RU218261U1

RU218261U1 - DIGITAL SEISMOMETER

Info

Publication number: RU218261U1
Application number: RU2022131218U
Authority: RU
Inventors: Ленар Ришатович Гилязов; Мансур Эмерович Сибгатуллин; Мякзюм Халимулович Салахов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ГЕОЛТЕХ" (ООО "ГЕОЛТЕХ")
Filing date: 2022-11-29
Publication date: 2023-05-17

Abstract

Полезная модель может быть использована в системах регистрации сейсмических данных. Цифровой сейсмометр (ЦС) включает в себя последовательно соединенные сейсмоприемник (СП), блок управления и регистрации микросейсмических сигналов (БУРМС), блок процессорный (БП), размещенные в едином корпусе. В СП расположены три блока приемников микросейсмических сигналов (ПМС), ортогонально ориентированных в направлениях X, Y, Z. Каждый блок ПМС включает в себя N геофонов, которые через соответствующие N инструментальных усилителей подключены к сумматору, соединенному через обратный фильтр, состоящему из двух последовательно соединенных полосовых интеграторов, выполненных с возможностью функционирования в полосе частот от нижней граничной частоты ω₁ до собственной частоты геофона ω₀, и фильтр высоких частот (ФВЧ) с драйвером аналого-цифрового преобразователя (АЦП), подключенным к источнику опорного напряжения. БУРМС содержит блок АЦП, подключенный к блоку опорного напряжения. Блок АЦП содержит три микросхемы АЦП, каждая из которых принимает аналоговый сигнал от соответствующих геофонов и через цифровой изолятор шин данных (ЦИШД) и мультиплексор соединена с микроконтроллером БУРМС, подключенным к ЦИШД, GPS/ГЛОНАСС приемнику, соединенному с активной антенной, и генератору тактовых сигналов. БП представляет собой одноплатный компьютер, соединенный с микроконтроллером БУРМС. Одноплатный компьютер имеет карту памяти, порты USB, модуль Bluetooth, модуль Wi-Fi и разъем RJ-45 сетевого приемопередатчика Gigabit Ethernet. ФВЧ представляет собой два последовательно соединенных ФВЧ Баттерворта 2-го порядка. Драйвер АЦП представляет собой прецизионный драйвер со сверхнизкими искажениями, который преобразовывает несимметричный сигнал в симметричный. Технический результат: обеспечение возможности регистрации слабых сейсмических сигналов в большом динамическом диапазоне за счет улучшения соотношения сигнал/шум и ослабления низкочастотного шума в области частот ниже нижней граничной частоты ω₁. 8 ил.

The utility model can be used in seismic data recording systems. A digital seismometer (DS) includes a series-connected seismic receiver (SP), a microseismic signal control and recording unit (BURMS), a processor unit (BP) placed in a single housing. There are three blocks of microseismic signal receivers (MSRs) orthogonally oriented in the X, Y, Z directions in the SP. connected bandpass integrators configured to operate in the frequency band from the lower cutoff frequency ω ₁ to the natural frequency of the geophone ω ₀ , and a high-pass filter (HPF) with an analog-to-digital converter (ADC) driver connected to a reference voltage source. BURMS contains an ADC unit connected to a reference voltage unit. The ADC block contains three ADC microcircuits, each of which receives an analog signal from the corresponding geophones and is connected through a digital data bus isolator (TsIShD) and a multiplexer to a BURMS microcontroller connected to the TsIShD, a GPS / GLONASS receiver connected to an active antenna, and a clock signal generator . The PSU is a single-board computer connected to a BURMS microcontroller. The single board computer has a memory card, USB ports, a Bluetooth module, a Wi-Fi module, and an RJ-45 connector for a Gigabit Ethernet network transceiver. The HPF consists of two 2nd order Butterworth HPFs connected in series. The ADC driver is a precision, ultra-low distortion driver that converts a single-ended signal to a balanced signal. EFFECT: enabling registration of weak seismic signals in a large dynamic range by improving the signal-to-noise ratio and attenuating low-frequency noise in the frequency range below the lower cutoff frequency ω ₁ . 8 ill.

Description

Полезная модель относится к области сейсмометрии в нефтяной и газовой промышленности и может быть использована в системах регистрации сейсмических данных, например, при проведении поверхностного мониторинга операции гидравлического разрыва пласта (ГРП), поиске залежей углеводородов, определении системы естественной трещиноватости.The utility model relates to the field of seismometry in the oil and gas industry and can be used in seismic data recording systems, for example, when conducting surface monitoring of a hydraulic fracturing operation, searching for hydrocarbon deposits, and determining a natural fracture system.

В настоящее время при решении данных задач необходимо применение автономных широкополосных высокоточных цифровых сейсмометров, которые располагаются компактной группой.At present, when solving these problems, it is necessary to use autonomous broadband high-precision digital seismometers, which are located in a compact group.

Как правило, в сетях пассивного сейсмологического мониторинга в качестве сейсмических датчиков применяют сейсмометры, позволяющие работать в частотном диапазоне от 0.5 Гц до 60 Гц.As a rule, in passive seismological monitoring networks, seismometers are used as seismic sensors, allowing them to operate in the frequency range from 0.5 Hz to 60 Hz.

Организация работающей малоапертурной группы в этом случае является экономически нецелесообразной в виду высокой стоимости автономных широкополосных цифровых сейсмометров и отсутствия готовых решений на их основе для обеспечения мониторинга в режиме реального времени.The organization of a working small-aperture group in this case is not economically feasible due to the high cost of autonomous broadband digital seismometers and the lack of ready-made solutions based on them to provide real-time monitoring.

Высокая стоимость таких сейсмометров, трудоемкость их установки, последующего обслуживания и охраны делают такие работы чрезвычайно затратными.The high cost of such seismometers, the complexity of their installation, subsequent maintenance and protection make such work extremely costly.

Вместе с тем сейсмоприемники на базе геофонов, дополненные соответствующими модулями усиления и корректировки амплитудно-частотных характеристик и фильтрации, могут быть использованы в современных цифровых системах регистрации сейсмических данных.At the same time, geophone-based seismic receivers, supplemented with appropriate amplification and correction modules for amplitude-frequency characteristics and filtering, can be used in modern digital seismic data recording systems.

Подобные цифровые сейсмометры позволяют зарегистрировать сейсмические сигналы, ассоциирующиеся с залежью углеводородов, развитием трещины ГРП.Such digital seismometers make it possible to register seismic signals associated with a hydrocarbon deposit, the development of a hydraulic fracture.

Методы увеличения частотного диапазона позволяют создать сейсмический датчик, покрывающий необходимый рабочий диапазон частот в области низких частот, при этом верхняя граница частотного достигает до 1 кГц, что позволяет комплексировать методы пассивного и активного сейсмического мониторинга.Methods for increasing the frequency range make it possible to create a seismic sensor that covers the required operating frequency range in the low-frequency region, while the upper frequency limit reaches up to 1 kHz, which makes it possible to combine passive and active seismic monitoring methods.

Использование таких датчиков позволит увеличить густоту локальных сейсмологических сетей благодаря снижению затрат на их обустройство и обслуживание.The use of such sensors will increase the density of local seismological networks by reducing the cost of their arrangement and maintenance.

Прототипом является малошумящий регистратор низкочастотного аналогового сигнала, который содержит, по меньшей мере, микроконтроллер основной, микроконтроллер вспомогательный, усилитель регистрируемого сигнала, схему согласования и фильтрации, аналогово-цифровой преобразователь, формирователь тактовых частот, GPS/ГЛОНАСС приемник, карту памяти, приемопередатчик RS485, модуль беспроводной связи и схему питания, причем схема питания выполнена с возможностью подключения к аккумуляторной батарее, а приемопередатчик выполнен с возможностью подключения к проводной линии связи, входы усилителя выполнены с возможностью подключения к источникам регистрируемого сигнала, выходы усилителя подключены к входам схемы согласования и фильтрации, выходы которого подключены к аналогово-цифровому преобразователю, входы/выходы которого подключены к выходам/входам микропроцессора основного, к входу которого подключен формирователь тактовых частот, выход/вход GPS/ГЛОНАСС приемника подключены к входу/выходу микропроцессора основного, также к входам/выходам микропроцессора основного подключены выходы/входы системы питания, приемопередатчика и карты памяти, выход микропроцессора основного подключен к входу микропроцессора вспомогательного, вход/выход приемопередатчика подсоединен к выходу/входу модуля беспроводной связи, при этом все энергопотребляющие блоки и узлы подключены к системе питания (патент RU 2685067, МПК G01V 1/48, дата публикации 16.04.2019).The prototype is a low-noise low-frequency analog signal recorder, which contains at least a main microcontroller, an auxiliary microcontroller, a registered signal amplifier, a matching and filtering circuit, an analog-to-digital converter, a clock generator, a GPS / GLONASS receiver, a memory card, an RS485 transceiver, a wireless communication module and a power supply circuit, wherein the power supply circuit is configured to be connected to a battery, and the transceiver is configured to be connected to a wired communication line, the amplifier inputs are configured to be connected to sources of the recorded signal, the amplifier outputs are connected to the inputs of the matching and filtering circuit, the outputs of which are connected to an analog-to-digital converter, the inputs/outputs of which are connected to the outputs/inputs of the main microprocessor, to the input of which the clock generator is connected, the output/input of the GPS/GLONASS receiver is connected to the input/output of the main microprocessor, also to the inputs/outputs of the microprocessor outputs/inputs of the power supply system, transceiver and memory card are connected to the main microprocessor output, the main microprocessor output is connected to the auxiliary microprocessor input, the transceiver input/output is connected to the wireless communication module output/input, while all power-consuming units and nodes are connected to the power supply system (patent RU 2685067 , IPC G01V 1/48, publication date 04/16/2019).

