natural frequency and degree of attenuation. In this case, the natural frequency of the geophone coincides with the natural frequency of the PPF, and the degree of attenuation of the geophone is β = 1/2 Q, where Q is the quality factor of the PPF. A second order PFD circuit is shown in FIG. 2.

Работа изобретенияThe work of invention

1.1. Описание метода определения сопротивления СП или группы СП (выходное сопротивление)1.1. Description of the method for determining the resistance of a joint venture or joint venture group (output impedance)

Метод определения сопротивления СП или группы СП (фиг.3) основан на измерении амплитуды выходного сигнала дифференциального усилителя тестера, на входы которого («Вх+», «Вх-») подается импульсный парофазный сигнал постоянного тока амплитудой U_Вх, который повторяется на контактах Д (СП или группы СП).The method for determining the resistance of a joint venture or a joint venture group (Fig. 3) is based on measuring the amplitude of the output signal of the differential amplifier of the tester, the inputs of which ("Bx +", "Bx-") are supplied with a pulse vapor-phase constant current signal with an amplitude of U _Bx , which is repeated on the contacts D (SP or group SP).

По окончании переходных процессов в течение действия импульса в сейсмоприемнике протекает ток I_Д, равный:At the end of the transient processes during the action of the pulse, a current I _D flows in the geophone equal to:

,

,

где R_Д - сопротивление СП или группы СП по постоянному току.where R _D - the resistance of the joint venture or group of direct current DC.

Этот ток вызывает на выходе усилителя выходное напряжение, равное:This current causes an output voltage equal to:

Величина напряжения импульса U_вых: измеряется АЦП. По известным значениям амплитуды входного импульса U_вх и сопротивлению обратной связи R_ос вычисляется значение сопротивления СП R_Д. The value of the pulse voltage U _o : measured by the ADC. Based on the known values of the amplitude of the input pulse U _I and feedback resistance R _{OS the} value of the resistance SP R _D.

1.2. Процедура измерения (контроля)1.2. Measurement (control) procedure

Амплитуда входного тестового сигнала U_вх устанавливается программно в зависимости от сопротивления либо одиночного СП, указываемого в окне «Параметры сейсмоприемника (сейсмогруппы») - «Сопротивление, Ом», либо количества СП в группе и их конфигурации (дополнительно используется информация из окна «Параметры тестирования» - «Конфигурация сейсмогруппы»).The amplitude of the input test signal U _{I is} set programmatically depending on the resistance of either a single joint venture indicated in the “Geophones (seismic group”) window - “Resistance, Ohm”, or the number of joint ventures in the group and their configuration (information from the “Test parameters” window is additionally used ”-“ Configuration of the seismic group ”).

Амплитуда выходного импульса дифференциального усилителя определяется как разность его выходных напряжений на интервалах действия и отсутствия импульса на входе усилителя, чем исключается влияние напряжения смещения нуля усилителя и влияние синфазной помехи.The amplitude of the output pulse of a differential amplifier is defined as the difference between its output voltages at the intervals of operation and the absence of a pulse at the input of the amplifier, which excludes the influence of the zero bias voltage of the amplifier and the influence of common mode noise.

2.1. Описание метода определения коэффициента нелинейных искажений (КНИ и КНИ циклическое)2.1. Description of the method for determining the coefficient of nonlinear distortion (THD and THD cyclic)

КНИ одиночного СП или группы СП рассчитывается путем подачи на входы «Вх+», «Вх-» (фиг. 3) парофазного гармонического сигнала амплитудой U_Вх от генератора тестера (ТГ) с малыми нелинейными искажениями. Сигнал, повторяясь на контактах СП или группы СП, вызывает в нем ток, амплитуда которого зависит от нелинейности сопротивления катушки СП, возникающей в процессе механических колебаний. Этот ток вызывает на выходе усилителя выходное напряжение, равное:The SOI of a single SP or a group of SPs is calculated by applying to the inputs "Bx +", "Bx-" (Fig. 3) a phase-harmonic signal with an amplitude U _Bx from the generator of the tester (TG) with small non-linear distortions. The signal, repeating at the contacts of the SP or a group of SPs, causes a current in it, the amplitude of which depends on the nonlinearity of the resistance of the SP coil that occurs during mechanical oscillations. This current causes an output voltage equal to:

.

.

