Устройство для измерения кинематических характеристик сигнала при акустическом каротаже Советский патент 1985 года по МПК G01V1/50 

равляющий вход - с выходом блока выключения автонастроек, аналоговый вход - с выходом усилителя-ограничителя, а выход - с вторым управляющим входом перемножителя о

2.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что блок ограничения приращений состоит из последовательно включенных фильтра верхних частот, блока передачи модуля и компаратора, второй вход которого подключен к источнику порогового напряжения, а выходявляется выходом блока в делом.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок выключения автонастроек состоит из формирователя окна измерения шума, измерителя шума и компаратора при этом вход формирователя окна измерения шума является запускающим входом блока в целом, выход его соединен с управпяющям входом измерителя, у которого, в свою очередь, аналоговый вход является первым аналоговым входом блока в целом, а выход соединен с входом компаратора, у которого второй вход является вторым аналоговым входом блока,

а выход - выходом блока в целом.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок автонастройки Вперед состоит из формирователя окна поиска, компа70396

ратора, трехвходовой схемы совпадё ния и формирователя команды на перенастройку Вперед, при этом вход формирователя окна поиска является управляющим входом блока в делом, а оба входа компаратора его,аналоговыми входами, причем первый вход схемы совпадения соединен с выходом компаратора, второй - с выходом формирователя окна поиска, а третий вход является вторым управляющим входом всего блока, у формит рователя команды на перенастройку Вперед вход соединен с выходом схемы совпадения, а выход является выходом блока в целом.

5. Устройство по п, 1, о т л ичающееся тем, что блок автонастройки Назад состоит из схемы задержки, ключа разряда и последовательно соединенных аналогового ключа, интегрирующей цепочки, нульоргана и схемы совпадения, у которой второй вход является вторым з равляющим входом, а выход - выходом блока в целом, причем вход схемы задержки является первым управляющим входом блока, а ее выход соединен с управляющим входом аналогового ключа, вход которого является аналоговым входом блока в целом, при этом ключ разряда включен между вы- : ходом интегрирующей цепочки и ис точником питания, например минусом.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАЛА ПРИ АКУСТИЧЕСКОМ КАРОТАЖЕ, содержащее преобразователь напряжение время, один вход которого связан с синхровкодом устройства, а другой - с его выходом, измеритель динамических характеристик сигнала, аналоговый вход которого связан с сигнальным входом устройства, аналоговый ключ, его вход связан с сигнальным . входом устройства, формирователь окна измерения, вход которого соединен с выходом преобразователя напряжение - время, а выход - с запускающими входами аналогового ключа и измерителя динамических характеристик сигнала, а также соединенные последовательно усилительограничитель, перемножитель и зарядно-разряднуго цепочку, выход которой является выходом всего устройства в цепом, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности измерений путем осуществления автоматической настройки на первое вступление сигнала, а также для увеличения помехоустойчивости измерения его кинематических характеристик, в устройство введены блок вьщеления и запоминания фазы сигнала, включенный между аналоговым . ключем и усилителем-ограничителем, последовательно соединенные гене-, ратор модели и схема совпадения, включенные между выходом формирователя окна измерения и вторым сигнальным входом перемножителя, а также блок ограничения приращений, блок выключения автонастроек, блуи I автонастройки Вперед и блок автонастройки Назад, при этом вход бло(/} ка ограничения приращений соединен С с выходом устройства, а выход - с вторым входом схемы совпадений, запускающий вход блока выключения автонастроек соединен с синхровходом устройства, первьй аналоговый вход с сигнальным входом устройства, а второй аналоговьй выход - с выходом измерителя динамических характериссо оз тик сигнала, при этом первьй управляющий вход блока автонастройки Вперед соединен с выходом преобразователя напряжение-время, второй управляющий вход - с выходом блока выключения автонастроек, первый аналоговьй вход - с сигнальным входом устройства в целом, второй аналоговый вход - с выходом измерителя динамических характеристик, выход - с первым управляющим входом перемножителя, а у блока автонастройки Назад первьй упраплякмций вход связан с выходом преобразователя напряжение-время, второй уп

1

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин акустическими методами.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем осуществления автоматической настройки на первое встзтшение сигнала и увеличение помехоустойчивости при измерении кинематических характеристик акустического сигнала.

