Скважинный трехкомпонентный феррозондовый магнитометр Советский патент 1987 года по МПК G01V3/18 

Изобретение относится к геофизике а именно к технике измерения компонентов вектора постоянного и переменного магнитного поля в скважинах,

Цель изобретения - повьшение точности измерений составляющих и вариа ций магнитного поля.

На фиг.I представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 временные диаграммы сигналов поясняющие его работу.

Устройство содержит (фиг.1) -генератор возбуждения, первый 2, второй 3, третий 4 и четвертый 5 коммутаторы, первую 6, вторую 7 и третью 8 обмотки возбуждения первого, второго и третьего каналов феррозондовьпс преобразователей с продольным возбуждением дифференциального типа компонент магнитного поля Hj, Н, Н„ соответственно, а также их сигнальные обмотки 9-11 соответственно первого, второго и третьего каналов и обмотки 12-14 компенсации первого, второго и третьего каналов, первый 15, второй 16 .и третий 17 усилители, первый 18, второй 19 и третий 20 синхронные детекторы, интегратор 21, двухпорого- вый компаратор 22, компаратор 23 нулевого уровня, первый 24 и второй 25 реверсивные счетчики, тактовый генератор 26, первый 27 и второй 28 циф- роаналоговые преобразователи (ЦАП), первый 29 и второй 30 резисторы обратной связи, регистр 31 данных, регистр 32 адреса канала, интерфейсный адаптер 33, каротажный кабель 34 и устройство 35 управления и обработки данных.

Временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства, представлены в виде эпюр 36-41 (фиг.2). Стрелками указан уровеньiопорного напряжения, Up

Устройство работает следующим образом.

По команде устройства 35 управления и обработки данных в регистр 32 адреса канала записывается адрес выбираемого канала, например первого Н . В этом случае сигнал управления, поступающий с выхода регистра 32 адреса канала на входы управления коммутаторов 2-5, разрешает подключение обмотки 6 возбуждения к первому выходу генератора 1 возбуждения, входа управления первого синхронного детектора 18 к второму выходу генера

тора 1 возбу:кдения, первого резисто ра 29 обратной связи к первой обмотке 12 компенсации и второго резистора 30 обратной связи к первой сигнапьной обмотке 9„

В обмотке 6 возбуждения протекает импульсный ток возбуждения (эпюра 36), а на вход управления первого синхронного детектора 18 через второй коммутатор 3 поступает напряжение прямоугольной формы (эпюра 38) удвоенной частоты с второго выхода генератора 1 возбзоэдения. На информационный вход первого синхронного детектора 18 с первой обмотки 9 съема через первый усилитель 15 поступает сигнал второй гармоники (эпюра 37), пропорциональный величине внешнего магнитного поля. Из выходного сигнала первого синхронного детектора 18 (эпюра 39) интегратором 21 выделяется постоянная .составляющая, пропорциональная внешнему магнитному

полю (эпюра 40), которая описывается выражением

и k H k( Н,. -sin 2t),

5

0

30

где k - коэффициент преобразования; Н - постоянная составляющая магJfO

нитного поля;

Ы - амплитуда вариаций магнитного поля частоты SZ . Выходное напряжение интегратора Э5 21 (эпюра 40) подается на входы двух- порогового компаратора 22 и компаратора 23 нулевого уровня. Пороги срабатывания двухпорогового компаратора 22 задают источниками опорных напря- жений lUon Пороги срабатывания двухпорогового компаратора по магнитному полю определяют выражением

Н.

±и.

/k.

X иор ор

Компаратор 23 нулевого уровня работает как индикатор знака. При величине измеряемого поля Ну, превьш1акяцей по абсолютной величине значение (Ufijj /k), двухпороговый компаратор

50 22 вьщает сигнал разрешения счета на первый реверсивный счетчик 24 (сигнал О, эпюра 41). На в хода синхронизации обоих реверсивных счетчиков 24 и 25 поступают тактовые импульсы с вы55 ходов .тактового генератора 26. Направление счета в реверсивных счетчиках 24 и 25 определяется выходным сигналом компаратора 23 нулевого

уровня. При сигнале 1 реверсивные счетчики 24 и 25 находятся в режиме прямого счета, а при сигнале О - в режиме обратного счета.

