Приемное устройство для низкочастотной электроразведки Советский патент 1987 года по МПК G01V3/26 

ts

20

11296973

Изобретение относится к электро- разведочным методам изучения месторождений полезных ископаемых. Преимущественная область его применения - скважинные злектроразведочные мето- 5 ды, в которых измеряется низкочастотное электрическое поле.

Цель изобретения - повышение точности измерения низкочастотного электрического поля в сухих скважинах. О

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - блок-схема модулятора, используемого в устройстве.

Устройство содержит два полых рабочих электрода 1.1 и 1.2, вьтолнен- |Ных из проводящего материала, например металла, два полых компенсирующих электрода 2.1 и 2.2, расположенных в пространстве между антеннь ми усилителями 3.1 и 3.2 и рабочими электродами. Рабочие электроды соединены с входами антенных усилителей. Антенные усилители соединены между собой двухпроводной линией 4. В одну из ветвей двухпроводной линии 4 включен трансформатор 5 связи, к концам другой ветви присоединены полые компенсирующие электроды.

30

Трансформатор связи подключен к входу избирательного усилителя 6, выход которого присоединен к низкочастотному входу модулятора 7. К высокочастотному входу модулятора 7 через буферный каскад 8 присоедд нен задающий генератор 9 высокой частоты. Выход модулйтора двухпроводной симметричной линией 10, проходящей через один из полых компенсируюа|их электродов и соответствующий ему рабочий, соединен с входом фильтра 11 верхних частот. Блоки с 1 по 11 конструктивно входят в состав скважинного прибора. Фильтр нагрз жен на каротажный кабель 12, соединенный с наземным пультом. Кабель непосредственно связан с входом полосового фильтра 13 и демодулятором 14, Выход демодуляизмерительной линии с источником принимаемого сигнала. Так как конструктивно рабочие электроды представляют собой цилиндры из проводящего материала, расположенные на корпусе скважинного прибора из изолятора, то для уменьшения импеданса электродов целесообразно увеличить диаметр электрода. Ограничения здесь возникают в связи с обеспечением необходимого технологического зазора между стенкой скважины и электродом. Как показывают расчеты, разность диаметров скважины и рабочего электрода не должна превьшать 10 мм.

Так как коэффициент усиления антенного усилителя близок к единице, а сам усилитель представляет собой широкополосное устройство, то в нём не происходит преобразования спектра принятого сигнала. Практически антенный усилитель служит для согласования высокого сопротивления рабочего электрода с низким сопротивлением последующих блоков устройства.

В связи с тем, что антенные усили- тели связаны между собой симметричной линией, наводки на каждую из ветвей ли«ии одинаковы и в трансформаторе 5 связи вычитаются. Компенсация паразитных емкостных утечек осущест- также и за счет компенсирующих электродов. Длина линии связи между электродами определяется требуемым .35 разносом рабочих электродов. Но для сохранения точечного характера электродов расстояние между электродами должно по крайней мере в три раза превышать их: длину.

40 Таким образом, на выходе трансформатора 5 связи будет действовать сигнал, равный разности сигналов, наведенных на рабочих электродах. В из- бирательном усилителе 6 происходит 45 фильтрация и усиление сигнала низкой частоты f...

тоты

В дальнейшем сигнал поступает на низкочастотный вход модулятора. На тора соединен с детектором 15 и рети-у) чсокочастотныА вход модулятора с за- стрирукщим прибором 16.дающего генератора 9 через буферный

На фиг,2 представлена схема м.оду- каскад 8 подается сигнал высокой час- лятора 7 с отрицательными обратными связями по. низкой f| (блок 17) и высокой f (блок 18) частотам.

Устройство работает следующим образом.

За счет емкости рабочих электродов на земпю осуществляется связь

-ь

в результате на выходе модулятора в спектре сигнала существует три частоты f, f 1 ± f .

Модулированный сигнал по двухпроводной линии, проходящей в том числе внутри полых компенсирующего и антенного электродов, поступает на фильтр

s

0

О

30

измерительной линии с источником принимаемого сигнала. Так как конструктивно рабочие электроды представляют собой цилиндры из проводящего материала, расположенные на корпусе скважинного прибора из изолятора, то для уменьшения импеданса электродов целесообразно увеличить диаметр электрода. Ограничения здесь возникают в связи с обеспечением необходимого технологического зазора между стенкой скважины и электродом. Как показывают расчеты, разность диаметров скважины и рабочего электрода не должна превьшать 10 мм.