В описании устройства-прототипа указаны известные цифровые сейсмометры - регистраторы сейсмических сигналов и их недостатки:The description of the prototype device indicates known digital seismometers - seismic signal recorders and their disadvantages:

ZET 048-С производства ZETLAB [https://zetlab.com/product-category/izmeritelno oborudovanie/seysmostantsii/];ZET 048-C manufactured by ZETLAB [https://zetlab.com/product-category/izmeritelno oborudovanie/seysmostantsii/];

Байкал-8 производства ООО «Р-сенсорс» [http://r-sensors.ru/1 _products/Descriptions/BY-8-RU.pdf];Baikal-8 produced by R-sensors LLC [http://r-sensors.ru/1_products/Descriptions/BY-8-RU.pdf];

ДЕЛЬТА-03М производства ООО «Логические системы» [http://logsys.ru/index.php?page=15].DELTA-03M manufactured by Logic Systems LLC [http://logsys.ru/index.php?page=15].

Недостатками аналогов являются:The disadvantages of analogues are:

необходимость использования первичных преобразователей различных типов с достаточно большим уровнем выходного сигнала, которые в случае электродинамических сейсмоприемников со значительной инерционной массой имеют низкую стойкость к ударным и вибрационным нагрузкам, что обусловливает низкую надежность совокупной измерительной системы, а в случае электрохимических (молекулярно-электронных) преобразователей механических величин существенно зависимы от температуры внешней среды, что приводит к неконтролируемому ухудшению соотношения сигнал/шум в процессе измерений в полевых условиях, и требует применения термостатирования, что увеличивает массогабариты и потребляемую мощность;the need to use primary transducers of various types with a sufficiently high output signal level, which, in the case of electrodynamic geophones with a significant inertial mass, have low resistance to shock and vibration loads, which leads to low reliability of the overall measuring system, and in the case of electrochemical (molecular-electronic) mechanical transducers values are significantly dependent on the ambient temperature, which leads to an uncontrolled deterioration of the signal-to-noise ratio during measurements in the field, and requires the use of temperature control, which increases the weight and power consumption;

невозможность использования первичных преобразователей с малыми уровнями выходного сигнала, вследствие малых коэффициентов усиления;the impossibility of using primary converters with low output signal levels, due to low gain factors;

невозможность сохранения приемлемого отношения сигнал/шум в случае дополнения вышеупомянутых устройств каскадом усиления со значительным коэффициентом усиления для использования первичных преобразователей с малым уровнем выходного сигнала.the impossibility of maintaining an acceptable signal-to-noise ratio in the case of supplementing the above devices with an amplification stage with a significant gain to use primary converters with a low output signal level.

Основным недостатком аналогов и прототипа является недостаточно высокое соотношение сигнал/шум при измерениях микросейсмических сигналов на частотах долей и первых герц, в частности для задач поиска углеводородов и слабых сигналов трещиноватой среды при ГРП.The main disadvantage of analogs and the prototype is not high enough signal-to-noise ratio when measuring microseismic signals at frequencies of fractions and a few hertz, in particular for the tasks of searching for hydrocarbons and weak signals of a fractured medium during hydraulic fracturing.

Таким образом, известные из уровня техники цифровые сейсмометры обладают недостатками, и требуется расширение их арсенала для удовлетворения потребностей производителей и потребителей систем регистрации сейсмических данных.Thus, digital seismometers known from the prior art have disadvantages, and their arsenal needs to be expanded to meet the needs of manufacturers and users of seismic data recording systems.

Техническая задача состоит в расширении арсенала цифровых сейсмометров путем создания цифрового сейсмометра - мобильного автономного широкополосного устройства на базе геофонов, представляющего собой трехкоординатный сейсмоприемник и регистратор сейсмических сигналов в едином корпусе, обеспечивающего возможность его использования в различных эксплуатационных условиях.The technical task is to expand the arsenal of digital seismometers by creating a digital seismometer - a mobile autonomous broadband device based on geophones, which is a three-coordinate seismic receiver and a seismic signal recorder in a single housing, which makes it possible to use it in various operating conditions.

Основным техническим результатом является обеспечение возможности регистрации слабых сейсмических сигналов в большом динамическом диапазоне за счет улучшения соотношения сигнал/шум и ослабления низкочастотного шума в области частот ниже нижней граничной частоты ω₁.The main technical result is to enable the registration of weak seismic signals in a large dynamic range by improving the signal-to-noise ratio and attenuating low-frequency noise in the frequency range below the lower cutoff frequency ω ₁ .

Технический результат достигается тем, что цифровой сейсмометр, согласно настоящей полезной модели, включает в себя последовательно соединенные сейсмоприемник, блок управления и регистрации микросейсмических сигналов, блок процессорный, размещенные в едином корпусе, причем в сейсмоприемнике расположены три блока приемников микросейсмических сигналов (ПМС), ортогонально ориентированных в направлениях X, Y, Z, при этом каждый блок ПМС включает в себя N геофонов, которые через соответствующие N инструментальных усилителей, подключены к сумматору, соединенному через обратный фильтр, состоящему из двух последовательно соединенных полосовых интеграторов, выполненных с возможностью функционирования в полосе частот от нижней граничной частоты ω₁ до собственной частоты геофона ω₀, и фильтр высоких частот с драйвером аналого-цифрового преобразователя (АЦП), подключенным к источнику опорного напряжения, блок управления и регистрации микросейсмических сигналов содержит блок АЦП, подключенный к блоку опорного напряжения, причем блок АЦП содержит три микросхемы АЦП, каждая из которых принимает аналоговый сигнал от соответствующих геофонов и через цифровой изолятор шин данных (ЦИШД) и мультиплексор соединена с микроконтроллером управления, подключенным к ЦИШД, GPS/ГЛОНАСС приемнику, соединенному с активной антенной, и генератору тактовых сигналов, а блок процессорный представляет собой одноплатный компьютер, соединенный с микроконтроллером блока управления и регистрации микросейсмических сигналов управления, причем одноплатный компьютер имеет карту памяти, порты USB, модуль Bluetooth, модуль Wi-Fi и разъем RJ-45 сетевого приемопередатчика Gigabit Ethernet, при этом на лицевой панели корпуса размещены активная GPS/ГЛОНАСС антенна, порты USB, разъем RJ-45, разъем для подключения источника питания и пузырьковый уровень горизонта, а также светодиоды для индикации режима работы цифрового сейсмометра и кнопка Старт/Стоп, подключенные к микроконтроллеру управления, причем фильтр высоких частот представляет собой два последовательно соединенных фильтра высоких частот Баттерворта 2-го порядка, при этом передаточная характеристика первого фильтра высоких частот Баттерворта 2-го порядка определяется из соотношенияThe technical result is achieved by the fact that the digital seismometer, according to the present utility model, includes a series-connected seismic receiver, a control unit and registration of microseismic signals, a processor unit, placed in a single housing, and three blocks of microseismic signal receivers (PMS) are located in the seismic receiver, orthogonally oriented in the X, Y, Z directions, with each PMS block including N geophones, which, through the corresponding N instrumentation amplifiers, are connected to an adder connected through an inverse filter, consisting of two series-connected bandpass integrators configured to operate in the band frequencies from the lower cutoff frequency ω ₁ to the natural frequency of the geophone ω ₀ , and a high-frequency filter with an analog-to-digital converter (ADC) driver connected to a reference voltage source, the microseismic signals control and recording unit contains an ADC unit connected to the reference voltage unit, moreover, the ADC block contains three ADC microcircuits, each of which receives an analog signal from the corresponding geophones and is connected through a digital data bus isolator (TsIShD) and a multiplexer to a control microcontroller connected to the TsIShD, a GPS / GLONASS receiver connected to an active antenna, and a clock generator signals, and the processor unit is a single-board computer connected to the microcontroller of the control unit and registration of microseismic control signals, and the single-board computer has a memory card, USB ports, a Bluetooth module, a Wi-Fi module and an RJ-45 connector of the Gigabit Ethernet network transceiver, while on the front panel of the case there is an active GPS/GLONASS antenna, USB ports, an RJ-45 connector, a connector for connecting a power source and a bubble level of the horizon, as well as LEDs for indicating the operating mode of a digital seismometer and a Start/Stop button connected to the control microcontroller, moreover the high-pass filter consists of two 2nd order Butterworth high-pass filters connected in series, while the transfer characteristic of the first 2nd-order Butterworth high-pass filter is determined from the relation

где V_int2 - выходной сигнал со второго полосового интегратора; V_hpƒ1 - выходной сигнал первого фильтра высоких частот Баттерворта 2-го порядка, а передаточная характеристика второго фильтра высоких частот Баттерворта 2-го порядка определяется из соотношения

where V _int2 is the output signal from the second bandpass integrator; V _hpƒ1 is the output signal of the first 2nd order Butterworth high-pass filter, and the transfer characteristic of the second 2nd order Butterworth high-pass filter is determined from the relation

где V_hpƒ2 - выходной сигнал второго фильтра высоких частот Баттерворта 2-го порядка, V_hpƒ1 - выходной сигнал первого фильтра высоких частот Баттерворта 2-го порядка, при этом драйвер аналого-цифрового преобразователя представляет собой прецизионный драйвер со сверхнизкими искажениями, который преобразовывает несимметричный сигнал в симметричный.

where V _hpƒ2 is the output of the second 2nd order Butterworth high-pass filter, V _hpƒ1 is the output of the first 2nd order Butterworth high-pass filter, and the A/D converter driver is a precision ultra-low distortion driver that converts the single-ended signal into symmetrical.

