Устройство для электроразведки Советский патент 1986 года по МПК G01V3/11 

Изобретение относится к электромагнитным методам исследования и может быть использовано при электроразведке аномальных включений в непроводящих к( слабо проводящих средах, для обнаружения ш женерных коммуникаций и т.п.

Цель изобретения - повьшение чувствительности и уровня автоматизации измерения и регистрации фазовых характеристик слабых аномальных полей.

.На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство для электроразведки состоит из генератора 1 периодических сигналов, излучателя 2, первого де- лителя 3 частоты, генератора: 4 импулсов опорной частоты, приемника 5 эле тромагнитного поля, предварительного усилителя 6, избирательного усилителя 7, детектора 8 пересечения ну- Левого уровня, второго делителя 9 частоты, схемы И 10, счетчика П импульсов, цифрового блока 12 памяти, цифроаналогового преобразователя-13, блока 14 измерения и регистрации, инвертора 15 напряжения, первого 6 п второго 17 одновибраторов.

Работа устройства основана на из- мерейии приращения фазового сдвига . входного сигнала за интервал времени соответствующий некоторому числу пе- риодйв этого сигнала.

Генератор 4 импульсов опорной частоты непрерывно генерирует импульсы высокой частоты f (фиг. 2 а). .пульсы постзшают на первый делитель 3 частоты с коэффициентом деления NJ таким, чтобы частота следования импульсов на выходе первого делителя 3 частоты входила в диапазон частот электроразведки f f{,/N, (сотни герц) (фиг.2&). Импульсы с выхода делителя 3 возбуждают на этой частоте генератор 1, выходной ток которого (фиг,2 В) питает излучатель 2. Приемник 5 магнитного поля преобразует

. электромагнитное поле в переменное электрическое напряжение И е с частотой f (фиг. 2 г). Наличие аномального поля пр 1Вйдит к модуляций этого напряжения по амплитуде и фазе

и A(t) sin ( t q)(t) ,

673

где A(t)

меняющаяся во времени

амплитуда колебания; iT f - круговая частота колебания ;

(f(t) - меняющаяся во времейи начальная фаза колебания.

Текущая фаза э.того напряжения равна 0(t) «„t + Ф(t) .

Мгновенная частота определяется как производк(ая от текущей фазы колебания

W(t) Ф(Ь) (0„ +

d, dt

(t).

Отсюда мгновенный период равен 2 2 ,

Т (О

)

для аномальт u/n иь. ных полей, регистрируемых в электроразведке, пренебрежительно мала по сравнению с единицей, поэтому приближенно можно записать

T(t) -f- Г I - -- - --1- C(t) Mn L (On dt J

TMьт

я

-IS

где

0 15- -SE-M Ct)

Таким образом, изменение начальной фазы входного сигнала приводит к приросту периода колебаний на. величину йТ. Однако этот прирост, приходящийся на один период для реальных сигналов, регистрируемых в электроразведке, слитком мал и измерение его представляет значитехшные. трудности.

Цпя измерения величины дТ в пред- лагаемом устройстве используется принцип накопления. Время накоплейия выбирается по крайней мере в два раза меньше минимальной длительности ин- формацконных сигналов, что для реальных сигналов в электроразведке составляет большую величину - десятые доли секунды.

Даипьнейшая обработка сигналов с использованием накопления осуществляется следующим образом.

- Поступающее с приемника 5 переменное налсряженне усиливается предварительным усилителем 6 и подается на избирательный усилитель 7, где происходит основное усиление. Полоса изг бирательного усилителя 7 выбирается исходя из ширины спектра информацион- ных сигналов обусловленных аномальными электромагнитными полями, и составляет несколько герц .Лосле избирательного усилителя 7 сигнал подается на детектор 8 пересечения нуле- вого уровня, где происходит преобразование входного сигнала в напряжение прямоугольной формы и. (фиг.2а). Этим самым устраняется влияние паразитной амплитудной модуляции. Выходное напря жение детектора пересечения нулевого уровня 8 поступает на второй делитель 9 частоты, коэффициент деления N которого выбирается таким образом, чтобы период импульсов на выходе второ-

го делителя 9 Т

п

N«T

не превьшал

половины минимальной дпительности информационных аномальных сигналов (фиг.2е). Интервал между импульсами на вюсоде второго делителя 9 равен п риоду входных импульсов Tj,. На первы вход схемы И 10 подается напряжение с выхода второго делителя 9 частоты,

на второй - с выхода генератора 4 импульсов опорной частоты f. На выходе схемы И 10 импульсы опорной :частоты f присутствуют только во время действия импульсов с выхода второго делителя 9 (фиг.2А.). При появлении фронта выходного импульса второго делителя 9 первый одновиб- ратор 16 генерирует короткий им- пульс, цоторът подается на. вход установки О счетчика импульсов П (фиг.2л). Счетчик 11 импульсов устанавливается в состояние О и после этого начинается счет импульсов опорной частоты f , поступающих на его счетный вход с выхода схемы И 10.

Таким образом, происходит измерение временного интервала t Т„(N - - 1). Этот интервал измеряется числом укладываюпщхся в нем периодов опорной частоты f. Емкость счетчика П импульсов, производящего измерение, не обязательно должна быт ь достаточной для полного измерения этого интервала, поскольку информационные изменения измеряемого интервала незначительные по сравнению с его абсолютным значением. Поэтому коэффициент пересчета счетчика 11

5 5 0

0

5

5

0

5

0

5

импульсов выбирается исходя из реального динамического диапазона изменения начальной фазы входного сигнала под воздействием аномальных полей.

