Генераторное устройство для геоэлектроразведки Советский патент 1986 года по МПК G01V3/10 

изобретение относится к геоэлек- (.фазведке с HcnojiijSOBaHHeM искус- сгтвенных переменных электромагнитных полей и может быть использовано для исследования пространственного рас- пределения удельного электрического сопротивления пород, обнаружения локальных и ..протяженных неоднород- иостей.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей .генераторного устройства за счет обеспечения смены направления вращения и сканирования в заданном секторе вектора излучаемого электромагнитного поля.

На фиг.1 представлена структурная схема генераторного устройства для геоэлектроразведки; на фиг.2 - осциллограммы напряжений на отдельных участках схемы в режиме кругового вращения -вектора излучаемого электромагнитного поля.

Генераторное устройство содержит (фиг.1) генератор 1 высокой частоты, квадратурный генератор 2, первый 3. и второй 4 балансные модуляторы, пер . вый 5 и второй 6 усилители мощности, Излучающую систему 7, состоящую из двух взаимно ортогональных магнитных диполей, коммутатор 8, первый 9 и второй 10 компараторы напряжения, семь инверторов 11-25, четьфе схемы И-НЕ 13-16 совпадения, две схемы ИЛИ 21 и 22, два полосовых фильтра 23 и 24, датчик 26 угла поворота вектора излучаемого электромагнитного поля, источник 27 питания, а также переключатели 28-30 коммутатора 8.

Генератор

высокой частоты соеди

нен с входом инвертора 25, выходы которых непосредственно подключены к первым входам первой 13 и второй 14 схем И-НЕ совпадения, и через переключатель 29 коммутатора 8 - к первым входам третьей 15 и четвертой 16 схем совпадения И-НЕ. Вторые входы первой 13 и второй 14 схем И-НЕ совпадения переключатели 28 коммутатора 8 подсоединены к выходам первого компаратора 9 и последова- тельно соединенного с ним второго инвертора 11 или к разнополярным шинам источника 27 питания. Вторые входы третьей 15 и четвертой 16 схем совпадения И-НЕ через переключатель 30 коммутатора 8 подсоединены квько- дам второго компаратора 10 напряжени.я и последовательно соединенного с ним

5 о ,

0

5

инвертора 12 или к разнополярным шинам источника 27 питания. Выходы первой 13 и второй 14 схем И-НЕ через инверторы 17 и 18 подсоединены к входам первой схемы ИЛИ 21, а выходы третьей 15 и четвертой 16 схем И-НЕ через инверторы 19 и 20 подсоединены к входам второй схемы ИЛИ 22. Выходы первой 21 и второй 22 схем 1ИЛИ через полосовые фильтры 23 и 24 подсоединены к входам соответственно первого 3 и второго 4 балансных модуляторов, выходы которых через первый 5 и второй 6 усилители мощности подключены к излучающей системе 7. Входы первого 9 и второго 10 компараторов и входы датчика 26 угла поворота вектора излучаемого электромагнитного по- .пя подсоединены к выходам кгзадратур- ного генератора 2, связанного с первыми входами- балансных модуляторов 3 и 4. Квадратурный генератор 2 представляет собой, например, генератор низкой частоты и последовательно соединенный с ним ортогональный фазовра- ш.атель, Излучающая система 7 представляет собой два взаимно ортого- на.пьньгх магнитных диполя. Коммутатор 8 может быть выполнен, например, с исггользованием электромагнитных реле или п{5ограммного устройства, если необходимБ определить свойства массива в различных секторах излучаемого поля по заданному алгоритму. Датчик 26 уг.па поворота вектора излучаемого поля предназначен для преобразования сигналов квадратурного генератора 2 пропорционально положению вектора поля в пространстве.

Генераторное устройство для геоэлектроразведки работает следующим образом.

Генератор 1 высокой частоть вырабатывает прямоугольные колебания с частотой со. Поскольку в тракте усиления генератора производится выделение первой гармоники этого колебания, для пояснения рЪ.боты устройства в дальнейшем используются выражения для гармонических сигналов.

