Геофоны и акселерометры, Измерения микросейсмических колебаний Опции

[ToR_TDA]

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.

[ToR_TDA]

Нашел анализ шумовых характеристик, интересующих меня акселерометров, вот здесь:
http://doc.utwente.nl/71347/1/thesis_G_van_der_Poel.pdf

[Alexashka]

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 . 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]

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.

Сообщение отредактировал ToR_TDA - Sep 13 2011, 17:04

[Alexashka]

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]

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]

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]

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]

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.

[VSP]

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.

Имеем:
-фон шума на выходе датчика более 2мкВ.
- большое (5мА) потребление в измерительном канале.
- плохое соотношение сигнал/помеха. (шум человека на удалении 20м скрывается за фоном микросейсм.
Предлагается
- применим в канале усилитель с микро потреблением с уровнем собственных шумов 0,4-0,6 мкВ. Потребление в канале снизится примерно в 50 раз, а совокупный шум возрастет на (5-10)%.
- ограничим выигрыш по току величиной 10 раз. Это позволит нам далее сгустить сеть датчиков в 5 раз. (50/10 = 5). Если ранее датчики мы ставили с шагом 40м, то теперь поставим с шагом 8 метров. Дальность до цели сократилась в 5 раз, а сигнал, соответственно, увеличится в 25 раз.
Итого:
- система стала в 5 раз сложнее
- потребление сократилось в 10 раз.
- сигнал от цели при пересечении линии датчиков вырос в 25 раз.