Улучшенная методика калибровки сейсмоприемника

Улучшенная методика калибровки сейсмоприемника

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к сейсмоприемникам, устройствам для восприятия колебаний в формациях. Изобретение может применяться к другим типам датчиков вибраций, при операции или восприятия, или передачи.

Уровень техники

В сейсморазведке колебания в геологической среде, возникающие от источника сейсмической энергии, воспринимаются в отдельных местах датчиками, и выходной сигнал датчиков используется для определения характера подземных формаций. Источник сейсмической энергии может быть естественным, таким как землетрясения и другая тектоническая активность, оседание, вулканическая активность или т.п., или созданный руками человека, такой как акустический шум от наземной или подземной работы, или преднамеренной работы сейсмических источников на поверхности или под землей. Датчики делятся на две основные категории: гидрофоны, которые воспринимают поле давления, возникающее от сейсмического источника, или сейсмоприемники, которые воспринимают колебание, возникающее от сейсмического источника.

Когда геологическая среда перемещается вследствие сейсмической энергии, распространяющейся или непосредственно от источника, или посредством отражающей границы под землей, сейсмоприемник, который может быть расположен на поверхности земли или на стенке скважины, которая проходит сквозь геологическую среду, перемещается в направлении распространения энергии. Если ось сейсмоприемника совпадает с направлением перемещения, подвижные катушки, установленные на пружинах внутри сейсмоприемника, остаются, тем не менее, в одном и том же положении, вызывая относительное перемещение катушек относительно корпуса. Когда катушки перемещаются в магнитном поле, в катушках наводится напряжение, которое может выводиться в качестве сигнала. Отклик сейсмоприемника является частотно-зависимым.

Чтобы обеспечить надлежащую работу сейсмоприемника, предпочтительно выполнять калибровку сейсмоприемника периодически или перед каждым использованием. Обычно изготовители и поставщики сейсмоприемников не выполняют никаких калибровок своих блоков сейсмоприемников, перед тем как блоки будут проданы потребителям. Скорее изготовители предоставляют гарантии, что технические требования на блоки сейсмоприемников находятся в пределах заданной области допустимых значений при заданной температуре, такой как комнатная температура. Однако такие гарантии допустимых значений не являются заменой надлежащей калибровки блоков сейсмоприемников. Следовательно, многие покупатели блоков сейсмоприемников выполняют свою собственную проверку калибровки купленных блоков сейсмоприемников перед применением таких блоков в полевых условиях.

Однако обычные проверки калибровки сейсмоприемников очень часто недостаточны для гарантирования требуемой точности измерений сейсмоприемников, обычно требуемых для многих видов современной сейсморазведочной деятельности. Следовательно, понятно, что существует потребность улучшить обычные проверки калибровки сейсмоприемников, чтобы повысить точность сейсморазведочных измерений.

Сущность изобретения

Различные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к различным способам, системам и продуктам компьютерной программы для вычисления параметров отклика сейсмоприемника, выполненного с возможностью использования в сейсморазведочной деятельности. По меньшей мере одна проверка калибровки сейсмоприемника выполняется для определения значений для первой части параметров отклика, связанных с сейсмоприемником. Первая часть параметров отклика может включать в себя, например, чувствительность разомкнутой цепи, коэффициент демпфирования, собственную частоту и т.д. Используя информацию, относящуюся к первой части параметров отклика, затем может быть определено значение параметра подвижной массы для сейсмоприемника. Согласно одному варианту осуществления значение параметра подвижной массы представляет величину подвижной массы, связанной с сейсмоприемником.

Другой аспект настоящего изобретения относится к методике модифицирования выходной информации об отклике сейсмоприемника, генерируемом первым сейсмоприемником, выполненным с возможностью использования в сейсморазведочной деятельности. Передаточная функция для идеального отклика второго сейсмоприемника определяется на основе информации, относящейся к части параметров отклика, связанных со вторым сейсмоприемником. Часть параметров отклика может включать в себя, например, чувствительность разомкнутой цепи, коэффициент демпфирования, собственную частоту и т.д. Выходная информация об отклике сейсмоприемника, генерируемая первым сейсмоприемником, затем может модифицироваться с использованием передаточной функции. Согласно частному варианту осуществления другая передаточная функция может определяться для первого сейсмоприемника на основе информации, относящейся к части параметров отклика, связанных с первым сейсмоприемником. Выходная информация об отклике сейсмоприемника, генерируемая первым сейсмоприемником, затем может модифицироваться с использованием первой и/или второй передаточных функций.

