Устройство для настройки и поверки импульсной электроразведочной аппаратуры Советский патент 1986 года по МПК G01V3/10 

ч1

Изобретение относится к метрологии геофизической импульсной электроразведочной аппаратуры и может быть использовано для целей настройки и поверки устройств электроразведки полезных ископаемых импульсными методами .

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей генератора за счет регулирования фа- зового сдвига между синусоидальным и экспоненциальньм сигналами.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства на фиг. 2- времённые диаграммы сигналов, поясня ющие работу устройства на фиг. 3 - структурная схема генератора синусоидальных сигналов на фиг. 4 - временные диаграммы сигналов, поясняющие его работу. на фиг. 5 - струк турная схема генератора экспоненциальных сигналов, вариант на фиг. 6 формирователь кода фазы на фиг.7 - генератор случайных импульсов вариант j на фиг. 8 приведен пример реализации генератора псевдослучайны чисел с равномерным распределением.

Предлагаемое устройство состоит . из генератора 1 прямоугольных импуль сов (GN). первого 2 и второго 3 де-- лителей частоты (СТ). формирователя 4 кода фазы (F). схемы сравнения дов 5 ( -)у генератора 6 синусои- / дальных сигналов (GN sin) счетного триггера 7 (Т) генератора 8 экспоненциальных сигналов (GN ехо),генератора 9 случайных сигналов (GN noi- се), источника постоянного тока 10 (1о) и сумматора 1,1 токов (21).

Клемма 12 - выход устройства.

Выход генератора 1 соединен с входами делителей 2, 3 и входом генератора 9. Выход первого, делителя частоты 2 соединен с входом генератора 6. Выход второго делителя 3 соединен с тактовым входом генератора 8. Выводы формирователя 4 соединены с первыми И входами схемы сравнения 5, кр вторым h входам которой подключены цифровые вькоды генератора 6. Выход Равно схемы сравнения 5 соединен со счетным входом триггера 7, входом установки в нуль делителя 3 и входом запуска генератора 8. Выход триггера 7 соединен с входом управления знаком генератора 8. Выходы блоков 6, 8, 9, 10 подключены к входам сумматора I1, выход которого соединен с клеммой 12.

5 0 5

о

0

5

0

5

77 . . 2

Принцип действия устройства заключается в следующем.

Генератор 1 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов с частотой fo. С выхода генератора 1 указанная импульсная последовательность поступает на входы делителей частоты 2, 3 и на вход генератора 9 случайных сигналов. На выходах делителей частоты 2 и 3 . образуются периодические импульсные последовательности с частотами , (где , kj - коэффициенты деления делителей 2 и 3 соответственно). Под воздействием выходной импульсной последовательности делителя 2 на цифровых выходах генератора 6 синусоидальных сигналов возникает линейно возрастаю- щая от О до числовая последовательность, а на аналоговом выходе - ток синусоидальной формы с амплитудой АО ((1иг. 2, диаграмма а). При этом нулевое значение числовой последовательности на цифровых выходах генератора 6 совпадает с моментом перехода через нуль синусоидального сигнала с положительной крутизной.Таким образом, в течение периода синусоиды число на цифровых выходах генератора 6 представляет собой значение текущего времени (фазы) в цифровой форме. Это число подается на одну группу h входов схемы сравнения 5, на другую группу h входов которой поступает заданное значение фазы ф в цифровой форме с выходов формирователя 4 кода фазы. В момент сравнения кодов на выходе схемы сравнения возникает импульс, который перебрасывает триггер 7 в противоположное состояние, сбрасывает в нуль

счетчик Ф (делитель частоты 3) и дает разрешение на запуск генератора В экспоненциальных импульсов тока. После этого под воздействием тактовых импульсов, поступающих на вход генератора 8, на его выходе начинается формирование очередного экспоненциального импульса с амплитудой BO и соответствующим знаком (фиг.2, -диаграммаб). Триггер 7 обеспечивает генерирование последовательности чередующихся разнополярньпс токовых импульсов, а начало каждого импульса имеет заданньм фазовьй сдвиг Ч относительно синусоидального сигнала.

Под воздействием тактовых импульсов генератора 1 на выходе генератора 9 случайных сигналов возникает

31

псевдослучайный стационарньш процесс (фиг. 2, диаграммаD ). .

Источник to постоянного тока Jo обеспечивает заданное значение смещения результирующего сигнала (фиг 2, диаграмма 2) относительно нулевого уровня. Результирующий сигнал образуется на выходе сумматора 11.

Изменением коэффициентов деления k2, kJ можно регулировать период ге-. нерируемого синусоидального сигнала и постоянную времени спада экспоненциальных импульсов соответственно.

