Устройство для электроразведки в движении Советский патент 1986 года по МПК G01V3/16 G01V3/18 G06G7/18 

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике,предназначено для обработки случайных импульсных сигналов и может использоваться в промысловой геофизике, при аэроэлектроразведке полезных ископаемых, а также при исследованиях скважин методом вызванной поляризации.

Цель изобретения - повышение точности измерения сигналов путем исключения мультипликативных помех. На фиг.1 представлена функциональная схема ycтpoйcтвaj на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, пояс- няющие работу распределителя и устройства в целом; на фиг.З - распределитель импульсов.

Устройство состоит из аттенюатора 1, электронного ключа 2, распределителя 3 импульсов, делителя 4 на- пр жений, дв:ухканального коммутатора 5, сумматора 6 напряжений, блока 7 конденсаторов, первого И -канально25

го коммутатора 8, второго Л -канального коммутатора 9, блока 10 интегри- рующи усилителей и третьего 1% -канального коммутатора 11. Клемма 1 2 - информациоиньй, а клемма 13 - синхронизирующий входы устройства. Клем- зо составляющей погрешности измерения мы 14 и 15 соответственно являются в устройстве производится деление

Кроме того, -строб-импульсы по- ,являются на выходах первой и ВТОРОЙ группы поочередно, т.е. при положительном значении измеряемого сигнала на входе 12 строб-импульсы появляются на выходах первой группы а при отрицательном - на выходах второй. Устройство используется в методах электроразведки, применяющих в качестве возбуждающих сигнал двухполярные импульсы разнесенные один относительно другого во време

Дпя устранения мультипликативно

первым и t -ым выходами устройства (остальные И-2 выходов не показаны). Входы аттенюатора 1 и ключа 2 соединены с клеммой 12. Выходы аттенюатора. 1. и делителя 4 соединены с аналоговыми входами коммутатора 5, выходы которого соединены с первьм входом сумматора 6. Выход ключа 2 соединен с первым входом делителя 4, к второму входу которого подключен первый выход 14 устройства. Выход сумматора 6 соединен с объединенными входами блока 7 конденсаторов, выходы которого соединены с соответствующими, аналоговыми входами коммутаторов 8 и 9. Объединенные выходы коммутатора 8 подключены к шине нулевого потенциала. Выходы коммутатора 9 соединены с входами блока 10 интегрирующих усилителей. К выходам блокг. 10 подключены соответствующие анало- говце входы коммутатора 11, объединенные выходы которого соединены с вторым входом сумматора 6.. Входы управления ключа 2 и коммутаторов 5, 8,9 и 11 соединены с соответствуюгди- ми группами выходов распределителя 3 вход которого подсоединен к клемме 13

составляющей погрешности измерения в устройстве производится деление

Принцип действия устройства заключается в следующем.

После окончания действия возбуждающего импульса тока распределитель 3 импульсов вырабатывает на первой и второй группах выходов последовательность строб- импульсов, причем первь:(й строб-импульс появляется на втором выходе группы, второй - на третьем и т.д. Каждый из строб-импульсов задержан относительно пре- дьщуп(его на заданное время. Количество строб-импульсов обусловлено требуемой степенью дискретизации информационного сигнала, спадающего к нулевому уровню во времени.

Кроме того, -строб-импульсы по- являются на выходах первой и ВТОРОЙ группы поочередно, т.е. при положительном значении измеряемого сигнала на входе 12 строб-импульсы появляются на выходах первой группы, а при отрицательном - на выходах второй. Устройство используется в методах электроразведки, применяющих в качестве возбуждающих сигналов двухполярные импульсы разнесенные один относительно другого во времени.

Дпя устранения мультипликативной

р езультата усредненных значений сигнала в заданные моменты времени на усредненное значение сигнала, возникающего во время действия возбуждающего токового импульса. Для З.ТОГО значение указанного сигнала стробируется соответствующим строб- импульсом, появляющимся поочередно на первых выходах первой и второй группы. Поскольку значение сигнала А0, возникающего во время протекания тока, превьшает значение сигнала A(t) в паузе между импульсами тока на один-два порядка, то распределитель .3 выра:батывает на выходах третьей группы импульсы, с помощью которьпс сигнал большой амплитуды (в момент действия тока) поступает на обработку через аттенюатор, а в паузе - непосредственно..

