DE19653297C1 - Verfahren zur Prüfung der Funktionseigenschaften von geophysikalischen Bewegungsempfängern, insbesondere Geophonen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Funktionseigenschaften von geophysikalischen Bewegungsempfängern, insbesondere Geophonen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Meßverfahren in der Geophysik, bei denen eine große Anzahl von Bewegungsaufnehmern Verwendung findet, muß sichergestellt werden, daß jeder einzelne Bewegungsaufnehmer einwandfrei arbeitet. Üblicherweise werden daher vor dem Verlassen des Herstellerwerkes die Bewegungsaufnehmer einer eingehenden Prüfung unterzogen, durch die sowohl die Funktion als auch im Detail das Übertragungsverhalten überprüft werden. Ergänzend kann beim Kunden eine Eingangskontrolle stattfinden.

Wegen des häufig rauhen Einsatzes von Bewegungsaufnehmern im Feld an wechselnden Einsatzorten ist vor jedem erneuten Einsatz auch eine erneute Kontrolle notwendig. Diese Kontrolle erfolgt auf zweifache Weise. Die Aufnehmer werden zunächst, bevor sie zum Einsatz kommen, überprüft. Nachdem sie mit der Registriereinrichtung verbunden sind, findet eine zweite Prüfung statt. Erst dann werden die Aufnehmer für die Messung freigegeben.

Für einige seismische Meßaufgaben können mehrere tausend Aufnehmer gleichzeitig Verwendung finden, die beim Einsatz im Gelände einer besonders rauhen Behandlung ausgesetzt sind. Jede Stufe der Qualitätskontrolle ist daher unumgänglich und mit großem zeitlichen und personellen Aufwand verbunden.

Die Qualitätskontrolle erfolgt üblicherweise so, daß bestimmte physikalische Größen der einzelnen Aufnehmer, wie Empfindlichkeit, Verzerrung, Klirrfaktor usw., deren Einhaltung für die Zuverlässigkeit einer Messung erforderlich ist, mit Hilfe eines zeitaufwendigen Computerprogramms einzeln überprüft werden.

Da die Bewegungsaufnehmer für ihren Einsatz für bestimmte Meßaufgaben optimiert sind, kommen zur Messung sehr hochempfindliche und genaue Einrichtungen zur Anwendung. Um die ordnungsgemäße Funktion der Bewegungsempfänger sicherzustellen, müssen daher auch die Prüfeinrichtungen zur Qualitätskontrolle entsprechend empfindlich sein. Dies bedingt einen hohen zusätzlichen Arbeits-, Zeit- und Kostenaufwand.

Derartige Prüfeinrichtungen sind beispielsweise aus der US 5,113,375, US 4,296,483, US 2,748,348 und der JP 57-44876(A) in Patent Abstracts of Japan, P-125, June 29, 1982, Vol. 6/No. 116 bekannt. Die Messungen erfolgen dabei durch Anregung mit definierten mechanischen oder auch elektrischen Signalen in einer Meßanordnung, die dem Einsatzzweck des zu prüfenden Geophons angepaßt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Prüfung der Funktionseigenschaften von geophysikalischen Bewegungsempfängern anzugeben, durch das sowohl der apparatemäßige Aufwand als auch der Zeit- und Personalaufwand zur Prüfung der Funktionseigenschaften des Bewegungsempfängers verringert werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß der zu prüfende Bewegungsaufnehmer in einer Schwingungsrichtung angeregt wird, die im wesentlichen orthogonal zu der Bewegungsrichtung verläuft, in der der Bewegungsempfänger konstruktionsmäßig zu einer Meßaufgabe einsetzbar ist.

Durch diesen Einsatz des Bewegungsempfängers können parasitäre Resonanzen, die außerhalb des genutzten Übertragungsbereichs liegen und eine verwertbare Aussage zur Feststellung der Funktionseigenschaft des Bewegungsaufnehmers abgeben, sehr einfach festgestellt werden. Sie können mit Hilfe eines Computerprogramms ausgewertet werden. Die Prüfung des Bewegungsaufnehmers erfolgt im einfachsten Fall dadurch, daß der Bewegungsaufnehmer mit einer Kraft wechselnder Frequenz orthogonal zu einer konstruktionsbedingten Meßrichtung, insbesondere mit einer harmonischen, sich stetigen ändernden Kraft angeregt wird, beispielsweise in einem Rückkopplungskreis. Das anregende Signal kann insbesondere als Sweep-Signal ausgebildet sein.