Еще один аспект настоящего изобретения касается методики обработки сейсморазведочной информации, генерируемой в результате сейсморазведочной деятельности. Первая часть сейсмической информации включает в себя выходную информацию об отклике сейсмоприемника, генерируемую по меньшей мере одним сейсмоприемником. Вторая часть сейсморазведочной информации включает в себя информацию об исходном сигнале, относящуюся по меньшей мере к одному исходному сигналу, используемому при выполнении сейсморазведочной деятельности. Определяется первая часть значений параметров отклика, связанных с первым сейсмоприемником. В одном варианте осуществления первая часть значений параметров отклика может определяться посредством выполнения по меньшей мере одной процедуры проверки калибровки сейсмоприемника. Точность сейсморазведочной информации затем может повышаться посредством модифицирования по меньшей мере части сейсморазведочной информации с целью компенсирования одного или нескольких из первой части значений параметров отклика.

Дополнительные задачи, признаки и преимущества различных аспектов настоящего изобретения станут очевидны из нижеследующего описания его предпочтительных вариантов осуществления, описание которых должно рассматриваться совместно с прилагаемыми чертежами.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает пример обычного сейсмоприемника 10.

Фиг.2 изображает упрощенное представление электрической схемы сейсмоприемника по фиг.1.

Фиг.3А и 3В предоставляют примеры методики ступенчатой проверки калибровки для измерения свойств отклика сейсмоприемника.

Фиг.4А и 4В предоставляют примеры методики импульсной проверки калибровки для измерения свойств отклика сейсмоприемника.

Фиг.5 предоставляет пример методики импедансной проверки калибровки для измерения свойств отклика сейсмоприемника.

Фиг.6 предоставляет пример методики динамической проверки калибровки для измерения свойств отклика сейсмоприемника.

Фиг.7А и 7В предоставляют примеры методики проверки калибровки методом взаимности для измерения свойств отклика сейсмоприемника.

Фиг.8 изображает пример различных конфигураций оборудования, которые могут использоваться для вибросейсмических исследований.

Фиг.9 изображает пример различных путей сигнала, которые могут протекать между различными признаками и устройствами, изображенными на фиг.8.

Фиг.10А изображает пример нефильтрованного свип-сигнала, который может изменяться по частоте (например, 5-50 Гц) в течение данного периода времени.

Фиг.10В изображает пример имитированного свип-сигнала после фильтрации сейсмоприемником.

Фиг.11 графически изображает пример корреляции между нефильтрованным (первоначальным) свип-сигналом 1102 и фильтрованным свип-сигналом 1104 сейсмоприемника.

Фиг.12 изображает блок-схему, иллюстрирующую один вариант осуществления того, как методика компенсирования отклика сейсмоприемника настоящего изобретения может применяться к группе сейсмоприемников, которые были развернуты для выполнения вибросейсмических исследований.

Фиг.13 изображает блок-схему, иллюстрирующую альтернативный вариант осуществления того, как методика компенсирования отклика сейсмоприемника настоящего изобретения может применяться к группе сейсмоприемников, которые были развернуты для выполнения вибросейсмических исследований.

Фиг.14 и 15 графически иллюстрируют различия между некомпенсированными сигналами отклика сейсмоприемника и сигналами отклика сейсмоприемника, которые были компенсированы с использованием методики компенсирования отклика сейсмоприемника настоящего изобретения.

Фиг.16 изображает схематическое представление 1600, которое может использоваться для описания частного варианта осуществления методики импедансной проверки калибровки.

Фиг.17 иллюстрирует действительную и мнимую части уравнения импеданса, представленного в виде окружности на комплексной плоскости.