Поскольку мультипликативные составляющие погрешности каждого из указанных сигналов одинаковы, то при их делении мультипликативная

погрешность сокращается. Кроме того, поскольку указанные сигналы проходят по одному и тому же измерительному тракту, то при отношении устра

3

няют также нестабильность последнего.

Устройство работает следующим образом. ..

Пусть на вход 12 поступает знакочередующаяся последовательность затухающих (например, экспоненциально) импульсов (фиг.2, поз. 16), а на вход 13 - знакочередующаяся последовательность синхроимпульсов (фиг.2, поз. 17). Импульсы (фиг.2, поз. 16) в интервале времени (tj-tij, tcf-tg и т.д.) представляют собой сигнал, регистрируемый приемным элементом во время протекания тока возбуждения. В реальных услови значение сигнала АО на один-два порядка превьшает максимальное значение сигнала A(t) в паузе (фиг.2, поз. 16). Позиции 18-35 соответственно отражают форму сигналов в соответствующих точках (фиг.1).

При поступлении на вход синхронизации последовательности синхроимпульсов, на втором выходе третьей группы распределителя 3 образуется последовательность импульсов, указанная позицией 21 (фиг.1). При воздействии очередного импульса этой последовательности на второй вход управления коммутатора 5 выход аттенюатора 1 через второй открытый канал коммутатора 5 подсоединяется к входу сумматора 6. Одновременно импульс распределителя (на первом выходе первой группы, фиг.2, поз. 2 открывает первые каналы коммутаторов 8 и 11. При этом на второй вход сумматора 6 через открытый канал коммутатора 11 подается напряжение Uo, с первого выхода блока 10. Одновременно первый конденсатор блока 7 через открытый канал коммутатора 8 подсоединяется к шине нулевого потенциала. При этом на выходе сумматора 6 образуется напряжение

и.

чг

k-(A (

- k.Vo,

где k/t и kj - коэффициенты передачи напряжения сумматором 6 по сигнальному (первому) входу и по входу импульсной обратной связи соответственно,

АО - значение сигнала во время действия импульса тока

а - коэффициент ослабления сигнала аттенюатором 1.

4288ДЛ

Напряжение с выхода сумматора 6 подается на объединенные входы блока 7 конденсаторов, и первый конденсатор блока 7 через открытый ка- 5 нал коммутатора 8 заряжается до напряжения Uf J- .

По окончанию действия импульса указанного позицией 24 (фиг.2) первые каналы коммутаторов 8 и 11 закрываются, и на первом конденсаторе блока 7 емкостью С сохраняется заряд q С U;( . Под действием импульса длительностью То (фиг.2, поз. -20), поступающего с выхода распределителя 3, открываются ключ 2 и первый канал коммутатора 5. С выхода делителя 4 через коммутатор 5 на вход сумматора 6 подается напряжение V(t) -4-; где Ь const - и о

to

15

20

коэ ффициент пропорциональности.

При поступлении на вторые входы управления коммутаторов 8 и 10 строб- импульса (фиг.2, поз. 30) открываются вторые каналы этих коммутаторов и второй конденсатор емкостью Cj блока 7 заряжается до напряжения

bki-A

UQ

Ц и.

где и.) - напряжение на втором выходе блока 10;

А /( - значение экспоненты в момент окончания строб-ямпульса.

Под воздействием строб-импульса на третьи входы управления коммутаторов 8 и 11 (фиг.2, поз. 31) аналогичным образом заряжается третий конденсатор блока 7 и т.д.

В момент окончания последнего строб-импульса (фиг.2, поз.32) h -и конденсатор блока 7 заряжается до напряжения.

45

Ue

- Цип-.

При появлении отрицательного сигнала под действием второго импульса, указанного позицией 21, на вход сум- матора 6 через коммутатор 5 подается

напряжение величиной - -, а под

3

действием импульса на первом выходе второй группы (фиг.2, поз. 25) от- крьшается первый канал коммутатора 9, и первый конденсатор блока 7 подсоединяется к потенциально заземлен-J

ному входу первого интегрирующего усилителя блока 10.-Первый конденсатор блока 7 перезаряжается на вход усилителя от напряжения Ufg до на/ k-) пряжения - Ае. В результате

3.