Вариацией параметров отдельных составляющих результирующего сигнала можно задавать требуемое соотношение информационных и мешающих компонент- сигнала и по измеренному поверяемой аппаратурой значению параметра информационного сигнала определять тре- буемые метрологические характеристики электроразведочной аппаратуры (коэффициент передачи и линейность измерительного тракта, коэффициенты подавления периодических и случайных по- мех и т.д.).

Генератор синусоидальных сигналов (фиг. 3), состоит из счетчика импульсов 13, элемента задержки 14, мультиплексора 15, реверсивного счетчика 16, формирователя 17 кода амплитуды синусоиды, постоянного запоминающего устройс гва (ПЗУ) 18 и цифро- аналоговых преобразователей 19 и 20. Клемма 21 - вход генератора, клеммы 22-24 - цифровые выходы генератора, а клемма 27 - его аналоговый выход.

Счетчик 13 содержит п выходов (от 2 до ), которые являются цифровыми .выходами генератора 6 (клеммы 22, 23, 24). Число И выбирается исходя из требуемой степени цифровой дискретизации периода синусоиды. Так, ее-, ли , то период синусоиды содержит точки дискретизации.

Реверсивный счетчик 16 работает н сложение, если на его вход (tl) подан потенциал О, и на вычитание - в противном случае. Емкость счетчика 16 - п-3 двоичных разрядов.

В ПЗУ 18, содержащем п-2 адресных входа, записаны в цорядке возрастания адресов от 0...0 до 1 1 ... 1 2 числовых значений синусоиды в диa Ia90°

зоне от О до 90 с шагом 2Т1-Г Требуемая

дискретность значений синусоидального сигнала обеспечивается соответст177 4 вующим выбором .числа разрядов f, одной ячейки памяти ПЗУ 18.

На входы 25 и 26 коммутатора 15 поданы опорные напряжения соответственно. При подаче на его цифровой вход потенциала О он находится в состоянии, показанном на функциональной схеме ( фиг. З) . С помощью формирователя 17 набирается требуемый код амплитуды генерируемого синусоидального сигнала, при этом на выходе ЦАП 19 будет присутствовать постоянное напряжение (положительное или отрицательное в зависимости от состояния коммутатора 15), пропорциональное двоичному числу .. на выходах формирователя .17. Это- напряжение поступает на опорный вход ЦАП 20, на выходе которого генерируется токовый синусоидальный сигнал с амплитудой, пропорциональной задаваемому формир.ователем 17 числу.

Генератор 6 сиоусдидальных сигналов работает следующим образом. На вход 21 поступает поток периодичео ких импульсов с выхода первого делителя частоты 2. Этот импульсный поток поступает на вход счетчика 13 и через элемент задержки 14 - на счетный вход реверсивного счетчика 16.

Пусть в начальный момент содержимое счетчиков 13 и 16 было нулевым. Тогда до момента, пока в 2 -м разряде счетчика 13 не появится 1, счетчик 16 работает на сз ммирова- ние, и на его выходах происходит возрастание числа (адреса) от О до 2 - 1. При этом с ПЗУ 18 последовательно выводятся значения синусоиды на интервале от О до 90®. Далее счетчик 16 включается на вычитание, а в течение следующих 2 тактов адресация идет в .обратном порядке, т.е. формируется значение синусоидального сигнала на интервале 90- 180° . Поскольку в разряде счет чика 13 в это время присутствует потенциал О, то на опорный вход ЦАП 20 подается положительный потенциал и на его выходе формируется положи-, тельная полуволна тока.

Через полпериода в .разряде счетчика 13 появляется логическая 1, а в 2 -м разряде - логический О. При этом через коммутатор 15 на опорные входы ЦАП 19 и 20 поступает отрицательное напряжение, а реверсивный счетчик 16 вновь включается на суммирование. При этом формируется часть отрицательного значения синусоиды в интервале 180-270°, а при появлении потенциала 1 в 2 -м разряде счетчика 13 формируется остальная часть синусоиды в интервале 270-360°.

Далее счетчик 13 сбрасывается в нуль, сигналом переноса CR синхронизирует ( устанавливает в 0 счетчик 16, и процесс многократно повторяется. Синхронизация .счетчиков необходима, поскольку при включении устройства последние могут находиться в произвольном состоянии. Кроме того, при этом устраняется случайньй сбой одного из счетчиков, а при нормальной работе устройства импульс синхронизации совпадает во времени с нулевым состоянием счетчика 16. Элемент задержки 14 согласует во времени совместную работу счетчиков 13 и 16.

На фиг. 4ц. показан сигнал на выходе разряда счетчика 13 на фиг. 4& - сигнал на выходе 2 -го разряда счетчика 13, на фиг. 4|) - выходной синусоидальный сигнал.