На фиг, 1 представлена структурная схема устройства, на фиг. 2 временные диаграммы сигналов на выходе его основных узлов.

Устройство (фиг, 1) включает в себя преобразователь 1 напряжение время, зарядно-разрядную цепочку 2, формирователь 3 окна измерения, аналоговый ключ 4, измеритель 5 динамических характеристик сигнала, 5 блок 6 выделения и запоминания фазы . сигнала, усилитель-ограничитель 1 , перемножитель 8, генератор 9 модели, схему 10 совпадений, стабилизатор 11 токов перезаряда, интегри Q рующую емкость. 12, согласующий повторитель 13 напряжения, блок 14 ограничения приращений состоящий из фильтра 15 верхних частот, блока 16 передачи модуля и компаратора 5 17j блок 18 автонастройки Вперед, блок 19 автонастройки Назад, при чтом блок 18 автонастройки Вперед 3 состоит из формирователя 20 окна поиска, компаратора 2J, схемы 22 совпадений и формирователя 23 ко- манды на перенастройку Вперед, а блок 19 автонастройки Назад состоит из схемы 24 задержки, аналогового ключа 25, интегрирующей цепочки 26, нуль-органа 27, схемы 28 совпадений и ключа 29 разряда, блок 20 выключения автонастроек, состоящий из формирователя 31 окна измерения шума, измеритель 32 шума и компаратор 33. Устройство работает следующим образом. Преобразователь 1 напряжение-вре мя запускается синхроимпульсом (эпю ра 34, фиг. 2), который соответству ет по времени моменту излучения акустического импульса в породу. Преобразователь 1 напряжение-время вьщает сигнал (эпюра 35), задержка которого относительно синхроимпульса пропорциональна напряжению на его управляющем входе, поступающему с выхода зарядно-разрядной цепочки 2. В статическом состоянии при правильной настройке системы этот импульс соответствует по времени началу первой полуволны входного сигнала (см. эпюры 35 и 34, фиг. 2). Он запускает формирователь 3 окна измерения, который вырабатывает импульс 36, открывающий аналоговый ключ 4 и измеритель 3 динамических характеристик сигнала. Измеритель 5 определяет какой-либо ди намический параметр, например, максимальную амплитуду или действующее значение той части акустического сигнала, которая попадает в окно измерения и вьщает сигнал в виде .постоянного напряжения. Часть сигнала 37, прошедшая через аналоговый ключ 4, поступает на блок 6 выделения и запоминания фазы сигнала. Он вьщеляет определенную составляющую в спектре вьгрезанной части сигнала и запоминает ее фазу. Этот блок может быть выполнен, например, на основе высокодобротного резонатора, настроенного на нужную частоту, в частности на основную частоту сигнала. Так как в процессе измерения участвуют несколько первых фаз (например-, 5-6) , то на выходе резо.натора вследствие накопления в нем Полезного сигнала к моменту оконча96 4 НИН окна измерения оказывается возможным получить значительное повышение соотношения сигнал-шум. Это обеспечивает гораздо большую помехоустойчивость измерений, чем при слежении только за одной фазой сигнала, несущей сравнительно небольшую долю энергии всей волны, как это имеет место в устройстве-прототипе. После запирания аналогового ключа 4 напряжение сигнала 38 на выходе резонатора начинает спадать по экспоненте. Эти колебания, фаза которых определяется фазой входного сигнала, усиленные до ограничения 39 в усилителе-ограничителе 7, поступают на один из сигнальных входов перемножителя. Импульс 36 окна измерения своим задним фронтом запускает генератор модели сигнала, который вырабатывает цуг из нескольких прямоугольных колебаний 40, идущих с частотой, равной собственной частоте резонатора. Эта модель сигнала, состоящая, например, из 20-30 колебаний, через нормально открытзто схему 10 совпадений поступает на второй сигнальный вход перемножителя 8. Сигнал, полученный в результате перемножения, через стабилизатор 11 тока перезаряда, заряжает и разряжает интегрирующую емкость 12, напряжение 41 с которой через согласующий повторитель 13 напряжения, например истоковый повторитель, поступает на выход устройства дня регистрации. В результате действия обратной связи, поступающей с выхода зарядноразрядной цепочки 2 на преобразователь 1 напряжение-время, напряжение на интегрирзтощей емкости 12 будет изменяться до тех пор, пока сдвиг по фазе между колебаниями на сигнальных входах перемножителя 8 не станет равным 90 . При этом длительность окна измерения делается такой, чтобы в установившемся режиме его начало совпадало с началом первой полуволны входного сигнала (см. эпюры 34 и 36, фиг. 2). Таким образом, так как модель начинается после окончания окна измерения, в процессе перемножения участвуют только установившиеся колебания резонатора, чем достигается