Таким образом, на выходе генератора 1 высокой частоты и последовательно соединенного с ним инвертора 25 имеем колебания

и, U,- Sinwt; U2 и,„.,- Sin(180 +cot)-U Sinw t.

Эти колебания подаются на первые входы схем И-НЕ 13 и 14 непосред15

ются на усилители 5 и 6 мощности и далее на излучающую систему 7.

Выражения для мгновенных значений магнитных моментов диполей можно за- тгсать в виде

,.5inwl-co5Sli npHnt (o-|),) -/W(,5incoi-co5ni: приni 5

rMg-eincot-sinQt при nt (0- ir i -Mg-5incot-5inni при nt ( i -2 Tr),

U,.

где М„ W-S.-I и I

hi

20

ственно, и на входы схем И-НЕ 15 и 16 через переключатель 29 коммутатора 8, Квадратурный генератор 2 вырабатывает синусоидальные колебания и. и и с частотой П ( О cj)и относи- j тельным сдвигом фаз на 90 °, которые описываются выражениями

и U,-Cosfi t;

U U -Sinn t.10

Эти колебания, подаются на первые входы балансных модуляторов 3 и 4 и на входы компараторов 9 и 10 напряжения. Компараторы напряжения 9 и 10 вьТрабатывают прямоугольные импульсы, сигналы и 5 и и, длительность соторых определяется временем действия положительных полуволн синусоидальных сигналов U, и и. , и которые подаются через переключатели 28 и 30 коммутатора 8 соответственно на вторые входы схем И-НЕ 13 и 16, а через инверторы 11 и 12 (сигналы Uj. и Ug) и контакты переключателей 28 и 30 коммутатора 8 - на вторые входы схем И-НЕ 14 и 15. С выходов схем И-НЕ 13 и 14 сигналы через инверторы 17 и 18 . подаются на входы схемы ИЛИ 21 и далее через полосовый фильтр 23 на второй вход балансного модулятора 3. Аналогично с выходов схем И-НЕ 15 и 16 сигналы подаются через инверторы 19 и 20, схему ИЛИ 22 и полосовой фильтр 24 на второй вход балансного модулятора 4.35

При положениях переключателей 28- 30 коммутатора 8 в соответствии с фиг.1 на выходе полосовых фильтров за время действия одного периода напряжения квадратурного генератора имеем 0 не зависит от частоты модулирующего

сигнала с частотой Я

Угол между направлением начала

отсчета (например, оси X, по которой

ориентирован диполь с магнитным мо- 45 ментом т() и результирующим вектором

излучаемого поля можно определить

из соотношения

25

MO действующее значение магнит ного момента диполей;

W - ЧИСЛО витков диполя;

S - площадь одного витка диполя

1 - действующее значение тока диполя;

и. - амплитуда колебани высокой

П1

частоты;

m - коэффициент модуляции. Результирующее поле излучающей системы пропорционально результирующему магнитному моменту

30

m

-fmy

+ m;

Так, например, в первой четверти периода напряжения квадратурного генератора 2 имеем

m, MO S in W t . cos я t; m2 MO Sinut Sinlit;

m лlMo6in at((nt)MosincJt т.е. амплитуда результирующего поля

сигналы, которые описываются выражениями

ТГ

и, /

и --Sin cot при 17 t (0 )

-и

m

/ ЧГ 3 ir Sin cot при nt (2- - -2)

т

3 ir Sinojt при я t(-;r- - 2);

m.

Mo-sinwt -cosnt

C,.a.cco6-.a.cco5-.. В первой четверти периода

-fii

Mm

sin Q t при 7 (0 - ii )

-U, Sin cot при nt( H - ) .

iH

Балансньш модулятор 3 производит перемножение сигналов Uj и U, а балансный модулятор 4 - сигналов U

m m

55

положителен и результирующий вектор излучаемого поля поворачивается в

VJCtJldrH-nDLKL l iU.LJ.y ЛЛ 1 - i- Тwrii nciJlV./JJ kJA-Л

„ первом квадранте от CP О дос| -ти и,с,. С выходов балансных модуляторов 2

3 и 4 модулированные колебания пода- (фиг.2).