Фиг.18 иллюстрирует сетевое устройство 60, пригодное для реализации различных аспектов методик калибровки и компенсирования сейсмоприемника настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Как более подробно описано ниже, настоящее изобретение предоставляет различные методики, которые могут использоваться для облегчения и улучшения сейсморазведочной деятельности. Например, один аспект настоящего изобретения относится к методике, позволяющей выполнять измерения на месте параметров отклика сейсмоприемника. Другой аспект настоящего изобретения относится к методике улучшения калибровки сейсмоприемника и повышения точности измерения параметров отклика сейсмоприемника. Еще другой аспект настоящего изобретения относится к методике компенсирования выходных данных отклика сейсмоприемника с целью повышения точности таких данных.

Для лучшего понимания различных методик и признаков, описанных в данной заявке, ниже представлено краткое описание методик измерения сейсмоприемника.

Сейсморазведка измеряет сейсмические волны, распространяемые по геологической среде, для отображения структурных изображений в геологической среде. Сейсмоприемники часто используются для обнаружения сейсмических сигналов в различных местах, таких как, например, забой скважины, земная поверхность и/или морское дно. Пример обычного сейсмоприемника показан на фиг.1. Сейсмоприемник 10 на фиг.1 включает в себя подвижные катушки 12, 13, установленные на бобине 14, магнит 15, пару полюсных наконечников 16, 18 с подвесными пружинами 20, 22 и корпус 24, как показано на фиг.1. Полюсные наконечники 16, 18 и корпус 24 выполнены из магнитно-проницаемого материала и формируют магнитное поле, в котором подвешены подвижные катушки 12, 13. В примере на фиг.1 подвижные катушки 12, 13, бобина 14 и подвесные пружины 20, 22 вместе образуют часть (m) эффективной подвижной массы сейсмоприемника. Как используется в данной заявке, термин «сейсмоприемник» включает в себя сейсмоприемники обычного типа, такой как тот, который изображен на фиг.1, а также устройства сейсмоприемника-акселерометра (САК), которые, например, могут быть сконфигурированы или разработаны для измерения относительно больших диапазонов ускорений, чем сейсмоприемники обычного типа.

Как показано в варианте осуществления на фиг.1, сейсмоприемник 10 включает в себя подвижную массу катушки, подвешенной в магнитном потоке при помощи пружины или пары пружин. Подвижная катушка стремится оставаться в одном и том же положении, когда корпус магнитной цепи перемещается под действием внешних колебаний. Фиг.2 изображает упрощенную иллюстрацию сейсмоприемника по фиг.1. Как изображено на фиг.2, подвижная катушка 202 вырабатывает напряжение e_g под действием внешних колебаний. Катушка имеет связанное с ней сопротивление r постоянному току. Выход сейсмоприемника закорачивается посредством R для получения требуемого коэффициента демпфирования.

Отклик сейсмоприемника обычно определяется посредством связанных с ней свойств отклика, таких как, например, его собственная частота, коэффициент демпфирования, чувствительность и сопротивление постоянному току катушки при комнатной температуре. Пример традиционных свойств отклика сейсмоприемника может быть выражен следующими уравнениями (1)-(6). Для целей иллюстрации предполагается, что сейсмоприемник реагирует на синусоидальные ускорения геологической среды. Таким образом, например, ускорения геологической среды, выраженные посредством

и отклика сейсмоприемника, могут характеризоваться посредством

где

и где e_g соответствует генерируемому напряжению,

S₀ соответствует чувствительности разомкнутой цепи,

S соответствует общей чувствительности,

ζ₀ соответствует демпфированию разомкнутой цепи,

ζ соответствует общему демпфированию,

ω₀ соответствует собственной резонансной частоте = 2πf₀,

r соответствует сопротивлению постоянному току,

S соответствует шунтирующему сопротивлению,

m соответствует эффективной подвижной массе.

