6. KALİTE KONTROL
6.1 Silkeleme Kalite Kontrol
Vibratör veya benzeri frekans içerikli kaynakların ana problemlerinden biri yere gönderilen dalga cephesi hakkında yeterli bilgi sahibi olunamamasıdır. Referans sinyali bizim yere göndermek istediğimiz sinyaldir ve bu nedenle tepki kütlesini besler. Yere gönderilen silkeleme frekans imzası, tablanın düzensiz davranışı ve zeminle arasındaki kavramanın değişkenliği nedenleri ile hiç bir zaman bire bir aynı olmaz.
Vibratör tablasından sinyal çıkışı, hidrolik sistemi hareket ettiren referans sinyali ile aynı olmadığından, tabladan çıkan frekansların gözlenmesi ve kontrol elektroniği ile mekanik ekipmanların referans sinyale en yakın sinyali üretecek şekilde ayarlanması gerekir. Eğer tabladan çıkan sinyal referans sinyalden farklı olursa, çapraz ilişki işlemi çalışmayabilir ve yetersiz kayıtlar elde edilir. Bu problemin çözüm tekniği tabladan çıkan sinyal ile referans sinyalinin fazlarını karşılaştırmak ve çıkış fazını referans sinyalinin fazına mümkün olduğunca yaklaştırmaktır. Bu işlem faz kilitlemesi olarak bilinir.
Tablanın hareketini bir jeofon aracılığı ile ölçmek mümkün değildir. Çünkü jeofon hız ile orantılı elektriksel çıktı üretir. Onun yerine, tablanın hareketi frekans aralığındaki ivmelenme olduğundan, ivme ile orantılı çıkış veren ivmeölçerler (accelometer) kullanılır. İvmeölçer, referans sinyal ile 90°'nin biraz üzerinde faz farklı çıktı verir. Bu duruma çapraz ilişki süresince izin verilir ve göz ardı edilir.
Şekil 6.1 de yer alan şemada, ağırlık kütlesinin üzerinde bir adet ve tablanın üzerinde bir adet olmak üzere toplam iki ivmeölçer mevcuttur. Elde edilen sinyalin güvenilirliğini arttırmak üzere bazı sistemlerde üç adedi ağırlık kütlesi, altı adetide tablada olmak üzere toplam dokuz ivmeölçer kullanılır. Ölçülen sinyal değerlendirmek üzere şemada BOB (Break out box) olarak gösterilmiş olan vibratör elektronik sistemine buradan da kayıt aletine gönderilir. Dokuz ivmeölçerin kullanıldığı sistemlerde BOB dan önce, ivmeölçerlerden gelen bilgileri üçlü gruplar halinde toplayan cihazlar bulunur.
Vibratör Kontrol
Tork motoru
Tabla ivmeölçer
Ağırlık kütlesi ivmeölçer
Vibratör Kontrol
Tork motoru
Tabla ivmeölçer
Ağırlık kütlesi ivmeölçer
Şekil 6.1 İvmeölçerlerin vibratör sistemi üzerindeki konumları , (Sercel VE432 kursu, 2000).
Şekil 6.2 (a) yer değiştirme, (b) hız ve (c) ivme arasındaki ilişkiyi temsil etmektedir.
Burada A noktası maksimum ve minimum yer değiştirmelerin tam ortasındadır. Aynı zamanda B noktasında gösterilen hız en yüksek değerine ulaşmakta ve yine aynı zamandaki C noktası ile gösterilen ivme sıfır olmaktadır.
) sin( t D
x= ω
) cos( t dt D
V = dx =ω ω
)
2 sin(
2 2
t dt D
dV dt
x
d ω ω
γ = = =−
Burada ;
x = Yer değiştirme (m) t = Zaman (sn)
V = Hız (m/s)
γ = ivme (m/sn2) F =frekans
ω = 2πf olmak üzere aralarındaki ilişki
olarak formülize edilebilir.
(a)
(b)
(c) (a)
(b)
(c)
Şekil 6.2 (a) yer değiştirme (b) hız (c) ivme sinyallerinin zamana bağlı değişimleri
Genlik
Frekans İvme
Hız
Yerdeğiştirme
Genlik
Frekans Genlik
Frekans İvme
Hız
Yerdeğiştirme
Şekil 6.3 Yer değiştirme, hız ve ivme sinyal genliklerinin frekansa bağlı değişimleri
Seçilen frekans aralığında silkeleme yapılırken hidrolik sistem ağırlık kütlesini normalden fazla hareket ettirirse, o andaki frekanslarda vibratörün yere gönderdiği güçte artış oluşur. Bu tür değişimlere sürüş seviyesi (drive level) denir. Frekans kontrolünde genellikle kullanılan yöntem, sistemi sabit bir sürüş seviyesi sağlayacak parçalarla desteklemek ve silkeleme boyunu farklı frekanslara bölünecek şekilde ayarlamaktır.
