Magyar Állami Eötvös Loránd Geofizikai Intézet GEOFIZIKAI KÖZLEMÉNYEK XVIII. kötet. 4. szám.
A MAGYAR FREKVENCIAMODULÁCIÓS SZEIZMIKUS MŰSZER RENDSZERTECHNIKAI ÉS MÓDSZERTANI KÉRDÉSEI KOCH GYÖRGY-KOVÁCS B É L A -P O L C Z IVÁN GY. KOCH - В. KOVÁCS - I. POLCZ
S Y S T E M -T E C H N IC A L A N D M E T H O D O L O G IC A L P R O B L E M S O F T H E H U N G A R IA N F R E Q U E N C Y -M O D U L A T IO N S E IS M IC E Q U IP M E N T T h e u n iv e rs a l seism !- m a g n e tic -ta p e re co rd in g a n d p la y b a c k e q u ip m e n t SM —24 + 6, d eve lo p p e d in th e seism ic d e p a r tm e n t o f th e G eophysical I n s titu te , a n d th e fie ld ex p erien c e s g a th e re d th e re w ith a re p re se n te d in sh o rt. E x a m p le s fo r its a p p lic a tio n in re fle x io n a n d re fra c tio n s u rv e y s a re show n. T h e d a ta re c o rd e d w ith th e e q u ip m e n t a n d sto re d o n m a g n e tic ta p e c a n be p ro c essed on an alo g o r d ig ita l c e n te rs in o rd e r to o b ta in tim e sections.
Д. К О Х -Б . К О В А Ч -И . ПОЛЬЦ
ТЕХНИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ, СВЯЗАННЫЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ СЕЙСМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, ВЫПУСКАЮ ЩЕЙСЯ В ВЕНГРИИ Дается короткое описание универсальной сейсмической аппаратуры с магнитной записью для приема и воспроизведения сигналов типа СМ-24 + 6, разработанной в сей сморазведочном отделе Геофизического института и выпускаемой Геофизическим при боростроительным заводом „Гамма” и анализируется опыт применения ее в полевых УСЛОВИЯХ.
Приводятся примеры использования аппаратуры для работ MOB и МПВ. Получаемые при помощи рассматриваемой аппаратуры данные, хранящиеся на магнитных лентах, м о гу т обрабатываться как на аналоговых, так и цифровых центрах для последующего получения временных разрезов.
A berendezés terepi felvevő m űszercsoportja a mágneses jelrögzítésű szeizmikus műszerek szokásos műszeregységeit, te h á t erősítőket, vezérlő és ellenőrző áram köröket, a mágneses regisztrálót, a regisztráló m eghajtásához szükséges m otorgenerátort, robbantó készüléket és a terepi lejátszás áram köreit tartalm azza. A teljesen tranzisztoros műszeregységek n y o m ta to tt áram körös, többnyire dugaszolható kivitelű alapegységekből épülnek fel. A m odulátorral egybeépített felvevő erősítő a 7-től 250 Hz-ig terjedő átviteli sávjával, bem enetre szám ított 0,3 цУ-он zajával és a szeizmikus jelek sajátságosán m egoldott vezérelt program ú kom pressziójával 100 dB-es jeltarto m án v alakhű átvitelét biztosítja. A felvevő erősítőkbe é p ített fotoellenállásokból és lám pából álló szabályozó elem az erősítés 40 dB-es változását tu d ja elvégezni. Felvétel közben valam ennyi erősítő erősítésének v á lto z ta tásá t egy központi áram kör végzi. A központi vezérlés időbeli lefutását az egyik fel vevő erősítő egyenirányítóit jele határozza meg. A vezérlő áram kör olyan fel építésű, hogy csak a szeizmikus jelek szintjének esésekor ad vezérlő jelet. H a az első beérkezés u tá n a szeizmogram valam ely szakaszán am plitúdónövekedés 4*
52
K o c h Gy.
—
Kovács
В .