Вибросейсмический метод

При сборе сейсмических данных сейсмические волны используются для интерпретирования подземных формаций. Один тип методики геофизических исследований, в большинстве случаев, известен как «вибросейсмические» исследования или просто вибросейсмический метод. Вибросейсмический метод применяет вибросейсмический источник, используемый для генерирования управляемого волнового пакета, который распространяется по геологической среде или воде и обнаруживается сейсмическими детекторами (например, сейсмоприемниками).

Фиг.8 изображает пример различных конфигураций оборудования, которые могут использоваться для вибросейсмических исследований. Как показано в примере на фиг.8, поверхностный сбор сейсмических данных может выполняться с использованием наземного вибросейсмического источника 812. Обычно наземные вибросейсмические источники излучают возбуждаемое волновое поле в течение выбранного периода времени, известного как длительность посылки свип-сигнала. Сейсмические детекторы (например, сейсмоприемники 806а наземного сбора, сейсмоприемники 806b скважинного сбора) обнаруживают перемещения геологической среды в течение длительности посылки свип-сигнала и в течение дополнительного периода времени, обычно упоминаемого как время прослушивания. Обычно возбуждение принимает форму синусоидального волнового поля с постоянно изменяющейся частотой, приложенного к геологической среде или телу воды в течение длительности посылки свип-сигнала, продолжающейся от примерно 2 до примерно 20 секунд или даже больше. Для морского сбора сейсмических данных сейсмические источники из морских пневмопушек, как правило, используются для генерирования исходного сигнала, который обычно включает в себя одиночный импульс, имеющий многочисленные частоты.

При сборе сейсмической информации, использующем вибратор 812, такой, как тот, который изображен на фиг.8, опорный свип-сигнал возбуждает вибратор, вызывая накачку вибратором акустических сигналов в геологическую среду в соответствии с опорным свип-сигналом. Сейсмоприемники (806а, 806b) на поверхности геологической среды и/или в забое скважины воспринимают сигналы, распространяемые по геологической среде, как показано на фиг.8. Сигналы, обнаруженные сейсмоприемниками, фильтруются передаточной функцией сейсмоприемника, описываемой уравнениями (1) и (2) выше. Зарегистрированные сигналы затем коррелируются с опорным свип-сигналом(ами) (802а, 802b), который подается непосредственно на сейсмические регистраторы (например, наземный сейсмический регистратор 804а, скважинный сейсмический регистратор 804b).

Фиг.9 изображает пример различных путей сигнала, которые могут проходить между различными признаками и устройствами, изображенными на фиг.8. С целью иллюстрации ниже описывается пример методики вибросейсмической взаимной корреляции в качестве примера с ссылкой на фиг.9, 10А, 10В и 11.

Фиг.10А изображает пример нефильтрованного свип-сигнала, который может изменяться по частоте (например, 5-50 Гц) в течение данного периода времени. Как изображено на фиг.9, нефильтрованный электронный свип-сигнал может подаваться на вибратор 902 и блок 912 взаимной корреляции. Согласно одной реализации вибратор 902 использует электронный свип-сигнал для получения соответствующих сейсмических колебаний в формации 904. Эти колебания обнаруживаются сейсмоприемником 910, который вырабатывает фильтрованный выходной сигнал отклика сейсмоприемника. Фиг.10В изображает пример имитированного свип-сигнала после фильтрации сейсмоприемником. В примере на фиг.10В сигнал фильтруется 10-Гц сейсмоприемником с 70% демпфированием.

Блок 912 взаимной корреляции сравнивает нефильтрованный опорный свип-сигнал с фильтрованным сейсмоприемником свип-сигналом. Фиг.11 графически иллюстрирует пример корреляции между нефильтрованным (т.е. первоначальным или исходным) свип-сигналом 1102 и фильтрованным сейсмоприемником свип-сигналом 1104. Как изображено на фиг.11, коррелированные результирующие сигналы больше не имеют нулевую фазу для различных диапазонов частот свип-сигнала, таких как, например, от 10 до 100 Гц и от 5 до 50 Гц.

