Устройство для измерения кинематических характеристик сигнала при акустическом каротаже скважин Советский патент 1987 года по МПК G01V1/50 

1

Изобретение относится к технике геофизических исследований скважин акустическими методами.

Цель изобретения - повьшение точности и стабильности устройства для измерения кинематических характеристик сигнала.

На -фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - эпюры напряжения на выходе его основных узлов.

ycTpoftdTBO содержит преобразователь 1 код - время, формирователь 2 окна измерения, формирователь 3 импульсов слежения, аналоговый ключ 4, измеритель 5 динамических характеристик, блок 6 выделения и запоминания фазы сигнала,первый усилитель-ограничитель 7,инвертор 8,фазовращатель 9,второй усилитель-ограничитель 10, кварцевый генератор 11,схемы 12 и 13 перемножители 14 и 15, реверсивный счетчик 16, схему ИЛИ 17, счетчик 18, цифровой компаратор 19, блок 20 автонастройки Вперед, блок 21 автонастройки Назад и блок 22 выключения автонастроек.

Устройство ра ботает следующим об- .разом.

По команде синхроимпульса преобразователь 1 код - время вырабатывает импульс (эпюра 23, фиг.2), Задержка которого относительно запуска определяется кодом, присутствующим на его управляющих шинах, и в установившемся режиме соответствует по времени маменту прихода первой фазы принимаемого сигнала. Этот импульс поступает на формирователь 2 окна измерения, который срабатываетузапуская формирователь 3 импульсов слежения, а также аналоговый ключ 4 и измеритель 5 динамических характеристик, который определяет какой-либо динами- ческий параметр, например максимальную амплитуду или действующее значение той части акустического сигнала, которая попадает в окно измерения, и выдает сигнал в виде постоянного напряжения. Часть волнового пакета, прошедшая на выход аналогового ключа, подается на блок 6 вьзделения и запоминания фазы сигнала, колебания с выхода которого (эпюра 24) поступают затем на усилитель-ограничитель 7 (эпюра 25) и инвертор 8 (эпюра 26) .

Сигнал, несуп51й информацию о фазе пришедшего сигнала (эпюра 24), по

10

15

20

40

и- 45 .

3341002

дается также через фазовращатель 9, который осуществляет его сдвиг на 90, на второй усилитель-ограничитель 10 (эпюра 27). В результате перемножения Импульсов с выходов блоков. 8 и 10, а также сигнала с кварцевого генератора 11 на вр гходе схемы 12 и 13 совпадения получаются пачки импульсов длительностью в четверть периода колебаний на выходе блока 6, сдвинутые относительно друг друга также на четверть периода (эпюры 28 и 29J фиг.2). .

Формирователь 3 импульсов слежения также выдает два импульса, сдвинутые относительно друг друга на четверть периода аналогичной длительности (эпюры 30 и 31, фиг.2).

Таким образом, расположение по времени пачек импульсов -определяется фазой вновь пришедшего сигнала, а импульсов слежения - моментом его прихода в предыдущем та..

Эти сигналы попарно подаются на перемножители 14 и 15 (сигналы на эпюрах 28 и 30 - на один, а сигналы на эпюрах 29 и 31 - на другой). Б установившемся режиме, когда принимаемые сигналы не изменяют своего

положения, импульсы на эпюрах 28 и 30, а также импульсы на эпюрах 29 и 31 по времени не перекрываются и на выход перемножителей 14 и 15 не проходят. Как только время прихода

35 входного сигнала начнет изменяться, на выходе одного из перемножителей появляются импульсы эталонной частоты. Если, например, время прихода сигнала увеличивается, перекрываются по времени импульсы на эпюрах 28 и 30, если уменьшатся - то импульсы на эпюрах 29 и 31. Соответственно в первом случае начинается поступление импульсов на суммирующий вход реверсивного .сче-тчика 16, а во втором - на вычитающий.Причем их количество строго пропорционально вре25

45

50

входной сигнал за один такт. Показания счетчика и время задержки импульсов слежения в следующем такте изменяются на соответртвующую величину. Таким образом осуществляется слежение за фазой приходящего сигна- 55 ла.

Преимуществом описанной схемы слежения, для которой и был разработан длинный алгоритм работы, является

3

то, что количество импульсов на выходе того или иного перемножителя равно изменению времени прихода сигнала за один такт. Это позволяет упростить устройство, так как исключается необходимость использования специальных узлов для получения, указанной информации.