—
P o l c z I.
következik be, az erősítés a korábbi állapothoz képest nem változik. Az így k ialak íto tt vezérlésnek a szeizmikus jelektől független, előre m eghatározott jellemzője csupán az, hogy a 100 dB-es dinam ika melyik szakaszán legyen a 40 dB-es vezérlési tartom ány. Abból a célból, hogy a szalagok feldolgozásakor visszanyerhessük az eredeti dinam ikaviszonyokat, felvételkor két segédcsatorna a vezérlő feszültséggel arányos jelet rögzít a m ágnesszalagra. Az ism ertetett dinamika-kompressziós m egoldásnak előnye, hogy a vezér lés lefutása a beérkező szeizmikus jelektől függ (tehát mérés előtt beállításra nincs szükség), a lokális dinam ika-viszonyokra nincs hatással, és feldolgozáskor az eredeti amplitúdóviszonyok előállíthato k . ________________________ A műszer felépítését és kezelését egyszerűsíti az a megoldás is, amely a szeizmikus csatornák ellenőrzésére szolgál. Felvétel előtti ellenőrzéskor a szeizmométerek közös vonalába egy négyszöghullám-generátor kapcsolódik, am elynek jele a szeizmométereken á t az erősítők bem enetére jut. A négyszöghullám egyik félperiódusában a szeizmo m éterek kitérő jelet kapnak, jelszünetben pedig a szeizmométer lecsengő folya m atának megfelelő jel kerül a felvevő erősítők bemenetére. Ez a jel az erősítők m odulátorára, m ajd egy szelektoron keresztül a dem odulátorra és onnan a vizsgáló oszcilloszkópra ju t. Így az oszcilloszkóp ernyőjén megjelenő jel alak jából és nagyságából ellenőrizhetjük a szeizmikus csatornák szinte valam ennyi elemének rendeltetésszerű m űködését. A négyszög hullám -generátor kikap csolása u tá n ugyanaz az ellenőrzési mód a talaj nyugtalanság csatornánkénti vizsgálatára ad lehetőséget. Az oszcilloszkópos ellenőrzés term észetesen a segédcsatornákra is kiterjed. A terepi felvevő berendezéssel készített mágnesszalagok alkalm asak ki értékelő központban végbemenő feldolgozásra. Ennek lehetőségét a szalag sebesség nagyfokú stabilitása terem ti meg. Ez a stabilitás m indkét alkalm az ható szalagsebesség (19,05 és 9,52 cm/sec) m ellett ± 0,05% . Ilyen m értékű sebességstabilitás biztosítása F M rendszerű és egyúttal nagydinam ikájú mág neses jelrögzítésnél nem kis feladat. M egvalósítását két alapvető megoldás alkalm azásával sikerült elérni. Egyik megoldásnál a hiszterézis szinkron-m otor tengelyéről szálbetétes, lapos gum ihajtószíjakkal közvetítettük a hajtóerőt a mágneses regisztráló dobjára. A hajtószíjak nagyfokú hom ogeneitása, 0,8 m m -es vastagsága és jó tapadása biztosítja a hajtás egyenletességét. A m ásik megoldás a névleges sebességérték ± 0,05% -os pontosságú be állításával kapcsolatos. E z t nagypontosságú frekvenciaösszehasonlítással való síto ttu k meg. A referenciát egy 4 kHz-es kvarcoszcillátor jeléből leosztott 200 Hz frekvenciájú jel, a sebességgel arányos frekvenciájú jelet pedig a mág neses dob felületéről m eghajtott kódtárcsa szolgáltatja. A két jel formálás után az ellenőrző oszcilloszkóp vertikális, illetve horizontális erősítőjére csatlakozik. Helyes dob-sebességértéknél a mérő oszcilloszkópon álló á b rá t látunk. E l térésnél a sebesség beállítását a m otorgenerátor oszcillátorának hangolásával végezzük. A terepen készült m ágnesszalagról a term oszenzitiv írással dolgozó regiszt ráló készít ellenőrző szeizmogramot. A lejátszás csatornánként 3 csatornás keverési és szélessávú álláson kívül két szűrési lehetőséggel történik.
