Морская автономная донная станция для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга

Морская автономная донная станция для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к морским автономным донным сейсмическим станциям, устанавливаемым на морское дно преимущественно с плавучих средств.

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 известных станций является невозможность полной и адекватной передачи колебаний грунта на датчики измерения сигналов, установленные на опорной трубчатой раме, снабженных металлическими механизмами откидывания и прижимания 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 прижимания 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 более плотное распределение по плоскости контакта балласта с грунтом, а также увеличить площадь контакта балласта с корпусом станции, что позволяет обеспечить более высокий коэффициент передачи сейсмических колебаний на границах грунт-балласт и балласт-измерительные датчики. Недостатком данного устройства является то, что при выполнении балласта в виде бетонного диска или прямоугольного параллелепипеда, при наличии придонных течений, при постановке станции на неровный грунт, сцепление станции с грунтом является неплотным, что приводит к раскачиванию станции и генерации акустических помех в воде за счет завихрений вокруг станции, а также к нарушению работоспособности сейсмприемников, которые являются векторными приборами и для обеспечения их нормальной работы необходимо знать их ориентацию в пространстве.

В известных устройствах, представляющих собой донные станции для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга [5], в которых для обеспечения работоспособности сейсмоприемников (вертикального и горизонтального) их ориентируют с помощью карданного подвеса. Однако при этом существенно усложняется схема размещения измерительных датчиков внутри станции с учетом ее незначительных размеров и увеличивается общая масса измерительной аппаратуры и корпуса, что вынуждает применять сложные технические решения для обеспечения нулевой плавучести при всплытии станции после отсоединения балласта для снятия зарегистрированной информации подводным модулем 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 донной станции подъемная сила была выше центра тяжести.

Задачей заявляемого технического решения является повышение помехоустойчивости и снижение трудоемкости изготовления донной станции.

Поставленная задача решается за счет того, что в донной станции для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга, включающей герметичный корпус, представляющий собой две полусферы, которые в месте соединения снабжены уплотнительным кольцом, внутри корпуса размещена геофизическая аппаратура, включающая измерительные датчики геофонного и гидрофонного типов, модули приема, регистрации, преобразования и хранения зарегистрированных сигналов, блоки сопряжения с 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 донной станции при всплытии, такелажные элементы и разъемы, устройство постановки на дно и обеспечения всплытия донной станции, выполненное в виде якоря-балласта из бетона и закрепленное на корпусе посредством размыкателя, в котором якорь-балласт выполнен шарообразной формы, причем по плоскости сопряжения с грунтом он имеет прямолинейную шершавую поверхность, а по плоскости сопряжения с корпусом он имеет дугообразную форму, в которой предусмотрены полости для размещения спутниковой антенны, средств для поиска донной станции при всплытии, такелажных элементов и разъемов, общая масса корпуса, аппаратуры, блоков и элементов, размещенных внутри корпуса и на его внешней поверхности по отношению к массе якоря-балласта распределена в отношении 1:1,25, а общая масса аппаратуры, блоков и элементов, размещенных внутри корпуса и на его внешней поверхности, расположенных в объеме, ограниченным плоскостью сопряжения корпуса с грунтом по отношению к объему, ограниченному дугообразной плоскостью распределена в отношении 1:2.

Отличительные признаки, заключающиеся в выполнении якоря-балласта из бетона шарообразной формы, который по плоскости сопряжения грунтом имеет прямолинейную шершавую поверхность, а по плоскости сопряжения с корпусом - дугообразную форму, в которой предусмотрены полости для размещения спутниковой антенны, средств для поиска донной станции при всплытии на поверхность, такелажных элементов и разъемов, с общей массой корпуса, аппаратуры, блоков и элементов, размещенных внутри корпуса и на его внешней поверхности по отношению к массе якоря-балласта, распределенной в отношении 1:1,25, с распределением общей массы аппаратуры, блоков и элементов, размещенных внутри корпуса и на его внешней поверхности, расположенных в объеме, ограниченном плоскостью сопряжения корпуса с грунтом по отношению к объему, ограниченному дугообразной плоскостью в отношении 1:2 позволяет исключить механизм воздействия подводных течений, заключающихся в генерации акустических помех в воде за счет завихрений вокруг выступающих частей донной станции или неровностей дна, так как начиная со скоростей течений 2-3 см/с на выступающих частях донных станций появляются завихрения (вихри Кармана), которые приводят к возникновению колебаний, воздействующих на чувствительные сейсмоприемники донных станций [5, с.73], исключается прямое раскачивание корпуса с сейсмоприемниками нестационарными потоками, а также исключается самопроизвольное возбуждение акустических колебаний за счет упругих элементов донной станции под воздействием турбулентного потока и кроме того, создается подъемная сила выше центра тяжести, что обеспечивает всплытие станции с ее разворотом на 180 градусов с возможностью в период всплытия использовать гидроакустический канал связи для определения места всплытия для оперативного обнаружения донной станции.

