УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ Российский патент 1997 года по МПК G01V3/02 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям и может быть использовано для поиска подземных объектов или полостей при археологической разведке.

Известна установка для геоэлектроразведки [1] содержащая группу электродов, каждый из которых соединен с токовым генератором и измерителем через адресуемые переключатели, и блок управления переключателями, который вырабатывает адресные сигналы, которые поочередно попарно открывают адресуемые токовые переключатели. Все остальные электроды по адресным сигналам с блока управления переключателями поочередно подключаются к измерителю.

Недостатком этого устройства является значительная трудоемкость измерений, определяемая большим количеством избыточных измерений без анализа и регистрации полученных результатов.

Наиболее близкой к изобретению является микропроцессорная измерительная система "DOBROUDJA" [2] содержащая группу электродов, устанавливаемых по профилю измерений, измеритель, генератор, блок управления и коммутирующее устройство, которое имеет четыре адресуемые группы электродов, причем все электроды, используемые в каждом измерении, должны быть взяты из разных адресных групп. Для определения местоположения объекта поиска в грунте измерения проводятся при установленных электродах на каждом профиле измерений с последующим переносом всей измерительной установки.

Недостатком данной системы является высокая трудоемкость измерений, которая обусловлена установкой электродов системы по одному профилю измерений, т. е. при проведении измерений на всей территории анализируемого участка необходим многократный перенос всей измерительной системы на новый профиль измерений. Коммутирующее устройство разбито на четыре адресуемые группы, что ограничивает произвольный выбор участка измерений на каждом профиле. Проведение избыточного количества измерений для выделения объектов поиска связано с тем, что анализ результатов производится после проведения измерений по всей территории анализируемого участка.

Цель изобретения снижение трудоемкости измерений.

Это достигается за счет сокращения избыточных измерений путем коммуникации электродов, в соответствии с заданной из постоянного запоминающего устройства программой, предварительной математической обработки результатов измерений микрокомпьютером устройства, произвольного выбора адресов и функций электродов, который обеспечивается структурой коммутатора, и анализом полученных результатов в процессе измерений микропроцессором микрокомпьютера. Наличие связи между ЭВМ и микрокомпьютером позволяет уменьшить трудоемкость обработки результатов измерений за счет автоматизированной передачи массивов данных.

Устройство для геоэлектроразведки содержит генератор, измеритель, состоящий из усилителя, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя измерителя, микрокомпьютер содержит микропроцессор, группа входов выходов данных/адреса которого соединена с шиной адреса и входной/выходной шиной данных оперативного запоминающего устройства, шиной адреса и выходной шиной данных постоянного запоминающего устройства, с входом/выходом панели оператора, а также с выходом аналого-цифрового преобразователя измерителя, коммутатор содержит блок коммутации, группа входов/выходов которого соединена с блоком электродов, а также с первым и вторым выходами генератора и первым и вторым внешними входами усилителя измерителя.

Кроме того, устройство содержит ЭВМ, микрокомпьютер содержит порт связи, а коммутатор и измеритель содержат блоки управления, причем выход блока управления измерителя соединен с управляющим входом усилителя, а вход блока управления с группой входов-выходов данных/адреса микропроцессора, группа входов-выходов данных/адреса микропроцессора соединена с выходом блоком управления коммутатора, выход которого соединен с выходной шиной адреса блока коммутации, ЭВМ через порт связи соединена с группой входов-выходов данных/адреса микропроцессора и с входной/выходной шиной данных и шиной адреса оперативного запоминающего устройства.