На фигурах 1, 2, 3 и 4 представлены, соответственно, функциональные схемы цифрового сейсмометра, сейсмоприемника с тремя расположенными в нем блоками ПМС, блока управления и регистрации микросейсмических сигналов, блока процессорного.Figures 1, 2, 3 and 4 show, respectively, functional diagrams of a digital seismometer, a seismic receiver with three PMS blocks located in it, a control unit and registration of microseismic signals, and a processor unit.

На фигуре 5 представлена электрическая схема каждого блока ПМС, включающая в себя N геофонов, которые через соответствующие N инструментальные усилители подключены к сумматору.Figure 5 shows the electrical circuit of each PMS unit, which includes N geophones, which are connected to the adder through the corresponding N instrumentation amplifiers.

На фигуре 6 представлена электрическая схема обратного фильтра каждого блока ПМС.The figure 6 shows the electrical circuit of the reverse filter of each block PMS.

На фигуре 7 представлена электрическая схема фильтра высоких частот каждого блока ПМС.The figure 7 shows the electrical circuit of the high-pass filter of each block PMS.

На фигуре 8 представлена электрическая схема драйвера аналого-цифрового преобразователя каждого блока ПМС.The figure 8 shows the electrical circuit of the analog-to-digital converter driver of each PMS block.

Цифровой сейсмометр (см. фиг. 1) включает в себя последовательно соединенные сейсмоприемник 1, блок 2 управления и регистрации микросейсмических сигналов и блок 3 процессорный, размещенные в едином корпусе 49.The digital seismometer (see Fig. 1) includes a series-connected seismic receiver 1, a control unit 2 and registration of microseismic signals and a processor unit 3, placed in a single housing 49.

Сейсмоприемник 1 содержит три расположенных в нем блока ПМС 4, 5 и 6, ортогонально ориентированных в направлениях, соответственно, X, Y и Z (см. фиг. 2).The geophone 1 contains three blocks located in it PMS 4, 5 and 6, orthogonally oriented in the directions, respectively, X, Y and Z (see Fig. 2).

Блок 4 сейсмоприемника 1 (Х-канал) включает в себя N геофонов 7 (7₁, 7₂…7_N), которые через соответствующие инструментальные усилители 8 (8₁, 8₂…8_N), сумматор 9, обратный фильтр 10, состоящий из двух последовательно соединенных полосовых интеграторов, выполненных с возможностью функционирования в полосе частот от нижней граничной частоты ω₁ до собственной частоты геофона ω₀, и фильтр 11 высоких частот соединены с драйвером 12 аналого-цифрового преобразователя, подключенному к источнику 13 опорного напряжения (см. фиг. 2).Block 4 seismic receiver 1 (X-channel) includes N geophones 7 (7 ₁ , 7 ₂ ... 7 _N ), which through the appropriate instrumental amplifiers 8 (8 ₁ , 8 ₂ ... 8 _N ), adder 9, inverse filter 10, consisting of two series-connected bandpass integrators, configured to operate in the frequency band from the lower cutoff frequency ω ₁ to the natural frequency of the geophone ω ₀ , and the high-frequency filter 11 are connected to the driver 12 of the analog-to-digital converter connected to the source 13 of the reference voltage (see Fig. 2).

Блок 5 сейсмоприемника 1 (Y-канал) включает в себя N геофонов 14 (14₁, 14₂…14_N), которые через соответствующие инструментальные усилители 15 (15₁, 15₂…15_N), сумматор 16, обратный фильтр 17, состоящий из двух последовательно соединенных полосовых интеграторов, выполненных с возможностью функционирования в полосе частот от нижней граничной частоты ω₁ до собственной частоты геофона ω₀, и фильтр 18 высоких частот соединены с драйвером 19 аналого-цифрового преобразователя, подключенному к источнику 20 опорного напряжения (см. фиг. 2).Block 5 seismic receiver 1 (Y-channel) includes N geophones 14 (14 ₁ , 14 ₂ ...14 _N ), which through the appropriate instrumental amplifiers 15 (15 ₁ , 15 ₂ ...15 _N ), adder 16, inverse filter 17, consisting of two series-connected bandpass integrators, configured to operate in the frequency band from the lower cutoff frequency ω ₁ to the natural frequency of the geophone ω ₀ , and the high-frequency filter 18 are connected to the analog-to-digital converter driver 19 connected to the reference voltage source 20 (see Fig. 2).

Блок 6 сейсмоприемника 1 (Z-канал) включает в себя N геофонов 21 (21₁, 2l₂…21_N), которые через соответствующие инструментальные усилители 22 (22₁, 22₂…22_N), сумматор 23, обратный фильтр 24, состоящий из двух последовательно соединенных полосовых интеграторов, выполненных с возможностью функционирования в полосе частот от нижней граничной частоты ω₁ до собственной частоты геофона ω₀, и фильтр 25 высоких частот соединены с драйвером 26 аналого-цифрового преобразователя, подключенному к источнику 27 опорного напряжения (см. фиг. 2).Block 6 seismic receiver 1 (Z-channel) includes N geophones 21 (21 ₁ , 2l ₂ ...21 _N ), which through the appropriate instrumental amplifiers 22 (22 ₁ , 22 ₂ ...22 _N ), adder 23, inverse filter 24, consisting of two series-connected bandpass integrators, configured to operate in the frequency band from the lower cutoff frequency ω ₁ to the natural frequency of the geophone ω ₀ , and the high-frequency filter 25 are connected to the driver 26 of the analog-to-digital converter connected to the source 27 of the reference voltage (see Fig. 2).

Таким образом, микросейсмические сигналы, регистрируемые геофонами (7₁, 7₂…7_N,), (14₁, 14₂…14_N,) и (21₁, 21₂…21_N) с каждого ортогонального направления, соответственно, X, Y и Z, преобразуются в аналоговые электрические сигналы.Thus, microseismic signals recorded by geophones (7 ₁ , 7 ₂ …7 _N ,), (14 ₁ , 14 ₂ …14 _N ,) and (21 ₁ , 21 ₂ …21 _N ) from each orthogonal direction, respectively, X , Y and Z are converted to analog electrical signals.

Блок 2 управления и регистрации микросейсмических сигналов (см. фиг. 3) содержит блок 28 аналого-цифрового преобразователя (АЦП), подключенный к блоку 29 опорного напряжения. Блок 28 АЦП содержит три микросхемы 30, 31, 32.Block 2 control and registration of microseismic signals (see Fig. 3) contains a block 28 analog-to-digital converter (ADC) connected to the block 29 of the reference voltage. Block 28 of the ADC contains three chips 30, 31, 32.

Микросхемы АЦП 30, 31, 32 принимают аналоговый сигнал, от соответствующих геофонов (7₁, 7₂…7_N,), (14₁, 14₂…14_N,) и (21₁, 21₂…21_N), и через, соответственно, цифровые изоляторы 33, 34, 35 шин данных (ЦИШД) и мультиплексоры 36, 37, 38 соединены с микроконтроллером 39 управления, подключенным к ЦИШД 33, 34, 35, GPS/ГЛОНАСС приемнику 40, соединенному с активной GPS/ГЛОНАСС антенной 41, и генератору 42 тактовых сигналов.ADC chips 30, 31, 32 receive an analog signal from the corresponding geophones (7 ₁ , 7 ₂ ...7 _N ,), (14 ₁ , 14 ₂ ...14 _N ,) and (21 ₁ , 21 ₂ ...21 _N ), and through, respectively, digital isolators 33, 34, 35 data buses (TsIShD) and multiplexers 36, 37, 38 connected to the microcontroller 39 control connected to TsIShD 33, 34, 35, GPS/GLONASS receiver 40 connected to the active GPS/GLONASS antenna 41, and the generator 42 clock signals.

Блок 3 процессорный (см. фиг. 4) представляет собой одноплатный компьютер 43, соединенный с микроконтроллером 39 блока 2 управления и регистрации микросейсмических сигналов управления.Block 3 processor (see Fig. 4) is a single-board computer 43 connected to the microcontroller 39 block 2 control and registration of microseismic control signals.

Одноплатный компьютер 43 имеет карту 44 памяти, порты 45 USB, модуль 46 Bluetooth, модуль 47 Wi-Fi и разъем 48 RJ-45 сетевого приемопередатчика Gigabit Ethernet.The single board computer 43 has a memory card 44, USB ports 45, a Bluetooth module 46, a Wi-Fi module 47, and a Gigabit Ethernet network transceiver RJ-45 connector 48.

На лицевой панели корпуса 49 цифрового сейсмометра размещены активная GPS/ГЛОНАСС антенна 41, порты 45 USB, разъем 48 RJ-45, разъем 50 для подключения источника питания и пузырьковый уровень 51 горизонта, а также три светодиода 52 - LED-индикаторы - («Power», «GPS», «Mode») для индикации режима работы цифрового сейсмометра и кнопка 53 "Старт/Стоп". Светодиоды 52 и кнопка 53 подключены к микроконтроллеру 39 управления.On the front panel of the body 49 of the digital seismometer there is an active GPS / GLONASS antenna 41, USB ports 45, an RJ-45 connector 48, a connector 50 for connecting a power source and a bubble level 51 of the horizon, as well as three LEDs 52 - LED-indicators - ("Power ”, “GPS”, “Mode”) to indicate the operating mode of the digital seismometer and button 53 “Start/Stop”. The LEDs 52 and the button 53 are connected to the microcontroller 39 control.

