Измерительное устройство для геоэлектроразведки Советский патент 1987 года по МПК G01V3/12 

Изобретение относится к измери-. тельным устройствам для активной геоэлектрической разведки с использованием искусственно создаваемых электромагнитных, полей и может применяться для исследования горизонтально-слоистых структур земной коры при выполнении электроразведочных работ.

Цель изобретения - повышение эф фек тивиости работы измерительного устройства для геоэлектроразведки в условиях, неизвестных по своим спектральным свойствам, и изменяющихся во времени ге9магн тных помех.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройс1 ва; на фиг. 2-5 - временные ддиаграммы.

Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1 зондирующего сигнала, линию 2 задержкиJ блок 3 ключей, блок 4 весовой обработки, бхюк 5 усреднения, первый блок 6 памяти, блок 7 вы гисления коэффициента корреляции, первую схему 8 сравнения формирователь 9 импульсов, пиковый детектор 10, сулему 11,, блок 12 логарифмирования, накапливающий сумматор 13, вторую схему 14 сравнения, ком- м татор 15, регистратор 16, датчик 17 электромагнитного поля, АЦП 18, демультиплексор 19, блок 20 управления, второй блок 21 памяти, анализатор 22 спектра, делитель 23, сумматор 24, блок 25 извлечения квадрат- ного корня, блок 26 вычисления вероятности ошибки различения сигналов третью схему 27 сравнения, третий блок 28 памяти, схему 29 индикации.

Предлагаемое устройство позволяет производить оценку текущей помехо- вой остановки и выбирать благоприятные моменты пуска генератора зондирующего сигнала, этим обеспечивается возможность работы измерительной части устройства только в то время, когда результаты измерения являются достоверными, что повьшает эффективность его работы.

Очевидно, что достоверность результатов каждого зондирования зависит от степени благоприятности поме- ховой обстановки с точки зрения наилучшего выделения полезного сигнала. При благоприятной помеховой обстановке 3 каждом дикде зондирования про- ;;акоплег ие сигналов только с болыин;-)т весовыми коэффициентами.

т.е. сигналов, наиболее сходных с ожидаемым опорным сигналом В связи с этим в отличие от прототипа, где каждый шаг в цикле зондирования начинается в произвольный момент времени, в предлагаемом устройстве перед каждым включением генератора зондирующего сигнала производится оценка текущей помеховой обстановки. В зависимости от результатов этой оценки генератор зондирующего сигнала включается или его пуск откладывается на определенное время. В качестве критерия, по которому оценивается помеховая обстановка, используется вероятность ошибки резличе- ния сигналов, характеризующих строение исследуемого геофизического разреза и свидетельствующих о наличии или отсутствии особенностей в строении изучаемой структуры. Такой особенностью является, например, тонкий слой с аномальными электрически- ми свойствами (повышенной или пониженной, электропроводностью) . При наличии такого слоя в исследуемой структуре ожидаемый полезный сигнал будет S,(t), при отсутствии - БД(t).

Устройство работает следующим образом.

По управляющему сигналу, поступающему с выхода блока 20 управления, открывается выход 1 демультиплексо- ра 19 и на вход анализатора 22 спектра с выхода АЦП 18 от датчика 17 электромагнитного поля поступает реализация помехи n(t), к - номер реализации (интервал О, Т, на фиг. 2). Второй выход демультиплексора 19 в это время закрыт, и сигнал на входе линии 2 задержки отсутствует интервал о, Т, на фиг. 3. На выходе анализатора 22 спектра формируются сигналы, соответствующие оценкам спектральной плотности помехи N(cO;) на отдельных частотах w; (,2,...L) где L - количество анализируемых частот). Эти сигналы поступают на первый вход делителя 23, на второй вход которого одновременно с выхода второго блока 21 памяти поступают сигналы, соответствующие значениям

весовой функции С(СО;) 1 / IBlT/S(o; )| йО;, где uS(co;) S,(cOi) - , S,(co;) и БД (со;) - значения спектральных функций сигналов S,(t) и So(t) на анализируемых частотах,uQ; СО;-Ы;„интервал меясду соответ-ствутащим - анализируемыми частотами.

Значения весовой функции заносятся во второй блок 21 памяти перед началом эксперимента. Для каждой частоты СО; на выходе делителя 23 формируются сигналы, соответствующие

с(У1).

N(cO;)

, которые накапли- ю

15

в аются в сумматоре 24, сигнал на выходе которого соответствует сумме

4 С(и;)

м77, Т, Сигнал с выхода сумматора 24 поступает на вход блока 25 извлечения квадратного корня и далее на вход блока 26 вычисления вероятности ошибки различения, определяемой следующим соотношением:

«Ч1-erf5:

С(Ы;)

де erf(x)

-п- ( W J

fr NCcoi)

t в dt .