Güç seviyesinin değiştirilebilmesinin avantajı, seçilen frekanslarda kaydedilen veriyi arttırmak için bu frekanslarda yere daha fazla enerji gönderilebilmesidir. Yine de silkeleme faz çıktısında değişmeler olur (Martin and Jack. 1990) ve tablanın üzerinde ivmeölçer olsa bile silkeleme çıktısının tam olarak nasıl olduğunu tanımlamak çok zordur. Çözüm olarak tablanın üzerideki ivmeölçerin yerine tablanın altına bir akselometre gömülerek onun çıktısı kaydedilebilir. Ancak bu durum saha çalışmalarında pek uygulanabilir değildir. Bu nedenle tablanın üstündeki ivmeölçer en iyi hareket belirteci olarak kabul edilmek zorundadır.
Yukarıda anlatılan sistemsel özellikler sayesinde vibratörün yarattığı yedi farklı sinyalle ilgilenilir.
Alıcılardan gelen sinyaller
- MACC : Ağırlık kütlesinin ivmesi - BPACC : Tablanın ivmesi
- MLVDT : Ağırlık kütlesinin yer değiştirmesi - VLVDT : Valf yer değiştirmesi
Vibratör kontrol
- TM : Tork motor hareketi Sonuç ve referans sinyalleri
- GF : Yere uygulanan kuvvet - Ref : Referans (Pilot) sinyal
Bahsedilen bütün bu sinyaller vibratör elektronik sistemi tarafından hafızaya alınır ve sinyallerden yola çıkarak sekiz vibratör, iki yer değişkeni hesaplanır.
Vibratör değişkenleri:
Ağırlık kütlesinin hızı Tablanın hızı
Ağırlık kütlesinin ivmesi Tablanın ivmesi
Ağırlık kütlesi / Tabla pozisyonu Ana valf makara pozisyonu Ana valf hızı
Ana valf ivmesi Yer değişkenleri:
Zemin sertliği Zemin viskozitesi
Örnek referans ve yere uygulanan kuvvet sinyalleri Şekil 6.4.a ve Şekil 6.4.b de görülmektedir. Yere uygulanan kuvvet sahadan sahaya hatta bir atış noktasından diğerine değişiklik gösterir ve genelde bozulma düşük frekanslı kısımlarda oluşur. Yere uygulanan kuvvet sinyalinin Fourier dönüşümü incelendiğinde harmonik yan salınımlar açık bir şekilde gözlenebilir (Şekil 6.5). Örnekteki Fourier dönüşümünde kırmızı ile görülen doğrusal alanlar (1. Harmonik) silkeleme sinyalinin kendisini, sonraki sarıdan koyu yeşile doğru giden doğrusal alanlar ise sırası ile 2., 3., 4...şeklinde devam eden harmonikleri ifade etmektedir.
GENLİK/ZAMAN Referans
Sn GENLİK/ZAMAN
Referans
Sn
GENLİK/ZAMAN Yere uygulanan kuvvet
Sn GENLİK/ZAMAN Yere uygulanan kuvvet
Sn
(a) (b) Şekil 6.4.a Vibratör referans sinyali b. yere uygulanan kuvvet
F/T Analizi : Güç
Zaman (Sn)
Frekans (Hz)
F/T Analizi : Güç
Zaman (Sn)
Frekans (Hz)
Şekil 6.5 Yere uygulanan kuvvet sinyalinin F/T analizi
Elde edilen Yere uygulanan kuvvet sinyali ile referans sinyalin karşılaştırılması sonucunda, yere gönderebildiğimiz sinyalin fazında ne kadar bozulma olduğu hem derece olarak (Şekil 6.6.a), hem de yüzde olarak (Şekil 6.6.b) hesaplanır ve Yere uygulanan kuvvetten hesaplanan harmoniklerin ana sinyal ile ilişkisi incelenir (Şekil 6.6.c).