перезарядка первого конденсатора блка 7 интегрирующего конденсатору С в цепи отрицательной обратной связи первого интегрирующего усилителя сообщается заряд, величиной

IqAal,

& с

- kjUo+

описанный процесс повторя ет - ,ся.. -.

Выходные напряжения Uo,U,..., Uf ; изменяются до тех пор, пока не закончатся переходные процессы. В установившемся режиме 4 ,. .., . Следовательно

10

Uo 2

.. ak,

Uj

- OK 1 „u А{

2b :-;;- аЬ -

kjUu Аг

.C,.,U.l

где 4 UQ изменение выходного напряжения на конденсаторе С t под действием одной пары разнополярных входных импульсов амплитудой Atp.

При поступлении на входи управления ключа 2 и коммутатора 5 очередного импульса с первого выхода третьей группы распределителя 3 (фиг.З, поз. 20) на первый вход сумматора 6 подается напряжение

v(0.

Под действием на второй вход уп- |равления коммутатора 9 импульса, представленного позицией 33, открывается второй канал коммутатора 9 и :интегрирующему конденсатору С вто- ;рого усилителя блока 10 сообщается заряд

дч,ли,,(- k,u).

гдеди - изменение выходного напряжения и -с на выходе второго интегрирующего усилителя по окончанию строб-импульса (фиг.2, поз.33).

Под действием последнего строб- импульса (фиг.2, поз. 35) v -му ин тегрирующему конденсатору С сооб щается заряд

4q C;;AUM Gh(2 )

По приходу следующей пары разно полярных информационных импульсов

аЪ

Td

20

и л- аЬ ,

SO

т.е. на первом выходе блока 10 образуется напряжение, пропорциональное значение сигнала в импульсе то25 ка, а выходные напряжения и,... ,

Ufj-t пропорциональны отношению средних значений сигнала на заданной за- деряасе к среднему значению сигнала во время действия тока возбуждения.

30 Поскольку устройство осуществляет деление значений входных сигналов на значение сигнала в импульсе тока, то тем самым исключается мультипли- . кативная составляющая погрешность

, измерения, вносимая нестабильностью . тока возбуждения, нестабильностью передаточных характеристик приемного элемента и нестабильностью коэффициентов k и kj измерительного

Q тракта.

, В установившемся режиме.выходные . пара яетры Щ.Щ . .. ,Uhw. не содержат аппаратурных пульсаций, вызванных неодновременной работой зарядной и разрядной цепей, что имеет место, например, при использовании в качестве усредняющего устройства RS-контура. Это преимущество позволит широко использовать устройство в электроразведочной аппаратуре нового поколения, особенно в тех случаях,когда необходимо преобразовывать выходные значения ,U7C,... ,и в цифро- врй код для дальнейшей обработки на ЭВМ с целью определения физических хара.ктеристик исследуемых сред объектов и материалов.

Распределитель 3 (фиг.З) состоит из входного формирователя 36 им55

пульсов КЗ-триггера 37, одновибра- тора 38, RS-триггера 39, элемента ИЛИ 40, элемента И-НЕ 41, дифференцирующего элемента 42, одновиб- ратора 43, счетчика 44 импульсов одновибратора 45, дифференцирующего элемента 46, элементов И-НЕ 47 и 48, одновибратора 49, элемента 50 задержки, дифференцирующего элемента 51, элементов И-НЕ 52 и 53, дифференцирующего элемента 54, счетного триггера 55, элементов И-НЕ 56 и 57, элемента 58 задержки,счетного триггера 59, элемента 60 задержки, элементов И-НЕ 61 и 62 и счетного триггера 63. Формирователь 36 импульсов состоит из диодов 64-67, транзистора 68, резисторов 69-73 и . инвертора 74. Клеммы 75 и 76 - третья группа выходов распределителя 3, клеммы 77-80 - первая группа выходов распределителя 3, а клеммы 81- 84 - его вторая группа выходов. На шину подан потенциал логической единицы .

Принцип функционирования распределителя состоит в следующем.

