Kinemetrics EpiSensor2 Shallow Borehole User Manual

Strong motion accelerometer
Hide thumbs Also See for EpiSensor2 Shallow Borehole:

Advertisement

Quick Links

 
KINE
EMET
 
S
hal
St
trong
TRICS,
, Inc.
EpiS
E
Sen
low
w Bo
g Moti
on Ac
Do
ocument 305
Revision
December 2
nsor
r2
ore
ehol
le
ccele
rome
eter
User
r Manu
5802
n NC
2015
ual

Advertisement

Table of Contents
loading
Need help?

Need help?

Do you have a question about the EpiSensor2 Shallow Borehole and is the answer not in the manual?

Questions and answers

Subscribe to Our Youtube Channel

Summary of Contents for Kinemetrics EpiSensor2 Shallow Borehole

  • Page 1   KINE EMET TRICS, , Inc.   EpiS nsor w Bo ehol trong g Moti on Ac ccele rome eter User r Manu ocument 305 5802 Revision n NC December 2 2015...
  • Page 3: Table Of Contents

        305802, A  HALLOW  OREHOLE  PISENSOR   OCUMENT    EVISION  Table of Contents No User‐Serviced Parts ........................  i ii   Electrical Safety Notice ........................  i ii   Introduction and Product Description .................... 1   Electrical Connections  ........................ 3   Operational Control of the Shallow Borehole EpiSensor2 ............. 6   Full‐Scale Ranges ......................... 7   Digitizer Enable Lines (Q330 used for this description) .............. 7   RS‐422 Command Line Interface  .................... 7   Range Signaling ........................... 7   AUTOZERO  ........................... 8  ...
  • Page 4 HALLOW  OREHOLE  PISENSOR   OCUMENT    EVISION    Activity Timeout and Disable .................... 14   Seconds and Ticks  ........................ 14   Shipping and Handling  ....................... 14   Deployment Hardware Interfaces  ..................... 15   Contact Kinemetrics ........................ 17   Shallow Borehole EpiSensor2 Specifications ................ 18     Table of Figures  Figure 1 Shallow Borehole EpiSensor2 module. ................ 2   Figure 2  Details of pigtail end of cable.  .................. 6   Figure 3  Pulse‐train range signal for +/‐4 g range. ................ 8   Figure 4  Top Cap details and mounting hole pattern. .............. 16     Table ...
  • Page 5: No User-Serviced Parts

        305802, A  HALLOW  OREHOLE  PISENSOR   OCUMENT    EVISION  No User‐Serviced Parts The Shallow Borehole EpiSensor2 is a self‐contained seismic accelerometer packaged in a  slimline borehole package.  There is no reason to open the sensor package, or to modify the  electronics or sensor elements contained within it.  There are no internal manual adjustments  to make, nor are there any user‐serviced parts within the sensor. Opening and/or modifying the  sensor is unnecessary, and doing so will void the instrument's warranty.   Electrical Safety Notice As with all electrical instruments, potentially lethal potentials can be present on all metal  surfaces, including conductors within any cables. Proper grounding of these elements is  important to minimize these risks. The user of this product is responsible for its installation and  operation in a safe manner, and in accordance with all local requirements for electrical safety.   ...
  • Page 7: Introduction And Product Description

        305802, A  HALLOW  OREHOLE  PISENSOR   OCUMENT    EVISION  Introduction and Product Description The Shallow Borehole EpiSensor2 is an advanced force‐balance, triaxial accelerometer that  builds upon the outstanding record of its predecessor, the EpiSensor (the world's first  seismological‐grade strong motion accelerometer). It is packaged for small diameter borehole  applications, to depths of about 100 meters. The high dynamic range of the EpiSensor2 allows  both weak and strong motion recording from a single sensor.   The EpiSensor2 provides a broad set of electronically‐controlled operational modes, including  range‐switching (allowing 4g, 2g, 1g, 0.5g, and 0.25g peak, full‐scale ranges), Offset removal  (AUTOZERO mode), and calibration. These modes can be controlled remotely, either via the  digitizer (using selected enable lines) or via an RS‐422 command line interface.   An important feature of the EpiSensor2 is its very low quiescent power consumption: under 350  mW. The sensor consumes 60% to 70% lower power than competing strong motion  accelerometers. This makes it ideal for remote, battery‐powered applications.  The Shallow Borehole EpiSensor2 module, including its potted cable, is shown in Figure 1.   Page 1 December 2015...
  • Page 8   305802, A  HALLOW  OREHOLE  ISENSOR   OCUMENT    EVIS SION      Figure 1  Shallow Bor rehole EpiSe ensor2 modu ule.    Page 2 Decembe r 2015...
  • Page 9: Electrical Connections