Zemin değişkenlerinin bulunabilmesi için öncelikle yere uygulanan kuvvet sinyalinin hesaplanması gerekir. Vibratörden yeryüzüne gönderilen sinyal sıfır fazlı patlayıcı sinyali gibi görünür. Yeraltının, gerilim (Stress) ve gerginlik (Strain) ilişkisinin lineer olduğu varsayılan birbirini izleyen tabakalardan oluştuğu düşünülür.
Gerilim, birim alana uygulanan basınç miktarı, gerginlik ise gerilim dolayısıyla oluşan bozulma miktarıdır.
FAZ & BOZULMA Yer tepkisi _ Faz (derece)
Sn
Derece
FAZ & BOZULMA Yer tepkisi _ Faz (derece)
Sn
Derece
(a)
FAZ & BOZULMA Yer tepkisi _ Faz (%)
Sn
%
FAZ & BOZULMA Yer tepkisi _ Faz (%)
Sn
%
(b)
HARMONİK BOZULMA : Yer Tepkisi
Sn
HARMONİK BOZULMA : Yer Tepkisi
Sn
(c)
Şekil 6.6 Yere uygulanan kuvvet sinyali ile referans sinyalin karşılaştırma sonuçları
(a) fazdaki farklılık (derece) (b) fazdaki değişim (%) (c) harmonik yan salınımlar.
Yeryüzündeki akustik dalga yayınımı gerilim ve gerginlik ilişkisi ile yönetilir. Partikül hareketinin düşey bileşeni olan patlayıcının etkisini G(t) olarak belirleyelim. Eğer yere gönderilen güç, frekansı zamanla değişen F(t) bir sinyal ise, alıcılardan kaydedilen hareket U(t) aşağıdaki şekilde gösterilir.
) (
* ) ( )
(t F t G t
U =
Burada * evrişim işlemini ifade etmektedir.
Evrişim işleminin frekans ortamında çarpmaya karşılık geldiğini düşünürsek vibrosismik yöntemin arkasında yatan tasarımı anlamak daha kolay olur.
) (
* ) ( )
(ω F ω G ω
U =
Zaman ortamındaki çapraz ilişki işlemi ise frekans ortamından sinyallerden birinin tersinin (Complex conjugate) diğeri ile çarpımına karşılık gelmektedir.
) ( ) ( ) ( ) ( ) (
* ) ( ) (
* ω U ω F ω F ω G ω F ω 2 G ω
F × = × × = ×
Burada F ; F in tersi, * F(ω)2 ise giriş sinyalinin genlik spektrumunu ifade etmektedir.
Bu nedenle, F(ω)2 frekans bandı boyunca sabit tutulabilirse, yerin bu banddaki iğnecik cevabı çapraz ilişki ile tekrar elde edilebilir. Sismik vibratörler, frekansı zamana bağlı olarak değişebilen ve genlik spektrumları ihtiyaç duyulduğu şekilde biçimlendirilebilen sinyaller üretebilecek şekilde dizayn edilirler. Eğer sismik vibratör tablasının yer ile olan bağlantısının, tabla ile ivmeölçer arasında olduğu gibi sorunsuz ve ağırlık kütlesinin hareketinin pistonların hareketi ile birebir uyumlu olduğu kabul edilirse, Yere uygulanan kuvvet F(t) tabla ve ağırlık kütlesi üzerindeki ivmeölçerler aracılığı ile hesaplanabilir ve aşağıdaki şekilde tanımlanır.
Bp acc
mMacc M Bp
M GF
→
→
→ = +
Yeryüzü Zemin sertliği Zemin
viskozitesi
Yeryüzü Zemin sertliği Zemin
viskozitesi
Şekil 6.7 Vibratör sisteminde uygulanan güçlerin vektörel gösterimi, zemin sertliği ve viskozitesi (Sercel VE432 kursu, 2000)
M m : Ağırlık kütlesinin ağırlığı (kg) MBp : Tabla ağırlığı (kg)
Macc
→
: Ağırlık kütlesinin ivmelenme vektörü (m/s2)
Bpacc
→
: Tablanın ivmelenme vektörü (m/s2)
Pratikte yere uygulanan kuvvet F(t) vibratör kontrolü ve davranışına bağlıdır. Bunun yanı sıra çapraz ilişki işlemi vibratör davranışı ve kontrolünden mümkün olduğunca bağımsız olmalıdır ve bu nedenle de sismik veri referans sinyali ile çapraz ilişkiye tabi tutulur P(t). Frekans ortamında sismik verinin referans sinyal ile çapraz ilişki işlemi aşağıdaki şekilde ifade edilir.
