[ToR_TDA 0]

Здравствуйте, форумчане!

В аппаратуре ВСП (Вертикального сейсмического профилирования), традиционно применяют электродинамических сейсмоприемники - геофоны, но в последние годы были выпущены некоторые модели акселерометров с характеристиками подходящими для измерения микросейсмических колебаний. Вопрос заключается в том, как сравнить эти виды датчиков. Например, важным параметром является пороговая чувствительность датчика.

Для геофона расчет выглядит так: напряжение теплового шума e_ш = √4kTRΔf , пороговая чувствительность - X_min = e_ш/S [м/сек] , где S - чувствительность геофона. А вот как сравнить пороговые чувствительности по скорости акселерометров и геофонов?

Выход акселерометра ускорение, значит нужно сначала интегрировать, а затем сравнивать. Помогите разобраться.

[Ruslan1 17]

мне кажется, что лучше геофонов могут быть только геофоны :)

А с всевозможными MEMS-датчиками можете для начала просто спектральную плотность шумов ("Output noise density" или подобное) смотреть, она в даташите приводится, ну и пересчитать для нужной вам полосы.

 

А какие это "некоторые модели акселерометров с характеристиками подходящими для измерения микросейсмических колебаний" ?

[Alexashka 0]

Гляньте тут _______________________.pdf, есть немного теме

[ToR_TDA 0]

А какие это "некоторые модели акселерометров с характеристиками подходящими для измерения микросейсмических колебаний" ?

Их не так много, перечислю некоторые: model 86 - Endevco, 87-10 - Endevco, SF1500 - Colibrys, и у Wilcoxon есть пару.

Я не утверждаю, что есть акселерометры по параметрам лучше, чем геофоны (для задач сейсмики), мне интереснее узнать способ как их сравнивать в конкретных цифрах. Например, в цифрах пороговой чувствительности. Для датчиков ускорения мы, например, можем широкополосный шум разделить на чувствительность и получим вроде как широкополосную пороговую чувствительность (если такое понятие вообще существует).

Во-первых, полученное значение будет в единицах ускорения, а во-вторых я не уверен, что так вообще можно что-то считать и сравнивать.

есть немного теме

Alexashka, спасибо. Пока только не могу найти спецификацию, описанного в статье СВУ-3.

[Ruslan1 17]

Пока только не могу найти спецификацию, описанного в статье СВУ-3.

Фи!

Вы им испытания для опытной партии делать собираетесь или таки просто использовать сенсор выпускаемый какими-то тиражами и уже имеющий статистику?

(Думаю, нужную вам спецификацию еще не придумали)

 

В настоящее время между “СИ Технолоджи Инструментс” и ГФУП “ВНИИГе-

офизика” действует договор о подготовке документации на мелкосерийное произ-

водство СВУ-3 с рабочим частотным диапазоном от 3 до 250 Гц.

 

Их не так много, перечислю некоторые: model 86 - Endevco, 87-10 - Endevco, SF1500 - Colibrys, и у Wilcoxon есть пару.

Не, меня малогабаритность интересует, чуда хочу. А если килограммы- так уж чем геофон хуже.

 

[ToR_TDA 0]

Фи!

Вы им испытания для опытной партии делать собираетесь или таки просто использовать сенсор выпускаемый какими-то тиражами и уже имеющий статистику?

В целом, я не думаю, что для ВСП сейчас есть все условия для перехода на иные, нежели геофоны, первичные преобразователи. Но такие попытки, тем не менее, осуществляются. Я пытаюсь рассмотреть некоторые варианты и сравнить их. Например, акселерометр endevco 7703A-1000 был в составе ВСП системы, представленной на World Geothermal Congress 2010. Да, акселерометры проигрывают по шумам геофонам, но при высоких температурах (150ºС) это не так очевидно т.к. эти преобразователи имеют спецификацию для работы при таких температурах.

(Думаю, нужную вам спецификацию еще не придумали)

Статья по поводу СВУ-3 была опубликована в "Приборы и системы разведочной геофизики №1(19)/2007", с тех пор прошло некоторое время.

И, прошу заметить, мы отклонились от темы, меня интересует вопрос, как по спецификациям сравнить геофоны и акселерометры.