        305802, A  HALLOW  OREHOLE  PISENSOR   OCUMENT    EVISION  Electrical Connections The Shallow Borehole EpiSensor2 contains an integral potted cable, design for high reliability  and long lifetime, at depth. The cable is “pigtailed”, providing bare wire connections at its outer  end. Figure 2 shows a close up of the pigtailed end. This reflects the existence of three (3)  “bundles” of wires: Signal Bundle (SB), Control Bundle (CB), and Power Bundle (PB). Each  bundle is wrapped with insulating tubing at the pigtailed and, and each comes with a dedicated  drain wire that has black insulation on it.. The connection details of the cable are shown in  Table 1.      Pigtaile End Connection Signal Notes   Wire 1/Pair 1 (SB): White X_ACC_PLUS     Wire 2/Pair 1 (SB): Black ACC_MINUS         Wire 1/Pair 2 (SB): White Y_ACC_PLUS     Wire 2/Pair 2 (SB): Brown Y_ACC_MINUS  ...
  • Page 10     305802, A  HALLOW  OREHOLE  PISENSOR   OCUMENT    EVISION      Wire 1/Pair 6 (CB): White  X_RANGE_VOLTAGE     Wire 2/Pair 6 (CB): Green MSP430_RESET_FIELD         Wire 1/Pair 7 (CB): White CAL_ENABLE_FIELD     Wire 2/Pair 7 (CB): Blue AUTOZERO_ENABLE_FIELD         Wire 1/Pair 8 (CB): White CAL_PLUS     Wire 2/Pair 8 (CB) :Violet CAL_MINUS    ...
  • Page 11         Signal Bundle (SB) Drain Wire (Black Insulation) SIGNAL_BUNDLE_SHIELD     Control Bundle (CB) Drain Wire (Black Insulation)  CONTROL_BUNDLE_SHIELD         Power Bundle (PB) Drain Wire (Black Insulation) CASE_GND   Table 1 Connections to sensor through pigtail cable. The “FIELD” suffix reflects those lines  that are outside the system's galvanic isolation barrier.  Generally, we recommend connecting the Signal Bundle (SB) and Control Bundle (CB) shields, to  an Analog Ground signal, at the digitizer end. For users of Quanterra Q330 or Kinemetrics' Rock  series digitizers, these would connect to digitizer pins C and F, respectively.  The digital enable lines are fully‐isolated from other lines in the system. They operate over an  approximate 2V to 10V input range. The RS‐422 interface is fully isolated as well.  The power inputs (pins b and c) require voltage range of 9‐36V at the sensor input. This  galvanically‐isolated input has reverse‐polarity protection, as well as overcurrent protection.  The ANALOG_GND ground line is the common mode voltage reference for the differential signal  lines. It also serves as the reference ground for the range voltage signals.   The calibration (CAL) input is differential, with a +/‐12V range. The common mode reference for  these signals is ANALOG ground.  DO NOT USE THE ELECTRICAL CABLE FOR LIFTING!!! As discussed below, there is a bolt  pattern on the sensor top cap designed for lifting/deployment hardware.  Please contact Kinemetrics to discuss specific cable requirements.               ...
  • Page 12   05802, A  HALLOW  OREHOLE  ISENSOR   OCUMENT    EVIS SION          Figure 2   Details of p pigtail end o f cable. Opera ational C Control o of the Sha allow Bo orehole EpiSens sor2 The sens or can be co ontrolled in t two ways: d igitizer enab ble lines (rem mote) and RS S‐422 (local  and/or re emote). Usin ng either of t these, the o perator can  control the ...
  • Page 13: Full-Scale Ranges