Пример конкретного выполнения и работы сейсмоприемника 1.An example of a specific implementation and operation of the geophone 1.

Сейсмоприемник 1 представляет собой трехкоординатный сейсмоприемник и является мобильным широкополосным устройством на базе геофонов GS-ONE LF с собственной частотой 4,5 Гц (URL: https://geospace-ufa.ru/products/geofonybez-korpusov/gs-one-lf/:[сайт]).Seismic receiver 1 is a three-coordinate seismic receiver and is a mobile broadband device based on GS-ONE LF geophones with a natural frequency of 4.5 Hz (URL: https://geospace-ufa.ru/products/geofonybez-korpusov/gs-one-lf/ :[website]).

Сейсмоприемник 1 содержит, в каждом блоке ПМС 4, 5, 6, платы из соответствующих инструментальных усилителей (8₁, 8₂…8_N), (15₁, 15₂…15_n), (22₁, 22₂…22_N), соответствующих сумматоров 9, 16, 23 и соответствующие схемы корректировки амплитудно-частотной характеристики каждого геофона (7₁, 7₂…7_N,), (14₁, 14₂…14_N,) и (21₁, 21₂…21_N).The seismic receiver 1 contains, in each PMS block 4, 5, 6, boards from the corresponding instrumental amplifiers (8 ₁ , 8 ₂ ... 8 _N ), (15 ₁ , 15 ₂ ... 15 _n ), (22 ₁ , 22 ₂ ... 22 _N ), the corresponding adders 9, 16, 23 and the corresponding circuits for correcting the amplitude-frequency characteristic of each geophone (7 ₁ , 7 ₂ …7 _N ,), (14 ₁ , 14 ₂ …14 _N ,) and (21 ₁ , 21 ₂ … _21N ).

Поскольку чувствительность одного геофона GS-ONE LF (89,4 В/м/с) является недостаточной в системах регистрации микросейсмических данных, на каждое ортогональное направление (X, Y, Z) установлено N геофонов: (7₁, 7₂…7_N,), (14₁, 14₂…14_N,) и (21₁, 21₂…21_N), сигналы с которых, проходя через соответствующие инструментальные усилители (8_1, 8₂…8_N), (15₁, 15₂…15_N), (22₁, 22₂…22_N), суммируются с необходимым коэффициентом усиления при помощи соответствующих сумматоров 9, 16, 23, в результате чего общая чувствительность сейсмоприемника 1 достигает величины порядка 2000 В/м/с, что сопоставимо с широкополосными цифровыми сейсмометрами, используемыми в сетях сейсмологического наблюдения.Since the sensitivity of one GS-ONE LF geophone (89.4 V/m/s) is insufficient in microseismic data recording systems, N geophones are installed for each orthogonal direction (X, Y, Z): (7 ₁ , 7 ₂ …7 _N ,), (14 ₁ , 14 ₂ …14 _N ,) and (21 ₁ , 21 ₂ …21 _N ), signals from which, passing through the corresponding instrumental amplifiers (8 _1, 8 ₂ …8 _N ), (15 ₁ , 15 ₂ ...15 _N ), (22 ₁ , 22 ₂ ...22 _N ), are summed with the required gain using the appropriate adders 9, 16, 23, resulting in the total sensitivity of the geophone 1 reaches a value of the order of 2000 V/m/s, which is comparable to broadband digital seismometers used in seismological observation networks.

На каждом геофоне (7₁, 7₂…7_N,), (14₁, 14₂…14_N,) и (21₁, 21₂…21_N) установлен коэффициент демпфирования, равный единице, при помощи, подключенного параллельно геофону, шунтирующего резистора R_d, номинал сопротивления которого определяется из соотношения:Each geophone (7 ₁ , 7 ₂ …7 _N ,), (14 ₁ , _{14 2} …14 _N ,) and (21 ₁ , 21 ₂ …21 _N ) has a damping coefficient equal to one, using a geophone connected in parallel , shunt resistor R _d , the resistance value of which is determined from the ratio:

где h_m - механическое демпфирование, R_c - сопротивление катушки геофона, m - масса подвижной части геофона, ω₀ - собственная частота геофона, G - чувствительность геофона при открытой цепи (см. фиг. 6).where h _m - mechanical damping, R _c - resistance of the geophone coil, m - mass of the moving part of the geophone, ω ₀ - natural frequency of the geophone, G - sensitivity of the geophone in open circuit (see Fig. 6).

Каждый геофон (7₁, 7₂…7_N,), (14₁, 14₂…14_N,) и (21₁, 21₂…21_N) содержит два подтягивающих резистора R_p, имеющих номинал сопротивления, равный 100 кОм, посредством которых выходные сигналы каждого геофона подтянуты к земляному потенциалу (см. фиг. 5).Each geophone (7 ₁ , 7 ₂ …7 _N ,), (14 ₁ , 14 ₂ …14 _N ,) and (21 ₁ , 21 ₂ …21 _N ) contains two pull-up resistors R _p with a resistance value of 100 kOhm , by means of which the output signals of each geophone are pulled up to ground potential (see Fig. 5).

Каждый инструментальный усилитель (8₁, 8₂…8_N), (15₁, 15₂…15_n), (22₁, 22₂…22_N) представляет собой дифференциальный усилитель со сверхнизкими шумами с коэффициентом усиления 0 дБ (см. фиг. 5).Each instrumentation amplifier (8 ₁ , 8 ₂ ... 8 _N ), (15 ₁ , 15 ₂ ... 15 _n ), (22 ₁ , 22 ₂ ... 22 _N ) is an ultra-low noise differential amplifier with a gain of 0 dB (see Fig. Fig. 5).

Выходной дифференциальный сигнал каждого геофона (7₁, 7₂…7_N,), (14₁, 14₂…14_N,) и (21₁, 21₂…21_N) поступает на соответствующий инструментальный усилитель (8₁, 8₂…8_N), (15₁, 15₂…15_N), (22₁, 22₂…22_N), который преобразует симметричный сигнал в несимметричный.The output differential signal of each geophone (7 ₁ , 7 ₂ …7 _N ,), (14 ₁ , 14 ₂ …14 _N ,) and (21 ₁ , 21 ₂ …21 _N ) goes to the corresponding instrumental amplifier (8 ₁ , 8 ₂ …8 _N ), (15 ₁ , 15 ₂ …15 _N ), (22 ₁ , 22 ₂ …22 _N ), which converts a balanced signal into an unbalanced one.

Выходной сигнал каждого инструментального усилителя (8₁, 8₂…8_N), (15₁, 15₂…15_N), (22₁, 22₂…22_N) поступает на соответствующий сумматор 9, 16, 23, который производит суммирование всех сигналов от N геофонов (7₁, 7₂…7_N,), (14₁, 14₂…14_N,) и (21₁, 21₂…21_N) в соответствующем ортогональном направлении (X, Y, Z).The output signal of each instrumental amplifier (8 ₁ , 8 ₂ ... 8 _N ), (15 ₁ , _{15 2} ... 15 _N ), (22 ₁ , 22 ₂ ... 22 _N ) is fed to the corresponding adder 9, 16, 23, which performs summation all signals from N geophones (7 ₁ , 7 ₂ …7 _N ,), (14 ₁ , 14 ₂ …14 _N ,) and (21 ₁ , 21 ₂ …21 _N ) in the corresponding orthogonal direction (X, Y, Z) .

Данное суммирование приводит к уменьшению шума в выходном сигнале и увеличивает соотношение сигнал/шум в

раз.This summation reduces the noise in the output signal and increases the signal-to-noise ratio in

once.

Каждый сумматор 9, 16, 23 представляет собой аналоговый сумматор на операционном усилителе, причем выходной сигнал V_sum на выходе каждого сумматора 9, 16, 23 определяется из соотношения:Each adder 9, 16, 23 is an analog adder on an operational amplifier, and the output signal V _sum at the output of each adder 9, 16, 23 is determined from the relationship:

где V₁, V₂,…V_N - выходные напряжения с каждого геофона, а соотношение номиналов резисторов R_ƒ и R_a задает необходимый коэффициент усиления суммарного сигнала (см. фиг. 5).where V ₁ , V ₂ ,…V _N are the output voltages from each geophone, and the ratio of resistor values R _ƒ and R _a sets the required gain of the total signal (see Fig. 5).

Основным ограничением аппаратной корректировки частотной характеристики геофона является наличие аппаратного шума, прежде всего шума операционных усилителей.The main limitation of the hardware correction of the geophone frequency response is the presence of hardware noise, primarily the noise of operational amplifiers.

В качестве операционных усилителей, входящих в состав сумматоров 9, 16, 23, обратных фильтров 10, 17, 24 выбраны малошумящие прецизионные операционные усилители ОРА2211 от компании Texas Instruments со спектральной плотностью мощности шума 1,1 нВ/Гц.As operational amplifiers included in adders 9, 16, 23, inverse filters 10, 17, 24, low-noise precision operational amplifiers OPA2211 from Texas Instruments with a noise power spectral density of 1.1 nV/Hz were selected.

Данные усилители имеют сверхнизкие значения температурного дрейфа и низкое электропотребление, что является преимуществом при применении в автономных системах сейсмологического мониторинга.These amplifiers have ultra-low temperature drift and low power consumption, which is an advantage when used in stand-alone seismological monitoring systems.