Так как коэффициент усиления антенного усилителя близок к единице, а сам усилитель представляет собой широкополосное устройство, то в нём не происходит преобразования спектра принятого сигнала. Практически антенный усилитель служит для согласования высокого сопротивления рабочего электрода с низким сопротивлением последующих блоков устройства.

В связи с тем, что антенные усили- тели связаны между собой симметричной линией, наводки на каждую из ветвей ли«ии одинаковы и в трансформаторе 5 связи вычитаются. Компенсация паразитных емкостных утечек осущест- также и за счет компенсирующих электродов. Длина линии связи между электродами определяется требуемым .35 разносом рабочих электродов. Но для сохранения точечного характера электродов расстояние между электродами должно по крайней мере в три раза превышать их: длину.

40 Таким образом, на выходе трансформатора 5 связи будет действовать сигнал, равный разности сигналов, наведенных на рабочих электродах. В из- бирательном усилителе 6 происходит 45 фильтрация и усиление сигнала низкой частоты f...

тоты

каскад 8 подается сигнал высокой час-

-ь

в результате на выходе модулятора в спектре сигнала существует три частоты f, f 1 ± f .

Модулированный сигнал по двухпроводной линии, проходящей в том числе внутри полых компенсирующего и антенного электродов, поступает на фильтр

11 верхних частот, полоса пропускания которого выбрана таким образом, что он пропускает без искажения модулиро- ваиньш сигнал, т.е. частоты f.,f

о Ь

и срезает низкочастотную часть спектра.

Затем по кабелю 12 сигнал поступает на вход полосового фильтра 13, который конструктивно является элементом наземной части аппаратуры. В целом система преобразования сигнала и его фильтрации с помощью фильтров 11 и 13 позволяет избавиться как от возможных электромагнитных наводок от посторонних источников, так и от

сигнала рабочей частоты f., который

к

тажным кабелем 12, длина и марка которого могут быть различны, а следовательно, модулятор должен стабильно работать на различные нагрузки. Для , вьтолнения указанных вьше требований в модулятор введены две цепи обратной связи по несущей частоте f, и по огиD

бающей высокочастотного колебания L.

Если использовать только одну пет- JO лю обратной связи, то большая величина коэффициента связи приведет систему к сдмовозбуждению на соответст- :вующей частоте.

Использование одновременно двух f5 цепей позволяет создать в целом систему с глубокой обратной связью, в которой расширение динамического ди- апаЗона, улучшение линейности,уменьшение зависимости параметров от велинаводится на каротажньш катель.

Как уже отмечалось вкапе, учитьгаая большую длину кабеля и его возможную близость к источнику рабочего сигнала20 чины нагрузки, происходит при сравни- (например, при работе в варианте за- тельно слабых обратных связях по выряда) величина сигнала, наводимого на кабель может превзойти сигнал, поступающий с электродов. Само по себе применение в подобных случаях в геофизической аппаратуре передачи полезного сигнала с преобразование его спектра известно давно (например, в аппаратуре радиоволновых метров). Там используется принцип супергетеродин- ного приема, а в устройстве применяются соответствукшще блоки.

Учитывая низкочастотный спектр рабочего сигнала, а именно сотни,а

40

в перспективе десятки Гц, применение 35 ва был разработан прибор, позволякиций суперге-геродинного приема практически невозможно. Последнее обстоятельство объясняется тем, чтб при небольшой промежуточной частоте и близости ее к рабочей, резко возрастают требования к блокам фильтрации сигналов,что в габаритах скважинных приборов на низких частотах осуществить трудно или невозможно. Сужение полосы пропускания тракта сигнала, кроме того, по необходимости должно привести к увеличению требований по стабильности частоты источников рабочих сигналов, т.е. вызовет сложности при создании генераторных устройств, которые будут использоваться одновременно с предлагаемым приемным устройством.

Учитывая, что диапазон изменения рабочего сигнала велик, к модулятору предъявляются повышенные требования в отношении динамического диапазона и линейности. Кроме того, из самой схемы устройства следует, что модулятор через фильтр 11 связан с каро-

измерять низкочастотное электрическое поле в скважине. Преимущества такого прибора очевидны при работе в условиях скважин, пройденных в условиях вечной мерзлоты, в горах, в подземных горных выработках, т.е. где встречаются в большом количестве сухие скважины.

