Устройство для измерения электрических свойств горных пород и руд Советский патент 1984 года по МПК G01R27/02 

О СП

о: со Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может быть использовано при геофизических исследованиях. По основному авт.св. №883791 известно устройство для измерения электрических свойств горных пород и руд, предназначенное для измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления образцов горных пород и руд и содержа щее последовательно соединенные задающий генератор и адресный счетчик,два идентичных канала измерения активной и реактивной составляющих, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные постоян ный запоминающий блок, цифроаналого вый преобразователь, сумматор, фильтр нижних частот, перемножитель основной усилитель и регистратор, буферный усилитель, выход которого подключен к второму выходу перемножителя , а также последовательно соединенные фильтр нижних частот, уси литель мощности и двух-либо четырех электродный датчик, причем выходы адресного счетчика соединены с входами постоянных запоминающих блоков .обоих каналов, выходы цифроаналоговых преобразователей каждого канала соединены с вторыми входами сумматора соседнего канала и, кроме того, выход цифроаналогового преобразователя активного канала соединен с входом фильтра нижних частот, а выход датчика - с входами буферных усилителей обоих каналов 1 Известное устройство обладает достаточно высокой точностью в широ ком диапазоне рабочих частот, однак непосредственно позволяет измерять лишь активную и реактивную.- составл ющие комплексного сопротивления объ ектов. Вместе с тем в современной геофизике используется значительно бол шее число параметров и характеристи описывающих электрические свойства горных пород и руд, в частности, переходные характеристики, модуль и фаза комплексного сопротивления, активная и реактивная проводимости, а также такие параметры, как коэффициенты вызванной поляризации и частотной дисперсии и прочее. Все вышеуказанные дополнительные характеристики горных пород и руд могут быть получены лишь расчетньци путем по основным непосредственно измеренным активной и реактивной составляющим комплексного сопротивле ния. Такой пересчет нередко сопровож дается дополнительными погрешностями из-за субъективных ошибок при вводе данных в вычислитель, кроме того, вычисление дополнительных параметров и характеристик требует значительных затрат времени. Цель изобретения - повышение производительности труда при измере-. НИИ комплекса характеристик и точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения электрических свойств горных пород и руд, содержащее последовательно соединенные задающий генератор и адресный счетчик, два идентичных канала измерения активной и реактивной составляющих, каждый из которых содержит последовательно соединенные постоянный запоминающий блок, цифроаналоговый преобразователь, сумматор, фильтр нижних частот, перемножитель, основной усилитель и регистратор, буферный усилитель, выход которого подключен к второму в|дходу перемножителя, а также последовательно соединенные фильтр нижних частот, усилитель мощности и двухлибо четырехэлектродный датчик, причем выходы адресного счетчика соединены с входами постоянных запоминающих блоков обоих каналов, выходы цифроаналоговых преобразователей каждого, канала соединены с вторыми входами сумматоров соседнего канала, выход цифроаналогового преобразователя активного канала, выход цифроаналогового преобразователя активного канала соединен с входом фильтра нижних частот, а выход датчика с входами буферных усилителей обоих каналов, введены последовательно соединенные задатчик временных интервалов, распределитель импульсов, дополнительный адресный счетчик, оперативный запоминающий блок и вычислитель, причем вход задатчика временных интервалов соединен с выходом вычислителя, информационные входы оперативного запоминаккцего блока - с выходами регистраторов, а ВЫ34ОДЫ распределителя импульсов с входами вычислителя, оперативного запоминающего блока и задающего генератора. На чертеже приведена структурная схема устройства. Устройство содержит задающий генератор 1, выход которого подключен к входу адресного счетчика 2, а выходы последнего - к управляющим входам постоянных запоминающих блоков 3-1 и 3-2. Два идентичных канала формирования опорных напряжений содержат последовательно соединенные постоянные запоминающие блоки 3-1 и 3-2, цифроаналоговые преобразователи 4-1 и 4-2, сумматоры 5-1 и 5-2, фильтры 6-1 - 6-3 низких частот; выходы фильтров 6-1 и 6-2 подключены к управляющим входам перемножителей 7-1 и 7-2. Второй вход сумматора

5-1 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 4-2, а сумматор 5-2 - с выходом цифроаналогового преобразователя 4-1. К выходу цифроаналогового преобразователя 4-1, кроме того, подключены последователь но соединенные фильтр 6-3 нижних частот, усилитель 8 мощности, датчик 9 (двух-либо четырехэлектродный) и буферные усилители 10-1 и 10-2, выходы которых подключены к сигнальным входам перемножителей 7-1 и 7-2 соответственно. Выход каждого из перемножителей 7-1 и 7-2 через основные усилители 11-1 и 11-2 подсоеди-г нены к регистраторам 12-1 и 12-2. Оперативный запоьданающий блок 13 своими информационными входами соединен с выходами регистраторов 12-1 и 12-2, управляющими входами - с выходами дополнительного адресного счетчика 14 и распределителя 15 импульсов, а выходами - с входом вычислителя 16. Задатчик 17 временных интервалов своим выходом подключен к входу распределителя Д5 импульсов, а входом - к Управляющему выходу вычислителя 16. Выходы распределителя 15 импульсов, кроме того, соединены с управляющими входами вычислителя 16, адресного дополнительного счетчика 14 и задающего генератора 1

. Устройство работает следующим образом.

В постоянных запоминающих блоках 3-1 и 3-2 хранятся по 32 восьмиразрядных кодовых числа, обеспечивающих при последовательной смене адресов получение на выходе цифроаналоговых преобразователей 4-1 и 4-2 двух сдвинутых на четверть периода копий квазисинусоидального сигнала, в которых подавлена значительная часть гармоник, ь частности, с второй по четырнадцатую.