Для восстановления амплитудно-частотной характеристики каждого геофона (7₁, 7₂…7_N,), (14₁, 14₂…14_N,) и (21₁, 21₂…21_N) в диапазоне частот от ω₁ до ω₀, где ω₀ собственная частота геофона, а ω₁ нижняя частота коррекции амплитудно-частотной характеристики геофона, использована схема коррекции на основе обратного фильтра.To restore the amplitude-frequency characteristic of each geophone (7 ₁ , 7 ₂ …7 _N ,), (14 ₁ , 14 ₂ …14 _N ,) and (21 ₁ , 21 ₂ …21 _N ) in the frequency range from ω ₁ to ω ₀ , where ω ₀ is the natural frequency of the geophone, and ω ₁ is the lower frequency of correction of the amplitude-frequency characteristic of the geophone, a correction scheme based on an inverse filter is used.

Выходной сигнал с каждого сумматора 9, 16, 23 поступает на соответствующий обратный фильтр 10, 17, 24, каждый из которых представляет собой два последовательно соединенных интегратора с крутизной частотной характеристики 12 дБ/октаву (крутизна частотной характеристики каждого интегратора 6 дБ/октаву).The output signal from each adder 9, 16, 23 is fed to the corresponding inverse filter 10, 17, 24, each of which is two series-connected integrators with a frequency response slope of 12 dB/octave (the frequency response slope of each integrator is 6 dB/octave).

Реализация каждого обратного фильтра 10, 17, 24 на базе двух последовательно соединенных интеграторов представлена на фиг. 6.The implementation of each inverse filter 10, 17, 24 based on two serially connected integrators is shown in Fig. 6.

Передаточная характеристика первого полосового интегратора определяется из соотношения:The transfer characteristic of the first bandpass integrator is determined from the relationship:

где V_int1 - выходной сигнал первого полосового интегратора; V_sum - выходной сигнал с сумматора.where V _int1 is the output signal of the first bandpass integrator; V _sum - output signal from the adder.

По заданным значениям С₁, R₂, R₃ можно определить номиналы сопротивления R₁ и R₄ при помощи следующих уравнений:Given the values of C ₁ , R ₂ , R ₃ , you can determine the resistance values R ₁ and R ₄ using the following equations:

Передаточная характеристика второго полосового интегратора определяется из соотношения:The transfer characteristic of the second bandpass integrator is determined from the relationship:

где V_int2 - выходной сигнал со второго полосового интегратора, V_intl - выходной сигнал с первого полосового интегратора.where V _int2 is the output signal from the second bandpass integrator, V _intl is the output signal from the first bandpass integrator.

По заданным значениям C₂, R₆, R₇ можно определить номиналы сопротивления R₅ и R₈ при помощи следующих уравнений:Given the values of C ₂ , R ₆ , R ₇ you can determine the resistance values R ₅ and R ₈ using the following equations:

Соответственно два последовательно включенных интегратора формируют передаточную характеристику:Accordingly, two series-connected integrators form a transfer characteristic:

Для расширения частотного диапазона геофона GS-ONE LF в области 0,5-4,5 Гц, использована схема коррекции на основе обратного фильтра.To expand the frequency range of the GS-ONE LF geophone in the region of 0.5-4.5 Hz, a correction scheme based on an inverse filter was used.

Обратные фильтры 10, 17, 24 имеют усиление 12 дБ на октаву в полосе частот 0,5-4,5 Гц.Inverse filters 10, 17, 24 have a gain of 12 dB per octave in the frequency band of 0.5-4.5 Hz.

Для того, чтобы обеспечить устойчивый режим работы схемы коррекции и подавления низкочастотного шума, который усиливается при прохождении обратного фильтра в полосе частот ниже частоты корректировки ω₁ (в области частот ниже 0,5 Гц) были применены, в качестве фильтров 11, 18, 25 высоких частот, два последовательно соединенных фильтра высоких частот Баттерворта 2-го порядка, которые подавляют все частоты ниже 0,5 Гц.In order to ensure a stable mode of operation of the correction circuit and suppression of low-frequency noise, which is amplified when passing the reverse filter in the frequency band below the correction frequency ω ₁ (in the frequency range below 0.5 Hz), filters 11, 18, 25 high-pass, two series-connected 2nd order Butterworth high-pass filters that suppress all frequencies below 0.5 Hz.

Реализация каждого фильтра 11, 18, 25 высоких частот на базе двух последовательно соединенных фильтров высоких частот Баттерворта 2-го порядка представлена на фиг. 7.The implementation of each high-pass filter 11, 18, 25 based on two series-connected 2nd order Butterworth high-pass filters is shown in FIG. 7.

Передаточная характеристика первого фильтра высоких частот Баттерворта 2-го порядка определяется из соотношения:The transfer characteristic of the first 2nd order Butterworth high-pass filter is determined from the relationship:

где V_int2 - выходной сигнал со второго полосового интегратора; V_hpƒ1 - выходной сигнал первого фильтра высоких частот Баттерворта 2-го порядка.where V _int2 is the output signal from the second bandpass integrator; V _hpƒ1 is the output signal of the first 2nd order Butterworth high-pass filter.

Передаточная характеристика второго фильтра высоких частот Баттерворта 2-го порядка определяется из соотношения:The transfer characteristic of the second high-pass Butterworth 2nd order filter is determined from the relationship:

где V_hpƒ2 - выходной сигнал второго фильтра высоких частот Баттерворта 2-го порядка; V_hpƒ1 - выходной сигнал первого фильтра высоких частот Баттерворта 2-го порядка.where V _hpƒ2 - the output signal of the second high-pass filter Butterworth 2nd order; V _hpƒ1 is the output signal of the first 2nd order Butterworth high-pass filter.

Для передачи аналогового сигнала в тракт аналого-цифровых преобразователей выходной сигнал с каждого фильтра 11, 18, 25 высоких частот подключен к соответствующему драйверу 12, 19, 26 аналого-цифрового преобразователя, в качестве которых выбраны прецизионные драйверы LMP8350 со сверхнизкими искажениями, которые преобразовывают несимметричный сигнал в симметричный. Реализация каждого драйвера 12, 19, 26 аналого-цифрового преобразователя представлена на фиг. 8.To transmit an analog signal to the path of analog-to-digital converters, the output signal from each high-pass filter 11, 18, 25 is connected to the corresponding driver 12, 19, 26 of the analog-to-digital converter, which are precision LMP8350 drivers with ultra-low distortion, which convert unbalanced the signal is symmetrical. The implementation of each A/D converter driver 12, 19, 26 is shown in FIG. 8.

Содержащиеся, в каждом блоке ПМС 4, 5, 6, платы из соответствующих инструментальных усилителей (8₁, 8₂…8_N), (15₁, 15₂…15_N), (22₁, 22₂…22_N), соответствующих сумматоров 9, 16, 23 и соответствующие схемы корректировки амплитудно-частотной характеристики каждого геофона GS-ONE LF (7₁, 7₂…7_N,), (14₁, 14₂…14_N,) и (21₁, 21₂…21_N), позволяют расширить рабочий частотный диапазон геофонов GS-ONE LF в сторону низких частот с первоначальной 4,5 Гц до 0,5 Гц.Contained, in each block PMS 4, 5, 6, boards from the corresponding instrumental amplifiers (8 ₁ , 8 ₂ ... 8 _N ), (15 ₁ , 15 ₂ ... 15 _N ), (22 ₁ , 22 ₂ ... 22 _N ), the corresponding adders 9, 16, 23 and the corresponding circuits for correcting the amplitude-frequency characteristic of each GS-ONE LF geophone (7 ₁ , 7 ₂ ... 7 _N ,), (14 ₁ , 14 ₂ ... 14 _N ,) and (21 ₁ , 21 ₂ ... 21 _N ), allow you to expand the operating frequency range of GS-ONE LF geophones towards low frequencies from the initial 4.5 Hz to 0.5 Hz.

Точность измерения аналого-цифрового преобразователя, а также его температурная стабильность зависит в значительной степени от точности и стабильности источника опорного напряжения.The measurement accuracy of an analog-to-digital converter, as well as its temperature stability, depends to a large extent on the accuracy and stability of the reference voltage source.

Точность преобразования при проведении абсолютных измерений определяется точностью опорного сигнала. Однако в задачах сейсмологического мониторинга главным показателем является не абсолютная точность, а стабильность и повторяемость результатов измерения с малым уровнем вносимого аппаратного шума. Поэтому в качестве источников 12, 19, 26 опорного напряжения выбрана микросхема ADR02, которая имеет выходное напряжение 5 В, значение шума 10 мкВ в полосе частот 0,1-10 Гц и температурную стабильность 3 ppm/С.The conversion accuracy for absolute measurements is determined by the accuracy of the reference signal. However, in the tasks of seismological monitoring, the main indicator is not absolute accuracy, but the stability and repeatability of measurement results with a low level of introduced hardware noise. Therefore, the ADR02 microcircuit was chosen as sources 12, 19, 26 of the reference voltage, which has an output voltage of 5 V, a noise value of 10 μV in a frequency band of 0.1-10 Hz, and a temperature stability of 3 ppm/C.