Предлагаемое устройство используется для определения местоположения объекта в грунте и повышения оперативности исследований. В процессе измерений микропроцессор считывает программу управления коммутации электродов из постоянного запоминающего устройства, соответствии с которой производятся измерения и передает команды блоку управления коммутатора, по которым выбранные электроды коммутируются с первым и вторым входами усилителя измерителя и первым и вторым входами генератора. После коммутации электродов с измерителем и генератором результат измерений через усилитель измерителя и аналого-цифровой преобразователь измерителя передаются в микропроцессор, который производит предварительную математическую обработку результата измерений в соответствии с программами, так-же содержащимися в постоянном запоминающем устройстве, записывает его в оперативное запоминающее устройство микрокомпьютера. При этом на панели оператора показывается результат измерений и дополнительная информация о процессе измерений. Микропроцессор анализирует полученные данные и в соответствии с заданной программой коммутации, считанной из постоянного запоминающего устройства, выбирает следующий участок измерений (адреса питающих и измерительных электродов). После окончания измерений на исследуемом участке результаты измерений из оперативного запоминающего устройства предаются в ЭВМ, где производится их детальная математическая обработка и выделение границы объекта поиска.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где изображена блок-схема устройства для геоэлектроразведки.

Устройство содержит микрокомпьютер 1, измеритель 2, генератор 3, коммутатор 4, блок электродов 5, ЭВМ 6, панель оператора 7. Микрокомпьютер 1 состоит из микропроцессора (МП) 8, группа входов-выходов данных/адреса которого соединена с шиной адреса и входной/выходной шиной данных оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 9, с шиной адреса и выходной шиной данных постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 10, содержащим программу управления коммутацией электродов, с входом/выходом панели оператора 7 и через порт 11 связи с ЭВМ 6.

Кроме того, группа входов-выходов данных/адреса МП 8 соединена с выходом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 12 измерителя 2, входом блока 13 управления измерителя 2 и выходом блока 14 управления коммутатора 4. Шина адреса и входная/выходная шина данных ОЗУ 9 через порт 11 связи соединены с ЭВМ 6. Выход усилителя 15 измерителя 2 соединен с входом АЦП 12, а управляющий вход усилителя 15 соединен с выходом блока 13 управления, первый и второй внешние входы усилителя 15 измерителя 2 соединены с внешними выходами блока 16 коммутации коммутатора 4, а входная шина адреса блока 16 коммутации соединена с выходом блока 14 управления коммутатора 4. Первый и второй выходы генератора 3 соединены с внешними входами блока 16 коммутации коммутатора 4. Блок 5 электродов соединен с группой входов/выходов блока 16 коммутации коммутатора 4.

Устройство работает следующим образом.

Микропроцессор 8 микрокомпьютера 1 считывает из ПЗУ 10 программу, реализующую алгоритм измерений, в соответствии с программой в блок 14 управления коммутатора 4 передаются номера и функции электродов, используемые в измерении. Блок 16 коммутации коммутатора 4 по команде из блока 14 управления соединяет заданные электроды с первым и вторым входами усилителя 15 измерителя 2 и первым и вторым выходами генератора 3, таким образом в исследуемом грунте возбуждается переменное электромагнитное поле. Падение напряжения на участке между измерительными электродами из блока 5 электродов через блок 16 коммутации коммутатора 4 поступает на усилитель 15 измерителя 2, далее поступает в АЦП 12, где преобразуется в цифровую форму, а затем передается из АЦП 12 в микропроцессор 8 микрокомпьютера 1. Полученное значение падения напряжения анализируется и в случае необходимости корректируется коэффициент усиления усилителя 15 измерителя 2 через блок 13 управления. Значение падения напряжения на участке измерений записывается в ОЗУ 9 микрокомпьютера 1 и показывается на панели 7 оператора. Для измерения на следующем участке производится коммутация другой программно заданной группы электродов и процесс измерения повторяется.

После окончания измерений по заданному алгоритму содержащиеся в ОЗУ 9 микрокомпьютера 1 данные передаются через порт 11 связи в ЭВМ 6 для дальнейшей математической обработки.