        305802, A  HALLOW  OREHOLE  PISENSOR   OCUMENT    EVISION  Full‐Scale Ranges The Shallow Borehole EpiSensor2 supports five digitally‐selectable ranges (with nominal scale  factors):  Range 5: +/‐4g (5 V/g)  Range 4:+/‐2g (10 V/g)  Range 3: +/‐1g (20 V/g)  Range 2: +/‐0.5g (40 V/g)  Range 1: +/‐0.25g (80 V/g)  The scale factors for these ranges are factory‐trimmed to an accuracy of +/‐ 0.25%.  Digitizer Enable Lines (Q330 used for this description) 1. The sensor monitors the Q330's Generic Enable line 3 (“AUX 2”).  2. A pulse‐length encoding scheme is used to select the range   Asserting the line for between 4.5 and 5.5 seconds places the sensor range at +/‐4g   Asserting the line for between 3.5 and 4.5 seconds places the sensor range at +/‐2g   Asserting the line for between 2.5 and 3.5 seconds places the sensor range at +/‐1g   Asserting the line for between 1.5 and 2.5 seconds places the sensor range at +/‐ 0.5g   Asserting the line for between 0.5 and 1.5 seconds places the sensor range at +/‐ 0.25g  RS‐422 Command Line Interface 1. At the MAIN prompt, enter “enable12345” to allow access to command menus  2.
  • Page 14: Autozero

      05802, A  HALLOW  OREHOLE  ISENSOR   OCUMENT    EVIS SION    1 pulse fo or +/‐0.25g r range  This signa al is output a at power‐ON N, following  a RESET eve ent, and follo owing any ra ange‐setting g  activity. T Typical pulse es, for 4g ran nge, are sho own in Figure e 3.       Figure 3   Pulse‐train  range signa al for +/‐4 g  range.  AUTOZ ERO The Shall low Borehol e EpiSensor 2 has an aut...
  • Page 15: Q330 Enable Lines (Q330 Used For This Description)

        305802, A  HALLOW  OREHOLE  PISENSOR   OCUMENT    EVISION  Q330 Enable Lines (Q330 used for this description)  1. The sensor monitors Q330 CAL_ENABLE line  2. Asserting the line enables CAL. Signals presented at the CAL+/‐ input pins of the  connector will be injected into the calibration circuit of the sensor  3. De‐asserting the line disables CAL  4. The sensor operates seamlessly with the standard “Start/Stop Sensor Calibration”  commands in the Q330 control software (Willard).  RS‐422 Command Line Interface  1. At the MAIN prompt, enter “enable12345” to allow access to command menus  2. Type “OPERATE” to select OPERATE page  3. At the OPERATE prompt, type command to select range:   “CALON” enables CAL   “CALOFF” disables CAL  RESET Asserting the Q330 Generic Enable 2 (“AUX 1”) line rests the sensor. It effect is equivalent to a    Power‐ON‐RESET (POR) event, without interrupting the power. Setup and Initial Operation The Shallow Borehole EpiSensor2 should be deployed within a well‐formed hole that  completely surrounds and covers the sensor. The sensitive horizontal directions (X and Y) are  defined via a marking (so‐called “N”) on the top cap of the sensor. The line next to “N” is ...
  • Page 16: Full-Scale Range Selection