Характеристики отклика и калибровка сейсмоприемника

Изготовители сейсмоприемников обычно поставляют сейсмоприемники с номинальными свойствами отклика при комнатной температуре и предоставляют гарантии, что свойства отклика находятся в пределах заданной области допустимых значений. Например, изготовитель может указывать, что область допустимых значений при комнатной температуре может составлять, например, +/-5% для собственной частоты, чувствительности разомкнутой цепи, демпфирования разомкнутой цепи и сопротивления постоянному току. Однако проверки, выполненные автором настоящего изобретения, показали, что 5% ошибок в свойствах отклика сейсмоприемника могут приводить к ошибкам измерения амплитуды в 15% или более.

Чтобы обрабатывать сейсмические сигналы с достаточно высоким качеством, чтобы можно было извлечь точную информацию, предпочтительно калибровать сейсмоприемник перед использованием и компенсировать свойства отклика сейсмоприемника посредством коррекции, например, данных, полученных из отклика сейсмоприемника, принимая во внимание калибровку и/или свойства отклика сейсмоприемника.

Традиционно калибровка сейсмоприемника осуществляется посредством выполнения одной или нескольких проверок сейсмоприемника с целью определения свойств отклика сейсмоприемника, а именно собственной частоты, коэффициента демпфирования, чувствительности и сопротивления постоянному току. Обычно сопротивление (r) постоянному току сейсмоприемника подвижной катушки измеряется с использованием мультиметра. Показатели собственной частоты, коэффициента демпфирования и чувствительности сейсмоприемника могут измеряться с использованием различных методик измерения или проверок, таких как, например, методики ступенчатой проверки калибровки, методики импульсной проверки калибровки, методики импедансной проверки калибровки или методики динамической проверки калибровки. Показатели чувствительности сейсмоприемника также могут измеряться с использованием методики проверки калибровки методом взаимности. Каждая из этих различных методик измерения описана ниже.

Методика ступенчатой проверки калибровки

Пример методики ступенчатой проверки калибровки для измерения свойств отклика сейсмоприемника может иллюстрироваться с ссылкой на фиг.3А и 3В. Фиг.3А изображает упрощенную схему сейсмоприемника 300. Согласно одному варианту осуществления методики ступенчатой проверки калибровки напряжение с Е₀ может прикладываться для смещения подвижной катушки 310 из ее нейтрального положения. Напряжение, приложенное с Е₀, затем отключается (например, в момент Т₀ времени), и сейсмоприемник реагирует на это в соответствии с его собственным колебанием. Собственное колебание измеряется как сигнал отклика с выхода сейсмоприемника. Это иллюстрируется, например, на фиг.3В, которая графически иллюстрирует входное напряжение 352 (при Е₀) ступенчатой проверки и выходной сигнал 354 сейсмоприемника. Используя ступенчатую проверку, могут быть вычислены показатели чувствительности, собственной частоты и коэффициента демпфирования на основе данного набора первоначальных параметров, включающих в себя значение Е₀, сопротивление постоянному току подвижной катушки и величину подвижной массы сейсмоприемника.

Методика импульсной проверки калибровки

Пример методики импульсной проверки калибровки для измерения свойств отклика сейсмоприемника может иллюстрироваться с ссылкой на фиг.4А и 4В. Фиг.4А изображает упрощенную схему сейсмоприемника 400. Согласно одному варианту осуществления методики импульсной проверки калибровки сигнал импульсной проверки вводится в сейсмоприемник в 402. Пример сигнала импульсной проверки представлен линией 452 сигнала на фиг.4В. Диапазоны частей выходного сигнала 454 отклика сейсмоприемника (например, а1, а2, Т) предварительно вычисляются для чувствительности, демпфирования и собственной частоты на основе заявленных допустимых значений свойств отклика сейсмоприемника. Сигнал импульсной проверки может быть приложен в момент Т₀ времени и отклика сейсмоприемника для а1, а2 и Т затем могут быть измерены, чтобы видеть, находятся ли свойства отклика сейсмоприемника в пределах их заявленных областей допустимых значений. Обычно методика импульсной проверки калибровки не используется для калибровки сейсмоприемника, но скорее обычно используется для контроля, что свойства отклика сейсмоприемника находятся в пределах их заявленных областей допустимых значений.