A m a g y a r fre k v e n c ia m o d u lá c ió s s z e iz m ik u s m ű s z e r . ..
53
M iután ism ertettünk néhány konstrukciós megoldást, am elyek jellemzőek a terepi m űszercsoport felépítésére, röviden leírjuk a m űszeregységeket és be m u ta tju k fényképeiket. Az 1. ábrán az erősítő egységet látju k a 24 m odulátorral egybeépített fel vevőerősítővel, az unhole erősítővel, és az egység két oldalán elhelyezett s ta bilizált tápegységekkel.
1. ábra. E rő sítő e g y sé g F ig . 1 A m p lifier u n it
Фиг. 7. Блок усилителей Ez az egység kezelő szerveket nem tartalm az, az erősítők beállítása köz ponti kapcsolókkal és áram körökkel történik, am elyek az erősítőkbe beépített jelfogókat és az erősítés-szabályozókat m űködtetik. A vezérlő és ellenőrző egységet m u ta tja a 2. ábra. E bben az egységben vannak az időmérő áram körök, az erősítés program vezérlését végző központi áram körök, a segédcsatornák jeleinek rögzítéséhez szükséges m odulátorok, a telefonerősítő, az üzemmócl-beállító kapcsoló áram körök és a terepi lejátszás áram körei. Az egység előlapján láth ató k a felvétel előtti ellenőrzés, a felvétel és a terepi lejátszás üzem m ódjait beállító nyom ó gombos kapcsolósorok. A 3. ábrán lá th a tju k a mágneses regisztráló egységet. Jobboldalán helyez kedik el a jelrögzítő mechanizmus, baloldalán pedig a regisztráló vezérlő és ellen őrző áram körei az oszcilloszkóppal. M indkettőt külön dugaszolható egységként helyeztük el egy közös dobozban. A baloldali egység tartalm azza a szelektort, a felvétel és a lejátszás autom atika-áram köreit, az ellenőrző oszcilloszkópot és a berendezés működésének ellenőrzését végző egyéb áram köröket. A 4. ábra a mágneses regisztráló vezérlő és ellenőrző áram köreit m u ta tja be doboz nélkül.
54
K o c h Gy.
—
K o v á c s В.
—
P o lc z I.
2. ábra. V ezérlő és e llen ő rző egység F ig. 2 C o n tro l a n d te s tin g u n it Ф иг. 2.
Блок управления и контроля
3. ábra. M ágneses re g isz trá ló egység F ig. 3 M ag n etic re c o rd in g u n it Ф иг. 3.
Регистратор с магнитной записью
Az 5. ábrán a jelrögzítő m echanikát lá tju k a felvevő dobbal és hajtóm űvel. A mágneses fejek az egység alaplapján helyezkednek el egy sorban. A 6. ábrán az ugyancsak doboz nélküli m otorgenerátort lá th a tju k . Ernlítésrem éltó megoldás a m otorgenerátorban alkalm azott ventillátoros hűtő-
A m a g y a r fre k v e n c ia m o d u lá c ió s s z e iz m ik u s m ű s z e r . . .
00
4. ábra. M ágneses re g isztráló vezérlő és ellenőrző á ra m k ö re d oboz n é lk ü l F áj. 4 C o n tro l a n d te s tin g c irc u it o f th e m a g n e tic re co rd in g u n it Ф иг. 4.