Далее с выхода блока 26 сигнал заносится в блок 28 памяти, откуда он поступает на вход схемы 29 индикации, которая позволяет визуали.зировать величину текущей вероятности ошибки различения сигналов. Одновременно сигнал с выхода блока 26 поступает на вход схемы 27 сравнения где он сравнивается с заранее установленным уровнем Qg , Если сигнал на выходе блока 26 превьшает пороговый уровень интервал LT,j Т,,, на фиг. 4, то на выходе схемы 27 формируется сигнал , поступающий на вход блока 20 управления, на выходе которого появляется управляющий сигнал. Этот сигнал, поступающий на вход демультиплексора 19, оставляет его первый выход открытым, а второй выход закрытым. После этого на вход анализатора 22 спектра в течение следующего интервала времени опять поступает реализация помехи п, (t) (интервал fl,, фиг. 2), сигнал на вход линии 2 задержки в это время не поступает (интервал т, , Т,. Затем в блоках 21-26 повторяется оценка текущей вероятности ошибки правильного различения сигналов, соответствующее ей значение фиксируется

:в блоке 28 памяти, выводится на эк- ан 29 индикации, а также срав

нивается с порогом й в схеме 27 сравнения. Если вероятность ошибки превьш ает порог, управляющий сигнао с выхода блока 20 управления поступает на вход демультиплексора 19, выход 1 которого при этом остается открытым, а выход 2 закрытым, а оценка вероятности Q повторяется для новой реализации помехи. Если сигна-п на выходе блока 26 ниже порогового уровня (интервал т, Т,1 на фиг. 4), то на выходе схемы 27 срав-- нен ия появляется сигнал, поступаю- 5 щий на вход блока 20 управления, на выходе которого формируется управляющий сигнал, поступающий на вход демультиплексора 19 и генератора 1 зондирующего сигнала. Этот сигнал закрывает первый выход и открывает второй вход демультиплексора 19,-а также включает генератор 1 зондирующего сигнала. Производится зондирование исследуемого геофизического разреза. На вход линии 2 через АЦП 18 поступает реализация сигнала отклика У(} (интервал 1, Т, на фиг. 3, m - номер реализации). В этом время сигнал на входе анализатора 22 спектра отсутствует (интер0

5

0

вал Т,, Та на фиг. 2). Сигнал откли5

0

ка представляет собой смесь помехи

являющегося

-J)

и сигнала S(t),

5

0

5

сверткой зондирующего сигнала S(t) с импульсной характеристикой среды .,

g(t), т.е. )n(t)+ J S(t)g(tI

-Т )(t)+S о,, (t), с выхода линии

,2 задержки сигналы поступают на вход блока 3 ключей и вторые входы блока 7 вычисления коэффициента корреляции. При этом сигнал на управляющем входе блока. 3 отсутствует - ключи закрыты. На первый вход блока 7 вычисления коэффициента корреляции в этом время поступает опорный сигнал S(t), образец которого заносится в блок 6 памяти перед началом эксперимента. Сигнал S(t) представляет собой некоторое приближение к ожидаемому сигналу S, (t), его весовой коэффициент считается равным 1. Б блоке 7 вычисляется коэффициент корреляции опорного сигнала и реализации y(t), на выходе появляется сигнал, соответствующий величине коэффициента корреляции, определяемого формулой

R Co) --

2FT ,,

2::s (t;)y(t,4)

1-1 ,,

I 2PT r „ ,-i2 2fTr ,ril

-J 5i.s cti) ,(t,+o

itl1 1

где F верхняя частота в спектре зондирующего сигнала;

Т - длительность зондирующего сигналаi

г - номер отсчета, С выхода блока 7 этот сигнал поступает на первьш вход схемы 8 сравнения, на другой вход которой поступает заданный положительный уровень GO, Если сигнал на выходе блока 7 вычисления превышает С,, т.е. степень корреляции полученной смеси у (t) с опорным сигналом велика, то на выходе схемы 8 сравнения появляется сигнал, поступающий на вход форьшрователя 9 импульсов и на вход пикового детектора 10. Блоки 9 и 10 предназначены соответ ственно для фиксации момента дост1-1жения максимума коэффициента корреляции и. для определения его величины. Сигнал: с выхода блока 10 поступает на,вход блока 4 весовой обработки, где производится вычисление весовых коэффициентов К„., по формуле

IГ 9 Рт2. FT.. -1 -

к,„ fc/jt,)-1: y(t,)snt,).

L ,., г., Сигнал с выхода блока 9 через схему И 1.1 поступает на управляющий вход блока 3 ключей, открывая их. Сигнал y(t) с выходов линии 2 задержки поступает в блок 4 весовой обработки, где он умножается на соответствующие весовые коэс)фициенть. После этого происходит накопление и усреднение накопленного сигнала в блоке 5, на выходе которого - имеем сигнал вида

(t,J+s .