дополнительное увеличение помехоустойчивости.

В процессе слежения за сигналом напряжение на интегрирующей емкости 12 получает в ту или иную сторону приращения, величина которых прямо пропорциональна сдвигу во времени, полученном входным сигналом между двумя запусками. Эти приращеНИН при заданной скорости каротажа в общем случае не могут превышать определенной величины, если это происходит, значит измерение неверно и должно быть в данном цикле прервано При таком/алгоритме работы может быть достигнуто дополнительное увелчение помехоустойчивости.

На этом принципе основана работа блока 14 ограничения приращений. Выходное напряжение с зарядно-разрядной цепочки 2 поступает на фильт 15 верхних частот, где из него выделяется приращение сигнала (эпюра 42), которое затем поступает на блок 16 передачи модуля, где независимо от его знака оно приводится к одной полярности,.например положительной, и усиливается до величин необходимой для нормальной работы компаратора 17.

Если величина приращения сигнала превышает определенный уровень (см. эпюру 42, фиг. 2), задаваемый пороговым напряжением на втором входе компаратора 17, то последний срабатывает и закрывает схему 10 совпадений, прекращая тем самым поступление сигнала модели на перемножитель 8, т.е. обрьшает процесс измерения.

Для автонастройки устройства на первое вступление служат блок 18 автонастройки Вперед и блок 19 автонастройки Назад. Автоматическая настройка прибора Вперед включается в том случае, если система оказьшается по каким-либо причинам настроенной не на первую фазу сигнала, а на последзпгацие. Этот блок работает следующим образом. Выходной импульс преобразователья 1 напряжение - время запускает формирователь 20 окна поиска, вьфабатывающий интервал времени (эпюра 43, фиг. 2), равный или немного меньше периода сигнала. Порог срабатывания (см. эпюру 34, фиг. 2) компаратора

21, определяемый выходным напряжением измерителя 5 динамических характеристик, прямо пропорционален уровню входного сигнала. Коэффициент передачи этого напряженияна компаратор 21 подобран так, чтобы компаратор при правильной настройке системы реагировал только на три последующие фазы (см. эпюры 34 и 44, фиг. 2). При этом через схему 22 совпадений сигналы.пройти не могут, так как окно поиска оканчивается раньше, чем срабатывает компаратор .

В том случае, если система оказывается настроенной на три последующие нечетные фазы (полуволны) входного сигнала, уровень которых по сравнению с амплитудой первой полуволны в несколько раз выше, компаратор срабатывает от первой же фазы сигнала, следзтощей после открывания прибора (расположение окна поиска при настройке на третью фазы показано на эпюре 43, фиг. 2 пунктиром). В этом случае сигналы компаратора 21 проходят через схему 22 совпадений и запускают формирователь 23 команды на перестройку Вперед, импульс 45 с выхода формирователя 23 команды на перестройку Вперед, длительность которочго больше длительности модели, поступает на первый управляющий вход перемножителя 8 и вызывает подачу на его первьй сигнальный вход вместо сигнала с усилителя-ограничителя 7 постоянного напряжения, например отрицательного. В результате перемножения его с моделью происходит разряд интегрирующей емкости 12 и, следовательно, уменьшение времени задержки окна измерения в следующем цикле.