[ToR_TDA 0]

Нашел анализ шумовых характеристик, интересующих меня акселерометров, вот здесь:

http://doc.utwente.nl/71347/1/thesis_G_van_der_Poel.pdf

[Alexashka 0]

Нашел анализ шумовых характеристик, интересующих меня акселерометров, вот здесь:

http://doc.utwente.nl/71347/1/thesis_G_van_der_Poel.pdf

Интересно, судя по всему работа проведена серьезная и практическая и теоретическая. И выходит что Большой акселерометр по шумам лучше, чем геофон :05: . Что расходится с данными из статьи Рыжова. Возможно причина в том, что авторам не удалось нормально снять сигнал с геофона не задрав шумы. Как они сами пишут "очевидно, что сигнал с геофона в 100 раз более шумный, чем ожидалось по расчетам". Вообще связка из OP27, OP37 где шумы обоих складываются видится неудачной, да и параметров элементов не дают, такшта...

 

 

С другой стороны, датчик в 7 раз более тяжелый должен иметь примерно во столько же раз бОльшую чувствительность, и если бы они взяли геофон весом 700г думаю необходимость в сравнении вообще бы отпала :)

[ToR_TDA 0]

Вообще связка из OP27, OP37 где шумы обоих складываются видится неудачной, да и параметров элементов не дают, такшта...

Да, такое схемотехническое решение не совсем понятно, лучших показателей можно было бы достичь, применив, например, один AD797.

Изменено 13 сентября, 2011 пользователем ToR_TDA

[Alexashka 0]

Да, такое схемотехническое решение не совсем понятно, лучших показателей можно было бы достичь, применив, например, один AD797.

Я кстати щас делаю схемку на транзисторах (МШУ) для геофона GS-20dx, коэф.шума будет близким к 1. Правда там другие проблемы потом будут- сеймических шумов выше крыши. Кстати в помещении с геофонами тоже проблема - они хорошо ловят еще и магнитные наводки, хотя это в основном 50Гц и гармоники.

[ToR_TDA 0]

Я кстати щас делаю схемку на транзисторах (МШУ) для геофона GS-20dx, коэф.шума будет близким к 1. Правда там другие проблемы потом будут- сеймических шумов выше крыши. Кстати в помещении с геофонами тоже проблема - они хорошо ловят еще и магнитные наводки, хотя это в основном 50Гц и гармоники.

Интересно было бы узнать поподробнее, и с картинками:)

По этому поводу есть вот здесь: http://www.beis.de/Elektronik/LNPreAmp/LNPreAmp.html

Хотя, не совсем ясно, имеет ли смысл делать ультра малошумящие усилители для геофонов при том, что собственный тепловой шум в полосе 10 - 250 Гц составляет порядка 35нВ.

 

[Alexashka 0]

Интересно было бы узнать поподробнее, и с картинками :)

По этому поводу есть вот здесь: http://www.beis.de/Elektronik/LNPreAmp/LNPreAmp.html

Хотя, не совсем ясно, имеет ли смысл делать ультра малошумящие усилители для геофонов при том, что собственный тепловой шум в полосе 10 - 250 Гц составляет порядка 35нВ.

Картинок пока нет, есть только схема, но ее надо еще опробовать. Если интересно могу приложить потом.

 

А по поводу Ваших сомнений, - и да, и нет. Взять к примеру AD797, по даташиту нам говорят что он дает 50нВ п-п в полосе 0,1-10Гц, если еще грубо добавить сюда шумы в полоске 300 Гц (en=1нВ/sqrt(Гц)) выйдет порядка 20нВ эффективного шума. Сам датчик в этой полоске шумит примерно 40нВ эфф. Т.е коэф.шума такого усилителя близок к 1. Все супер...Но. Это учитывая ток потребления ОУ 8мА и пиитании +/-15В. Получить такой же Кш при потреблении усилка 100-200мкА весьма проблематично. А мне это просто необходимо, поскольку датчики должны работать от батареек и как можно дольше.

[ToR_TDA 0]

А по поводу Ваших сомнений, - и да, и нет. Взять к примеру AD797, по даташиту нам говорят что он дает 50нВ п-п в полосе 0,1-10Гц, если еще грубо добавить сюда шумы в полоске 300 Гц (en=1нВ/sqrt(Гц)) выйдет порядка 20нВ эффективного шума. Сам датчик в этой полоске шумит примерно 40нВ эфф. Т.е коэф.шума такого усилителя близок к 1. Все супер...Но. Это учитывая ток потребления ОУ 8мА и пиитании +/-15В. Получить такой же Кш при потреблении усилка 100-200мкА весьма проблематично. А мне это просто необходимо, поскольку датчики должны работать от батареек и как можно дольше.

 

Тепловой шум прибора ВСП с геофоном GS-20DX можно наблюдать ниже глубин ≈500м. Его величина порядка 50нВ.

По мере подъема к поверхности уровень микросейсм возрастает до величин 2÷20мкВ.