Пусть на клемму 13 поданы разно- полярные синхроимпульсы (фиг.2, поз. 17). Положительные импульсы выделяются диодом 64 (фиг.2 поз. 18), а отрицательные - транзистором 68 и инвертором 74 (фиг.2, поз. 19). Преобразованные к одной полярности формирователем 36 импульсов синхроимпульсы поочередно подаются на R- и S-входы триггера 37, который предназначен для синхронизации работы устройства в целом. Эпюры напряжения на прямом и инверсном выходах

триггера 37 представлены позициями 22 и 23 соответственно. Смешанные с помощью монтажного ИЛИ (диоды 66 и 67), положительные синхроимпульсы поступают на вход одновибратора 38, на S-вход триггера 39, на вход схемы ИЛИ 40 и через элемент 50 задержки на счетньй вход триггера 55 .

Под действием импульсов d выходов диодов 66 и 67 одновибратор 38 генерирует положительные импульсы длительностью Та (поз. -20), причем TO 0 где 0 - длительность паузы между импульсами тока. Й4пульсы с выхода одчовибратора 38 дифференцируются элементом 42 и своим задним фронтом запускают одновибратор 43, который генерирует положительные импульсы

10

15

20

25

242884 8

(фиг.2, поз. 21) длительностью несколько меньщей длительности импульсов тока возбуждения. Выходные импульсы одновибратора 38 используются для управления работой ключа 2 и первым каналом коммутатора 5, второй канал которого управляется импульсами с выхода одновибратора 43. Последние подаются также на первые входы элементов- И-НЕ 47 и 48, на вторые входы которых подаются импульсы с выходов триггера 37.

В результате на выходах эле- ментов. 47 и 48 образуются импульсы (фиг.2, поз. 24 и 25), которые используются для управления работой измерительного канала, предназначенного для измерения сигнала во время действия возбуждающего тока.

Для управления работой всех остальных измерительных каналов распределитель содержит формирователь стробирующих импульсов, состоящих из триггера 39, элементов 40 и 41, счетчика 44 импульсов, одновибрато- ров 45 и 49 и двух дифференцирующих э тементов 46 и 54.

По приходу очередного синхроимпульса триггер 39 по S-входу переводится в состояние логической единицы и на его инверсном выходе появляется потенциал логического О, который подается на R-вход счетчика

44,как разрешающий потенциал для счета импульсов, поступающих по его тактовому входу. Одновременно этот же синхроимпульс через элемент 40- подается на один вход схемы 41, на второй вход которой поступает потенциал, соответствующий логической 1 с прямого выхода триггера 39. Синхроимпульс проходит через схему 41 и запускает одновибратор

45,который формирует первый строб- импул ьс (фиг.2 поз; 26). Вьщелён- ный с помощью дифференцирующего элемента 46 задний фронт первого стробимпульса поступает на вход одновибратора 49, который генерирует импульс (фиг.2, поз. 27). Задний фронт этого импульса вьщеляется дифференцирующим элементом 54 и через элементы 40 и 41 подается на вход одновибратора 45 для формирования второго строб-импульса и т.д. Количество импульсов запуска одновиб- ратора 45 контролируется счетчиком 44. После того как сформировался последний стробимпульс на выходе

30

35

40

45

50

55

счетчика -появляется потенциал, возвращающий в исходное состояние триггер 39, на прямом выходе которого вырабатывается запрещающий импульс (лог. О) и формирование строб-импульсов прекращается до появления следующего синхроимпульса,

Для разделения строб-импульсов в пространстве используется цепочка, состоящая из последовательно включенных элементов 50, 58 и 60 задержки и триггеров 55, 59 и 63,

Первый триггер 55 этой цепочки опрокидьгоается по счетному входу задержанным элементом 50 синхроимпульсов, а в исходное состояние этот триггер возвращается передним фронтом второго строб-импульса, поступающего на R-вход с выхода элемента 51, На выходе триггера формируется импульс, указанный позицией 28, Задним фронтом этого импульса, поступающего с выхода элемента 58, опрокидывается триггер 59. Последний возвращается в исходное состояние передним фронтом третьего строб- импульса и т,д. Эпюры напряжений на вьгходах триггеров 55, 59 и 63 показаны позициями 28 и 29.