Выходной код первого реверсивного счетчика 24 поступает на входы 12- разрядного первого ЦАП 27. Код преобразованный в аналоговую величину, .через первый резистор 29 обратной связи и четвертый коммутатор 5 подается на первую обмотку 12 компенсации. Увеличение кода на выходах первого реверсивного счетчика 24 происходит до тех пор, пока ток обратной связи не скомпенсирует измеряемое поле до значения, не превышающего по абсолютной величине (Uqop /k). Как только выходной сигнал интегратора 21 становится по абсолютной реличине ниже

и

пор , выходное напряжение двухпорого-20 зи, обеспечивает измерение внешнего

вого компаратора 22 скачком изменяется от уровня О до уровня 1, при этом работа первого реверсивного счетчика 24 запрещается и на выходе

магнитного поля )

в пределах разрешающей способностью

(

(Unop /) а вторая ступень компенсации, состоящая из второго реверсивнопервого ЦАП 27 сохраняется достигну- го счетчика 25, второго ЦАП 28 и втотое значение тока обратной связи. Второй контур обратной связи, состоящий из компаратора 23 нулевого уровня, второго реверсивного счетчика 25, второго ЦАП 28 и второго резистора 30 обратной связи, подключенного через третий коммутатор 4 к первой сигнальной обмотке, работает непрерывно, поскольку на второй реверсивный счетчик 25 сигнал разреше- 35 бель 34 и интерфейсный адаптер 33 в

ния счета поступает постоянно. Поэтому в режиме поиска и захвата до тех пор, пока ток обратной связи с выхода первого ЦАП 27 не достигнет величины, необходимой для компенсации внешнего магнитного пуля с точностью ДоЯ1|, , второй ЦАП 28 вырабатывает непрерывно нарастающее или убывающее в зависимости от направления счета второго реверсивного счетчика 25 пилообразное напряжение. Тактовая частота для второго реверсивного счетчика 25 выбрана в 2 раз вьшге тактовой частоты первого реверсивного счетчика 24, где п - число разрядов ЦАП 27.

В режиме слежения код на выходе второго реверсивного счетчика 25 изменяется по закону изменения внешнего магнитного поля, повторяя его

W

регистр 32 адреса канала подаются команды, устанавливаюп;ие режим измерения составляющей Н,. (второй канал) или Нч, (третий канал).

Формула изобретения

Скважинный трехкомпонентный ферро- зондовый магнитометр, содержащий ге 5 нератор возбуждения, каротажный кабель, первый резистор обратной связи, три феррозондовых преобразователя с продольным возбуждением дифференциального типа, имеющие сигнальные об-

0 мотки, обмотки возбуждения и компен-. сации, при этом первый выход генератора возбуждения подключен через первый коммутатор к обмоткам возбуждения, а второй выход через второй

вариации, в то время как код на Ьыхо- -5коммутатор подключен к входам управде первого реверсивного счетчика 24ления трех синхронных детекторов, инсодержит информацию о постоянной сое-формационные входы которых подключетэвляющей внешнего магнитного поля.

ны к выходам трех усилителей, входы

В данном случае выходной код второго реверсивного счетчика 25 изменяется по синусоидальному закону. Код с первого реверсивного счетчика 24 поступает на входы старших разрядов регистра 31 данных, а код с второго реверсивного счетчика 25 - на входы его младших разрядов. С выхода регистра 31 данных 24-разрядный код

(в случае применения 12-разрядных ЦАП 27 и 28) поступает на информационную шину интерфейсного адаптера 33 и далее через каротажный кабель 34 в устройство 35 управления и обработки

данных.

Таким образом, первая ступень компенсации, состоящая из первого реверсивного счетчика 24, первого ЦАП 27 и первого резистора 29 обратной связи, обеспечивает измерение внешнего

магнитного поля )

в пределах разрешающей способностью

(

(Unop /) а вторая ступень компенсации, состоящая из второго реверсивного счетчика 25, второго ЦАП 28 и вто0

рого резистора 30 обратной связи, позволяет измерять поля в пределах (tU/2 k) с разрешающей способностью (U,p/2.k).