Таким образом, выполнение сейсмоприемника 1 в соответствии с предложенным примером конкретного выполнения, позволяет регистрировать слабые сейсмические сигналы в большом динамическом диапазоне за счет улучшения соотношения сигнал/шум и ослабления низкочастотного шума в области частот ниже нижней граничной частоты ω₁, повысить помехозащищенность выходного сигнала за счет использования симметричного выходного сигнала, повысить точность и достоверность регистрируемых сейсмических сигналов за счет применения группирования геофонов, повысить надежность и мобильность работы устройства при полевом использовании за счет применения геофонов в качестве первичного преобразователя.Thus, the execution of the seismic receiver 1 in accordance with the proposed example of a specific implementation, allows you to register weak seismic signals in a large dynamic range by improving the signal-to-noise ratio and attenuating low-frequency noise in the frequency range below the lower cutoff frequency ω ₁ , increase the noise immunity of the output signal due to use of a symmetrical output signal, increase the accuracy and reliability of recorded seismic signals through the use of geophone grouping, increase the reliability and mobility of the device in field use through the use of geophones as a primary converter.

Пример конкретного выполнения и работы блока 2 управления и регистрации микросейсмических сигналов.An example of a specific implementation and operation of the control unit 2 and registration of microseismic signals.

Блок 2 управления и регистрации микросейсмических сигналов предназначен для сбора аналогового сигнала, поступающего с блока 1 сейсмоприемника, и управления режимами работы цифрового сейсмометра.Block 2 control and registration of microseismic signals is designed to collect the analog signal coming from the block 1 of the seismic receiver, and control modes of operation of the digital seismometer.

Блок 2 содержит плату фильтрации и оцифровки аналоговых сигналов, полученных с сейсмоприемника 1, микроконтроллер 39 управления и модуль синхронизации.Block 2 contains a board for filtering and digitizing analog signals received from a seismic receiver 1, a control microcontroller 39 and a synchronization module.

Плата фильтрации и оцифровки аналоговых сигналов позволяет одновременно выполнять оцифровку сигналов по трем каналам цифрового сейсмометра.The board for filtering and digitizing analog signals allows you to simultaneously digitize signals from three channels of a digital seismometer.

Микроконтроллер 39 управления представляет собой микроконтроллер STM32F030C, работающий на частоте 48 МГц.The control microcontroller 39 is an STM32F030C microcontroller operating at 48 MHz.

Программное обеспечение микроконтроллера 39 блока 2 управления и регистрации предназначено для выполнения логики работы основных узлов цифрового сейсмометра.The software of the microcontroller 39 of the control and registration unit 2 is designed to execute the logic of the operation of the main components of a digital seismometer.

Блок 2 управления и регистрации обеспечивает следующие функции:Control and registration unit 2 provides the following functions:

синхронизация цифрового сейсмометра с астрономическим временем и определение его географических координат;synchronization of a digital seismometer with astronomical time and determination of its geographic coordinates;

установка расписания времени начала и остановки регистрации данных ММ;setting the start and stop time schedule for MM data recording;

запуск и остановка режима регистрации данных от кнопки 53 «Старт/Стоп», размещенной на лицевой панели корпуса 49;starting and stopping the data recording mode from the button 53 "Start / Stop" located on the front panel of the housing 49;

индикация статуса и режимов работ цифрового сейсмометра при помощи светодиодов 52, размещенных на лицевой панели корпуса 49;indication of the status and modes of operation of the digital seismometer using LEDs 52 located on the front panel of the housing 49;

оцифровка сигналов, поступающих с сейсмоприемника 1;digitization of signals coming from geophone 1;

формирование и передача массива данных на одноплатный компьютер 43 по интерфейсу SPI;formation and transmission of the data array to the single-board computer 43 via the SPI interface;

прием и обработка управляющих команд с одноплатного компьютера 43 по интерфейсу SPI.receiving and processing control commands from a single-board computer 43 via the SPI interface.

Модуль синхронизации включает в себя GPS/ГЛОНАСС приемник 40 и генератор 42 тактовых сигналов, соединенный с микроконтроллером 39. Модуль синхронизации измерительного комплекса по GPS/ГЛОНАСС позволяет осуществлять синхронную запись с сейсмоприемника 1 с заданной точностью. GPS/ГЛОНАСС приемник 40 соединен с активной антенной 41 и обеспечивает привязку измеряемых микросейсмических сигналов к мировому времени и текущим географическим координатам.The synchronization module includes a GPS/GLONASS receiver 40 and a clock signal generator 42 connected to the microcontroller 39. The synchronization module of the measuring complex via GPS/GLONASS allows synchronous recording from the seismic receiver 1 with a given accuracy. GPS/GLONASS receiver 40 is connected to the active antenna 41 and provides binding of the measured microseismic signals to world time and current geographic coordinates.

На качество записанной информации при регистрации микросейсмического сигнала существенное влияние оказывает правильно подобранный аналого-цифровой преобразователь.The quality of the recorded information when registering a microseismic signal is significantly affected by a properly selected analog-to-digital converter.

Частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя определяет, с какой частотой будет выполняться выборка аналогового сигнала и преобразовываться в цифровой сигнал.The sampling rate of the A/D converter determines how often the analog signal will be sampled and converted to a digital signal.

Чем выше частота дискретизации, тем ближе результат преобразования к исходному сигналу. С учетом того, что верхняя граничная частота геофонов (7₁, 7₂…7_N,), (14₁, 14₂…14_N,), (21₁, 21₂…21_N) ограничена величиной порядка 1 кГц, частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя выбрана в области 4 кГц.The higher the sampling frequency, the closer the result of the conversion to the original signal. Taking into account the fact that the upper boundary frequency of geophones (7 ₁ , 7 ₂ …7 _N ,), (14 ₁ , 14 ₂ …14 _N ,), (21 ₁ , 21 ₂ …21 _N ) is limited to a value of about 1 kHz, the frequency sampling of the analog-to-digital converter is selected in the 4 kHz region.

Важным параметром, определяющим качество преобразования, является разрядность аналого-цифрового преобразователя.An important parameter that determines the quality of the conversion is the bit depth of the analog-to-digital converter.

Разрядность определяет количество уровней квантования входного аналогового сигнала и характеризует порог чувствительности и динамический диапазон аналого-цифрового преобразователя.The bit depth determines the number of quantization levels of the input analog signal and characterizes the sensitivity threshold and the dynamic range of the analog-to-digital converter.

С учетом требования повышенной точности измерений за счет более высокого уровня разрядности оцифровки, в качестве АЦП 30, 31, 32 выбран 32 битный сигма-дельта аналого-цифровой преобразователь ADS1281IPW от компании Texas Instruments.Taking into account the requirement for increased measurement accuracy due to a higher level of digitization bits, a 32-bit sigma-delta analog-to-digital converter ADS1281IPW from Texas Instruments was chosen as ADC 30, 31, 32.

В составе микросхем АЦП 30, 31, 32 имеется встроенный цифровой фильтр с бесконечной импульсной характеристикой первого порядка, что позволяет подавлять низкочастотный тренд, который может присутствовать в сигнале от соответствующих геофонов (7₁, 7₂…7_N,), (14₁, 14₂…14_N,), (21₁, 21₂…21_N), вне рабочем диапазоне частот.The ADC microcircuits 30, 31, 32 have a built-in digital filter with an infinite impulse response of the first order, which makes it possible to suppress the low-frequency trend that may be present in the signal from the corresponding geophones (7 ₁ , 7 ₂ ... 7 _N ,), (14 ₁ , 14 ₂ …14 _N ,), (21 ₁ , 21 ₂ …21 _N ), outside the operating frequency range.

За счет применения в блоке 2 управления и регистрации трех аналого-цифровых преобразователей (микросхемы АЦП 30, 31, 32), оцифровка сигнала от соответствующих геофонов (7₁, 7₂…7_N,), (14₁, 14₂…14_N,), (21₁, 21₂…21_N) выполняется одновременно, в отличие от последовательной оцифровки сигнала в известных устройствах.Due to the use of three analog-to-digital converters (ATC microcircuits 30, 31, 32) in the control unit 2 and registration, digitization of the signal from the corresponding geophones (7 ₁ , 7 ₂ ... 7 _N ,), (14 ₁ , 14 ₂ ... 14 _N ,), (21 ₁ , 21 ₂ ...21 _N ) is performed simultaneously, in contrast to the sequential digitization of the signal in known devices.

Это позволяет более точно определять поляризацию микросейсмического сигнала, которая необходима в задачах определения направления прихода сейсмической волны, а также для локализации гипоцентра сейсмического источника методами поляризационного анализа.This makes it possible to more accurately determine the polarization of a microseismic signal, which is necessary in the problems of determining the direction of arrival of a seismic wave, as well as for localizing the hypocenter of a seismic source using polarization analysis methods.

Частота оцифровки АЦП 30, 31, 32 задается программно и устанавливается от 250 Гц до 4 кГц.The digitizing frequency of the ADC 30, 31, 32 is set by software and is set from 250 Hz to 4 kHz.

В качестве блока 29 опорного напряжения выбрана микросхема ADR02 от компании Analog Devices, которая имеет выходное напряжение 5 В, значение шума 10 мкВ в полосе частот 0,1-10 Гц и температурную стабильность 3 ppm/С.The ADR02 chip from Analog Devices was chosen as the voltage reference unit 29, which has an output voltage of 5 V, a noise figure of 10 μV in a frequency band of 0.1-10 Hz, and a temperature stability of 3 ppm/C.