Методика импедансной проверки калибровки

Пример методики импедансной проверки калибровки для измерения свойств отклика сейсмоприемника может иллюстрироваться с ссылкой на фиг.5. Согласно одному варианту осуществления методики импедансной проверки калибровки входной сигнал(ы) (например, синусоидальные сигналы) подается на 504, и измеряются выходные напряжения e₁ и е₂, как показано на фиг.5. Импеданс на частоте измерения может быть выведен в соответствии со следующим уравнением:

В уравнении 7, приведенном выше, электрический сигнал, приложенный к катушке, представлен посредством е₂. Ток, который протекает по катушке, может определяться посредством e₁ и R.

Импеданс сейсмоприемника может быть выражен как

Вычисление импеданса использует по меньшей мере два измерения на частотах ω₁ и ω₂.

Собственная частота (ω₀), коэффициент (ζ₀) демпфирования и чувствительность (S₀) могут быть вычислены по уравнениям:

где

и где: f₀ соответствует собственной резонансной частоте [Гц],

ζ₀ соответствует коэффициенту демпфирования разомкнутой цепи,

S_g соответствует чувствительности разомкнутой цепи, выведенной из номинальной подвижной массы [В/м/с],

ω₁ соответствует угловой частоте f1,

ω₂ соответствует угловой частоте f2,

Re(Z) соответствует действительной части импеданса,

Im(Z) соответствует мнимой части импеданса,

r соответствует сопротивлению (Ω) катушки,

m соответствует подвижной массе [кг] сейсмоприемника.

Следует понимать, что вычисление свойств отклика сейсмоприемника, используя вышеописанную методику импедансной проверки калибровки, зависит от использования известного значения для величины подвижной массы (m) сейсмоприемника. Обычно это известное значение для m соответствует номинальному значению подвижной массы, которое предоставляется изготовителем.

Методика динамической проверки калибровки

Пример методики динамической проверки калибровки для измерения свойств отклика сейсмоприемника может иллюстрироваться ссылкой на фиг.6.

Согласно одному варианту осуществления методики динамической проверки калибровки калиброванный эталонный датчик 604 и один или несколько подлежащих калибровке сейсмоприемников 602 располагаются на верхней части встряхивающего устройства 606, как изображено, например, на фиг.6. Сейсмоприемник(и) 602 и эталонный датчик 604 затем встряхиваются (например, в вертикальном направлении воздействия), используя встряхивающее устройство 606. Свойства отклика сейсмоприемника затем могут быть определены посредством сравнения выходного сигнала отклика сейсмоприемника с выходным сигналом эталонного датчика. Например, так как фазовый и амплитудный отклики известны из измерений эталонного датчика, собственная резонансная частота и коэффициент демпфирования рассматриваемого сейсмоприемника могут быть определены из передаточной функции между ними.

Следует понимать, что относительная точность методики динамической проверки калибровки зависит от точности калибровки эталонного датчика и отклика эталонного датчика. Обычно эталонный датчик 604 калибруется третьей стороной, которая связана с организацией стандартизации измерений некоторого типа.

Вариант осуществления по фиг.6 иллюстрирует одну реализацию динамической проверки калибровки, использующую вертикальную конфигурацию. Согласно альтернативной реализации настоящего изобретения динамическая проверка калибровки также может выполняться с использованием горизонтальной конфигурации. В таком варианте осуществления комплект из сейсмоприемника(ов), эталонного датчика и встряхивающего устройства может располагаться горизонтально, а воздействие прилагаться в горизонтальном направлении.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления сейсмоприемник(и), эталонный датчик и устройство встряхивателя могут быть заключены в корпус, который, например, может быть выполнен из железа, стали и/или материалов, которые способствуют предотвращению магнитного взаимодействия между встряхивателем и сейсмоприемниками.