Микрокомпьютер 1 может быть реализован с использованием стандартных электронных компонентов с малым энергопотреблением (выполненных по КМОП технологии), блок 16 коммутации состоит из реле с малым контактным сопротивлением. Порт 11 связи должен быть согласован с портом используемой ЭВМ 6. В качестве измерителя 2 может быть использован стандартный измеритель падения напряжения, позволяющий дискретно регулировать коэффициент усиления. В качестве генератора 3 может быть использован любой серийно выпускаемый генератор, допускающий регулировку тока. Блок 5 электродов представляет собой набор электродов, устанавливаемых на изучаемом участке по прямоугольной сетке. В общем случае может быть установлено произвольное количество электродов, но не менее 4 шт. количество электродов зависит от технических возможностей коммутатора и площади исследуемого участка. В качестве ЭВМ 6 может быть использован персональный компьютер с автономным питанием (например, Notebook).

В состав микрокомпьютера 1 входит микропроцессор 8, который задает выбор электродов из блока 5 электродов участвующих в измерении, а также производит анализ результатов измерений, получаемых из АЦП 12 измерителя 2 и управляет блоком 13 управления измерителя 2. Микропроцессор 8 также проводит предварительную математическую обработку данных, вывод их на панель 7 оператора и через порт 11 связи осуществляет двусторонний обмен информацией с ЭВМ 6.

В ОЗУ 9 микрокомпьютера 1 хранятся результаты измерений, константы, используемые микропроцессором 8 при их предварительной математической обработке. ОЗУ 9 также содержит информацию, переданную из ЭВМ (алгоритмы уточняющих измерений, массивы данных).

ПЗУ 10 содержит программное обеспечение микрокомпьютера 1 состоящее из трех основных частей:
сервисные программы, т.е. программы, обеспечивающие работу микрокомпьютера 1 в различных режимах, к сервисным программам относятся программные драйверы для связи ЭВМ 6, программы планирования записи результатов измерения в ОЗУ 9, программное обеспечение выбора электродов из блока 5 электродов, вывод данных и другой информации на панель 7 оператора, тестирования микрокомпьютера и устройства в целом;
алгоритмы измерения, т.е. программы проведения различных видов автоматизированных измерений на исследуемом участке. В алгоритмы измерений входят программы для определения местоположения и контура объекта поиска на различных глубинах при различной конфигурации сетки электродов. Алгоритмы измерений используют различные направления измерений (параллельные профили, диагональные, вертикальные измерения);
программы предварительной обработки данных, т.е. программы вычисления удельного сопротивления по величине падения напряжения на участке измерений, усреднения результатов в каждой точке измерений, сжатия избыточной измерительной информации.

Коммутатор 4 обеспечивает программную коммутацию электродов из блока 5 электродов с первым и вторым входами измерителя 2 и первым и вторым выходами генератора 3, при этом в блоке 14 управления коммутатора 4 задаются адреса и функции электродов, а блок 16 коммутации подключает электроды к измерителю 2 и генератору 3.

На панели 7 оператора отображаются результаты измерений из ОЗУ 9 и информация о текущем режиме работы микрокомпьютера 1.

Блок 5 электродов устройства состоит из 50 100 электродов установленных по прямоугольной регулярной сетке на участке исследований, причем шаг сетки выбирается исходя из минимального линейного размера объекта поиска, причем все электроды соединены с блоком 16 коммутации коммутатора 4.

Программное обеспечение ЭВМ 6 позволяет производить дополнительные уточняющие измерения и детальную обработку полученных результатов:
1. алгоритмы уточняющих измерений. По сравнению с программами, реализующими алгоритмы уточняющих измерений, содержащихся в ПЗУ 10 микрокомпьютера 1, эти алгоритмы при их программной реализации осуществляют анализ значительного количества условий, связанных с априорными сведениями об объекте поиска, гибко используют различные виды и направления измерений. Применение этих алгоритмов необходимо при определении контура объекта поиска сложной формы. При возникновении необходимости в программах, реализующих эти алгоритмы, возможна запись их в ОЗУ 9 микрокомпьютера 1 или реализация этих программ под управлением ЭВМ 6;
2. программы детальной обработки данных. Детальная обработка включает математическую обработку данных, построение карты распределения сопротивления.