ются на усилители 5 и 6 мощности и далее на излучающую систему 7.

Выражения для мгновенных значений магнитных моментов диполей можно за- тгсать в виде

,.5inwl-co5Sli npHnt (o-|),); -/W(,5incoi-co5ni: приni 5

rMg-eincot-sinQt при nt (0- ir i -Mg-5incot-5inni при nt ( i -2 Tr),

U,.

где М„ W-S.-I и I

hi

MO действующее значение магнитного момента диполей;

W - ЧИСЛО витков диполя;

S - площадь одного витка диполя;

1 - действующее значение тока диполя;

и. - амплитуда колебани высокой

П1

частоты;

m - коэффициент модуляции. Результирующее поле излучающей системы пропорционально результирующему магнитному моменту

m

-fmy

+ m;

не зависит от частоты модулирующего

Так, например, в первой четверти периода напряжения квадратурного генератора 2 имеем

m, MO S in W t . cos я t; m2 MO Sinut Sinlit;

m лlMo6in at((nt)MosincJt т.е. амплитуда результирующего поля

m.

Mo-sinwt -cosnt

C,.a.cco6-.a.cco5-.. В первой четверти периода

-fii

Cos ср -- - положителен, Sincp

m m

55

Рассматривая аналогичную работу устройства во второй, третьей и четвертой четвертях периода напряжения квадратурного генератора 2 получаем полный поворот вектора результирующего поля против часовой стрелки за один период действия напряжения квадратурного генератора 2, т.е. вектор вращается вокруг общей оси излучающей системы 7 с частотой S7.

При нажатии переключателя 29 коммутатора 8 происходит смена фазы на 180° сигнала высокой частоты на первых входах схем И-НЕ 15 и 16,

Результирующий вектор вращается по часовой стрелке с частотой Я.

При нажатии переключателя 28 коммутатора 8 вторые входы схем И-НЕ 13 и 14 подключаются к разнйполярным шинам источника 27 питания, т.е. осуществляется подача логического О и логической 1. В результ ате одна из схем И-НЕ 13 или 14 запирается, и на выходе полосового фильтра 23 сигнал высокой частоты генератора 1 не ме0

няет фазу на 180 в моменты смены полярности модулирующего сигнала U.

Аналогично при нажатии переключателя 30 коммутатора 8 на выходе фильтра 24 сигнал высокой частоты генератора 1 не меняет фазу на 180 в Моменты смены полярности модулирующего сигнала.

. Таким образом, предлагаемое гене- раторное устройство может обеспечивать Четыре режима работы: сканирование вектора излучаемого электромагниного поля по кругу часовой стрелки, сканирование по кругу против часовой стелки, сканирование в секторе с углом 180 и сканирование в секторе с углом 90 ,

Датчик 26 угла поворота вектора излучаемого электромагнитного поля путем преобразования сигналов, поступающих с квадратурного генератора 2 вьщает сигнал, пропорциональный положению вектора поля в пространстве.

Предлагаемое генераторное устрой- ство для геоэлектроразведки.позволяет вести избирательный поиск, например, с углом 90° и 180 за счет обеспечения сканирования-вектора излучаемого поля в заданном секторе. Благод ря сканированию вектора излучаемого поля в заданном секторе обеспечивается возможность определения геометрических параметров залегания локальных и протяженных объектов при однократном пересечении исследуемой зоны.

Кроме того, предлагаемое устройство позволяет обеспечить смену направления .вращения вектора излучаемог электромагнитного поля и тем самым обеспечить смену направления воздействия излучаемого поля, что позволяет повысить точность определения пространственного распределения уделного сопротивления пород, вследствие возможности учитывать естественную поляризацшо массива. Генераторное устройство позволяет производить поисковые работы при наличии домех от металлических масс, например, от подвижной платформы при проведении геофизических измерений в составе подвижной механизированной колонны.