45 Формула изобретения

1. Приемное устройство для низкочастотной электроразведки, содержащее, по крайней мере, один полый металлический рабочий электрод, антенный предусилитель, компенсирующий полый электрод, расположенный в пространстве между антенным предусилите- лем и рабочим электродом, избирательный усилитель, детектор, выход которого соединен с измерительным прибором, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерения в скважинах с плохими условиями за50

55

тажным кабелем 12, длина и марка которого могут быть различны, а следовательно, модулятор должен стабильно работать на различные нагрузки. Для , вьтолнения указанных вьше требований в модулятор введены две цепи обратной связи по несущей частоте f, и по огиD

бающей высокочастотного колебания L.

Если использовать только одну пет- O лю обратной связи, то большая величина коэффициента связи приведет систему к сдмовозбуждению на соответст- :вующей частоте.

Использование одновременно двух 5 цепей позволяет создать в целом систему с глубокой обратной связью, в которой расширение динамического ди- апаЗона, улучшение линейности,уменьшение зависимости параметров от вели0 чины нагрузки, происходит при сравни- тельно слабых обратных связях по высокой и низкой частоте, т.е. гарантировать отсутствие возможности само- возбузкдения.

I

Операции с сигналом в наземном

пульте вытекают из предьщущего.Сигнал при необходимости усиливается после полосового фильтра 14 и поступает на демодулятор, где преобразуется в сигнал рабочей частоты f.Далее сигнал поступает на детектор и измерительный прибор.

На основе предлагаемого устройст

ва был разработан прибор, позволякиций

измерять низкочастотное электрическое поле в скважине. Преимущества такого прибора очевидны при работе в условиях скважин, пройденных в условиях вечной мерзлоты, в горах, в подземных горных выработках, т.е. где встречаются в большом количестве сухие скважины.

35 ва был разработан прибор, позволякиций

45 Формула изобретения

ва был разработан прибор, позволякиций

1. Приемное устройство для низкочастотной электроразведки, содержащее, по крайней мере, один полый металлический рабочий электрод, антенный предусилитель, компенсирующий полый электрод, расположенный в пространстве между антенным предусилите- лем и рабочим электродом, избирательный усилитель, детектор, выход которого соединен с измерительным прибором, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерения в скважинах с плохими условиями за

земления, например, сухих, в сважин- ный прибор введен дополнительный nor- льш металлический рабочий электрод, антенный предусилитель, компенсирующий полый электрод, расположенный между антенным предусилителем и рабочим электродом, задающий генератор высокой частоты, буферный каскад; модулятор и фильтр верхних частот, причем связь между двумя рабочими электродами выполнена в виде симметричной двухпроводной линии, в одну из ветвей которых включен трансформатор связи, вторичная обмотка которого соединена через избирательный усилитель с низкочастотным входом модулятора, один выход модулятора соединен с входом фильтра верхних частот симметричной двухпроводной линией,

а(уг

ВНИИПИ Заказ 774/48 Тираж 731 Подписное Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

проходящей через полый компенсирующий электрод и соответствуннций ему рабочий электрод, а к высокочастотному входу модулятора через буферный каскад подсоединен задающий генератор высокой частоты, выход фильтра высоких частот через каротажный кабель соединен с наземным пультом, в котором полосовой фильтр соединен с демодулятором, выход которого соединен с входом детектора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью увел|1чения точности измерений путем уменьшения сопротивления заземления, оба рабочих электрода вьшолнены в виде сменных цилиндров различных диаметров.

Изобретение касается электро- разведочных методов изучения месторождений полезных ископаемых и может быть использовано,.в частности, в скважинных электроразведочных методах. Цель изобретения - повьшение точности измерений низкочастотного электрического поля в скважинах с плохими условиями заземлений ..Цель достигается введением в известное приемное устройство, содержащее полый рабочий электрод, компенсирующий полый электрод и расположенный между ними антенный усилитель, дополнительный рабочий электрод, компенсирующий электрод и антенный усилитель. Кроме того, в скважинный прибор введены фильтр верхних частот, задающий генератор высоких частот, модулятор, буферный каскад,-демодулятор, а в наземный пульт - полосовой фильтр и детектор. Кроме того, в модулятор введены две цепи обратной связи по несущей частоте и по огибающей высокочастотного колебания, а рабочие электроды выполнены в виде сменных цилиндров, 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л СО 05 СО СО