Выполнение якоря-балласта из бетона шарообразной формы, имеющего по плоскости сопряжения с грунтом прямолинейную шероховатую поверхность, с учетом распределения масс в соответствующих соотношениях позволяет отказаться от использования карданного подвеса, что существенно упрощает конструкцию донной станции и позволяет установить дополнительный источник питания, что увеличивает автономность донной станции.

Изобретение поясняется чертежами, где

фиг.1 - блок-схема донной станции;

фиг.2 - вертикальный разрез донной станции;

фиг.3 - якорь-балласт в разрезе.

Блок-схема донной станции (фиг.1) включает модуль датчиков 1, состоящий из сейсмодатчиков 2, 3, 4, гидрофона 5, блок АЦП 6, процессор 7, часы 8, блок сопряжения 9, компас 10, инклинометр 11, ПЗУ 12, гидроакустический канал связи 13, размыкатель 14, блок питания 15.

На фиг.2 представлен вертикальный разрез донной станции. Герметичный корпус 16 состоит из двух полусфер 17 и 18, которые в месте соединения снабжены уплотнительным кольцом 19. Внутри корпуса 16 размещены блок управления и регистрации 20 (включающий блок АЦП 6, процессор 7, часы 8, блок сопряжения 9 и ПЗУ 12), модуль датчиков 1, блок гидроакустического канала связи 13, блок питания 15. На внешней стороне корпуса 16 размещены гидроакустическая антенна 21, измерительный гидрофон 22, проблесковый маяк 23, размыкатель 14 балласта, защитное ограждение 24, спутниковая антенна 25.

На фиг.3 представлен якорь-балласт. Корпус 16 сочленяется с якорем-балластом 26 посредством механических элементов 27 размыкателя 14 балласта. Якорь-балласт 26 выполнен из бетона шарообразной формы. По плоскости 28 сопряжения с грунтом он имеет прямолинейную шершавую поверхность, а по плоскости 29 сопряжения с корпусом он имеет дугообразную форму, на которой предусмотрены полости 30, 31, 32, 33 для размещения спутниковой антенн 21 и средств для поиска (отражатели, маяки и т.п.), такелажных элементов (фалы, захваты и т.п.), разъемов для подсоединения к бортовому модулю, соответственно.

Работа устройства заключается в следующем.

С судна донная станция транспортируется на поверхность моря, отсоединяется от судовых спускаемых узлов и под действием якоря-балласта 26 свободно погружается на дно моря, который при достижении дна обеспечивает надежный контакт с дном ввиду его отличительных особенностей. Прием компонент волнового поля осуществляется датчиками геофонного типа по трем ортогональным направлениям и гидрофоном. Принятые сигналы после усиления, фильтрации и преобразования поступают на процессор, на который также поступают сигналы с блока ориентации. После синхронизации зарегистрированных сигналов, записанная информация поступает в ПЗУ. По окончании работы, зависящей в основном от времени автономной работы блока питания посредством размыкателя 14 корпус 16 отделяется от якоря-балласта 26 и переворачивается на 180 градусов, и всплывает на поверхность. После обнаружения донной станций по спутниковому или гидроакустическому каналам связи, или посредством судовой РЛС с использованием отражателя, или судового радиопеленгатора с использованием маяка, установленных на корпусе 16 производится подъем донной станции на борт судна с использованием такелажных элементов, установленных на корпусе и подъемных судовых механизмов. После чего станция подсоединяется посредством разъемов к бортовому модулю и осуществляется съем информации из ПЗУ для дальнейшей обработки.

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 р.

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.

Морская автономная донная станция для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга, включающая герметичный корпус, состоящий из двух полусфер, которые в месте сочленения снабжены уплотнительным кольцом, внутри корпуса размещена геофизическая аппаратура, включающая измерительные датчики геофонного и гидрофонного типов, модули приема, регистрации, преобразования и хранения зарегистрированных сигналов, блоки сопряжения с 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 донной станции при всплытии, такелажные элементы и разъемы, устройство постановки на дно и обеспечения всплытия донной станции, выполненное в виде якоря-балласта из бетона и закрепленное на корпусе посредством размыкателя, отличающаяся тем, что якорь-балласт выполнен шарообразной формы, причем по плоскости сопряжения с грунтом он имеет прямолинейную шероховатую поверхность, а по плоскости сопряжения с корпусом он имеет дугообразную форму, в которой предусмотрены полости для размещения спутниковой антенны, средств для поиска донной станции при всплытии, такелажных элементов и разъемов, общая масса корпуса, аппаратуры, блоков и элементов, размещенных внутри корпуса и на его поверхности, по отношению к массе якоря-балласта распределена в соотношении 1:1,25, а общая масса аппаратуры, блоков и элементов, размещенных внутри корпуса и на его внешней поверхности, расположенных в объеме, ограниченном плоскостью сопряжения корпуса с грунтом, по отношению к объему, ограниченному дугообразной плоскостью, распределена в соотношении 1:2, гидроакустическая и спутниковая антенны размещены на противоположных полюсах корпуса.