Цифровой вольтметр для метода нелинейной вызванной поляризации Советский патент 1986 года по МПК G01R19/25 

Изобретение относится к электрозмерительной технике инфранизких астот и может быть использовано в лектроразведке при оценке вещественого состава поляризующихся массивных 5 уд электропроводящих минералов при альваническом возбуждении поляризуюего поля.

Цель изобретения - расширение диамического диапазона вольтметра пу- 10 ем преобразования напряжения в частоту по осредненной для положительного и отрицательного полупериодов, поляризующего тока вольт-частотной характеристике.5

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений в отдельных точках устройства.

Устройство содержит коммутатор 1, измерительный частотный блок (ИЧБ) 2, 20 задающий генератор (ЗГ) 3, триггерный делитель 4 частоты, пирамидальную матрицу 5, счетчик 6 времени, два элемента И 7, 8, два элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 9, 10, три реверсив- 25 ных счетчика 11, 12, 13 импульсов (РСИ) и цифровой индикатор 14, причем входные клеммы (приемные электроды М и N) соединены с входами коммутатора 1, выхор л которого сое- 30 динены с входами ИЧБ 2, выход ЗГ 3 через триггерный делитель 4 частоты соединен с управляющим входом коммутатора 1, с входом пирамидальной матрицы 5, с первыми входами элемен- JS тов ИСКЛЮЧАНИЦЕЕ ШШ 9, 10 и с входом счетчика 6 времени, выход которого соединен с первыми входами элементов .И 7, 8, вторые входы которых соединены с выходом ИЧБ 2, а третьи вхо- 40 ды - с первым и вторым выходами пирамидальной матрицы 5, третий и четвертый выходы которого соединены с вторыми входами элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 9, 10, вь ходы которых соединены 45 соответственно с управляющими входами первого и второго РСИ 11, 12 и с управляющим входом третьего РСИ 13, выходы РСИ 11, 12, 13 соединены с входами цифрового индикатора 14, а 50 выходы элементов И 7, 8 соединены соответственно со счетным входом первого РСИ 11 и со счетными входами второго и третьего РСИ 12, 13.

Устройство работает следуияцим об- 55 разом.

При пропускании через геологическую среду с исследуемым рудным телом

знакопеременных импульсов тока с периодом Т (эпюра 15) меткду приемными электродами М и N возникает разность потенциалов uU.; , существующая также некоторое время после окончания токового импульса, и прикладывается к входу устройства. Измеряемое напряжение 4U инвертируется во время каждого четного периода тока (эпюра 16). Инверсия AU осуществляется коммутатором 1 при помощи потенциалов (эпюра 17), поступающих на его управляющий вход. Измеряемое Напряжение по необходимости ослабляется и преобразуется в частотную последовательность прямоугольных импульсов в ИЧБ 2. Частота следования импульсов пропорциональна напряжению на входе ИЧБ 2

f(t)

f ± SaU,,,

где fg - собственная частота генерации ИЧБ 2;

S - крутизна вольт-частотной характеристики ИЧБ 2.

С выхода ИЧБ 2 последовательность импульсов через элементы И 7, 8 поступает на счетные входы РСИ 11,12,13.

При этом потенциалами (эпюры 18, 19), снимаемыми с пирамидальной матрицы 5 и подаваемыми на входы элементов И 7, 8 осуществляется стробирование сигнала. Прохождение последовательности импульсов через элементы И 7, 8 определяется также потенциалами логической единицы, поступающими на третьи входы элементов И 7, 8 со счетчика 6 времени,. Эти потенциалы задают длительность измерительного цикла вольтметра.

Инверсия режимов счета РСИ 11, 12, 13 осуществляется при помощи потенциалов, подаваемых на их управляющее входы (эпюры 20, 21). Эти потенциалы получены логической трансформацией потенциалов (эпюры 22, 23, 17) при помощи элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ШШ 9,10

Результаты счета РСИ 11, 12, 13 за время измерения пТ, где п - натуральное число, выводятся на табло цифрового индикатора14. Первый РСИ 11 считает импульсную последовательность стробированную во время импульсов поляризующего тока (эпюра 18), при этом во время пропускания положительных импульсов тока РСИ 11 работает в режиме вычитания (эпюра 20), а во время пропускания отрицательных импульсов - в режиме сложения (на управляющие входы подана логическая 1) За время пТ результат счета РСИ 11 равен 5 N 2п S (t)dtW 2n , t, где aUpp - разность потенциалов межд приемными электродами,сущ ствующая во время пропуск ния через среду поляризующего тока; tj - момент времени начала стр бирования; t - длительность стробирования. По измеренным величинам делается оценка электропроводности гической среды по известным формулам Второй РСИ 12 считает импульсную . последовательность, стробированную в каждой паузе пол ризующего тока дваж ды {этора 19). При этом после выключения положительного тока РСИ 12 раб тает в режиме, сложения, а после выключения отрицательного тока -в режи ме вычитания (эшора 20), За время пТ результат счета при малом ли t,) равен ц N. uUgn (t)dt+2nS| аи (t)dt« S . (t.). Ь en (tz) , (uUflVflU n где uU - разность no- тенциалов вызванной поляри зации (ВП) между приемными электродами; то же, при положительных импульсах тока;, то же, при отрицательных импульсах тока; t.,t,моменты времени начала стробирования. По результатам счета в первом и втором каналах по известным формулам вычисляется параметр НВП-поляризуемость. Третий РСИ 13 считает во время пауз тока ту же импульсную последова тельность, что и второй РСИ 12, но режим счета РСИ 13 иной (эпюра 21). Вне зависимости от порядка полупери ода тока каждый первый строб-импульс приходится на режим вычитания, а каждый второй - на режим сложения. Рассмотрим два следукнцих один за другим периода поляризующего тока Т 2п-1 и Т 2п и найдем результат счета РСИ 13 за эти периоды.Для простоты изложения учтем лишь первые из двух стробов в паузе тока, а функцию крутизны вольт-частотной характеристики ИЧБ 2 аппроксимируем линейной функцией S(E) S ± д8(Е), где S - крутизна характеристики в отсутствии входного напряжения ; д5(Е) - приращение крутизны при напряжении Е. При нечетном периоде Т 2п-1 напряжение ВП преобразуется в частоту в соо,7ветствии с прямой вольт-частотной характеристикой ИЧБ 2. Результаты счета РСИ 13 за первый и второй полупериоды соответственно равны: ,(S +uS) ef2 -Sjtu -(з„ -U 5)бл Согласно эпюре 21 РСИ 13 работал во время периода Т 2п-1 в режиме вычитания, что учтем изменением знаков перед результатами счета. При отсутствии эффекта НВП (при aU. AUp,- ) результат счета за период Т 2п-1 равен N3()-tf,-Ef2 (Sj-S, ) aUen-2л5 ди, в известном устройстве аппаратурный шум повторяется каждый последующий период и накапливается по мере увеличения времени счета, в данном устройстве аппаратурный шум устраняется инверсией входного напряжения в четные периоды поляризующего тока и соответствукнцим изменением режимов счета РСИ 13. Покажем это. В четный период напряжение П преобразуется в частоту по обащенной вольт-частотной характерисике ИЧБ 2, поэтому результаты счета СИ 13 за первый и второй полупериоы соответственно равны -Sjt C - -()uU,; 8,ди;„- (5„ +д8)ли,„ , результат счета за весь период при uUgf, аи 34- - 2п) , + 6f , .е. противоположен по знаку резульату счета РСИ 13 во время предыдущео периода. При результат счета РСИ 3 за два следующих друг за другом , ,