Электроразведочная станция Советский патент 1987 года по МПК G01V3/08 

Изобретение относится к электроразведочной технике и предназначено для измерения и регистрации компонен электромагнитного поля при проведении поисковых работ на нефть и газ методом становления поля магнитотел- лурического зондирования.

Цель изобретения - повышение точности измерения компонент электромагнитного поля.

На чертеже приведена функциональная схема электроразведочной станции

Станция содержит несколько идентичных каналов для измерения компонент магнитного поля, каждый из каналов содержит магнитностатический и индукционный датчик 1 и усилитель 2, а также несколько идентичных каналов для измерения компонент электрического поля, каждый из которых содержит датчик 3 с усилителем 4. Выходы усилителей магнитных и электрических каналов подключены к коммутатору 5 каналов. Выход коммутатора 5 через первое устройство 6 вы- борки-хранария подключается к переключателю 7, на который сигнал может подаваться от источника 8 эталонното напряжения или от второго устройства 9 выборки-хранения. На вход второго устройства 9 выборки-хранения сигнал подается от цифроаналогового преобразователя 10 (ЦАП-О. Сигнал на ЦАП-1 подключается через схему ИЛИ 11 со счетчика 12 или со счетчика 13. Через операционный усилитель 14 сигнал подается на компаратор 15 и АЦП .16, а затем через сумматор 17 и оперативное запоминающее устройство 18 (ОЗУ-1) на второй вход арифме- тическо-логИческого устройства 19 (АЛУ). Обработанные данные записываются в оперативное запоминающее устройство 20 (ОЗУ-2), которое подключается к накопителю на магнитной ленте 21 (НМЛ). Информация как после ОЗУ-2, так и после НМЛ поступает на 22 ЦАП-2. С выхода цифроаналогового преобразователя 22 сигнал подается .на устройство визуализации 23. Устройство управления 24 задает режимы работы всех блоков станции.

Электроразведочная станция работает следующим образом.

Датчики 1. и 3 формируют сигналы, получаемые от .компонент электромагнитного ПОЛЛ, которые усиливаются входными усилителями 2, 4 и поступа

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ют на коммутатор каналов 5. Далее сигнал одного из каналов с выхода коммутатор.а 5 каналов поступает на первое устройство 6 выборки-хранения, а затем на переключатель 7, Предположим, что контакты 1 - 4 переключа - теля 7 замкнуты в цикле измерения 1, Сигнал поступает на один из входов операционного усилителя 14. В тот же момент времени по сигналу с бло- ,ка управления 24 начинает работать реве рсивный счетчик 12, код которого через схему ИЛИ 11 поступает на вход ЦАП-1 10 и его выходное напряжение подае тся на второй вход операционного усилителя 14. Полярность компенсирута- щего напряжения с выхода ЦАП-1 10 и изменение кода в счетчике 12 определяется режимом работы блока управления 24 и компаратором 15, После компенсации входного напряжения счет в счетчике 12 прекращается и напряжение с выхода операционного усилителя 14 подается На АЦП 16.

Таким образом, с помощью, выходного напряжения ЦАП 10 компенсируется напряжение на входе операционного усилителя 14, которое после компенсации не превышает напряжения младшего разряда используемого ,ЦАП 10, если коэффициент усилителя 14 равен единице. Однако, в этой системе усилитель использован с целью усиления этой разности напряжени.йз пропорциональной числу используемых ступеней ЦАП. Так, при числе ступеней 256, коэффициент усиления усилителя 14 равен 256 с целью полного использования шкалы ДЦП 16. Код АЦП и код счетчика 12 в цикле измерения 1 поступает в АЛУ 19, Следовательно, в цикле 1 производится измерения входного сигнала.

Однако, необходимо иметь в виду, что напряжения ступеней компенсации неодинаковы и для получения высокой точности измерений необходимо иметь цифровой эквивалент каждой ступени компенсации, причем оцифровка должна проводиться с помощью АЦП 16. В этом случае мы имеем напряжение каждой ступени V,, ., . . . ,V,,,g , т.е. столько, сколько выбрано ступеней компенсации. Так, для 12-разрядного АЦП при использовании 256 ступеней (8 разрядов старших) и абсолютной погрешности ЦАП-1-2 младших разрядов ступени компенсации различаются на

6 - 12%. Именно этим фактором определяется необходимость организации второго вспомогательного цикла измерений.