Задатчик 17 временных интервалов вырабатывает короткие импульсы, следующие с частотой, определяемой временем установления показаний в измерительной части прибора, и подает их на вход распределителя 15 импульсов. Первым импульсом с выхода распределителя 15 импульсов устававливается высшая частота повторения импульсов зёщающего генератора 1.

При подаче с задающего генератора 1 напряжения соответствукяцей частоты на адресный счетчик 2, последователь но меняются выбираемые адреса в постоянных запоминающих блоках 3-1 и 3-2, коды чисел с их выходов поступают на цифроаналоговые преобразователи 4-1 и 4-2, которые вырабатывают квазигармонические сигналы. Эти сигналы после дополнительной фильтрации фильтрами 6-1 - 6-3 нижних частот, позволяющей дополнительно ослабить верхние гармоники,

используются в качестве опорных напряжений в перемножителях 7-1 и 7-2 и после усиления усилителем 8 мощности - для возбуждения датчика-Э. В сумматорах 5-1 и 5-2 производится сложение квадратурных составляющих сигналов, Что при выборе соответствующих весовых коэффициентов обеспечивает компенсацию фазовых сдвигов в каналах измерения активной и реактивной компонент сигнала. Выходной сигнал датчика 9 через буферные усилители 10-1 и 10-2, имеющие большое входное сопротивление, подается на сигнальные входы перемножителей 7-1 и 7-2; Выходные сигналы перемножителей 7-1 и 7-2, усиленные основными усилителями 11-1 и 11-2, поступают на входы регистраторов 12-1 и 12-2, где преобразуются в цифровую форму и индуцируются.

Вторым импульсом с распределителя 15 импульсов сигнгшы с регистраторов 12-1 и 12-2 записываются в оперативный запоминающий б.лок 13, после чего третьим импульсом с распределителя 15 импульсов сигналы с выхода опертивного запоминающего блока 13 передаются на вход вычис,лителя 16. Четвертым импульсом с распределителя 15 импульсов изменяется состояние дополнительного адресного счетчика 14 и одновременно подается сигнал на задающий генератор 1, приводящий к перестройке частоты последнего на следующее вдвое меньшее значение, и СИГНЕШ, запускающий вычислитель на начало вычислений. По измеренным на первой частоте значениям активного R и реактивного Х сопротивлений в последовательной схеме замещения образца и заранее измеренной постоянной К образца (при цилиндрическом образце с дисковыми электродами постоянная К равна:

К -

4е

где d и 8 - соответственно диаметр образца и расстояние между измерительными электродами) вычисляются: удельная активная р и реактивная (шб ) составляющие комплексного сопротивления образца в последовательной схеме замещения, удельные активная 9 и реактивная Ь составляющие комплексной проводимости в параллельной схеме замещения, а также модуля удельных сопротивлений (у) и проводимости а, в необходимых случаях фазовый сдвиг , причем расчет искомых величин ведется по соотношениям

i () КX, ;

(u)ei.

Pi

fc.

) ,p2,(,g,a (r. . Подобные циклы измерений и вычислений производятся последователь но на всех 16 рабочих частотах. После окончания измерений активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления образца и з писи результатов измерений в оперативный запо|Линаю1ций блок 13 вычислитель 16 под управлением распределителя 15 импульсов переходит к расчету переходных характеристик образцов горных пород. Вводя послед вательно по пять значений реактивной составляющей для значений частот , с первой по пятую, с второй по шестую, с третьей по седьмую и так далее, вычислитель рассчитывает вспомогательные коэффициенты А по формуле

К+4

,

где К - порядковый номер частоты; Хц- значение реактивной составляющей на частоте wi-lT известные коэффициенты. Всего таким образом рассчитывается одиннадцать коэффициентов.

По найденным вспомогательным коэффициентам Af, рассчитываются |ЗНачения переходной характеристики ( для произвольных моментов времени t. Расчет ведется по соотношению

-t/i

v(

где

2Tif

k- 2

Погрешность вычисленных таким образом значений переходной характеристики не превышает 3-8% для

значение активной составляющей на частоте известные коэффициенты, 4, уточненные значейия. переходной характеристики определяются из

()Введение в предлагаемое устройство дополнительных элементов и связей позволяет, по сравнению с прототипом, который является и базовым прибором, расширить функциональные возможности за счет вычисления дополнительных параметров и характеристик в частности, переходной.

Значительно сокращается время получения всех характеристик и параметров за счет автоматизации ввода данных в вычислитель и частичного совмещения процессов измерений и вычислений, что в 1,5-3 раза повышает производительность труда.

Кроме того, автоматизация ввода данных в вычислитель способствует повышению точности измерений за счет исключения субъективных ошибок при вводе данных в вьмислитель. значений времен, находящихся э пределах. При необходимости обеспечения большой точности дополнительно обрабатывают результаты измерений активной составляющей комплексного сопротивления, которые вводят в вычислитель сериями по четыре значения. Вычисление вспомогательных коэффициентов и значений переходной характеристики b(i| , где i -текущее время, производится по формулам: k+3 . V(t| /5,P

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД И РУД по авт.св. № 883791, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности труда при измерении комплекса характеристик и точности измерений, в него дополнительно введены последовательно соединенные задатчик временных интервалов, распределитель импульсов, дополнительный адресный счетчик, оперативный запоминающий блок и вычислитель, причем вход задатчика временных интервалов соединен с выходом вычислителя, информационные входы оперативного з апоминающего блока - с выходами регистраторов, а выходы распределителя импульсов - с входами вычислителя, оперативного запоминающего блока и задающего генератора. V