Генератор экспоненциальных сигналов 8 (фиг. 5) состоит из элемента задержки 28, триггера 29, схемы ИЛИ 30, мультиплексора 31, счетчика импульсов 32, формирователя кода амплитуды 33, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 34 и цифро- . аналоговых преобразователей (ЦАП) 35 и 36.

На клемму 37 поступает последовательность импульсов с выхода делителя 3, на клемму 38 - импульсы с выхода схемы сравнения 5 (фиг. 4г). Аналоговые входы коммутатора 31 подключены к клеммам опорных сигналов 25, 26 (+UHEP и соответственнЬу на клемму 39 поступают импульсы с выхода триггера 7 (фиг. 4д), а клемма 40 - выход генератора 8.

Счетчик 32 содержит Е+1 , п выходов и выход переполнения CR, ПЗУ 34 содержит Х+1 адресных входов и г+1 выходов, причем в нем записано 2 7 значений экспоненты заданной туды в диапазоне значение от 2 -1 до 0. По нулевому адресу в ПЗУ 34 записан нуль.

При поступлении импульса с выхода схемы сравнения 5 триггер 29 переводится в состояние, разрешающее работу счетчика 32. Этим же импульсом.

to

15

0

5

0

5

0

5

0

задержанным элементом 28, в счетчике 32 формируется первый адрес 0...01 для ПЗУ 34. Далее возрастающая последовательность адресов до 11 ... 1 включительно формируется под воздействием импульсов с выхода делителя 3. Последний адрес 11... 1 на выходе счетчика 32 соответствует нулевому значению экспоненты. При переполнении счетчика 32 на его выходе CR появляется импульс (фиг. 4, перебрасывающий RS-триггер 29 в исходное состояние Гфиг. 4ж). Тогда с выхд- да триггера 29 на Ц-вход счетчика 32 поступает потенциал запрета счета, при этом на его выходах содержится адрес 00...О, по которому в ПЗУ 34 записан нуль. Следовательно, после последовательного перебора всех адресов ПЗУ 34, на выходе 40 генератора 8 устанавливается нулевое значение тока. Очевидно, что во время последовательного перебора адресов ПЗУ 34 на выходе 40 генератора 8 осуществляется формирование экспоненциального сигнала (фиг. 43).

Полярность этого сигнала определяется потенциалом, подаваемым на вход 39 коммутатора 31 с выхода триггера 7 задания знака. Поскольку на выходе последнего происходит поочередная смена потенциалов 1 и О (сигнал типа меандр ), то на выходе 40 генератора 8 формируется последова- тельность разнополярных экспоненци- альньк импульсов тока. Задание амплитуды токовых импульсов осуществляется точно так же, как в генераторе синусоидального сигнала.

Структурная схема формирователя 4 (4нг. 1), 17 (фиг. 3), 33 (фиг.5) и 46 (фиг. 7) представлена на фиг.6, где обозначено: 41 - шина лог. 1 42 - мультиплексор, 43 и 44 - выходы формирователя.

В качестве генератора случайных сигналов может использоваться генератор, представленньй на фиг. 7, либо серийньй генератор Г23. Он состоит из мультиплексора 45, формирователя кода амплитуды 46, генератора 47 случайных чисел и аналого-цифровых преобразователей 48, 49. Клемма 50 - вход генератора 9, а 51 - его выход.

Работа генератора 9 заключается в том, что при поступлении на клемму 50 тактовых импульсов с выхода г нератора 1 на выходе генератора 47 ратуры при любом сигнале и помехи образуется последовательность псевдо- на временной оси. случайных чисел, которые при помощи

ПАП 49 преобразуются в аналтоговую ве- Формула изобретения ЛИЧИНУ. Для, управления знаком аналоговой величины используется один из разрядов генератора 47. Процедура управления знаком и амплитудой выходного параметра такая же, как и в ге- Q нераторах 6 и 8.

Пример реализации генератора 47 псевдослзд1айных чисел, представлен на фиг. 8. Генератор содержит регистр сдвига 52, элемент ИПИ-НЕ 53, полу- 15 сумматор 34 и элемент ШШ 55. Клемма 55 - тактовый вход генератора псевдослучайных чисел, а клеммьг 56- 59 его выходы.

Регистр -сдвига 52 в любом разря- 20 де генерирует ; -последовательность максимальной длины. Элементы 53 и 55 исключают запрещенное нулевое сос- тояпиё регистра. На выходах генератора при каждом такте образуются псев- 25 дослучайные равномерно распределенные числа.

Соответствующим выбором разрядности регистра сдвига и вида обратной связи по алгоритмам, описанным в f5 30 можно создать генератор псевдослу- . чайных двоичных чисел практически любой разрядности,.

