Устройство для поиска неоднородностей в верхней части геологического разреза Российский патент 2024 года по МПК G01V3/12 

Изобретение относится к геофизике, а более конкретно, к устройствам для геоэлектроразведки и может быть использовано при радиокартировании способом наземного профилирования геологических локальных неоднородностей в массиве горных пород, включая нефтезагрязнения, поскольку в среднечастотном диапазоне радиоволн диэлектрические свойства влажных грунтов при смачивании их, например нефтепродуктами, снижаются более чем в 30-40 раз и это является основанием для появления глубоких однозначных отрицательных радиоаномалий на профиле. Оно может быть использовано также при поиске документально утерянных подземных инженерных непроводящих коммуникаций (кирпичные кладки, цементные, пластиковые трубы и др.), карстовых пустот, подземных горных выработок и др.

Известно устройство ДЭМП-2 для поиска неоднородностей в массиве горных пород, содержащее излучающую и приемную антенны, генератор и приемник, включающий усилитель рабочей частоты, усилитель промежуточной частоты, детектор, измеритель амплитуды [Вешев А.В. и др. Электромагнитное профилирование. Недра, М., 1971, стр. 216].

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является устройство для поиска неоднородностей в массиве горных пород [SU 1151900 А1, опубл. 23.04.1985], содержащее передающий и приемный блоки, при этом передающий блок содержит генератор тактовых импульсов, генератор пилообразного напряжения, управляемый генератор с перестраиваемой частотой, амплитудный модулятор, перестраиваемый по частоте усилитель мощности и излучающую антенну, а приемный блок содержит приемную антенну опорного сигнала, два преселектора с перестраиваемой частотой, два преобразователя промежуточной частоты, генератор пилообразного напряжения, селектор тактовых импульсов, гетеродин с перестраиваемой частотой.

Недостатками известного устройства являются недостаточная надежность измерений, обусловленная появлением искажений амплитудно-частотных характеристик исследуемого массива горных пород вследствие наличия в заданном диапазоне обзора непрерывно перестраиваемых частот мощных индустриальных помех, например от действующих радиостанций, а также большая сложность функциональной схемы устройства из-за наличия в ней генератора тактовых импульсов и двух генераторов пилообразного напряжения, отсутствие возможности выбора доминирующей, наиболее информативной частоты при поиске слабоконтрастных неоднородностей в массиве горных пород, например нефтезагрязнений.

Задачей изобретения является повышение чувствительности, точности, надежности, помехоустойчивости и достоверности измерений, а также расширение поисковых возможностей устройства при высокой доверительной вероятности результатов профилирования, возможности выбора доминирующей, наиболее информативной частоты.

Указанная задача достигается тем, что устройство для поиска неоднородностей содержит передающий блок, выполненный с возможностью излучения сигналов, и приемный блок, передающий блок содержит широкополосную активную антенну, регулятор выходной мощности, пять полосовых фильтров, приемник сигнала из волоконно-оптической линии связи, модуль питания и контроля за состоянием аккумуляторной батареи, сумматор, при этом волоконно-оптическая линия соединена с приемником сигнала, выход которого соединен с входами полосовых фильтров, выходы которых через сумматор соединены с входом регулятора мощности, выход которого соединен с широкополосной активной антенной, приемный блок содержит широкополосную приемную антенну, два переключателя каналов, пять полосовых фильтров, усилитель, частотообразующий узел, оптический передатчик, делитель частоты на 4, программный блок управления, синхронный детектор, два фильтра нижних частот, два АЦП, банк данных, устройство управления и контроля, модуль питания и контроля за состоянием аккумуляторной батареи, упомянутый частотообразующий узел содержит генератор, состоящий из термостабильного кварцевого генератора прямого цифрового синтеза опорных частот и линейки делителей частоты, устройство формирования опорных частот и устройство переключения опорных частот, при этом широкополосная приемная антенна соединена с входом первого переключателя каналов, выход которого соединен с входами полосовых фильтров, выходы которых соединены с входом второго переключателя каналов, выход которого соединен с входом усилителя, выход которого соединен с входом синхронного детектора, выход которого соединен с входами первого и второго фильтров низких частот, выходы которых соединены с входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выходы которых соединены с входом банка данных, с другим входом которого соединен выход устройства управления и контроля, генератор своим выходом соединен с входом устройства формирования опорных частот, выход которого соединен с устройством переключения опорных частот, один из выходов которого соединен с оптическим передатчиком, а другой выход соединен с синхронным детектором, оптический передатчик через делитель частоты на 4 соединен с волоконно-оптической линией связи, программный блок управления своими выходами соединен с входами первого и второго переключателей каналов, а также с входами устройства формирования опорных частот и устройства переключения опорных частот. При этом синхронный детектор может быть выполнен с возможностью измерения амплитуды и фазы сигналов, а делитель частот на 4 - с возможностью формирования рабочих частот 0,44-0,88-1,76-3,2-5,28 МГц.