С учетом этого для скважинных измерений нужен датчик с низким уровнем шумов (геофон). А для наблюдений на поверхности будут пригодны и геофон и акселерометр, в совокупности с тривиальным усилителем, имеющим собственный шум порядка 100-200мкВ.

 

[Alexashka 0]

Тепловой шум прибора ВСП с геофоном GS-20DX можно наблюдать ниже глубин ≈500м. Его величина порядка 50нВ.

По мере подъема к поверхности уровень микросейсм возрастает до величин 2ч20мкВ.

С учетом этого для скважинных измерений нужен датчик с низким уровнем шумов (геофон). А для наблюдений на поверхности будут пригодны и геофон и акселерометр, в совокупности с тривиальным усилителем, имеющим собственный шум порядка 100-200мкВ.

Интересно, не имел счастья поработать с такой техникой. Кстати у Вас имеется инфа по поводу применяемой там схемотехники? Вообще это автономный прибор?

Мы тоже думали использовать акселерометры для наземных наблюдений (установка в грунт на глубину до 0,5м), но реальные испытания показали полную нереальность их применения :). У них был огромный шум (как электрический, так и сейсмический) на высоких частотах и даже фильтрация сигнала с диапазоне до 30Гц не позволяла ему сравнится с "красивым" геофонным сигналом.

 

 

Вот картинка где запись сигналов одновременно геофона (GS-20) и акселерометра. Аксель конечно не B&K, а какойто малоизвестный ПС-004, но это единственное что удалось найти из малогабаритного.

 

 

ЗЫ. Кстати забыл спросить, вот эти 2-20мкВ которые Вы приводите это к чему относится? К атмосферным шумам?

Вот Вы говорите можно взять тривиальный усилитель с геофоном, а вот к примеру сигнал шагов человека на расст.более 20м уже сливается с фоновыми шумами, а при должной обработке он уже сравнивается с электрическими шумами усилителя (в моем случае применялся OPA378, у него отсутствует фликер-шум). На еще бОльшем растоянии выделение полезного сигнала становится вообще не реальным.

[ToR_TDA 0]

Интересно, не имел счастья поработать с такой техникой. Кстати у Вас имеется инфа по поводу применяемой там схемотехники? Вообще это автономный прибор?

Схемотехника усилителя геофона там традиционная: очень малошумный ОУ в неинвертирующем включении.

Прибор не автономный, питание поступает по каротажному кабелю. В связи с этим остро проблема с потреблением не стоит, по крайней мере не имеет смысла экономить на входном каскаде. Для автономного питания от батарейки такая схема малопригодна.

Мы тоже думали использовать акселерометры для наземных наблюдений (установка в грунт на глубину до 0,5м), но реальные испытания показали полную нереальность их применения :). У них был огромный шум (как электрический, так и сейсмический) на высоких частотах и даже фильторация сигнала с диапазоне до 30Гц не позволяла ему сравнится с "красивым" геофонным сигналом.

Вот картинка где запись сигналов одновременно геофона (GS-20) и акселерометра. Аксель конечно не B&K, а какойто малоизвестный ПС-004, но это единственное что удалось найти из малогабаритного.

Наглядно и, в целом, все это подтверждает мое мнение. Использование геофона, как в наземной так и скважиной сейсмики, предпочтительно. Жаль, что на данный момент сам не могу провести испытания малошумных акселерометров.

Малогабаритность для нас тоже очень важна и кроме этого высокая температура. Мои надежды были на 7703A-1000, он удовлетворяет всем нашим требованиям кроме шумов.

ЗЫ. Кстати забыл спросить, вот эти 2-20мкВ которые Вы приводите это к чему относится? К атмосферным шумам?

Вот Вы говорите можно взять тривиальный усилитель с геофоном, а вот к примеру сигнал шагов человека на расст.более 20м уже сливается с фоновыми шумами, а при должной обработке он уже сравнивается с электрическими шумами усилителя (в моем случае применялся OPA378, у него отсутствует фликер-шум). На еще бОльшем растоянии выделение полезного сигнала становится вообще не реальным.

Про микросейсмы вы можете найти в книге В.В.Палагин «Сейсморазведка малых глубин». Там написано: Микросейсмы возбуждаются разнообразными естественными и промышленными источниками: воздействие на грунт ветра, текущей воды, транспорта, энергетических установок, работающих механизмов и пр. Энергия микросейсм расположена в низкочастотной части спектра (3-5Гц), на частотах 10-20Гц она падает на 2 порядка.

p.s. Какая разрядность АЦП была при записи сигналов? Датчики подключались напрямую к АЦП?

Изменено 16 сентября, 2011 пользователем ToR_TDA