На выходе АЦП этот сигнал подвергается цифровой фильтрации с целью определения амплитуд гармонических составляющих

выходного сигнала (i = 1,2…5), значения которых используются в дальнейшем для расчета коэффициента нелинейных искажений в соответствии с формулой:At the ADC output, this signal is digitally filtered to determine the amplitudes of the harmonic components

output signal (i = 1,2 ... 5), the values of which are used in the future to calculate the coefficient of nonlinear distortion in accordance with the formula:

.

.

Цифровая фильтрация осуществляется с применением цифровых рекурсивных фильтров. В соответствии с алгоритмом работы цифровых рекурсивных фильтров текущая амплитуда U_i ⁿ выделенной i-й гармоники определяется формулой:Digital filtering is performed using digital recursive filters. In accordance with the algorithm of digital recursive filters, the current amplitude U _i ^{n of the} selected i-th harmonic is determined by the formula:

,

,

где n- порядковый номер отсчета АЦП, U_с ⁿ - мгновенное значение выходного напряжения усилителя, зарегистрированное на n-м отсчете АЦП, a_i0, a_i1, a_i2, b_i1, b_i2 - коэффициенты рекурсивных цифровых фильтров, рассчитанные для выделения i-й гармоники.where n is the serial number of the ADC readout, U _with ⁿ is the instantaneous value of the output voltage of the amplifier recorded on the nth sample of the ADC, a _i0 , a _i1 , a _i2 , b _i1 , b _i2 are the coefficients of the recursive digital filters calculated to extract i harmonics.

Среднеквадратичное значение амплитуды выделенной i-й гармоники рассчитывается в соответствии с формулой:The rms amplitude value of the selected i-th harmonic is calculated in accordance with the formula:

,

,

где N - количество используемых для расчета выборок цифрового сигнала АЦП.where N is the number of samples used to calculate samples of the digital ADC signal.

2.2. Процедура измерения (контроля)2.2. Measurement (control) procedure

При выборе в окне «Параметры тестирования» - «Частота тестирования » - «По умолчанию») с тестового генератора подается сигнал с частотой, близкой к 1,5f₀, (f₀ - собственная частота сейсмоприемника данного типа, указываемая в окне «Параметры сейсмоприемника (сейсмогруппы) - «Собственная частота, Гц»), либо частота тестового генератора выбирается в этом же окне.When you select “Test parameters” - “Test frequency” - “Default” in the window, a signal is generated from the test generator with a frequency close to 1.5f ₀ , (f ₀ is the intrinsic frequency of this type of geophone, indicated in the “Geophones parameters” window (seismic groups) - “Natural frequency, Hz”), or the frequency of the test generator is selected in the same window.

Величина входного тестового сигнала U_вх устанавливается программно в зависимости от сопротивления одиночного СП, указываемого в окне «Параметры сейсмоприемника (сейсмогруппы») - «Сопротивление, Ом», либо количества СП в группе и их конфигурации (дополнительно используется информация из окна «Параметры тестирования» - «Конфигурация сейсмогруппы»).The value of the input test signal U _{in is} set programmatically depending on the resistance of a single joint venture indicated in the “Geophones (seismic group”) window - “Resistance, Ohm”, or the number of joint ventures in the group and their configuration (information from the “Test parameters” window is additionally used - “Configuration of the seismic group”).

3.1. Описание метода определения собственной частоты, степени затухания и коэффициента преобразования3.1. Description of the method for determining the natural frequency, degree of attenuation and conversion coefficient

Определение собственной частоты, степени затухания и коэффициента преобразования СП или группы СП осуществляется путем записи переходного процесса, возникающего в контуре СП. Процедура измерения этих параметров проводится в два этапа.The determination of the natural frequency, the degree of attenuation, and the conversion coefficient of a SP or a group of SPs is carried out by recording the transient process that occurs in the SP circuit. The procedure for measuring these parameters is carried out in two stages.

На первом этапе на входы «Вх+», «Вх-» подается парофазное напряжение постоянного тока U_Вх согласно фиг.4 ( сейсмоприемник Д включен в цепь обратной связи дифференциального усилителя, т.е. подключен к входам «-» операционных усилителей), которое по окончании переходных процессов вызывает в СП ток I_Д , определяемый формулой (1).In the first stage the inputs "+ Bx", "Vh-" vapor phase is fed DC current _Bx U according to Figure 4 (D geophone included in the differential amplifier feedback loop, i.e. connected to the inputs "-" of the operational amplifiers) which, at the end of the transient processes, induces a current I _{D in the SC} determined by formula (1).