        305802, A  HALLOW  OREHOLE  PISENSOR   OCUMENT    EVISION    motion accelerometer”! Typically, the best system performance will be achieved by use of a  Q330HR (26‐bit) digitizer, with its preamplifiers OFF.  Full‐Scale Range Selection Sensor dynamic range is typically highest on the highest full‐scale range settings (+/‐4g and +/‐ 2g), where the 1 Hz dynamic range is in excess of 160 dB. However, sensor self‐noise typically  drops with range setting (although noise on 0.5g and 0.25g ranges are practically identical). The  choice of (peak) full‐scale range should ensure that there is near‐zero chance of clipping due to  maximum local  accelerations. Users should select ranges above the maximum expected signal.   AUTOZERO Mode The AUTOZERO system records and corrects the sensor offsets in situ. This correction cancels  fixed mechanical offsets in the sensor element, as well as tilt‐related offsets due to sensor  mounting. It injects a separate feedback current that is automatically generated to cancel the  observed offset. AUTOZERO is either OFF (standard mode), or ON. Any time that the sensor is  RESET, or it experiences a Power‐ON‐RESET, or the AUTOZERO is explicitly set via the various  control interfaces, the sensor re‐calculates and corrects its offsets. When continuously  powered, the sensor retains the same offset removal current setting.  AUTOZERO requires higher quiescent power consumption (about 120 mW extra), and it  increases self‐noise levels. Unless the user has special requirements (e.g., using a very low  dynamic range digitizer requiring the use of input preamplifiers), we recommend leaving the  AUTOZERO in its OFF state. Any modern digitizer, as well as many data analysis algorithms, are  not affected by DC‐offsets in the signals, or in the digital data.   Calibration (CAL) Calibration is seamlessly supported through the digitizer connection. This includes a digital  control line for connecting the (differential) calibration input signals to the sensor elements,  and use of the voltage sources provided by the digitizer. For the Shallow Borehole EpiSensor2  (with DC‐320+Hz bandwidth), random noise is an excellent calibration stimulus source.  Retention of Settings The current full‐scale range and AUTOZERO status (ON or OFF) is stored in EEPROM within the  sensor. These settings are updated whenever the status is changed by the user (or the ...
  • Page 17: Input Power Requirements

    P2 = ‐1340+/‐3350j (radians/second) The full response is defined as:  V (s)       =                               G   |P1|  |P2|                                                         (s – P1)(s – P1*)(s – P2)(s ‐ P2*)    where G is the scalar responsivity (Volts/Standard g). (A standard g is defined as 9.81 m/sec ).  Input Power Requirements The Shallow Borehole EpiSensor2 operates from a wide (9‐36V) input supply range. The  quiescent power consumption (input power in the absence of significant seismic signals, with  the RS‐422 interface disconnected) is under 350 mW. Typically, the current draw is 25 to 28 mA  @ 12V.   A persistent RS‐422 connection increases power consumption by 10 to 20 mW.    Dynamic signals increase instantaneous power consumption. A typical rule of thumb is that for  every 1g increase in input signal, per axis, power consumption increases by about 150 mW. At  the absolute highest drive levels: 4g simultaneously on each of the three axes (unheard of from  natural seismic sources), this excess power consumption would amount to about 1.8W.  Naturally, dynamic signals impose lower mean energy demands. Also, exact temporal  correlation between signals on the three axes is very unlikely. The absolute maximum dynamic  input power is almost certainly lower than 1.8W. As such, the maximum input power  requirements, quiescent plus dynamic, is expected to be under 2W. As such, a low impedance,  2W power supply is sufficient for the EpiSensor2.   Like most analog sensor products, the power input has a moderate level of input capacitance (a  few tens of microfarads). Any competent power source should be able to provide the  instantaneous inrush currents (a few amps over a few tens of microseconds) required to charge  these capacitors. Battery power is ideal. Also, the Shallow Borehole EpiSensor2 has been fully  tested using the integral sensor power supplies provided by the Quanterra Q330‐series, and  Kinemetrics Rock‐series digitizers.  Although the sensor electronics employ multiple stages of power supply (noise) rejection, it is  always best to use clean, well‐regulated input power.           Page 11 December 2015...
  • Page 18: Rs-422 Command Line Interface

    Commands:    OPERATE: Selects Sensor Control Menu    RESPONSE: Selects RESPONSE Menu    SAFE: Disables Sensor System Control    ENABLE######: Enables Sensor System Control(###### is Password)    STATUS: Print System Status Info    ?: Help For Info on specific Command    Seconds=4179  Ticks=42 Epi2.0 Main Menu:MAIN> The “status” command prompts the system to print out a set of system‐related data:  Epi2.0 Main Menu:MAIN> status  Kinemetrics Borehole Episensor2.0 Serial Number 50015 Borehole Episensor2.0 Power Board Number: 40016 Borehole Episensor2.0 Main Board Number: 20015 Page 12 December 2015...
  • Page 19: Password Protection

        305802, A  HALLOW  OREHOLE  PISENSOR   OCUMENT    EVISION  Borehole Episensor2.0 Digital Board Number: 30015 Borehole Episensor2.0 MSP430 Code Revision 13.02.00 X Sensor Module Serial Number: Number 2071 Y Sensor Module Serial Number: Number 2234 Z Sensor Module Serial Number: Number 1130 Sensor FS Range is 4g AUTOZERO is OFF CAL is OFF...
  • Page 20: Activity Timeout And Disable