На фиг. 1 представлена структурная схема передающего блока устройства, в котором:

1 - широкополосная активная антенна,

2 - регулятор выходной мощности (0,1-2 Вт),

3 - полосовой фильтр (0,44 МГц),

4 - полосовой фильтр (0,88 МГц),

5 - полосовой фильтр (1,76 МГц),

6 - полосовой фильтр (3,2 МГц),

7 - полосовой фильтр (5,28 МГц),

8 - приемник сигнала из волоконно-оптической линии связи,

9 - волоконно-оптическая линия связи,

10 - модуль питания и контроля за состоянием аккумуляторной батареи.

На фиг. 2 представлена структурная схема приемного блока, в котором:

11 - широкополосная приемная антенна,

12 - первый переключатель каналов,

13 - полосовой фильтр (0,44 МГц),

14 - полосовой фильтр (0,88 МГц),

15 - полосовой фильтр (1,76 МГц),

16 - полосовой фильтр (3,2 МГц),

17 - полосовой фильтр (5,28 МГц),

18 - второй переключатель каналов,

19 - усилитель,

20 - генератор,

21 - устройство формирования опорных частот,

22 - устройство переключения опорных частот,

23 - оптический передатчик,

24 - волоконно-оптическая линия связи,

25 - программный блок управления,

26 - синхронный детектор,

27 - фильтр нижних частот канала амплитуды (канал А),

28 - фильтр нижних частот канала фазы (канал Ф),

29 - первый аналого-цифровой преобразователь канала амплитуды (канал А),

30 - первый аналого-цифровой преобразователь канала фазы (канал Ф),

31 - банк данных,

32 - устройство управления и контроля,

33 - модуль питания и контроля за состоянием аккумуляторной батареи.

В состав передающего блока (фиг. 1) входят широкополосная активная антенна 1, регулятор 2 выходной мощности, пять полосовых фильтров 3-7, приемник 8 сигнала из волоконно-оптической линии 9 связи, модуль 10 питания и контроля за состоянием аккумуляторной батареи, сумматор (на схеме не показан).

В состав приемного блока (фиг. 2) входят широкополосная приемную антенна 11, два переключателя 12, 18 каналов, пять полосовых фильтров 13-17, усилитель 19, частотообразующий узел, оптический передатчик 23, делитель частоты на 4 (на схеме не показан), программный блок 25 управления, синхронный детектор 26, два фильтра 27, 28 нижних частот, два аналого-цифровых преобразователя 29, 30, банк 31 данных, устройство 32 управления и контроля, модуль 33 питания и контроля за состоянием аккумуляторной батареи. Частотообразующий узел содержит генератор, состоящий из термостабильного кварцевого генератора 20 (DDS) прямого цифрового синтеза опорных частот и линейки делителей частоты, устройство 21 формирования опорных частот и устройство 22 переключения опорных частот.

Устройство работает следующим образом.