Аналогично работает устройство в режиме измерения составляющих Но и Н внешнего магнитного поля. Дпя этого из устройства 35 управления и обработки данных через каротажный ка

регистр 32 адреса канала подаются команды, устанавливаюп;ие режим измерения составляющей Н,. (второй канал) или Нч, (третий канал).

Формула изобретения

Скважинный трехкомпонентный ферро- зондовый магнитометр, содержащий генератор возбуждения, каротажный кабель, первый резистор обратной связи, три феррозондовых преобразователя с продольным возбуждением дифференциального типа, имеющие сигнальные об-

мотки, обмотки возбуждения и компен-. сации, при этом первый выход генератора возбуждения подключен через первый коммутатор к обмоткам возбуждения, а второй выход через второй

формационные входы которых подключены к выходам трех усилителей, входы

которых соединены с сигнгшьными обмотками феррозондовых преобразователей, при этом выходы трех синхронных детекторов подключены к входу интегратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения составляющих и вариаций магнитного поля, он содержит регистр данных, двухпороговый компаратор, компаратор нулевого уровня, первый и второй реверсивные счетчики, тактовый генератор, первый и второй цифроана- логовые преобразователи, третий и четвертый коммутаторы, интерфейсный адаптер, регистр адреса канала, устройство управления и обработки дан- .ных, при этом выход регистра адреса канала соединен с входами управления первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов, а вход его соединен с шиной управления интерфейсного адаптера, выход интегратора соединен с сигнальными входами компараторов, выход двухпорогового компаратора сое0

динен с входом разрегаения счета первого реверсивного счетчика, а выход компаратора нулевого уровня соединен с входами управления направлением счета первого и второго реверсивных счетчиков, выходы которых соединены с входами первого и второго цифроана- логовых преобразователей и входами регистра данных, выход которого подключен к информационной шине интерфейсного адаптера, соединенного двунаправленной шиной через каротажный кабель с устройством управления и обработки данных, выходы первого и

5 второго цифроаналоговых преобразователей соединены через первый и второй резисторы обратной связи с сигнальными входами третьего и четвертого коммутаторов, которые подключены

0 к обмоткам компенсации и сигнальным обмоткам соответственно, выходы тактового генератора соединены с входами синхронизации первого и второго реверсивных счетчиков.

Изобретение относится к-области геофизики, а именно к измерению компонентов вектора постоянного и переменного магнитного поля в скважинах. Область преимущественного применения изобретения - геофизические поиски и разведка магнитных и электропроводящих руд путем измерения постоянного магнитного поля, создаваемого магнитными рудами, и переменного магнитного поля токов растекания низкой частоты. Цель изобретения - повьше- нне точности измерений составляющих и вариаций ма гнитного поля. С этой целью скважинный трехкомпонентный феррозондовый магнитометр содержит каротажный кабель, три феррозондовых преобразователя с продольным возбуждением дифференциального типа, имеющие обмотки возбуждения, съема и компенсации, генератор возбуждения, синхронные детекторы, усилители, интегратор и первый резистор обратной связи, а также регистр данных, двух- пороговый компаратор, компаратор нулевого уровня, первый и второй реверсивные счетчики, тактовый генератор, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, третий и четвертый коммутаторы, интерфейсный адаптер, регистр адреса канала и устройство управления и обработки данных. По команде устройства управления и обработки данных в регистр адреса канала записывается адрес выбираемого канала. Сигнал управления разрешает подключение обмотки возбуждения к генератору возбуждения. Выходное напряжение интегратора подается на входы двухпорогового компаратора и компаратора нулевого уровня. Выходной код первого реверсивного счетчика поступает на вход первого цифроаналогово- го преобразователя. Код, преобразованный в аналоговую величину, через первый резистор обратной связи и четвертый коммутатор подается на обмотку компенсации. 2 ил. с «б (Л : а СП

ui.i

S Ч

Редактор А.Огар

Составитель В.Попадько Техред А.Кравчук

Заказ 1887/42

Тираж 731Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

Фаг.2

Корректор Л.Пилипенко