Импульсы с выхода перемножителей, пройдя через схему ИЛИ 17,подсчитывются в счетчике 18, которьш перед каждым тактом сбрасывается в нуль синхроимпульсом. Если количество превысит определенное значение, ве- личина которого задается кодовой ,ком бинацией на одном из входов цифрового компаратора 19, он срабатывает и закрывает схемы 12 и 13 совпадения, прекращй я тем самым заведомо ошибоч- ное измерение.

Для автонастройки устройства на первое вступление служат блок 20 автонастройки Вперед и блок 21 автонастройки Назад. Автоматическая настройка устройства Вперед включается в том случае, если система оказывается по каким-либо причинам настроенной не на первую фазу сигнала, а на последующие. Этот блок работает следующим образом. Выходным импульсом преобразователя 1 код время формируется окно поиска длительностью, равной периоду сигнала (эпюра 32). Одновременно происходит сравнение входного сигнала с порогом, равным K Uft где К - коэффициент усиления; и„ - напряжение с выхода блока 5 измерения динамических характеристик, причем К выбирают таким, чтобы компаратор реагировал на третью и последующие нечетные фазы входного сигнала (эпюры 24 и 33). В случае правильной настройки окно поиска 32 и сигналы с выхода компа- ратора не совпадают во времени и команда на перестройку Вперед не вырабатывается, если произошел сбой (эпюра 32, пунктирная линия), то первым же импульсом 33 с компаратора формируется импульс, равный длительностью 1/2 периода входного сигнала, который поступает в блок 15 умножения . С выхода блока 15 умножения пачка эталонных импульсов поступает на вычитающий вход реверсивного счет чика 16. Длительность импульсов равна 1/2 периода сигнала. Это происходит в каждом такте до тех пор, пока

00

устройство не настроится на первую фазу входного сигнала.

Блок 21 автонастройки Назад работает следующим образом. Импульсом с выхода преобразователя 1 код - время формируется короткое временно окно, задержанное на 3/4 периода входного сигнала, в течение которого сигнал с усилителя-ограничителя 7 поступает на интегратор, выходной сигнал которого поступает на нуль-орган.

В случае правильной настройки эт окно НЕриходится на экстремум второй полуволны входного сигнала (эпюра 34), поэтому на выходе интегратора происходит накопление отрицательно потенциала, которьй выключает нуль- орган. В случае сбоя системы на один или более периодов вперед на интегратор, поступают усиленные до ограничения акустические шумы. Так как шум и запуск прибора не зависят друг от друга, вероятности попадания в окно положительных и отрицательных полуволн равны, то на выходе интегратора напряжение колеблется около нуля, что вызывает срабатывание нуль-органа, на выходе которого формируется выходной импульс, равный длительностью 1/4 периода входного сигнала, который поступает на блок 14 умножения . С выхода бло.ка 14 умножения пачка эталонных импульсов длительностью, равной 1/4 периода сигнала,поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 16. Это происходит в каждом такте до тех пор, пока устройство не настроится на первое вступление.

При последующем движении Назад, т.е. в сторону увеличения задержки, включается блок 20 автонастройки Вперед, импульс с вькода которого вызывает установку интегратора в исходное состояние и выключение нуль- органа, т.е. выключение блока 21 автонастройки Назад. I

При уменьшении соотношения сигнал шум увеличивается вероятность ложного включения автонастроек, поэтому в устройство введен блок 22 выключения автонастроек, сущность работы которого заключается в следующем. Между синхроимпульсом и первым вступлением измеряется действующее значение шума, которое сравнивается с сигналом с выхода блока 5 измерения динамических параметров. В случае превышения шума над полезным сигналом блоком вырабатывается сигнал, которы блокирует выходные сигналы блоков 20 и 21 автонастроек Вперед и Назад т.е. блоки автонастройки имеют возможность работы только на тех участках скважины, где соотношение сигнал - шум позволяет с высокой вероятностью исключить их Ложное срабатывание.

Таким образом, весь процесс слежения за фазой принимаемого сигнала и выдача результатов измерения происходят в цифровой форме, поэтому инструментальная ошибка измерения в основном определяется ценой младшего разряда реверсивного счетчика 16 и стабильностью кварцевого генератора 1 1 .