Карты распределения сопротивлений могут быть построены в изометрии (трехмерные карты) для определения общей картины распределения сопротивления на участке исследования, на плоскости (двумерные) для детализации изменения сопротивления на определенном участке и по профилям измерений (одномерный график) для определения взаимосвязи изменения сопротивления на соседних профилях.

Математическая обработка данных предполагает сглаживание результатов измерений, фильтрацию данных, увязку результатов измерений в различных направлениях.

Одновременность установки электродов обеспечивает минимальную погрешность вычисления коэффициента установки. Применение сетки электродов позволяет мобильно изменять метод измерений (СЭП, серединный градиент и пр.) в зависимости от объекта, вмещающего в грунт и задачи исследований.

Промышленная реализация предлагаемого устройства может быть осуществлена с использованием выпускаемых серийно элементов и блоков. В качестве измерителя и генератора используются одноименные устройства аппаратуры "Эра" [3] выпускаемой заводом опытного геофизического приборостроения "Геологоразведка" (г. Санкт-Петербург). При изготовлении микрокомпьютера использованы стандартные микросхемы серий 1834, 573, 537, 561. Порт реализует стандартизованный интерфейс RS 232. Коммутатор выполнен с использованием реле типа РЭС 49 и микросхем серии 561.

Предлагаемое устройство позволяет производить оперативный поиск объектов на значительных территориях с компьютерной обработкой результатов и построением карты размещения объектов на исследуемом участке.

Исходя из этого предлагаемое устройство, можно эффективно использовать для решения задач археологии, геофизики, для проектных работ при строительстве и в других смежных областях.

Источники информации
1. Установка для геоэлектроразведки. Авторское свидетельство N 1357898 от 31.03.86, кл. G 01 V 3/02 Би N 45.

2. Petkov A. T. Georgiev M. I. Automatic and elektromechanical equipment for electrical prospecting. /Arcaeometry: Proc. of the 25-th intern. symp. Amsterdam etc. Elserier, 1989 г, р. 365 374.

Электроразведочная аппаратура "Эра". Техническое описание. ТТ 1.410.000 ТО. Л. 1991

Изобретение относится к геофизическим исследованиям и может быть использовано для поиска подземных объектов и полостей при археологической разведке. Проведение полученных результатов производят по программе коммутации электродов, содержащейся в постоянном запоминающем устройстве 10 микрокомпьютера 1, под управлением микропроцессора 8. Микропроцессор 8 через блок 14 управления коммутатора 4 подключает выбранные электроды из блока 5 электродов к измерителю 2 и генератору 3, проводит предварительную математическую обработку и анализ результатов измерений, на основании которых выбирается следующий участок измерений. С помощью ЭВМ 6 производится математическая обработка результатов измерений на всем участке исследований. 1 ил.

Устройство для геоэлектроразведки, содержащее генератор, измеритель, состоящий из усилителя, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя измерителя, микрокомпьютер, содержащий микропроцессор, группа входов-выходов данных-адреса которого соединена с шиной адреса и входной-выходной шиной данных оперативного запоминающего устройства, шиной адреса и выходной шиной данных постоянного запоминающего устройства, с входом-выходом панели оператора, а также с выходом аналого-цифрового преобразователя измерителя, коммутатор содержит блок коммутации, группа входов-выходов которого соединена с блоком электродов, а также с первым и вторым выходами генератора и первым и вторым внешними входами усилителя измерителя, отличающееся тем, что дополнительно введена ЭВМ, микрокомпьютер дополнительно содержит порт связи, кроме того, коммутатор и измеритель дополнительно содержат блоки управления, причем выход блока управления измерителя соединен с управляющим входом усилителя, а вход блока управления - с группой входов-выходов данных-адреса микропроцессора, группа входов-выходов данных-адреса микропроцессора соединена с входом блока управления коммутатора, выход которого соединен с входной шиной адреса блока коммутации, ЭВМ через порт связи соединена с группой входов-выходов данных-адреса микропроцессора и с входной-выходной шиной данных и шиной адреса оперативного запоминающего устройства.