DE19653297C1

DE19653297C1 - Method of testing functional characteristics of geophysical motion detectors esp. geophones

Info

Publication number: DE19653297C1
Application number: DE1996153297
Authority: DE
Inventors: Hans A K Dr Edelmann; Ernst Nolte
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1998-02-19
Anticipated expiration: 2016-12-21

Abstract

The method subjects the movement or motion detector to a mechanical excitation or stimulation. The resulting spectral characteristics are recorded and analysed. The motion detector is excited in an oscillation direction which is essentially orthogonal to the direction of movement in which the motion detector can be used to provide a measurement output. The motion detector is preferably stimulated by a force of alternating frequency. Using a computer program, resonance peaks in the frequency range and/or amplitude peaks in the time range of the tested motion detector may be derived from the recorded spectral characteristics. These peaks are correlated with a standardised spectrum. When the differences between the two exceed a limit value the resonance of the detector is considered a defect.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Funktionseigenschaften von geophysikalischen Bewegungsempfängern, insbesondere Geophonen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for testing the functional properties of geophysical movement receivers, especially geophones the preamble of claim 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.In measuring methods in geophysics in which a large number of Motion sensors are used, it must be ensured that everyone individual motion sensor works perfectly. Usually therefore before leaving the manufacturing plant, the motion sensor subjected to thorough testing, by which both the function and the The transmission behavior can be checked in detail. In addition, at Customers take an incoming inspection.

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.Because of the often rough use of motion sensors in the field changing locations is a new one before each new use Control necessary. This control is done in two ways. The sensors are first checked before they are used. After using a second check takes place. First then the transducers are released for the measurement.

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.Several thousand transducers can be used for some seismic measurement tasks find use at the same time that when used off-road a particularly exposed to harsh treatment. Every level of quality control is therefore unavoidable and associated with great expenditure of time and personnel.

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.Quality control is usually carried out in such a way that certain physical Sizes of the individual sensors, such as sensitivity, distortion, distortion factor etc. whose compliance is necessary for the reliability of a measurement with Be checked individually using a time-consuming computer program.

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.Because the motion sensors are used for certain measuring tasks are optimized, measurements are very highly sensitive and accurate Application facilities. To ensure the proper functioning of the The test facilities must therefore also ensure movement receivers be sensitive to quality control. This requires a high one additional work, time and cost.

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.Such test devices are for example from US 5,113,375, US 4,296,483, US 2,748,348 and JP 57-44876 (A) in Patent Abstracts of Japan, P-125, June 29, 1982, Vol. 6 / No. 116 known. The measurements are made by excitation with defined mechanical or electrical signals in a measuring arrangement, the purpose of the geophone to be tested is adjusted.

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.The invention has for its object a simplified method for Testing the functional properties of geophysical Specify motion receivers through which both the apparatus Effort as well as the time and manpower to check the Functional properties of the motion receiver can be reduced.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the invention specified in claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

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.According to the characteristic features of the invention, the method is characterized in that the motion sensor to be tested in a Vibration direction is excited, which is substantially orthogonal to the Direction of movement runs in the design of the movement receiver can be used for a measurement task.

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. This use of the motion receiver can cause parasitic Resonances that lie outside the transmission range used and a usable statement to determine the functional property of the Give up motion sensor, can be determined very easily. You can with Be evaluated with the help of a computer program. Checking the In the simplest case, motion sensor is made in that the Motion sensors with a force changing frequency orthogonal to one design-related measuring direction, especially with a harmonic, itself constant changing force is excited, for example in one Feedback loop. The exciting signal can in particular be a sweep signal be trained.

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. The deviation is measured either in the frequency range or in Time range. When measuring in the frequency domain, the frequencies of the determined parasitic resonances and with those of a standard geophone flawless function compared. When measuring in the time domain, the Determined times of amplitude increases.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann sehr schnell festgestellt werden, ob ein Bewegungsaufnehmer von einem ordungsgemäß funktionierenden Bewegungsaufnehmer abweicht.The method according to the invention can be determined very quickly be whether a motion sensor from a properly functioning Motion sensor deviates.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment explained. Show it:

Fig. 1 die Spektralkurve eines Geophons, das als ordungsgemäß einzustufen ist, und Fig. 1 shows the spectral curve of a geophone, which is classified as normal, and

Fig. 2 die Spektralkurve eines Geophons mit verschobener Resonanzüberhöhung, welche ein fehlerhaftes Geophon andeutet. Fig. 2 shows the spectral curve of a geophone with shifted resonance peak, which indicates a faulty geophone.

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.The spectral curve shown in FIG. 1 shows a continuously decreasing curve of the power spectrum in dB over the frequency from approximately 50 Hz to approximately 500 Hz. A resonance increase at around 290 Hz can be seen. The spectral curve is obtained by connecting a geophone to a feedback circuit and exciting it in a direction orthogonal to the direction that usually corresponds to the direction in which the geophone is used to measure geophysical data. The use of a geophone in such a deviating direction of movement would not provide any information, or at least not sufficiently usable information, that would be suitable for geophysical measurements. For use in the context of the invention, neither absolute measurement data are determined, nor is the sensitivity determined, nor is the directional dependence determined. Rather, the method according to the invention serves to determine possible parasitic resonances of the spectral curves. These emerge particularly clearly when, according to the invention, a geophone is excited in the manner claimed.

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. Fig. 2 shows a geophone that is excited according to the invention and containing a shifted parasitic peak at about 190 Hz. This is so sharp that it is clearly recognizable and easy to measure, caused by deviations in the characteristics of the sensor. In this way, shifts of only a few Hz can be detected.

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.The measurement of the deviation can either in the frequency range or in Time range. The measurement in the frequency domain takes place in the simplest case such that the desired resonance point there by Computer program automatically searched and the associated frequency is determined. A measurement in the time domain is e.g. B. possible in that the excitation frequency swept the frequency range under consideration and the time of the detected amplitude increase is determined. At a impulse excitation of the geophone would also be possible necessary spectral analysis of the impulse response is not easy desired resolution of a few Hz.

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.The resonance peaks found in the spectral curves can can be determined automatically if the general course of an error-free Geophons is used as a reference curve. Because the absolute deviations are not must be determined, it is sufficient to deviations in the resonance frequency taking into account the typical spread of error-free geophones determine.

Claims

1. A method for testing the functional properties of geophysical motion sensors, in particular geophones, in which the motion sensor is subjected to mechanical excitation and its resulting spectral behavior is recorded and evaluated, characterized in that the motion sensor is excited in a direction of vibration that is substantially orthogonal to the direction of movement runs, in which the motion receiver is usually used for a measurement task.

2. The method according to claim 1, characterized in that the excitation of the motion receiver by a force changing frequency.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Excitation takes place with a constantly changing force.

4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the exciting force is designed as a sweep signal.

5. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the stimulating force is formed as an impulse.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that from the recorded spectral behavior of the Motion receiver using a computer program Resonance peaks in the frequency domain and / or amplitude peaks in Time range of the tested motion receiver are derived, their Occurrence is correlated with a standardized spectral behavior, and that in the event of deviations above a limit, the determined Resonances of the movement receiver is rated as defective.