Формула изобретения

Устройство для измерения кинематических характеристик сигнала при акустическом каротаже скважин, аосто .ящее из перемноЖителя, измерителя динамических характеристик, аналоговый вход Которого соединен с сигнальным входом устройства, блока автонастройки Вперед, первый аналоговый вход которого соединен с сигнальным входом устройства, а второй вход - с выходом измерителя динамических характеристик, блока выключения автонастроек, у которого первый аналоговый вход соединен с сигнальным входом устройства, второй - с вьгходом измерителя динамических характеристик, а запускающий вход - с синхровходом устройства в целом, последовательно соединенных аналогового ключа, блока выделения и запоминания фазы сигнала и усилителя-ограничителя, при этом вход аналогового ключа соединен с сигнальным входом устройства, блока автонастройки Назад, у которого аналоговый вход соединен с выходом усилителя-ограничителя, а второй управляющий вход - с вторым управляющим входом блока автонастройки Вперед и выходом блока выключения автонаст роек, формирователя окна измерения, выход которого соединен с управляющими входами аналогового ключа и измерителя динамических характеристик, а вход соединен с первым управляющим входом блоков

5

0

автонастройки Вперед и Назад, обнуляющий вход последнего соедине н с в ыходом блока автонастройки Вперед, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности и стабильности устройства, в него введены преобразоватедь код - время, формирователь импульсов слежения, кварцевый генератор, инвертор, фазовращатель, второй усилитель-ограничитель, две схемы совпадения, реверсивный счетчик, второй перемножитель, схема ИЛИ, счетчик, цифровой компаратор, при этом у преобразователя код - время запускающий вход соединен с синхровходом устройства в целом, счетный вход - с выходом кварцевого генератора, управляюш 1е шины - с выходными шинами реверсивного счетчика и выходом устройства, а выход -с входом формирователя окна измерения, у формирователя импульсов слежения вход соединен с выходом формировате- 5 ля окна измерения, первьш выход - с одним из входов первого перемножн- теля, а второй выход - с одним из входов второго перемножителя, у фазовращателя вход соединен с выходом блока вьщеления и запоминания фазы сигнала, а выход - с входом второго усилителя-ограничителя, у инвертора вход соединен с выходом первого усилителя-ограничителя, а выход - с первым входом первой схемы совпадения, у которой второй вход соединен с первым входом второй схемы совпадения и - с выходом второго усилителя-ограничителя, а третий вход соединен с вторым входом второй схемы совпадения и с выходом цифрового компаратора, четвертый вход соединен с четвертым входом второй схемы совпадения и с выходом кварцевого генератора, а выход - с вторым входом первого перемвожителя, у второй схемы совпадения третий вход соединен с выходом первого усилителя-ограничителя, а выход - с вторым входом второго перемножителя, у которого,в свою очередь, управляюш й вход соединен с выходом блока автонастройки Впе0

5

0

5

0

ред , а выход - с вычитающим входом реверсивного счетчика и одним из 55 входов схемы ИЛИ, при этом у первого перемножителя управляющий вход соединен с выходом блока автонастройки Назад, а выход ,роединен с вторым входом схемы- ИЛИ и с суммирую 7-13341008

щим входом реверсивного счетчика, схемы ИЛИ, у цифрового компаратора

обнуляющий вход счетчика соединен с синхровходом устройства в целом, а счетный вход соединен с выходом

первый вход соединен с выходными ши нами счетчика, второй вход - с исто НИКОМ кодовой комбинации.

первый вход соединен с выходными шинами счетчика, второй вход - с источ- НИКОМ кодовой комбинации.

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин акустическими методами. Цель изобретения - повьппение точности и стабильности корреляционного измерителя кинематических, характеристик сигнала при акустическом каротаже скважин. Преобразователь напряжение - время заменяется преобразователем код - время, а зарядно-разрядная схема реверсивным счетчиком, вычитающий и суммирующий входы которого связаны с выходами двух разных/ перемножителей. При этом у первого перемножителя на один из входов подается цуг из импульсов с эталонной частотой следования, время начала которого определяется фазой принимаемого в данном такте сигнала, а длительность равна четверти его периода, а на другой вход подается прямоугольный импульс той же длительности, момент поступления которого определяется временем прихода сигнала в предыдущем такте. При этом на второй перемножитель подаются аналогичные сигналы, сдвинутые относительно первых на четверть периода (цуг опережает, а прямоугольный импульс отстает) . Устройство позволит повысить- точность измерения кинематических характеристик сигналов при акустическом каротаже скважин, что особенно необходимо для вычисления интервального времени при работе на больших зондах . 2 ил. i (Л С со 00