        305802, A  HALLOW  OREHOLE  PISENSOR   OCUMENT    EVISION    Seconds=4364 Ticks=36 Epi2.0 Operate Menu:OPERATE> Response Page Commands Epi2.0 Response Menu:RESPONSE> ? Commands: SCALE: Shows Scale Factor for Each Range and Axis STATUS: Prints Current Sensor Response Values SAFE: Disables Sensor System Control RETURN: Return to Previous Menu ?: Help for info on specific command Seconds=4421...
  • Page 21: Deployment Hardware Interfaces

        305802, A  HALLOW  OREHOLE  PISENSOR   OCUMENT    EVISION  While it is called a “strong motion” accelerometer, the Shallow Borehole EpiSensor2 is still a  precision instrument that should be handled with care. Avoid strong shocks during shipment  and installation. It is recommended that customers utilize the original foam‐filled packaging  during any shipment and transport.  Deployment Hardware Interfaces Figure 4 shows a bolt pattern on the sensor top cap that is designed to allow attachment of  various deployment hardware. There are bolt holes (Qty. 6 of 8‐32) and alignment pin holes  (Qty. 2 of 0.126” diameter). At a minimum, the user should use the bolt holes for attachment of  a lifting rope, when deployments are deeper than arm's length (where the sensor body van be  held). DO NOT USE THE ELECTRICAL CABLE FOR LIFTING!!!  Please contact Kinemetrics to discuss deployment details and recommendations.  Page 15 December 2015...
  • Page 22   305802, A  HALLOW W  OREHOLE  PISEN NSOR   OCUMENT    EVISIO ON    Figure 4 4  Top Cap detai ils and mountin n g hole pattern. .    Page 16 December 2 2015...
  • Page 23: Contact Kinemetrics

        305802, A  HALLOW  OREHOLE  PISENSOR   OCUMENT    EVISION  Contact Kinemetrics Please contact Kinemetrics with any questions or issues regarding this product.  1‐626‐795‐2220 (Phone)  support@kmi.com    www.kinemetrics.com     Page 17 December 2015...
  • Page 24: Shallow Borehole Episensor2 Specifications

        305802, A  HALLOW  OREHOLE  PISENSOR   OCUMENT    EVISION    Shallow Borehole EpiSensor2 Specifications Architecture:  Triaxial, force‐balance accelerometer with capacitive displacement transducer;  X/Y/Z (non‐Galperin) configuration    Centering: Optional AUTOZERO mode to allow removal of static sensor offsets   (zeroed to within ±0.005 g)    Full‐scale Range: Electronically (and remotely) selectable range: ±4 g, ±2 g, ±1 g, ±0.5 g, and  ±0.25 g (peak)    Bandwidth: DC to >320 Hz (‐3 dB point)  Dynamic Range:  (Integrated RMS)  166 dB @ 1 Hz over 1 Hz bandwidth  155 dB, 3 to 30 Hz    Non‐linearity: < 0.015% total non‐linearity    Hysteresis: < 0.005% of full scale  Cross‐axis Sensitivity: < 0.5% total  Offset Temperature Coefficient    Horizontal sensor: 60 g/°C, typical    Vertical sensor: 320 g/°C, typical    Power Supply Voltage: 9 to 36 V DC isolated input  Power Consumption: <350 mW typical quiescent   ...
  • Page 25     305802, A  HALLOW  OREHOLE  PISENSOR   OCUMENT    EVISION  Full‐Scale Range Remote Signaling         Mass Position Interface: Range‐dependent voltage output on traditional broadband  sensor   m ass position lines    Signal Line Interface: Time/Amplitude‐coded pulse train superimposed on differential  signal   lines: signaled upon full‐scale range change, or upon power‐ON reset    Electrical Interface      Acceleration Output: Up to 40 Vpp differential        Output Impedance: Under  2 x 100 Ohms      Calibration Input: Protected, differential input for exciting all three axes simultaneously;     +/‐15V Peak; acceleration‐equivalent stimulus        Cable: Polyurethane‐jacketed cable potted into sensor cap; outbound end is pigtailed; ...

Table of Contents