Таким образом, введенные узлы по- . зволяют воспроизвести калибровочный ,. электрический сигнал с заданными характеристиками, близкий по структуре к реальному сигналу,регистрируемому при электроразведке месторождений полезных ископаемых методом переход- ных процессов и вызванной поляризации Введение регулируемого фазового сдвига между информативной составлякяцей сигнала и периодич.еской помехой рас- ширяет функциональные возможности устройства по сравнению с известными, поскольку при этом появляется возможность оценки помехозащищенности аппаУстройство для настройки и поверки импульсной электроразведочной аппаратуры, содержащее генератор прямоугольных импульсов, первый и второй делители частоты, генераторы синусоидальных и экспоненциальных сигналов , генератор случайных сигналов, источник постоянного тока и сумматор токов, причем выход генератора прямоугольных импульсов соединен с входами первого и второго делителей частоты и входом генератора случайных сигналов, вькод первого делителя частоты соединен с входом генератора синусоидальных сигналов, выход второго делителя частоты соединен с тактовым входом генератора экспоненциальнь1х сигналов, выходы источника постоянного тока, генератор синусоидальных, Экспоненциальных и случайных сигналов соединены с входами сумматора тока, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функцио- нальньЬс возможностей за счет регулирования фазового сдвига между синусои дальным и экспоненциальным сигналами, оно дополнительно содержит формирователь кода фазы, схему сравнения кодов и счетный триггер, причем выходы формирователя кода фазы соединены с первыми входами схемы сравнения, к вторым входам которой подключены цифровые выходы генератора синусоидальных сигналов,.выход Равно схемы сравнения соединен с входом триггера, входом установки в нуль второго делителя частоты и входом запуска генератора экспоненциальных сигналов, а выход управления знаком последнего подключен к выходу счетного триггера.

Формула изобретения

Устройство для настройки и поверки импульсной электроразведочной аппаратуры, содержащее генератор прямоугольных импульсов, первый и второй делители частоты, генераторы синусоидальных и экспоненциальных сигналов , генератор случайных сигналов, источник постоянного тока и сумматор токов, причем выход генератора прямоугольных импульсов соединен с входами первого и второго делителей частоты и входом генератора случайных сигналов, вькод первого делителя частоты соединен с входом генератора синусоидальных сигналов, выход второго делителя частоты соединен с тактовым входом генератора экспоненциальнь1х сигналов, выходы источника постоянного тока, генератор синусоидальных, Экспоненциальных и случайных сигналов соединены с входами сумматора тока, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функцио- нальньЬс возможностей за счет регулирования фазового сдвига между синусоидальным и экспоненциальным сигналами, оно дополнительно содержит формирователь кода фазы, схему сравнения кодов и счетный триггер, причем выходы формирователя кода фазы соединены с первыми входами схемы сравнения к вторым входам которой подключены цифровые выходы генератора синусоидальных сигналов,.выход Равно схемы сравнения соединен с входом триггера, входом установки в нуль второго делителя частоты и входом запуска генератора экспоненциальных сигналов а выход управления знаком последнего подключен к выходу счетного триггера.

А I

Устройство для настройки и по- рерки импульсной электроразведочной аппаратуры относится к геофизическому приборостроению, а также к моделированию сигналов сложной формы и может быть использовано для настройки и поверки импульсной электроразведочной аппаратуры, предназначенной для поиска месторождений полезных ископаемых импульсными методами. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения регулирования фазового сдвига между синусоидальным и экспоненциальными сигналами. Устройство содержит генератор прямоугольных импульсов, два делителя частоты, а также генераторы сиоусоидальных, экспоненциальных и случайных сигналов, источник постоянного тока и сумматор , к которому подключены генераторы и источник постоянного тока. Новым в устройстве является введение формирователя кода фазы, схемы сравнения кодов и счетного триггера. Схема сравнения формирует сигнал равенства заданной фазы от формирователя кода фазы и фазы синусоидального сигнала, который управляет сбросом одного делителя частоты, подключенного к генератору экспоненциального сигнала, а также запуском этого генератора. Счётный триггер подключен к входу управления знаком генератора экспоненциального сигнала. Это позволяет задать произвольное соотношение между фазами синусоидального и экспоненциального сигналов в смеси со случайным сигналом. 8 ил. (Л С

/

6 СОФие.

Г

fPue,B

фиг.З

.

fpU2,6

(раг.5

(руг.7

52

2 2

2

2

Составитель Л.Воскобойников

Редактор М.Бандура Техред О.Сопко

Заказ 3485/41 Тираж 728Подписное

ВНЙИПИ Государственного комитета СССР

п6 делам изобретений и открытий 113035, Москва,Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5

55

-ffSS

-Я5В

(риг, 8

Корректор А. Зимокосов