-J-- - ZlK+t

)

где I количество накопленных реализаций на данный момент. Полученный усредненный сиг нал заносится в блок 6 памяти, где он с,лз 71 ит опорным сигналом для следующей реализации. С выходов блока 6 полученный усредненный сигнал посту пает на первые входы блока 7 вычисления коэффициента корреляции. После ф.ргксал.ин максимальной величины коэффициента корреляции в пиковом детекторе iO cvII нaл с его выхода

20

30598 .6

поступает на вход блока 12 логарифмирования, где максимальные величины коэффициента корреляции логарифмируются, а затем поступают на вход на- капливающего сумматора 13. Полученное значение; коэффициента корреляции сравнивается в схеме 14 сравнения с заданными границами Г и Г . При пересечении верхней границы Г . 10 (интервал Т, на фиг. 5) с выхода схемы 14 сигнал поступает на управляющий вход коммутатора 15 и на второй вход схемы И 11, закрывая ее и заканчивая эксперимент с полоJ5 лсительным результатом. Сигнал.с выхода блока 6 через коммутатор 1Ь поступает в регистратор 16. При пересечении нижней границы Т сигнал с выхода схемы 14 сравнения поступает через схему И 11 только на управляющий вход блока 3 ключей, закрывая его и заканчивая эксперимент с отрицательным результатом, так как качество сигнала по мере накопле25 ния не улучшается.

Если ни одна из границ Г, и Г

не пересечена (интервал Т , Т на фиг, 3), сигнал с выхода схемы .14 поступает на вход блока 19 управления, сигнал на выходе которого от крывает первый выход и закрывает второй вькод демультиплексора 19, т.е. начинается анализ текущей поме- ховой обстановки перед следующим зондированием исследуемой геофизи35 ческой структуры.

Предлагаемое устройство позволяет повысить качество накопленного сигнала, поскольку заранее за счет предварительно оценки вероятности

40 ошибки различения полезного сигнала обеспечивается рассмотрение реализаций, наиболее близких к полезному сигналу, т.е. наименее искаженных помехам1-1о Кроме того, устройство

позволяет экономить энергетические затраты за счет прекращения работы при неблагоприятной помеховой обста - новке (т.е. когда вероятность ошибки различения полезного сигнала вели50 ка) и возобновления зондирования

во время, когда условия для различения сигналов, характеризующих строение исследуемого геофизического разреза, являются оптимальными. Формула изобретения Измерительное устройство для геоэлектроразведки, содержащее генератор зондирующего сигнала, линию задержки, блок ключей, блок весовой обра55

7

ботки, блок усреднения, блок памяти блок вьтисления коэффициента корреляции, две схемы сравнения, формирователь импульсов, пиковый детектор, схему И, блок логарифмирования, накапливающий сумматор, коммутатор и регистратор причем, выходы линии задержки соединены с входами блока ключей, выходы которого соединены с первыми входами блока весовой обработки, первые выходы которого соединены с первыми входами блока усред- нения, второй выход блока весовой обработки соединен с вторьм входом блока усреднения, выходы которого соединены с входами первого блока памяти, выходы которого соединены с первыми входами блока вьгаисления коэффициента корреляции, вторые входы которого соединены с выходами линии задержки, выход блока вычисления коэффициента корреляции соединен с входом первой схемы сравнения, выход которой соединен с входами форми рователя импульсов и пикового детектора, выход пикового детектора соединен с вторым входом блока весовой обработки и входом блока логарифмирования , выход формирователя импульсов соединен с входом схемы И выход которой соединен с третьим входом блока усреднения, с управля- щим входом блока ключей и первым входом накапливающего сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока логарифмирования, а выход - с входом второй схемы сравнения, пер10

30598°

вый выход которой соединен с первым входом блока памяти, а выход соединен с входом регистратора, второй

выход второй схемы сравнения соеди- 5,,

нен с вторым входом схемы И, о тличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы, в него введены аналого-цифровой преобразователь, датчик эле стромагнит- ного поля, демультиплексор, блок управления, анализатор спектра, делитель, сумматор, блок извлечения квадратного корня, блок вычисления веро- 15 ятности ошибки различения сигналов, третья схема сравнения, блок памяти, причем третий выход второй схемы сравнения соединен с первым входом блока управления, выход которого соединен с первым входом демульти- плексора и входом Генератора зондирующего сигнала, второй вход демуль- типлексора соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, первый выход демультиплексора соединен с входом анализатора спектра, второй выход демультиплексора соединен с входом линии задержки, выход второго блока памяти соединен с вторым входом делителя, первые входы которого соединены с выходами анализатора спектра, выход делителя соединен с- последовательно соединенными сумматором блоком извлечения квадратного корня, блоком вычисления вероятности ошибки различения сигналов,третьей схемой сравнения , выходкоторой соединен с вторымвходом блока управления.

20

25

30

35

(pue.t

Редактор М.Дылын

Составитель В.Немцев Техред М.Хода нич

Заказ 3580/49 Тираж 730Подписное

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

Корректор А.Тяско

Устройство относится к области геоэлектроразведки и может быть использовано для исследования горизонтально-слоистых структур земной коры. Целью изобретения является повьше- ние эффективности работы. В устройство введены датчик и схема оценки электромагнитной обстановки.При определении благоприятной помёховой обстановки вырабатывается сигнал разрешения на вьщачу зондирующего сиг-. нала. 5 ил. &Э САЭ О СП СО 00