Согласно частной реализации методики динамической проверки калибровки эталонный датчик 604 может соответствовать эталонному сейсмоприемнику, в котором в значительной степени была точно измерена и/или определена подвижная масса эталонного сейсмоприемника. Ниже более подробно описаны различные методики для точного измерения подвижной массы сейсмоприемника.

Методика проверки калибровки методом взаимности

Пример методики проверки калибровки методом взаимности для измерения свойств отклика сейсмоприемника может иллюстрироваться ссылкой на фиг.7А и 7В.

Согласно одному варианту осуществления методика проверки калибровки методом взаимности может использоваться для определения чувствительности многочисленных сейсмоприемников в тех ситуациях, когда не используется эталонный датчик.

Например, как показано в варианте осуществления на фиг.7А, три некалиброванных сейсмоприемника (Ga, Gb, Gc) устанавливаются на блоке 710. Синусоидальный электрический сигнал е₀ затем вводится в один из сейсмоприемников (Ga), который вызывает возбуждение сейсмоприемника Ga в указанном направлении. Это возбуждение приводит к встряхиванию блока 710 и, следовательно, к встряхиванию сейсмоприемников Gb и Gc.

При условии разомкнутой цепи выходные сигналы отклика сейсмоприемников Gb и Gc (а именно е_ab и е_ac) могут быть выражены как функция напряжения входного сигнала и импедансов сейсмоприемника

где М представляет собой массу блока с тремя сейсмоприемниками.

Другой синусоидальный электрический сигнал затем вводится в сейсмоприемник Gb, таким образом встряхивая сейсмоприемник Gc вместе с блоком 710 (как изображено, например, на фиг.7В).

Отклик сейсмоприемника Gc (e_bc) тогда может быть выражен следующим образом:

Абсолютные чувствительности трех сейсмоприемников могут быть определены посредством решения уравнений

Вариант осуществления на фиг.7А-7В иллюстрирует одну реализацию проверки калибровки методом взаимности, используя горизонтальную конфигурацию. Согласно альтернативной реализации настоящего изобретения проверка калибровки методом взаимности также может выполняться с использованием вертикальной конфигурации. В таком варианте осуществления сейсмоприемники могут располагаться вертикально, и возбуждение прикладывается в вертикальном направлении.

Дополнительные подробности, относящиеся к методике проверки калибровки методом взаимности, можно найти в ссылке «The Reciprocity Calibration of Piezoelectric Accelerometers», Mark Harrison, A.O. Sykers and Paul G. Marcotte, THE JOURNAL OF THE ACCOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA, Volume 24, Number 4, July, 1952, включенной в данный документ по ссылке во всей своей полноте для всех целей.

Подробное описание различных вариантов осуществления методики проверки калибровки методом взаимности для калибровки сейсмоприемников описывается в патенте США №5 644 067 Gabrielson, озаглавленном «APPARATUS AND METHOD FOR CALIBRATION OF SENSING TRANSDUCER», который весь включен в данный документ для всех целей.

Другие факторы, оказывающие влияние на калибровку сейсмоприемников

Исследования, проведенные автором настоящего изобретения, позволили обнаружить, что измерения отклика сейсмоприемника зависят не только от свойств его внутреннего отклика, но также от внешних. факторов, таких как, например, температура и наклон сейсмоприемника. Например, сопротивление (r) постоянному току сейсмоприемника является функцией температуры и отклика сейсмоприемника а также является функцией температуры. Более конкретно, рассматривая электрическую схему, показанную на фиг.2, на чувствительность сейсмоприемника может оказывать влияние изменение сопротивления r катушки, как показано уравнением (6) (выше). Чувствительность разомкнутой цепи также может снижаться под действием температуры, как показано, например, на фиг.7. Температура также оказывает влияние на параметры демпфирования разомкнутой цепи. На отклик сейсмоприемника также может оказывать влияние его наклон. Кроме того, если сейсмоприемник используется под наклоном, смещение внутренних пружин может изменять собственную частоту сейсмоприемника.

