Основные характеристики сейсмоприемника

Частота собственных колебаний Выведенная из положения равновесия подвижнаясистема (инертная масса) приемника после снятия нагрузки будет совершать свободные затухающие колебания. На выходе приемника им будут соответствовать электрические колебания:

Собственные колебания искажают истинные колебания почвы и снижают разрешающую способность приемника. Для ее повышения необходимо сократить длительность собственных колебаний. Это достигается с помощью специальных приемов успокоения (затухания) подвижной системы приемника. В электродинамических приемниках используется электромагнитное затухание, обусловленное явлением самоиндукции и тепловыми потерями. Величина тока самоиндукции в катушках и тепловые потери определяются величиной сопротивления шунта, подключаемого параллельно выходу приемника.

Из анализа характеристик следует, что для обеспечения слабой зависимости чувствительности и фазового сдвига от частоты необходимо применять приемники, у которых частота собственных колебаний значительно ниже рабочего диапазона частот. В настоящее время при работах МОГТ используют сейсмоприемники с частотами 6-10 Гц.

Приемники без затухания в практике сейсмических работ не применяются, так как обеспечивают регистрацию сигналов только одной, определенной частоты и делают невозможным раздельный прием сейсмических импульсов.

Поэтому в состав сейсмического приемника вводится затухание – система, уменьшающая собственные колебания прибора. В числовой форме затухание выражается в виде

коэффициента h и параметра b=h/2pf0

Гашение собственных колебаний осуществляется электромагнитной силой Ленца. Она представляет собой тормозящую силу, которая действует в магнитном поле на движущийся проводник с током. Достаточно замкнуть цепь катушки шунтирующим резистором R, чтобы в ней под действием э.д.с. индукции возник электрический ток. Тогда на движущуюся катушку будет действовать сила Ленца, пропорциональная силе тока.

В зависимости от параметра затухания выделяются: b = 0 % приемники без затухания (резонансные) b< 100 % недозатушенные приемники

b=100 % приемники с критическим затуханием b> 100 % перезатушенные приемники.

Как правило, приемники настраиваются на оптимальное затухание, позволяющее принимать сейсмические импульсы с минимальным искажением в широкой полосе частот.

Известно, что сигнал на выходе сейсмоприемника отличается по амплитуде, фазе и частоте от входящего сигнала, т.е. приемник является фильтром сейсмических сигналов. Стандартным способом описания фильтрующего действия устройства является построение амплитудно-частотной и фазово-частотной характеристик – АЧХ и ФЧХ. Реакция сейсмоприемника на регистрируемые колебания определяется особенностями его амлитудной и фазовой частотных характеристик, а также характеристики направленности.

Амлитудно-частотной характеристикой приемника называется зависимость отношения между напряжением электрического сигнала на выходе приемника А1 и амплитудой механического колебания на входе от частоты А0.

Фазово-частотной характеристикой приемника называется частотная зависимость фазового сдвига между электрическим импульсом на его выходе j ₁(w) и колебаниями корпуса

приемника на входе j ₀ (w)

В полосу пропускания приемника попадают волны с частотами, для которых АЧХ> 0, 7. Такие сигналы считаются принятыми без заметных искажений. В полосе подавления сейсмоприемника оказываются колебания, для которых АЧХ< 0, 7. Опытные работы показали, что сейсмоприемники пропускает преимущественно те колебания, частота которых превышает его собственную частоту. Таким образом, он является фильтром верхних частот.

Способность сейсмоприемника избирательно воспринимать колебания с различной частотой используется для подавления низкочастотных волн помех.

Следует учесть, что для весьма миниатюрных пластин конденсатора их собственная резонансная частота механических колебаний, в отличии от частот электродинамических сейсмоприемников, достаточно высока и лежит в интервале 800 -1000Гц. Частотная характеристика электрического преобразователя может иметь достаточно крутой левый срез в области частот 0, 1 - 3 Гц. Поэтому правильно подобранные константы обоих преобразователей позволяют получить практически идеальную линейную частотную характеристику в весьма широком диапазоне частот (0, 1 - 800 Гц.). Это же касается и фазово-частотной характеристики приборов. Таким образом, использованная технология МЕМС+ASIC) позволила получить амплитудно-частотные и фазово-частотные характеристики сейсмоприемника принципиально нового качества.

Характеристика направленности зависимость чувствительности от направления смещения почвы при подходе волны. Для индукционных приемников рассмотренной конструкции характеристика направленности аналитически отображается простой формулой:

u = u0 cosa,

где u0 - модуль вектора смещения почвы; a- угол между вектором и осью приемника. Графически характеристика направленности индукционного приемника представляет две

соприкасающиеся сферы с центрами на оси приемника.

Рис.5. Характеристики направленности сейсмоприемников: а – инерционного вертикального; б – инерционного горизонтального; в – оси чувствительности трехкомпонентной вертикально-горизонтальной установки; г – пьезоэлектрического приемника давления.

Поскольку пьезоприемники реагируют на изменение давления, их чувствительность не зависит от направления смещения, т.е. характеристика направленности представляет собой сферу с центром в точке приема (см. рис. 5, в).