Строб-импульсы с выхода одновиб- ратора 45 подаются на.первые входы схем 52, 53, 56, 57, 61 и 62, На вторые входы схем 52 и 53 подаются импульсы с выхода триггера 55, схем 56 и 57 - с выхода триггера, 59 и схем 61 и 62 - с выхода триггера 63 На третьи входы схем 52, 53, 56, 57, 61 и 62 подаются коммутирующие имдульсы с выходов триггера 37,

В результате на выходах схем совпадений образуются импульсы, показанные позициями 30-35, Шпульсы с выходов схем 47,52,56 и 61 образуют первую группуh выходов (клеммы 77- 80), с выходов схем 48,53,57 и 62 - вторую группу (клеммы 81-84), а с выходов одновибраторов 38 и 43 - третью группу выходов (клеммы 75 и 76),

Устройство позволяет практически полностью исключить погрешность измерения, возникающую из-за наложени на входной сигнал помех от промышленной сети (с частотой 50 Гц), а также постоянных или медленно изменяющихся помех (под медленно изменяющимися помехами подразумеваются сигналы, значение которых за один приод следования информационных импульсов практически не изменяется), Однако с помощью устройства.исключается мультипликативная состав- ляющая погрешности измерения вносимая нестабильностью параметров источника тока возбуждения и нестабильностью переходных характеристик приемного элемента,

Формула изобретения

Устройство для электроразведки в движении, содержащее распредели5 тель импульсов, сумматор напряжений, блок конденсаторов, первьй, второй и третий электронные коммутаторы и блок интегрирующих усилителей,выход сумматора соединен с объединенными

0 входами блока конденсаторов, выходы которого соединены с соответствующими входами первого и второго электронных коммутаторов, выходы первого электронного коммутатора объединены

5 и подключены к шине нулевого потенциала., выходы второго коммутатора подключены к соответствующим входам блока интегрирующих усилителей, выходы блока интегрирующих усилителей

0 являются выходами устройства и соединены с входами третьего коммутатора, выхода которого объединены и соединены с первым входом сумматора, вход распределителя импульсов явля ется входом синхронизации, первая группа выходов распределителя соединена с соответствующими входами управления первого и второго коммутаторов, вторая группа выходов распределите0 ля импульсов.соединена с входами управ.пения второго коммутатора, о т- личающееся тем, что, с целью повышения точности измерений сигналов путем исключения мультипли45 кативных помех, оно дополнительно содержит аттенюатор, электронный ключ, двухканальньй электронный коммутатор и делитель напряжений, причем входы аттенюатора и электронного 5(j ключа соединены между собой и являются информационным входом устройства, к первому входу двухканального коммутатора подключен выход делителя напряжений,выход аттенюатора соеди55

|. нен с вторым входом двухканального

коммутатора, первый вход делителя напряжений соединен с выходом электронного ключа, второй вход делителя напряжений соединен с первым выходом устройства, выходы двухканаль- ного коммутатора объединены и подсоединены к второму входу сумматора напряжений, входы управления двухканального коммутатора соединены с третьей группой выходов распределителя, а к одному входу управления двухканального коммутатора подключен вход управления электронного ключа.

4iW

St

i yr- LHEH

.. ч «о ---т

F Lif

Редактор Н. Бобкова

Составитель Л. Воскобойников

Техред м.Ходанич Корректор Г. Решетник

3700/44

Тираж 728Подписное

ВН11ИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и О Ткрытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Устройство для электроразведки в движении. В изобретении в качестве возбуждающих импульсов используют два разнополярных импульса, разнесенных между собой во времени. Устройство представляет собой многоканальную электроразведочную станцию. в которой достигается повышение точности обработки импульсных сигналов путем исклю ения мультипликативных составляющих сигнала, вызванных различного рода дестабилизирующими факторами, возникающими в процессе исследования свойств сред импульсными электромагнитными методами. Устройство содержит распределитель импульсов, сумматор напряжений, блок конденсаторов, три многоканальные коммутатора и блок интегрирующих усилителей. Новым является введение в уст- ройство аттенюатора, электронного ключа, двз канального коммутатора и делителя напряжений с соответствующими связями,-позволяющих исключить мультипликативную составляющую помехи путем деления измеренных в заданные моменты после выключения питающего поля сигналов на среднее значение сигнала, измеренного во время действия питающие го поля. 3 ил. (Л to 00 ро