Реальный потенциал высокоточного аналого-цифрового преобразователя может быть достигнут только при хорошем разделении аналоговых и цифровых цепей. Цифровые компоненты, работающие с высокочастотными логическими сигналами, могут создавать значительные радиочастотные помехи, которые в свою очередь через возвратные токи могут инжектироваться в контур аналогового сигнала. Поэтому в системах со смешанными сигналами крайне желательно физически отделить чувствительные аналоговые компоненты от шумных цифровых компонент, предотвращая тем самым наложение цифровых шумов на аналоговые цепи сигналов преобразователя и, как результат, улучшить соотношение сигнал-шум, помехозащищенность и электромагнитную совместимость.The real potential of a high-precision analog-to-digital converter can only be achieved with a good separation of the analog and digital circuits. Digital components that operate at high frequency logic signals can generate significant RF noise, which in turn can be injected into the analog signal loop via return currents. Therefore, in mixed-signal systems, it is highly desirable to physically separate sensitive analog components from noisy digital components, thereby preventing digital noise from superimposing digital noise on the converter's analog signal circuits and, as a result, improving signal-to-noise ratio, noise immunity, and electromagnetic compatibility.

По этой причине аналоговая часть схемы, содержащая АЦП 30, 31, 32, гальванически изолирована от шумных цифровых компонент при помощи, соответственно, ЦИШД 33, 34, 35, в качестве которых выбран цифровой изолятор шин данных ADuM 140х от компании Analog Devices.For this reason, the analog part of the circuit, containing the ADC 30, 31, 32, is galvanically isolated from noisy digital components using, respectively, TsIShD 33, 34, 35, for which the digital data bus isolator ADuM 140x from Analog Devices was chosen.

Сбор данных, задание режимов работы и синхронизация всех трех АЦП 30, 31, 32 осуществляется программно, через синхронно-последовательный интерфейс SPI, при помощи микроконтроллера 39 управления, в качестве которого выбран микроконтроллер STM32F030C от компании STMicroelectronics.Data acquisition, setting of operating modes and synchronization of all three ADCs 30, 31, 32 is carried out by software, via the SPI synchronous-serial interface, using the control microcontroller 39, which is the STM32F030C microcontroller from STMicroelectronics.

Однако интерфейс SPI АЦП 30, 31, 32 не имеет порта Chip Select, позволяющего подключать к одному ведущему устройству несколько ведомых устройств.However, the SPI interface of the ADC 30, 31, 32 does not have a Chip Select port that allows you to connect several slave devices to one master device.

Для того чтобы решить данную проблему, использованы мультиплексоры 36, 37, 38, в качестве которых выбран мультиплексор TS5A3357 от компании Texas Instruments, что позволило как взаимодействовать каждым аналого-цифровым преобразователем в отдельности, так и отправлять широковещательные команды одновременно всем трем АЦП 30, 31, 32.In order to solve this problem, multiplexers 36, 37, 38 were used, for which the TS5A3357 multiplexer from Texas Instruments was chosen, which made it possible both to interact with each analog-to-digital converter separately and to send broadcast commands simultaneously to all three ADCs 30, 31 , 32.

За счет применения модуля синхронизации, достигается привязка измеряемых микросейсмических сигналов к мировому времени и к текущим географическим координатам. В качестве GPS/ГЛОНАСС приемника 40 выбран энергоэффективный GPS/ГЛОНАСС приемник SIM68ML от компании Simcom, построенный на базе чипсета MediaTek, обладающий малым током потребления и большой чувствительностью в совмещенном режиме GPS/ГЛОНАСС. Чувствительность приемника SIM68ML составляет порядка - 160 дБм и обладает функцией фильтрации помех и оповещения об их наличии, работает в комплексе с активной антенной 41, которая имеет встроенный LNA усилитель/фильтр на 28 дБи и крепится на лицевой панели корпуса 49 цифрового сейсмометра. Приемник SIM68ML подключен к микроконтроллеру 39 посредством последовательного интерфейса UART, работающего на скорости 115200 бод/сек. Помимо этого, приемник SIM68ML также выдает сигнал PPS (Pulse Per Second).Due to the use of the synchronization module, the binding of the measured microseismic signals to the world time and to the current geographical coordinates is achieved. As a GPS/GLONASS receiver 40, an energy-efficient SIM68ML GPS/GLONASS receiver from Simcom was chosen, built on the basis of the MediaTek chipset, which has low current consumption and high sensitivity in the combined GPS/GLONASS mode. The sensitivity of the SIM68ML receiver is about -160 dBm and has the function of filtering interference and alerting about their presence, it works in conjunction with an active antenna 41, which has a built-in LNA amplifier / filter for 28 dBi and is mounted on the front panel of the housing 49 of the digital seismometer. The SIM68ML receiver is connected to the microcontroller 39 via a UART serial interface operating at 115200 bps. In addition, the SIM68ML receiver also provides a PPS (Pulse Per Second) signal.

Момент передачи сообщения GPS/ГЛОНАСС приемника 40 никак не связан с передним фронтом сигнала PPS. В случае привязки GPS/ГЛОНАСС приемника 40 к спутникам, данная микросхема начинает генерировать сигнал PPS и между сигналами PPS выдает через интерфейс UART точное время по Гринвичу и координаты устройства.The timing of the transmission of the GPS/GLONASS receiver 40 message has nothing to do with the rising edge of the PPS signal. If the GPS/GLONASS receiver 40 is bound to the satellites, this microcircuit starts generating a PPS signal and between PPS signals outputs the exact GMT and device coordinates via the UART interface.

Сигнал PPS подключен на один из портов общего назначения микроконтроллера 39.The PPS signal is connected to one of the general purpose ports of the microcontroller 39.

При поступлении сигнала PPS, в микроконтроллере 39 срабатывает внешнее прерывание, в обработчике данного прерывания микроконтроллер 39 считывает сообщение с GPS/ГЛОНАСС приемника 40.When a PPS signal is received, an external interrupt is triggered in the microcontroller 39, in the handler of this interrupt, the microcontroller 39 reads a message from the GPS / GLONASS receiver 40.

Далее происходит валидация данного сообщения и в случае успешной валидации, выполняется парсинг данных и считывается текущее время, которое соответствует последнему сигналу PPS.Next, this message is validated, and in case of successful validation, the data is parsed and the current time is read, which corresponds to the last PPS signal.

Следующим шагом микроконтроллер 39 программирует внутренние часы реального времени, записывает полученные временные данные для следующей секунды времени и ждет прихода очередного сигнала PPS. При поступлении очередного сигнала PPS, в микроконтроллере 39 также срабатывает внешнее прерывание, в обработчике прерывания микроконтроллер 39 запускает часы реального времени уже с записанными временными данными. Далее работа часов тактируется от внешнего высокостабильного генератора 42 тактовых сигналов в качестве которого выбран высокоточный термокомпенсированный кварцевый генератор с частотой 12,8 МГц и стабильностью частоты 0.28 ppm.In the next step, the microcontroller 39 programs the internal real-time clock, writes the received time data for the next second of time and waits for the next PPS signal. When the next PPS signal is received, an external interrupt is also triggered in the microcontroller 39, in the interrupt handler the microcontroller 39 starts the real-time clock already with the recorded time data. Further, the clock operation is clocked from an external highly stable clock generator 42, which is a high-precision thermally compensated quartz oscillator with a frequency of 12.8 MHz and a frequency stability of 0.28 ppm.

Пример конкретного выполнения и работы процессорного блока 3.An example of a specific implementation and operation of the processor unit 3.

Блок 3 представляет собой одноплатный компьютер 43, построенный на базе процессора Broadcom ВСМ2711, Cortex-А72 @ 1.5GHz, который через последовательный интерфейс SPI, сопряжен с блоком 2 управления и регистрации.Block 3 is a single-board computer 43, built on the basis of the Broadcom BCM2711 processor, Cortex-A72 @ 1.5GHz, which, via a serial SPI interface, is interfaced with the control and registration block 2.

В данной конфигурации блок 2 является ведомым устройством и управление блоком 2 полностью осуществляется через одноплатный компьютер 43.In this configuration, unit 2 is the slave device and unit 2 is controlled entirely through the single board computer 43.

Программное обеспечения для процессорного блока 3 реализовано в виде скрипта, которое запускается во время загрузки операционной системы и обеспечивает следующие функции:The software for the processor unit 3 is implemented as a script that runs during the boot of the operating system and provides the following functions:

считывание с карты памяти 44 информации, определяющей текущую настройку режима работы цифрового сейсмометра и ее передачу на микроконтроллер 39 блока 2 управления и регистрации по интерфейсу SPI;reading from the memory card 44 information that determines the current setting of the mode of operation of the digital seismometer and its transmission to the microcontroller 39 block 2 control and registration interface SPI;

прием массива данных, отправленных микроконтроллером 39 блока 2 управления и регистрации, последующая запись на карту памяти 44 microSD и/или потоковую передачу через разъем 48 RJ-45 сетевого приемопередатчика Gigabit Ethernet на внешнее устройство;receiving an array of data sent by the microcontroller 39 of the control and registration unit 2, subsequent recording to the microSD memory card 44 and/or streaming through the RJ-45 connector 48 of the Gigabit Ethernet network transceiver to an external device;

прием команд управления с внешнего устройства;receiving control commands from an external device;

отправка команд на блок 2 управления и регистрации.sending commands to the block 2 control and registration.

Текущие настройки режима работы цифрового сейсмометра хранятся на карте памяти 44 microSD процессорного блока 3. Процессорный блок 3 работает на операционной системе GNU Linux и для сопряжения с внешними устройствами имеет на борту несколько портов 45 USB, модуль 46 Bluetooth Bluetooth 5.0 Low Energy, модуль 47 Wi-Fi 2.4GHz/5GHz IEEE 802.11 b/g/n/ac и разъем 48 RJ-45 сетевого приемопередатчика Gigabit Ethernet.The current settings of the digital seismometer operation mode are stored on the 44 microSD memory card of the processor unit 3. The processor unit 3 runs on the GNU Linux operating system and has several 45 USB ports, a 46 Bluetooth module Bluetooth 5.0 Low Energy, a 47 Wi module for interfacing with external devices. -Fi 2.4GHz/5GHz IEEE 802.11 b/g/n/ac and 48 RJ-45 Gigabit Ethernet network transceiver.