Проблемы подвижной массы

В дополнение к вышеописанным факторам, которые могут оказывать влияние на измерения отклика и/или свойства отклика сейсмоприемника, понятно, что многие из вышеописанных методик калибровки сейсмоприемника и проверки свойств отклика сейсмоприемника зависят от использования известных значений для различных свойств сейсмоприемника с целью определения значений для неизвестных свойств сейсмоприемника. Например, как описано ранее, по меньшей мере часть вышеописанных методик проверки калибровки сейсмоприемника и методик проверки свойств отклика сейсмоприемника зависят от использования предварительно известного значения для величины подвижной массы (m) сейсмоприемника. Как описано ранее в отношении фиг.1, подвижные катушки 12, 13, бобина 14 и подвесные пружины 20, 22 вместе образуют часть (m) подвижной массы сейсмоприемника 10. Обычно значение для m соответствует номинальному значению подвижной массы, которое предоставляется изготовителем. Одной методикой, которая может использоваться изготовителями для определения значения подвижной массы сейсмоприемника, является вычисление значения подвижной массы посредством сложения вместе предполагаемых или средних значений массы для каждого индивидуального компонента (например, подвижной катушки, бобины, подвесных пружин), которые вместе образуют подвижную массу.

Так как изготовители сейсмоприемников обычно предоставляют значения для номинальных свойств отклика сейсмоприемника и предоставляют гарантии, что свойства отклика находятся в пределах заданных областей допустимых значений, является общепринятым в промышленности при выполнении проверок калибровки сейсмоприемника полагаться на номинальное значение подвижной массы, которое предоставляется изготовителем. Кроме того, точное вычисление значения подвижной массы сейсмоприемника является очень сложным для уточнения. Одной причиной этого является то, что подвижная масса состоит из нескольких различных (и чувствительных) компонентов внутри сейсмоприемника, которые обычно являются недоступными для пользователя. Другой причиной является то, что трудно определить точную часть подвижной массы подвесных пружин, которые вносят вклад в значение подвижной массы сейсмоприемника.

Кроме того, традиционно не было потребности или желания выполнять независимые измерения значений подвижной массы сейсмоприемника, так как традиционно в промышленности не было осознания возможности того, что ошибки в значениях подвижной массы сейсмоприемника могут в значительной степени вносить вклад в ошибки калибровки сейсмоприемника и/или показатели отклика сейсмоприемника. В результате для специалиста в данной области техники не было стимула для измерения значения подвижной массы сейсмоприемника со степенью точности, которая больше, чем точность номинального значения, предоставленного изготовителем.

Однако в противоположность общепринятой практике автор настоящего изобретения обнаружил, что ошибки в значениях номинальной подвижной массы сейсмоприемника могут, фактически, вносить существенный вклад в ошибки калибровки сейсмоприемника и/или показатели отклика сейсмоприемника. Следовательно, одной методикой улучшения измерений калибровки сейсмоприемника и/или методиками компенсирования отклика сейсмоприемника является выполнение точного измерения свойств подвижной массы сейсмоприемника. Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения величина подвижной массы может измеряться и использоваться для определения и/или компенсирования различных показателей отклика сейсмоприемника. При одной реализации измеренная величина подвижной массы может использоваться для более точного определения свойств отклика сейсмоприемника (таких как, например, собственная частота, коэффициент демпфирования, чувствительность и т.д.), используя, например, одну или несколько методик проверки свойств отклика сейсмоприемника.

Согласно частному варианту осуществления настоящего изобретения одной методикой для улучшения измерений калибровки сейсмоприемника и/или методик компенсирования отклика сейсмоприемника является определение подвижной массы посредством измерения массы подвижной катушки, бобины и подвесных пружин перед изготовлением сейсмоприемника и штампования определенного значения подвижной массы на сейсмоприемнике. Таким образом, фактическое значение подвижной массы для каждого сейсмоприемника может уточняться и использоваться для последующих операций. Эта методика отличается от традиционных методик, которые используют предполагаемое изготовителем или номинальное значение подвижной массы. Кроме того, посредством использования более точного значения подвижной массы также может быть получена большая точность параметров отклика сейсмоприемника, например, используя импедансный способ, описываемый уравнениями (9), (11) и (12).

Согласно альтернативном