) 2 ( ) 2 ( ) 2 (
* ) 2 ( ) 2 (
* f U f P f F f G f
P π π = π π π
Aynı zamanda kalite kontrol amacıylada yere uygulanan kuvvet F(t) ile önceden saptanan referans sinyali aşağıdaki ifadede olduğu şekilde çapraz ilişkiye sokulur ki bunun sonucunun da Klauder dalgacığı olması beklenir.
≅ ) 2 ( ) 2 (
* f F f
P π π Klauder dalgacığı
Burada P*(2πf) referans sinyali P(2πf)in tersidir.
Çapraz ilişkinin yarattığı gürültüler ve ana sinyalin genliğinin, genişliğine oranı kullanılan silkeleme sinyalinin, süresi, band genişliği ve değişim fonksiyonlarına bağlıdır. Çapraz ilişki sonrası elde edilen sinyalin negatif ve pozitif bölümleri birbirlerine ne kadar simetrik ise yere uygulanan kuvvet o kadar referans sinyale yakındır.
Yere uygulanan kuvvet sinyalinin ne kadar önemli olduğunu kavramak için çapraz ilişki sonrası elde edilen Klauder dalcacığında üç noktanın incelenmesi gereklidir.
1) Ana genliğin zaman ekseninin sıfır anında olması, referans sinyal ile yere uygulanan kuvvet sinyalinin ilk başlangıçtan itibaren uyumlu olmasına bağlıdır.
2) Negatif ve pozitif taraftaki genlikler arasındaki ilişki; Referans ve yere uygulanan kuvvet sinyalleri arasında herhangi bir faz kayması olmadığı sürece her iki taraftaki genlikler aynı olmalı.
3) Negatif taraftaki çapraz ilişki gürültüleri ile pozitif taraftaki çapraz ilişki gürültüleri arasındaki ilişki; Negatif taraftaki yüksek seviyeli gürültü, yere uygulanan kuvvet’in harmonik yan salınımlarının belirtecidir.
Yere uygulanan kuvvet nedeniyle yerin verdiği cevap (f), Yere uygulanan kuvvete eşdeğer ve ters yönlü olacaktır.
→
→f = GF−
Buradan yola çıkarak zemin sertliği ve viskozitesini tanımlayabiliriz.
Ks
Zemin sertliği
F = Güç
x = Yerdeğiştirme Ks
Zemin sertliği
F = Güç
x = Yerdeğiştirme
Şekil 6.8 Zemin Sertliği (Sercel VE432 kursu, 2000)
Karşı koyma gücü, yer değiştirme büyüklüğünün fonksiyonu olarak lineer artmaktadır.
x K F = s
F = Güç
Kv
Zemin viskozitesi x = Yerdeğiştirme
F = Güç
Kv
Zemin viskozitesi x = Yerdeğiştirme
Şekil 6.9 Zemin viskozitesi (Sercel VE432 kursu, 2000)
Karşı koyma gücü, yer değiştirme hızının fonksiyonu olarak lineer artmaktadır.
dt K dx F = v
Ks = Zemin sertliği (N/m) Kv = Zemin viskozitesi (Ns/m)
Yere uygulanmak istenilen kuvvet ile gerçekte uygulanabilen kuvvet arasındaki ilişki;
dt x dx dt
x d
k t
u t x
n n
n
2 2
2
) 2 (
) (
ω ξω
ω + +
=
olarak tanımlanır. Burada;
k = Sabit kazanç ωn = Doğal frekans ξ = Damping katsayısı
Dijital kontrol süresince, Kalman süzgeci farklı alıcı ölçümleri ile sürekli güncellenen sistem durum bilgilerini kullanarak yer model parametrelerini değerlendirir. Titreşim başladıktan sonra zemin sertliği (Gs, N/m3) ve viskozitesi (Gv, Ns/m3) değerlerini her 500 milisaniyede bir almak mümkündür.
4000 432 S GS G M
B p
s × ×
=
625 432 .
15 GV
S G M
B p
v × ×
=
Burada;
M p = Tabla ağırlığı SB = Tabla taban alanı
GS432 ve GV432 sistem tarafından hesaplanan kalite kontrol değerleri.
Sonuç olarak kayıt cihazlarında atışlarla eş zamanlı olarak kontrol edilen parametreler;
- Ortalama ve en yüksek faz hataları, - Ortalama ve en yüksek toplam bozulma, - Ortalama ve en yüksek güç,
- Zemin sertliği ve viskozitesi’dir.
Tüm bu parametreler kayıt cihazlarında yer alan yazılımlarla hem grafiksel hem de