Die Messung der Abweichung erfolgt entweder im Frequenzbereich oder im Zeitbereich. Bei einer Messung im Frequenzbereich werden die Frequenzen der parasitären Resonanzen bestimmt und mit denen eines Standardgeophons mit einwandfreier Funktion verglichen. Bei einer Messung im Zeitbereich werden die Zeitpunkte von Amplitudenüberhöhungen bestimmt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann sehr schnell festgestellt werden, ob ein Bewegungsaufnehmer von einem ordungsgemäß funktionierenden Bewegungsaufnehmer abweicht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Spektralkurve eines Geophons, das als ordungsgemäß einzustufen ist, und

Fig. 2 die Spektralkurve eines Geophons mit verschobener Resonanzüberhöhung, welche ein fehlerhaftes Geophon andeutet.

Die in Fig. 1 dargestellte Spektralkurve zeigt über der Frequenz von etwa 50 Hz bis etwa 500 Hz einen stetig fallenden Verlauf des Leistungsspektrums in dB. Es ist eine Resonanzüberhöhung bei etwa 290 Hz erkennbar. Die Spektralkurve wird dadurch erhalten, daß ein Geophon in einen Rückkopplungskreis eingeschaltet wird und in einer Richtung angeregt wird, die zu der Richtung orthogonal verläuft, die üblicherweise der Einsatzrichtung des Geophons zur Messung geophysikalischer Daten entspricht. Der Einsatz eines Geophons in einer derartigen abweichenden Bewegungsrichtung würde keine oder zumindest nicht ausreichend verwertbare Informationen liefern, die für geophysikalische Messungen geeignet wären. Für den Einsatz im Rahmen der Erfindung werden weder absolute Meßdaten ermittelt noch wird die Empfindlichkeit festgestellt noch wird die Richtungsabhängigkeit ermittelt. Vielmehr dient das erfindungsgemäße Verfahren dazu, mögliche parasitäre Resonanzen der Spektralkurven festzustellen. Diese treten besonders deutlich hervor, wenn erfindungsgemäß ein Geophon in der beanspruchten Weise angeregt wird.

Fig. 2 zeigt ein Geophon, das erfindungsgemäß angeregt wird und das eine verschobene parasitäre Spitze bei etwa 190 Hz enthält. Diese ist so scharf, daß sie, verursacht durch Abweichungen in der Charakteristik des Aufnehmers, klar erkennbar und leicht meßbar ist. Dabei können bereits Verschiebungen von nur wenigen Hz erkannt werden.

Die Messung der Abweichung kann entweder im Frequenzbereich oder im Zeitbereich durchgeführt werden. Die Messung im Frequenzbereich erfolgt im einfachsten Fall derart, daß der gewünschte Resonanzpunkt dort durch ein Computerprogramm automatisch aufgesucht und die zugehörige Frequenz bestimmt wird. Eine Messung im Zeitbereich ist z. B. dadurch möglich, daß in dem zu betrachtenden Frequenzbereich die Anregungsfrequenz gewobbelt und der Zeitpunkt der festgestellten Amplitudenüberhöhung bestimmt wird. Bei einer ebenfalls möglichen Impulsanregung des Geophons würde allerdings die notwendige Spektralanalyse der Impulsantwort nicht ohne weiteres die gewünschte Auflösung von einigen Hz ergeben.

Die in den Spektralkurven festgestellten Resonanzspitzen können automatisch ermittelt werden, wenn der generelle Verlauf eines fehlerfreien Geophons als Referenzkurve verwendet wird. Da die Absolutabweichungen nicht festgestellt werden müssen, reicht es aus, Abweichungen der Resonanzfrequenz unter Berücksichtigung der typischen Streuung fehlerfreier Geophone zu bestimmen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Prüfung der Funktionseigenschaften von geophysikalischen Bewegungsaufnehmern, insbesondere Geophonen, bei dem der Bewegungsaufnehmer einer mechanischen Anregung unterworfen und sein resultierendes Spektralverhalten aufgezeichnet und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsaufnehmer in einer Schwingungsrichtung angeregt wird, die im wesentlichen orthogonal zu der Bewegungsrichtung verläuft, in der der Bewegungsempfänger konstruktonsmäßig üblicherweise zu einer Meßaufgabe einsetzbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung des Bewegungsempfängers durch eine Kraft wechselnder Frequenz erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung mit einer sich harmonisch stetig ändernden Kraft erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die anregende Kraft als Sweep-Signal ausgebildet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die anregende Kraft als Impuls ausgebildet ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem aufgezeichneten Spektralverhalten des Bewegungsempfängers mit Hilfe eines Computerprogramms Resonanzspitzen im Frequenzbereich und/oder Amplitudenspitzen im Zeitbereich des geprüften Bewegungsempfängers abgeleitet werden, deren Auftreten mit einem standardisierten Spektralverhalten korreliert wird, und daß bei über einem Grenzwert liegenden Abweichungen der festgestellten Resonanzen der Bewegungsempfänger als defekt bewertet wird.