Соствяние счетчика I1 импульсов в конце интервала накопления несет информацию об изменениях начальной фазы входного сигнала, произошедщих за время накопления. После окончания этого интервала второй одновиб- ратор 17, на вход которого поступа- . ют п эоинвертированные инвертором 15 напряжения импульсы с второго делителя 9, генерирует импульс (фиг.2(/) . поступающий на управляющий вход цифрового блока 12 памяти, в результате чего в последний переписывается содержимое счетчика 11 ш пульсов в параллельном цифровом коде. Выходной код блока 12 памяти поступает на цифроаналоговый преобразователь 13, где преобразуется в аналоговую форму. Аналоговое напряжение с выхода цифроаналогового преобразователя 13 подается на блок 14 измерения и регистрации. Для устранения влияния Нестабильности частоты в предлагаемом устройстве применен общий генератор 4 импульсов опорной частоты, который используется как для получения тоKa j питающего излучатель, так и при измерении фазовьк приращений.

Предлагаемое устройство имеет линейную передаточную характеристику, т.е. зависимость вьпсодного напряжения, поступающего на блок регистрации, от, приращений начальной фазы входного сигнала и поэтому обладает одинаково высокой чувствительностью как к сильным аномальным полям, так и слабым. Разрешающая способность устройства определяется частотой f генератора 4 импульсов опорной частоты. Чувствительность ограничивается только качеством детектора 8 пересечения нулевого уровня и может быть доста- точно высокой.

В предлагаемом устройстве отсутствуют узлы, компенсирующие начальный фазовый сдвиг излучаемого и регистрируемого электромагнитных полей, которые имеются в известных устройствах для электроразведки, поскольку измеряется и регистрируется не абсолютное значение фазовых приращений, . а конечно-разностный аналог производ-, ной по времени фазового сдвига. Поэто5.1239673

у устройству не приисточниками которого узлы компенсации ме- ого поля как по перепо постоянному току. j устройства вьшолнена ов цифровой техники, вительны к дрейфу нуе устройство для элексодержит узлов, требу- 10 ния, т.е. оно явля- автоматическим.

он им и п сч мя те вт то не ты пе ге вы кл из пе ро ро И и ка ро бл ка ан го ку пе вх пу со ра р

Эти преимущества предлагаемого устройства по сравнению с известны- ми позволяют при его применении существенно повысить эффективность решения задач наземной и морской геофизической развещсй электромагнитными методами.

Формула изобретения

Устройство для электроразведки, содержащее генератор периодических сигналов, выход которого подключен к излучателю, последовательно соединенные приемник магнитного поля и предварительный усилитель, а также избирательный- усилитель и блок измерения и регистрации, отличающеё- с я тем, что, с целью повышения чувствительности и yiioBHH автоматизации измерения и регистрации фазовых характеристик слабых аномальных полей ,

б

j 0

0

5

5

0

оно дополнительно содержит генератор импульсов опорной частоты, первый и второй делители частоты, детектор пересечения нулевого уровня, схему И, счетчик импульсов, цифровой блок. па мяти, цифроаналоговый поеобразова- тель 5 инвертор напряжения, первый и второй одновибраторы, причем генератор импульсов опорной частоты соединен с входом первого делителя частоты и первым входом схемы И, выход первого делителя подключен к входу генератора периодических сигналов, выход предварительного усилителя подключен к последовательно соединенным избирательному усилителю, детектору пересечения нулевого уровня и второму делителю частотъг, выход которого соединен с вторым входом схемы И и входами первого одновибратора и инвертора напряжения, выход схемы И подк:лючей к счетному входу счетчика импульсов, разрядные выходы которого подключены к входам цифрового блока памяти, Е1ыходы цифрового блока пймяти соединены с входами цифро- аналогового преобразователя, аналоговый выход которого подключен к блоку изм:ерения и регистрации, выход - первого одновибратора подключен к входу установки в О счетчика им- пульсов, а выход инвертора напряжения соединен с входом второго одновибратора, выход которого подключен к управляющему входу блока памяти

s g

ж

пгишп

5,

л-в

Он Un

vA/VWWVXyVA/

Л л Л

V V V V

лллллллллл/

ТАПЛЯГШЯЛЛШ

Тн /Vi г/т

Jh

NL- ||||-

пгишп

Л л Л

A/

V V V V

Jh

Тн /Vi г/т

Устройство для электроразведки относится к электромагнитным методам исследований и может быть использовано при электроразведке аномальных включений в непроводящих и слабо проводящих средах. С целью повышения чувствительности и уровня автоматизации измерения и регистрации фазовых характеристик слабых аномальйых по- лей в устройство, содержащее генератор периодических сигналов, излзгча- тель, приемник магнитного поля, предварительный усилитель, избирательный усилитель, блок измерения и регистра- ции, дополнительно введены генератор импульсов опорной частоты, первьй делитель частоты, второй делитель частоты, детектор пересечения нулевого ; уровня, схема И, счетчик импульсов, цифровой блок памяти, цифроаналоговый преобразователь, инвертор напряжения, первый одновибратор, второй одновибч ратор. Работа устройства основана на измерении приращений фазового сдвига входного сигнала за интервал времени, соответствующий некоторому чибпу периодов этого сигнала. 2 ил. (Л