Во втором цикле измерений в переключателе 7 замыкаются контакты 2- - .4. В этом случае с помощью шкалы АЦП 16 производится измерение ступеней компенсации ЦАП 10. Предположим, что счетчик 13 находится в состоянии 00...О. Тогда на выходе ЦАП-1 10 и УВХ-2 9 - нулевые потенциалы, которые определяют напряжение на выходе усилителя 14, близкое к нулю, или точнее, напряжение смещения нуля на выходе этого усилителя, которое измеряется с помощью АЦП и заносится через сумматор 17 в ячейку с нулевым адресом ОЗУ-1 18.

Таким образом, в .первом измерении цикла II измеряется напряжение смещения на выходе усилителя 14. Во втором измерении цикла II в счетчике 13 устанавливается состояние 00...001, что определяет напряжение V, первой ступени на компенсаторе, на выходе УВХ-2 остается предыдущее напряжение ЦАП, т.е. когда счетчик в состоянии 00,..000. Напряжение первой ступени компенсации подается на вход А1Ш и соответствующий код записывается в ОЗУ-1 18 в регистр с адресом 000. . .О Затем напряжение с выхода ЦАП 10 запоминается в УВХ-2 12, а счетчик 13 изменяет свое состояние еще на единицу, т.е. становится равным 00. . .02 и на входе усилителя 14 имеем напряжение второй ступени компенсатора, которое измеряется и подается на вход сумматора 17, на второй вход сумматора подается код, вызванный из ячейки с адресом 00...01, а результат суммируемых кодов (V + V) заносится в ОЗУ 1Й ячейку с адресом 00...0 (т.е. V,). После измерения третьей ступени компенсации в ячейки с адресом 00...03 ОЗУ 18 будет записан результат суммирования кодов трех ступеней компенсации (Vj + + Vj + Vg). .

Процесс продолжается до окончания измерений всех ступеней компенсации и записью в ОЗУ 18 всех кодов компенсации, полученных с помощью АЦП 17.

В конце измерений цикла II, когда счетчик 13 полностью заполнится и коды всех ступеней компенсаторов занесены в ОЗУ -18, переключатель 7 затыкает контакты 3 - 4 и производится

измерение напряжения источника опорного напряжения V , код которого заносится также в ОЗУ 18.

Таким образом, в ОЗУ 18 постоянно

5 хранятся следующие коды: код смещения усилителя 14 (V); код ступеней компенсатора ЦАП 10 (У, - V ); код коэффициента усиления операционного усилителя 14 (К); коды, получаемые

0 при измерениях сигналов с датчиков магнитного и электрических полей.

Указанные измерения леобходимы . для вычисления истинных значений измеряемых напряжений от датчиков по5 лей. При измерении напряжения смещения получают его значение на выходе уси- лителя 14, равное Vp, Ошибка или изменение во времени коэффициента уси0 ления усилителя 14 определяется с

помощью прецезионного источника опорного напряжения V

on

значение которого стабильно во времени. Практически определяется коэффициент уси- ления (Е) усилителя 14 подачей на его вход источника опорного напряжения через переключатель 11, а за- .тем в АЛУ 19 проводится следующее преобразование

V, - Vo

К

v

(1)

где V - измеренное значение опорного напряжения; о напряжение смещения; V - значение опорного напря. жения. Учитывая вычисленное значение К,

производится измерение входного напряжения V. С учетом напряжения смещения и коэффициента усиления усилителя истинное напряжение на выходе АЛУ определится так

V,

К

(2)

Полученное значение напряжения : V), далее суммируется с кодом ступе- Q ни компенсации, полученным из ОЗУ 18, в результате чего в ОЗУ-2 записывается следующий код

у V,,,

(3)

В случае достаточно стабильного коэффициента усиления усилителя 14 нет, необходимости учитывать его изменение во времени. В этом случае в

расчетах учитьшается только напряжение смещения усилителя.

Возможны различные комбинации циклов I и II в зависимости от программы, записанной в АЛУ. Например, можно проводить измерения входных сигналов по нескольким каналам, а затем проводить одно из измерений цикла II, что позволяет увеличить эффективность использования АЦП и повысить частоту квантования сигналов. При 8-канальной злекторазведоч- ной станции производится восемь измерений по каналам и одно служебное , в цикле II. Такая последовательность периодически повторяется.

Вычисленные значения кодов, в соответствии с формулами (1) - (3), запоминаются в ОЗУ-2. По заполнении этой памяти данные из ОЗУ-2 записы- ваются на магнитную ленту, считываются с нее и через цифроаналоговый преобразователь поступают на устройство визуализации 23, где производится оценка качества зарегистрированной информации.В качестве устройства визуализации используется графопостроитель или экран монитора.