На втором этапе отключается парафазное напряжение постоянного тока U_Вх, а СП отключается от цепи обратной связи дифференциального усилителя и подключается к его входам в соответствии с фиг. 4 (СП подключается к входам «+» операционных усилителей). Выходной сигнал переходного процесса в контуре СП усиливается с коэффициентом усиления К_ус=1 и преобразуется АЦП в цифровой сигнал. Последующая программная обработка этого сигнала позволяет определить параметры переходного процесса. At the second stage, the paraphase DC voltage U _{Bx is} turned off _, and the SP is disconnected from the feedback circuit of the differential amplifier and connected to its inputs in accordance with FIG. 4 (SP connects to the inputs “+” of operational amplifiers). The output signal of the transient in the circuit of the joint venture is amplified with a gain of K _us = 1 and the ADC is converted to a digital signal. Subsequent software processing of this signal allows you to determine the parameters of the transient process.

Собственная частота

, степень затухания β и коэффициент преобразования μ рассчитываются по формулам соответственно:Natural frequency

, the attenuation degree β and the conversion coefficient μ are calculated by the formulas, respectively:

,

,

,

,

,

,

где Т₁ - интервал времени между первым и вторым максимумами зарегистрированного переходного процесса, А₁ и А₂ - амплитуды первого и второго максимумов переходного процесса, определяемые путем параболической интерполяции, m - подвижная масса СП или группы СП, указанная в окне «Параметры сейсмоприемника (сейсмогруппы)» - «Масса, г» (определяется нормативно-технической документацией на СП), I_Д - как и ранее, ток, вызывающий начальное отклонение катушки СП, равный (U_Вх/R_Д). Величина R_Д определяется перед измерением параметров переходного процесса соответствующей программой. Величина входного тестового сигнала U_Вх определяется техническими характеристиками тестера.where T ₁ is the time interval between the first and second maximums of the recorded transient process, A ₁ and A ₂ are the amplitudes of the first and second maximums of the transient determined by parabolic interpolation, m is the moving mass of the joint venture or group of joint ventures indicated in the “Geophones parameters ( seismic groups) ”-“ Mass, g ”(determined by the normative and technical documentation for the joint venture), I _D - as before, the current causing the initial deflection of the joint venture coil is equal to (U _In / R _D ). The value of R _{D is} determined before measuring the parameters of the transient process by the corresponding program. The value of the input test signal U _Bx is determined by the technical characteristics of the tester.

3.2. Процедура измерения (контроля)3.2. Measurement (control) procedure

При определении указанных параметров катушка СП поднимается постоянным током из положения покоя, затем ток отключается и, при падении катушки, записывается ее переходный процесс, отображаемый на экране дисплея, если в главном окне выбран пункт «График переходного процесса». Величина поданного на катушку тестового сигнала рассчитывается программно в зависимости от сопротивления одиночного СП, либо числа СП в группе и их конфигурации. Запись переходного процесса осуществляется десятикратно с последующим усреднением значений проверяемого параметра по количеству записей.When determining the specified parameters, the SP coil rises with direct current from the rest position, then the current is turned off and, when the coil falls, its transient is displayed on the display screen if the "Transient graph" is selected in the main window. The value of the test signal supplied to the coil is calculated programmatically depending on the resistance of a single SP, or the number of SP in the group and their configuration. The transient is recorded ten times, followed by averaging the values of the checked parameter by the number of records.

Claims (1)

Тестер сейсмоприемников электродинамических, содержащий: блок контроллера интерфейсного, снабженный входом для подключения источника питания и включающий модуль управления; блок цифрового преобразования, снабженный входом для подключения источника питания и включающий аналого-цифровой преобразователь и генератор тестовых сигналов, подключенные к модулю управления, отличающийся тем, что блок контроллера интерфейсного включает сетевой интерфейс, термодатчик и формирователь переходного процесса, подключенные к модулю управления; блок цифрового преобразования включает блок коммутации и усиления, снабженный входами, подключенными к модулю управления, формирователю переходного процесса, генератору тестовых сигналов и аналого-цифровому преобразователю, а также входами для подключения одного или нескольких тестируемых сейсмоприемников.An electrodynamic seismic tester, comprising: an interface controller unit, provided with an input for connecting a power source and including a control module; a digital conversion unit equipped with an input for connecting a power source and including an analog-to-digital converter and a test signal generator connected to a control module, characterized in that the interface controller unit includes a network interface, a temperature sensor and a transformer, connected to the control module; the digital conversion unit includes a switching and amplification unit, equipped with inputs connected to a control module, a transformer, a test signal generator and an analog-to-digital converter, as well as inputs for connecting one or more tested geophones.

Images