Формула изобретения

Генераторное устройство для геоэлектроразведки, содержащее генератор высокой частоты, квадратурный генератор, балансные модуляторы, выходы которых через усилители мощности подключены к излучающей системе, а выходы квадратурного генератора подключены к первым входам балансных модуляторов, отличающееся тем, что, с целью расширения функцио нальнык возможностей устройства за счет обеспечения смены направления вращения и сканирования в заданном секторе вектора излучаемого электромагнитного поля, устройство дополнительно содержит первый и второй компараторы, инверторы, коммутатор, схемы И-НЕ, схемы ИЛИ, полосовые фильтры, датчик угла поворота вектора излучаемого поля, причем выход генератора высокой частоты и выход роследовательно соединенного с ним первого инвертора подключены непосредственно к первым входам соответственно первой и второй схем И-НЕ и через комйутатор к первьм входам третьей и четвертой схем И-НЕ, вторые вхбды первой и второй схем И-НЕ через коммутатор подсоединены к .выходам первого компаратора и последовательно соединенного с ним второго инвертора или к разнополярным шинам источника питания, вторые входы третьей и четвертой схем И-ИЕ через коммутатор подсоединены к выходам второго компарато, а и последовательно соединенного с нргм третьего инвертора или к разнополярным шинам источника питания, выходы первой и второй схем И-НЕ через четвертый и пятьй инверторы подсоединены к входам первой схемы ИЛИ, а выходы третьей и четвертой схем И-НЕ через шестой и седьмо|( ниперторы подсоединены к нходаН второй схемы ИЛИ, выходы первой и второй схем ИЛИ через полосовые филь- тры подсоединены к вторым входам соответственно первого и второго балансных модуляторов, а входы первого и второго компараторов и входы датчика угла поворота вектора излучаемого поля подсоединены к выходам квадратурного генератора.

и,, и,

0.

tn П П Г1 - ГП П П Г1 П П П i

flfmfiflfif 4yq4j fbFH bftfWfK

J LJ UJ l-J UJ i™J L,., LJ 1™.J L,J SJ I I I

L... .ir. Г

-,1-T::- 1;

I.I

A/WtAj V AAA4

Изобретение относится к геоэлектроразведке с использованием искусственных переменных электромагнитных полей и может быть использовано для исследования пространственного распределения удельного электрического сопротивления пород, обнаружения локальных и протяженных неоднороднос- тей. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей генераторного устройства за счет обеспечения смены направления вращения и сканирования в заданном секторе вектора излучаемого электромагнитного поля. Устройство содержит генератор высокой частоты, квадратурный генератор, балансные модуляторы, выходы которых через усилители мощности подключены к излучающей системе, а выходы квадратурного генератора подключены к первым входам балансных модуляторов. В предлагаемое устройство введены первый и второй компараторы, инверторы, коммутатор, схемы И-НЕ, схемы ИЛИ, полосовые-фильтры, датчик угла поворота вектора излучаемого поля. Выход генератора высокой частоты и выход последовательно соединенного с ним первого инвертора подключены к первым входам первой и второй схем И-НЕ и через коммутатор к первым входам третьей и четвертой схем И-НЕ, вторые входы первой и второй схем И-НЕ через коммутатор подсоединены к выходам первого компаратора и последовательно соединенного с ним второго инвертора. Вторые входы третьей и четвертой схем И-НЕ через коммутатор подсоединены к выходам второго компаратора и последовательно соединенного с ним третьего инвертора или к разнополярным шинам источника питания, выходы первой и второй схем И-НЕ через четвертый и пятый инверторы подсоединены к входам первой схемы ИЛИ, а выходы третьей и четвертой схем И-НЕ через шестой И седьмой инверторы подсоединены к входам второй схемы ИЛИ. 2 ил. Си (Л CZ ю со vl ел