Этот процесс продолжается до тех пор, пока устройство не настроится на первую полуволну входного сигна и через схему 22 совпадений перестанут проходить импульсы. Таким образом, блок автонастройки Вперед включается только в случае сбоя срабатывания устройства на последующие фазы сигнала и в обычных условиях в процессе измерения не учасвует, а следовательно, не вносит ошибок измерения из-за изменения соотношения порогового уровня к 7 сигналу, свойственных системам с вы делением сигнала при помощи амплитудного дискриминатора. Блок 19 автонастройки Назад работает следующим образом. Импульс с выхода преобразователя 1 напряжение-время.задержанный схемой 24 задержки на величину, рав ную 3/4 периода сигнала, вызывает на короткий интервал времени 46 замыкание аналогового ключа 25. В установившемся режиме при правильной настройке системы этот импульс приходится на экстремум второй полуволны входного сигнала, поэтому при замыкании аналогового ключа 25 на его выход будут проходить узкие отрицательные импульсы, которые постепенно вызовут накопление на выходе интегрирующей цепочки 26 отрицательного потенциала. Нульорган 27 при этом находится в выклю ченном состоянии и запирает схему 28 совпадения. В случае сбоя системы на один или более периодов вперед на интегрирующую цепочку 26 будут поступать усиленные до ограни чения акустические шумы. Так как шум и.запуск прибора события незави симые, вероятности попадания в окно открывания положительных и отрица-. тельных полуволн равны, поэтому на выходе интегрирующей цепочки 26 напряжение будет колебаться около нуля. Это вызовет срабатывание нуль-органа 27, схема 28 совпадений откроется и на второй управляющий вход перемножителя 8 поступит сигна к источнику постоянного напряжения, например положительного. Это напряжение в результате перемножения с моделью и при нескольких прямоуголь ных колебаний вызовет увеличение потенциала на интегрирующей емкости 12, а следовательно, и увеличение задержки срабатывания преобразователя 1 напрялсение - время в еле- дующем цикле. Этот процесс продолжается до тех пор, пока срабатывание не дойдет до первого вступления сигнала. При 968 последующем движении Назад, т.е. в сторону увеличения задержки, включится блок автонастройки Вперед импульс с выхода которого вызовет замыкание ключа 29 разряда и перезаряд интегрирующей цепочки 26 до отрицательного потенциала, а следовательно, и выключение автонастройки Назад. При уменьшении соотношения сигнал-шум увеличивается вероятность ложного включения автонастройки, поэтому в устройство включен блок 30 выключения автонастроек, сущность работы которого заключается в следующем. Входной синхроимпульс запускает формирователь 31 окна измерения шума. Этот импульс, расположенный между синхроимпульсом и первым вступлением сигнала (см. зшору 47, фиг. 2), открывает измеритель 32 шума, который измеряет его какойлибо динамический параметр, например действующее значение. Это напряжение подается на вход компаратора 33, на второй вход которого подается напряжение с выхода измерителя 5 динамических характеристик сигнала. Если произойдет превьшение уровня шума над полезным сигналом, компаратор 33 срабатывает и закроет схемы 22 к 28 совпадений, находящиеся в. блоках автонастройки Вперед 18 и Назад 19, т.е. блоки автонастройки имеют возможность работы только на тех у шстках скважины, где соотношение сигнал-шум позволяет с высокой вероятностью исключить их ложное включение. Использование предлагаемого устройства позволяет вести автоматическое слежение за временем прихода акустического сигнала при уменьшенном соотношении сигнал-шум, что повышает точность измерений, увеличивает достоверность каротажного материала на участках скважины с большим затуханием и повьшает скорость каротажа на остальных участках.