При включении приемника программный блок 25 управления начинает выдавать команды, установленные оператором, на устройство 21 формирования опорных частот и устройство 22 переключения опорных частот частотообразующего узла, а также на переключатели 12 и 18 каналов. Генератор 20, состоящий собственно из термостабильного кварцевого генератора и линейки делителей частоты, выдает серию частот, из которых выделяются необходимые опорные частоты: 1,76-3,52-7,04-12,8 и 21,12 МГц. Устройство 22 переключения опорных частот согласно программе, заложенной оператором, выделяет необходимую рабочую частоту при помощи переключателей, входящих в состав этого устройства. Далее сигнал раздваивается и поступает на оптический передатчик 23 и синхронный детектор 26. На входе оптического передатчика 23 стоит делитель частоты на 4 (на схеме не показан) для получения одной из рабочих частот: 0,44 МГц или 0,88 МГц, или 1,76 МГц, или 3,20 МГц, или 5,28 МГц. Дальше выбранная рабочая частота усиливается до уровня, необходимого для нормальной работы светодиода передатчика волоконно-оптической линии 24 связи. Волоконно-оптическая линия 24 связи применена для передачи на передатчик выбранной рабочей частоты с целью исключения влияния природно-техногенных помех. Светодиод, входящий в состав оптического передатчика 23, передает импульсный поток по волоконной оптической линии 24, 9 связи на приемник 8 сигнала передающего блока, а далее на усилитель-ограничитель (на схеме не показан). Усилитель-ограничитель необходим для выравнивания амплитуд импульсных потоков разных рабочих частот. Далее импульсный поток очищается от высокочастотных помех и шумов с помощью фильтра низких частот (на схеме не показан). Все эти устройства входят в состав приемника 8 сигнала из волоконной оптической линии связи. Принятый сигнал поступает на пять полосовых фильтров 3-7 на все рабочие частоты. Все фильтры включены параллельно, но активен только один, который настроен на выбранную рабочую частоту. Сумматор (на схеме не показан) служит для согласования полосовых фильтров с усилителем регулятора 2 выходной мощности. В регулятор 2 выходной мощности последовательно входят: компенсатор потерь в сумматоре и полосовых фильтрах, выравниватель амплитуд рабочих частот (fl - 0,44 МГц, f2 - 0,88 МГц, О - 1,76 МГц, f4 - 3,20 МГц, f5 - 5,28 МГц), переключатель для установки необходимой выходной мощности (с фиксированным набором величин мощности). Далее сигнал поступает на усилитель мощности (на схеме не показан) широкополосной активной антенны 1. Для стабилизации выходной мощности широкополосная активная антенна 1 и регулятор 2 выходной мощности охвачены отрицательной обратной связью. Питание передающего блока осуществляется от аккумулятора. Модуль 10 питания и контроля за состоянием аккумуляторной батареи вырабатывает все напряжения, необходимые для нормального функционирования передающего блока, а также контролирует заряд-разряд аккумулятора.

При включенном передающем блоке выбранная частота излучается широкополосной активной антенной 1, а приемная широкополосная антенна 11 воспринимает вторичное электромагнитное поле на данной частоте. Малошумящий усилитель, размещенный в корпусе широкополосной приемной антенны 1, по входу согласован с выходным сопротивлением антенны. Аттенюатор, входящий в широкополосную приемную антенну 11, с фиксированным набором коэффициентов затухания устраняет мощные помехи от радиостанций. После усилителя (с фиксированным набором коэффициентов усиления), входящего в первый переключатель 12 каналов, сигнал поступает на один из полосовых фильтров: 13 или 14, или 15, или 16, или 17, а затем на второй переключатель 18 каналов. Переключатели 12 и 18 каналов управляются синхронно с помощью программного блока 25 управления, который выдает команды, установленные оператором. Далее сигнал поступает на усилитель 19, в состав которого входит устройство контроля за перегрузкой по входу приемника и индикатор перегрузки. Выход усилителя 19 нагружен на один из входов синхронного детектора 26. Второй вход синхронного детектора 26 подключен к выходу устройства 22 переключения опорных частот через схему задержки с фиксированным набором коэффициентов задержки и возможностью плавной подстройки, расположенной в синхронном детекторе 26. Схема задержки необходима для компенсации задержек, возникающих при формировании импульсного потока передатчика по цепочке: оптический передатчик 23 - волоконно-оптическая линия 24, 9 связи - приемник 8 сигнала - полосовые фильтры 3-7 - регулятор 2 выходной мощности - широкополосная активная антенна 1. Назначение кольцевого счетчика, входящего в блок синхронного детектора 26, состоит в выделении серии импульсов, сдвинутых на 90°, для получения рабочих разрешенных частот: 0,44; 0,88; 1,76; 3,20 и 5,28 МГц, сдвинутых на 90° (0°, 90°, 180°, 270°). В результате синхронный детектор 26 по каналу амплитуды, на вход которого поступают импульсы, сдвинутые на 90° и 270°, выделяет амплитудную составляющую, а синхронный фазовый детектор 26 по каналу фазы, на вход которого поступают импульсы, сдвинутые на 0° и 180°, выделяет положительное нулевое или отрицательное напряжение, пропорциональное рассогласованию фаз между сигналами, излучающим передающим блоком и принимающим приемным блоком.

Далее амплитудная составляющая поступает на накал А фильтра 27 низких частот, а фазовая составляющая соответственно на канал Ф фильтра 28 низких частот. Поскольку после детектора получают практически постоянное напряжение, полосу пропускания фильтров 27 и 28 можно сделать очень узкую, вплоть до 10 Гц, что гарантирует высокую помехозащищенность. Кроме того, наличие одного задающего генератора и для передающего блока, и для приемного блока делает прибор независимым от флюктуаций частоты сигнала, что положительно сказывается на чувствительности и достоверности измерений. После фильтра 27 низких частот сигал поступает на канал А аналого-цифрового преобразователя 29, а после фильтра 28 низких частот сигнал поступает на канал Ф аналого-цифрового преобразователя 30. Преобразованная в цифровой формат информация заносится в память накопителя банка 31 данных. Через устройство 32 управления и контроля оператор осуществляет установку необходимых параметров для оптимальной работы комплекса, сохранения данных в памяти и контроль за состоянием источников питания. Модуль 33 питания и контроля вырабатывает все напряжения, необходимые для нормального функционирования приемника, а также контролирует заряд-разряд аккумулятора.