Цифровой сейсмометр работает следующим образом.Digital seismometer works as follows.

Перед началом работы, цифровой сейсмометр устанавливается на горизонтальную поверхность, уровень горизонта которого определяется через пузырьковый уровень горизонта 51 расположенной на лицевой панели устройства. При включении питания цифрового сейсмометра, на процессорном блоке 3 происходит загрузка операционной системы, после чего запускается программа управления устройством и происходит считывание с карты 44 памяти информации, определяющей настройку режима работы цифрового сейсмометра.Before starting work, the digital seismometer is installed on a horizontal surface, the horizon level of which is determined through the bubble level of the horizon 51 located on the front panel of the device. When the power of the digital seismometer is turned on, the operating system is loaded on the processor unit 3, after which the device control program is launched and information is read from the memory card 44 that determines the setting of the digital seismometer operation mode.

Информация о режиме работы цифрового сейсмометра определяет: частоту оцифровки сейсмического сигнала, активные каналы регистрации данных, режим работы устройства (режим ожидания или режим регистрации сейсмических сигналов), расписание времени начала и остановки регистрации данных, направление потока оцифрованных данных или запись на карту 44 памяти или потоковую передачу через разъем 48 сетевого приемопередатчика Gigabit Ethernet.Information about the mode of operation of a digital seismometer determines: the frequency of digitizing a seismic signal, active channels of data acquisition, the mode of operation of the device (standby mode or seismic signal recording mode), the schedule for starting and stopping data recording, the direction of the flow of digitized data or recording on a memory card 44 or streaming through connector 48 of the Gigabit Ethernet network transceiver.

Все настройки работы цифрового сейсмометра для полной инициализации устройства отправляются на микроконтроллер 39 блока 2 управления посредством синхронно-последовательного интерфейса SPI. После чего микроконтроллер 39 в зависимости от текущих настроек переходит или в режим ожидания, или в режим регистрации сейсмических сигналов.All settings for the operation of a digital seismometer for complete initialization of the device are sent to the microcontroller 39 of the control unit 2 via the SPI synchronous serial interface. After that, the microcontroller 39, depending on the current settings, switches either to the standby mode or to the seismic signal registration mode.

В режиме ожидания микроконтроллер 39 поддерживает следующие функциональные команды: старт режима регистрации данных, задание расписания времени начала и остановки регистрации данных, задание настройки режима работы цифрового сейсмометра.In the standby mode, the microcontroller 39 supports the following functional commands: start of the data recording mode, setting the schedule for the start and stop of data recording, setting the digital seismometer operation mode.

В режиме регистрации сейсмических сигналов, данные с каждой координаты блока ПМС 4, 5, 6 преобразований в виде дифференциального сигнала поступает на вход соответствующего АЦП 30, 31, 32.In the mode of registration of seismic signals, data from each coordinate of the PMS block 4, 5, 6 in the form of a differential signal is fed to the input of the corresponding ADC 30, 31, 32.

По команде, поступающей с микроконтроллера 39 по синхронно-последовательной шине данных SPI, начинается синхронное преобразование на каждом АЦП 30, 31, 32. По завершению преобразования каждый АЦП 30, 31, 32 выставляет прерывание готовности цифровых данных микроконтроллеру 39.On command from the microcontroller 39 via the synchronous-serial data bus SPI, synchronous conversion begins on each ADC 30, 31, 32. Upon completion of the conversion, each ADC 30, 31, 32 sets a digital data readiness interrupt to the microcontroller 39.

В обработчике прерывания микроконтроллер 39 производит считывание данных из каждого АЦП 30, 31, 32 по интерфейсу SPI и формирует пакет данных, выделяя на каждый канал по 4 байта памяти.In the interrupt handler, the microcontroller 39 reads data from each ADC 30, 31, 32 via the SPI interface and forms a data packet, allocating 4 bytes of memory for each channel.

Далее данный пакет данных буферизуется и при достижении определенного размера буфера, данные отправляются через интерфейс SPI на процессорный блок 3, где в зависимости от текущих настроек происходит или запись полученных данных на карту 44 памяти или передача через разъем 48 сетевого приемопередатчика Gigabit Ethernet.Further, this data packet is buffered and when a certain buffer size is reached, the data is sent via the SPI interface to the processor unit 3, where, depending on the current settings, the received data is either written to the memory card 44 or transmitted through the Gigabit Ethernet network transceiver connector 48.

Запись данных на карту 44 памяти производиться в бинарном формате. В начале каждого файла записывается служебная информация, содержащая следующие данные: идентификационный номер цифрового сейсмометра, количество каналов записи, частота оцифровки, количество бит АЦП, время начала и время остановки записи, координаты цифрового сейсмометра.Data is written to the memory card 44 in binary format. At the beginning of each file, service information is recorded containing the following data: digital seismometer identification number, number of recording channels, digitization frequency, ADC bits, recording start and stop times, digital seismometer coordinates.

В режиме регистрации на микроконтроллер 39 блока 2 управления и регистрации можно отправить команду остановки регистрации данных, после чего цифровой сейсмометр переходит в режим ожидания.In the registration mode, the microcontroller 39 of the control and registration unit 2 can be sent a command to stop data logging, after which the digital seismometer goes into standby mode.

При подключении через разъем 50 источника питания к цифровому сейсмометру, загорается светодиод "Power" и выполняется инициализация устройства. После чего GPS/ГЛОНАСС приемник 40 устройства переходит в режим поиска сигнала от спутников GPS и ГЛОНАСС.When the power supply is connected to the digital seismometer via connector 50, the "Power" LED lights up and the device is initialized. After that, the GPS/GLONASS receiver 40 of the device switches to the signal search mode from the GPS and GLONASS satellites.

В случае обнаружения сигнала от спутников, выполняется синхронизация устройства с астрономическим временем, и устройство переходит в режиме ожидания, при этом загорается светодиод "GPS", а светодиод "Mode" находится в выключенном состоянии. При установке начало времени регистрации, светодиод "Mode" начинает мигать, и в процессе регистрации светодиод "Mode" светится непрерывно. Запуск цифрового сейсмометра в режим регистрации можно осуществить также путем нажатия кнопки 53 "Старт/Стоп".If a signal from satellites is detected, the device is synchronized with astronomical time, and the device goes into standby mode, while the "GPS" LED lights up, and the "Mode" LED is off. When you set the start of the registration time, the "Mode" LED starts flashing, and during the registration process, the "Mode" LED lights up continuously. Starting the digital seismometer in the recording mode can also be done by pressing the button 53 "Start/Stop".

Все операции управления и настройки цифрового сейсмометра выполняются через персональный компьютер или любое мобильное устройство (на фиг. 1 не показаны) через разъем 48 RJ-45 сетевого приемопередатчика Gigabit Ethernet или модуль 47 Wi-Fi.All control and configuration operations of the digital seismometer are performed through a personal computer or any mobile device (not shown in Fig. 1) through the RJ-45 connector 48 of the Gigabit Ethernet network transceiver or the Wi-Fi module 47.

Таким образом, выполнение цифрового сейсмометра в соответствии с предложенным техническим решением, позволяет обеспечить возможность регистрации слабых сейсмических сигналов в большом динамическом диапазоне за счет улучшения соотношения сигнал/шум и ослабления низкочастотного шума в области частот ниже нижней граничной частоты ω₁.Thus, the implementation of a digital seismometer in accordance with the proposed technical solution makes it possible to register weak seismic signals in a large dynamic range by improving the signal-to-noise ratio and attenuating low-frequency noise in the frequency range below the lower cutoff frequency ω ₁ .

Claims

A digital seismometer, characterized in that it includes a series-connected seismic receiver, a control unit and registration of microseismic signals, a processor unit, placed in a single housing, and in the seismic receiver there are three blocks of microseismic signal receivers (PMS), orthogonally oriented in the X, Y directions, Z, each block of the PMS includes N geophones, which are connected through the corresponding N instrumental amplifiers to an adder connected through an inverse filter, consisting of two series-connected bandpass integrators, configured to operate in the frequency band from the lower cutoff frequency ω ₁ to natural frequency of the geophone ω ₀ , and a high-pass filter with an analog-to-digital converter (ADC) driver connected to a reference voltage source, the microseismic signals control and recording unit contains an ADC unit connected to the reference voltage unit, and the ADC unit contains three ADC chips, each of which receives an analog signal from the corresponding geophones and is connected through a digital data bus isolator (TsIShD) and a multiplexer to a control microcontroller connected to the TsIShD, a GPS / GLONASS receiver connected to an active antenna, and a clock signal generator, and the processor unit is a single-board a computer connected to the microcontroller of the control unit and registration of microseismic control signals, and the single-board computer has a memory card, USB ports, a Bluetooth module, a Wi-Fi module and an RJ-45 connector of the Gigabit Ethernet network transceiver, while an active GPS/ GLONASS antenna, USB ports, RJ-45 connector, connector for connecting a power source and a bubble level of the horizon, as well as LEDs for indicating the operating mode of a digital seismometer and a Start / Stop button connected to the control microcontroller, and the high-pass filter is two series-connected Butterworth high-pass filter of the 2nd order, while the transfer characteristic of the first Butterworth high-pass filter of the 2nd order is determined from the relation