Учитывая, что все преобразования в станции проводятся с погрешностью, не превышаюш;ей младшего разряда АЦП 16 во всем динамическом диапазоне, реальный динамический диапазон измеряемых за счет применения 8-разрядного ЦАП и 12-разрядного АЦП сигналов повышается до 120 дБ.

В то же время реальная частота квантования входных сигналов повы

шается до 510 Гц при применении промьшшенно выпускаемых 12-разрядных АЦП с быстродействием 10 преобразования в секунду.

Пр Ф1енение указанной станции существенно повышает точность проводимых электромагнитных измерений при разведке полезных ископаемых. Повышается динамический диапазон регистрируемых сигналов и появляется возможность измерения сигналов с коротким фронтом, что особенно важно при работе методом ЗС, когда скорость нарастания напряжения настолько высока, что станции ЦЭС-2 несколько на чальных значений в массиве данных не регистрируют.

Формула изобретения

Злектроразведочная станция, содержащая измерительные каналы,каждый

fO

20

25

12870816

из которых состоит из последовательно соединенных датчика электрического или магнитного поля, усилителя и коммутатора, магнитный регистратор, блок управления, переключатель, первый цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, аналого-цифровой преобразователь АДП, первое оперативное запоминающее устройство ОЗУ, арифметическо- логическое устройство АЛУ, о т л и - чающа яся тем, что, с целью повышения точности измерения компонент электромагнитного .поля, в нее введены первое и .второе устройства

5 выборки-хранения, первый и второй счетчики, операционный усилитель, компаратор, второе оперативное запоминающее устройство, источник эталонного напряжения, сумматор, схема ИЛИ, второй ЦАП, устройство визуализации, причем выход коммутатора каналов соединен с первым входом первого устройства выборки-хранения, выход которого соединен с первым входом переключателя, выход перек.гаочателя соединен с первым входом компаратора и первым входом операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом АЦП, выход которого соединен с первым входом АЛУ и первым входом сумматора, выход которого соединен с первым входом первого ОЗУ, выход которого соединен с вторым входом сумматора и вторым вхо35 дом АЛУ, выход АЛУ соединен с первым входом второго ОЗУ, которое последовательно соединено с магнитным регистратором, вторым ЦАП и устройством визуализации, выход компаратора со40 единен с первым входом первого счетчика, выход которого соединен с первым входом схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом второго счетчика, выход схемы ИЛИ соединен

45 с .первым входом первого ЦАП, выход которого соединяется с вторыми входами компаратора и операционного усилителя и первым входом второго устройства выборки-хранения, выход

50 которого соединяется с вторым входом переключателя, третий вход которого соединен с выходом источника эталонного напряжения, а блок управления соединен с первым входом коммутато55 ра, вторыми входами первого и второго устройств выборки-хранения, вторым входом первого счетчика и входом второго счетчика, третьим входом схемы ИЛИ, вторым входом первого

30

7 .,1287081 .- 8

ЦДЛ, третьим входом компаратора,вто-входами первого и второго ОЗУ,магрым входом АЦП, третьим входом сум-нитного регистратора, второго ЦАП,

матора, третьим входом АЛУ. и вторыми устройства визуализации.

Изобретение относится к электроразведочной технике и предназначено для измерения и регистрации компонент электромагнитного поля. Цель изобретения - повышение точности измерения компонент электромагнитного поля. В станцию, содержапдто несколько идентичных каналов для измерения компонент магнитного и электрического поля, дополнительно вводят два устройства выборки - хра- нения, два счетчика, операционный усилитель, компаратор, дополнительный блок оперативной памяти, источник эталонного напряжения, сумматор и схему ИЛИ, причем выходы усилителей магнитных и электрических каналов подключены к коммутатору каналов. Выход коммутатора через первое устройство выборки - хранения подключается к переключателю, на который сигнал может подаваться от источника эталонного напряжения или от второго устройства выборки - хранения, на вход которого сигнал подается от цифроаналогового преобразователя. Сигнал на цифроаналоговый преобразователь подключается, через схему ИЛИ от одного из счетчиков. Через усилитель сигнал подается на компаратор и АЦЦ, а затем через сумматор и оперативное запоминающее устройство на второй вход арифметр ческо-логическо- го устройства. Обработанные данные записываются в оперативное запоминающее устройство, которое подключается к накопителю на магнитной лепте. С выхода ЦАП сигнал подается на уст - ройство визуализации. Устройство управления задает режимы работы всех бло.ков станции. 1 ил. iS (Л ю 30 ч