Изобретение относится к устройствам для поиска неоднородностей в верхней части геологического разреза. Сущность: устройство содержит передающий блок, выполненный с возможностью излучения сигналов, и приемный блок. Передающий блок содержит широкополосную активную антенну, регулятор выходной мощности, пять полосовых фильтров, приемник сигнала из волоконно-оптической линии связи, модуль питания и контроля за состоянием аккумуляторной батареи, сумматор. Приемный блок содержит широкополосную приемную антенну (11), два переключателя (12, 18) каналов, пять полосовых фильтров (13-17), усилитель (19), частотообразующий узел, оптический передатчик (23), делитель частоты на 4, программный блок (25) управления, синхронный детектор (26), два фильтра (27, 28) нижних частот, два аналого-цифровых преобразователя (29, 30), банк (31) данных, устройство (32) управления и контроля, модуль (33) питания и контроля за состоянием аккумуляторной батареи. Частотообразующий узел содержит генератор (20), состоящий из термостабильного кварцевого генератора прямого цифрового синтеза опорных частот и линейки делителей частоты, устройство (21) формирования опорных частот и устройство (22) переключения опорных частот. Технический результат: повышение точности поиска. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для поиска неоднородностей в верхней части геологического разреза, содержащее передающий блок, выполненный с возможностью излучения сигналов, и приемный блок, передающий блок содержит широкополосную активную антенну (1,) регулятор (2) выходной мощности, пять полосовых фильтров (3-7), приемник (8) сигнала из волоконно-оптической линии (9) связи, модуль (10) питания и контроля за состоянием аккумуляторной батареи, сумматор, при этом волоконно-оптическая линия (9) соединена с приемником (8) сигнала, выход которого соединен с входами полосовых фильтров (3-7), выходы которых через сумматор соединены с входом регулятора (2) выходной мощности, выход которого соединен с широкополосной активной антенной (1), приемный блок содержит широкополосную приемную антенну (11), два переключателя (12, 18) каналов, пять полосовых фильтров (13-17), усилитель (19), частотообразующий узел, оптический передатчик (23), делитель частоты на 4, программный блок (25) управления, синхронный детектор (26), два фильтра (27, 28) нижних частот, два аналого-цифровых преобразователя (29, 30), банк (31) данных, устройство (32) управления и контроля, модуль (33) питания и контроля за состоянием аккумуляторной батареи, упомянутый частотообразующий узел содержит генератор (20), состоящий из термостабильного кварцевого генератора прямого цифрового синтеза опорных частот и линейки делителей частоты, устройство (21) формирования опорных частот и устройство (22) переключения опорных частот, при этом широкополосная приемная антенна (11) соединена с входом первого переключателя (12) каналов, выход которого соединен с входами полосовых фильтров (13-17), выходы которых соединены с входом второго переключателя 18 каналов, выход которого соединен с входом усилителя 9, выход которого соединен с входом синхронного детектора (26), выход которого соединен с входами первого и второго фильтров (27, 28) низких частот, выходы которых соединены с входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей (29, 30), выходы которых соединены с входом банка (31) данных, с другим входом которого соединен выход устройства (32) управления и контроля, генератор (20) своим выходом соединен с входом устройства (21) формирования опорных частот, выход которого соединен с устройством (22) переключения опорных частот, один из выходов которого соединен с оптическим передатчиком (23,) а другой выход соединен с синхронным детектором (26), оптический передатчик (23) через делитель частоты на 4 соединен с волоконно-оптической линией (24) связи, программный блок (25) управления своими выходами соединен с входами первого и второго переключателей (12, 18) каналов, а также с входами устройства (21) формирования опорных частот и устройства (22) переключения опорных частот.

2. Устройство для поиска неоднородностей в верхней части геологического разреза по п. 1, отличающееся тем, что синхронный детектор (26) выполнен с возможностью измерения амплитуды и фазы сигналов.

3. Устройство для поиска неоднородностей в верхней части геологического разреза по п. 1, отличающееся тем, что делитель частот на 4 выполнен с возможностью формирования рабочих частот 0,44-0,88-1,76-3,2-5,28 МГц.