Блок управления и контроля магнитного регистратора
készülék, am ely a teljesítm ény tranzisztorok túlm elegedésekor autom atikusan bekapcsol, és működése csak egy m eghatározott hőm érsékletküszöb elérése u tán szűnik meg. A 7. ábra a robbantókészüléket m u tatja. A robbantási időjelet a robbantás pillanatában felvillanó flash lám pával m egvilágított fotoellenállás állítja elő. A 8. ábrán a gépkocsiba é p íte tt berendezés főegységei láthatók. A terepen készült mágnesszalag sokoldalú lejátszását végezhetjük el a berendezéshez tartozó laboratórium i m űszercsoporttal. A szalagoknak össze függő szelvénnyé (autom atikus) szerkesztését ugyan nem teszi lehetővé, mivel statikus és dinam ikus korrekciókat nem végez, de a szeizmikus jelek részletes analízisét biztosítja, és áram körei felhasználhatók bárm ely transzkriptorban, vagy a később kidolgozandó A/D konverteres digitális kiértékelő központban. Az analizátor áram köreinek blokksém áját lá th a tju k a következő ábrán (9. ábra). A mágneses fejekről az F M jelek egy szelektoron keresztül 5 demodulátorra, a dem odulátorok kivezetéséről pedig az 5 csatornás additiv keverőbe kapcsolódnak. A keverőbe egy hatodik dem odulátor jele is csatlakozik, ezt zajcsökkentésre használjuk fel. A keverő u tán a jel szűrőbe, az AGC-be, m ajd ism ét szűrőbe ju t. M indkét szűrőegység azonos felépítésű 18 és 36 dB /oktáv meredekségű alul- és felülvágó szűrőkészlet. Az alulvágó szűrők határfrekven ciái 20-tól 113 Hz-ig, a felülvágóké 26-tól 148 Hz-ig 6 —6 fokozatban kapcsol hatók.
56
K o c h Gy.
—
K o v á c s В.
—
P o le s I.
Az AGO lehetőséget n y ú jt 20-tól 550 msec-ig terjedő időállandójú au to m atikus erősítésszabályozásra. Előszabályozással m űködik, erősítését egv idő zítő jellel vezérelt áram kör az első beérkezés előtt beállítható m értékre és idő ta rta m ra csökkenti.
5. ábra. Je lrö g z ítő m e c h a n ik a F ig. 5 S ignal re c o rd in g m ec h an ism Ф иг. 5.
Механизм, запивасыющий сигналы
Az analizátorhoz tarto zik egy ún. dinam ika-helyreállító áram kör is, am elynek segítségével regisztrálhatjuk az eredeti - te h á t a szeizmométerekröl k a p o tt — jelek szintjének változását. Ez úgy történik, hogy a laboratórium i lejátszáskor dinam ikaíró üzem m ódban a hatodik dem odulátor bem enetére a felvételkor frekvenciam odu lációval rögzített, a felvevő erősítők vezérlő feszültségével arányosan változó am plitúdójú 100 Hz-es jel kerül. Ez a jel a szeizmikus csatornákról érkező jelek erősítését ellentétesen vezérli, vagyis a felvételkor kom prim ált dinam ikáról az eredeti dinam ikát visszaállítja. Az ilyen módon előállított jel egy logaritm ikus végerősítőre kerül, amely a direktírót m eghajtó végerősítőt vezérli.
A m a g y a r fre k v e n c ia m o d u lá c ió s s z e iz m ik u s m ű s z e r . . .
57
0. ábra. M o to rg e n e rá to r F ig. 0 M o to r g e n e ra to r Ф иг. 6.
Мотор-генератор
7. ábra. R o b b a n tó k é sz ü lé k F ig. 7 S h o o tin g b o x Ф аг.
7. Взрывная машина
Az analizátorban a részben tranzisztorizált áram körök építőszekrény re n d szerben épültek, a szekrény egyes fiókjai a szeizmikus jelek feldolgozásának egyegy funkcióját végzik. A Geofizikai In tézet alföldi kom plex k u tatási program jában jelenleg k ét szeizmikus csoportunk mér FM rendszerű m agyar 24 csatornás műszerekkel. A mérési eredm ények feldolgozása, az OKGT CS —621 francia g yártm ányú analóg kiértékelői centrum án keresztül is elvégezhető. A transzkriptoros átírás m egoldására a következő feladatokat kellett elvégezni:
K o c h G y . — K o v á c s В . — P o l c z I.
58
8. ábra. G ép k o csib a é p íte tt b e ren d e zé s főegysége F ig. 8 M ain u n it o f th e e q u ip m e n t b u ilt in tru c k Ф иг. 8.
Основной блок аппаратуры, встроенный в кузове автомашины
1. a felvevő dob sebességét a lehető legjobban stabilizálni, 2. az analóg központi főtengely végződésére átíródobot és kom plett 30 egységű fejblokkot szerkeszteni, 3. elkészíteni az F M -P W M üzemm ódú átírás üzembiztos elektronikáját. A visszajátszó berendezéshez csatlakoztatható egy analóg-digitál átalakító, ezzel a szeizmogramok elektronikus szám ítógépbe, vagy pedig az Intézetben kifejlesztett korrekciós egységbe és konvolverbe adhatók, am elyekkel a fel dolgozás digitális úton végezhető el. Feldolgozás u tán az adatok digitál-analóg konvertereken keresztül visszakaphatók és szelvény form ájában ábrázolhatok. Szeizmikus csoportjaink mérési eredm ényeinek feldolgozására több lehe tőség nyílik.
. ábra. Az a n a liz á to r elvi v á z la ta
F új. 9 B lo ck d ia g ra m ot th e a n a l y s á to r
Ф иг. 9. С хема а н а л и з а т о р а
A m a g y a r fre k v e n c ia m o d u lá c ió s s z e iz m ik u s m ű s z e r . ..
59
K o c h G y . — K o v á c s В.
60
55
1
5G
I
57
I
58
I
59
I
BO
i
Bl
!
—
P o l c z I.
62
I
63
I
С-9
I
65
!
ÉG
[
lUj a ábra. 20 k m tá v o lsá g b ó l m e g lő tt re fra k c ió s szeizm ogram n a g y a m p litú d ó jú b eérk e zé se k k el F ig. 10\a R e fra c tio n se ism o g ram fro m a d ista n c e o f 20 k m , w ith large a m p litu d e a rriv a ls Ф иг.
70/ а Сейсмограмма МПВ, полученная на 20 км от ПВ с резкими амплитудами вступ лений
A m a g y a r f r e k v e n c i a m o d u l á c i ó s s z e i z m i k u s m ű s z e r . ..
56
SS
I
57
I
55
59
I
60
61
I
62
63
66
61
65
66
I
10\b ábra. U g y a n a z a felvétel e rő síté sc sö k k e n té sscl v issz a já tsz v a (a k é ső b b i fá ziso k tis z tá n lá th a tó k ) F ig. 10/b. T he sa m e re c o rd p la y e d b a c k w ith g a in re d u c tio n (la te r p h a se s a re c le a rly show n) Ф иг. 1 0/6
Та же запись, воспроизведенная при уменьшенном усилении (резко выделяются осп спнфазностп последующих вступлении)
62
K o c h Gy.
—
K o v á c s В.
—
P o l c z I.
1. A terepi mágnesszalagok egy analóg visszajátszóanalizátor segítségével tollirós galvanom éterrel tetszés szerinti szűrés, erősítés, szabályozás, keverés beállításával játszhatók át. A lehetőségek kihasználására főleg o tt van szükség, ahol nehezen értelm ezhető (interferenciás) hullám képet kell felbontani. Erre példa refrakciós mérésekből a 10/a és 10/b ábra. 2. A transzkriptorral m ágnesszalagjaink a CS —621 centrum on dinam i kusan és statik u san korrigált időszelvénnyé írhatók át. Ilyen feldolgozásra példa a Ha —68/1 reflexiós szelvény egy szakasza (11. ábra). A mágnesszalagok digitális úton való feldolgozását kísérleti form ában már m egkezdtük. A rutinszerű feldolgozásra 1969-ben térünk át. Eredm ényeinket későbbi tanulm ányunkban szándékozunk ism ertetni.
4о->
a
л s со
я>> я ter С. -©■
I
т о
аналоговом центре при помощи транскриптора
й
к» «о Íh СО Он X C >s s,O ьс м t ш о сС ^о
•G " о Q . С о
я
оЗ и S 5 >s ьо '(3 ,0 о
*s ,2* о
«4Н
й 3*
.2 >» з
■9
