Устройство для автоматической настройки корреляционного измерителя Советский патент 1988 года по МПК G01V1/50 

ГС

о сл

со

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин акустическими методами.

Цель изобретения - увеличение наежности выделения полезного сигнала на фоне шума.

На фиг. 1 изображена структурная схема всего предлагаемого устройства в целом; на фиг. 2 - структурная схема блока анализа формы огибающей; на фиг. 3 - структурная схема блока анализа видимого периода; на фиг. 4 - структурная схема блока анализа фазы; на фиг. 5 - струкурная схема блока анализа времени при- ХОда.

Устройство содержит блок 1 анвлизл формы огибающей, блок 2 анализа види- мого периода, блок 3 анализа фазы, блок 4 анализа времени прихода, накопители 5 и 6, схему 7 передачи модуля, схему 8 выделения нулей, линию 9 задержки, триггер 10, операционный усилитель 11, диод 12, конденсатор 13, регистр 14 сдвига, схемы 15-17 совпадения, ключ 18, счетчик 19, схему ИЛИ 20, триггер 21, схемы 22 и 23 совпадения, индикатор 24 минимума, индикатор 25 максимума, схемы 26 и 27 совпадения, усилитель-ограничитель 28, коммути- устройство 29, схемы 30-32 совпаения, схему ИЛИ 33, триггеры 34 и 35.

Устройство работает следующим образом.

Принимаемый акустический импульс поступает на блок анализа формы огибающей. Известно, что при АК сигнал представляет собой радиоимпульс с огибающей близкой к импульсу Берлаге, в котором от первого вступления до максимума обычно меньщаетсй не менее двух периодов высокочастотных колебаний. На этом свойстве сигнала и основано действие блока анализа формы огибающей. Сигнал на его выходе появляется только в том случае, если во входной информации встречается участок, состоящий из четырех на первом выходе или трех полуволн на втором выходе, из которых каждая больще или равна предыдущей. Известно также, что частота сигнала в процессе каротажа может изменяться (для данного типа скважинной аппаратуры) в строго определенных рамках. Это обстоятельство также используется ля повышения надежности распознавания сигнала на фоне шума. На выход блока 1 анализа формы огибающей сигналы проходят только в том случае, если длительность полуволн укладывается в заданный интервал. Этот контроль осуществляется в блоке 2 анализа видимого периода. Импульсы с выходов блока 1 анализа фор.мы огибающей поступают затем на блок 3 анализа фазы, который пропускает их дальше только в том случае, если они соответствуют в принимаемом сигнале полуволнам определенной полярности. Так, например, если известно, что

5

5

четвертая фаза в принимаемом сигнале отрицательная, на выход блока 3 анализа фазы проходят импульсы только в том случае, если в выделенной последовательности из четырех или трех фаз последняя отрицательная. Далее сигнал поступает на блок 4 анализа времени прихода, где он сравнивается по времени с фазой настройки коррелятора. При их несовпадении вырабатываются команды на принудительный пере0 ход срабатывания коррелятора в ту или иную сторону. Для повыщения помехоустойчивости системы автонастройки в целом формируемые блоком 4 анализа видимого периода команды поступают на накопители 5 и 6, алгоритм работы которых в зависимости от задач, решаемых в процессе каротажа и типа применяемой скважинной аппаратуры, может быть самым различным. Например, может использоваться принцип п и гп, при котором команда поступает на выход

0 только в том случае, если из ш тактов по крайней мере в п присутствовал сигнал. Блок 1 анализа формы огибающей (см. фиг. 2) работает следующим образом. Входной сигнал поступает на схему 7 передачи модуля и схему 8 выделения нулей. Импульсы, соответствующие переходам сигнала через ноль, через линию 9 задержки взводят триггер 10. В это время напряжение с выхода схемы 7 передачи модуля поступает на пиковый вольтметр, состоящий из операционного усилителя 11, диода 12 и конденсатора 13, на котором в процессе работы запоминается амплитуда предыдущей полуволны. Как только новая полуволна превосходит потенциал на конденсаторе 13, операционный усилитель изменяет свое состояние на противоположное и возвращает триггер 10 в исходное положение. Напряжение с инверсного выхода триггера 10 поступает (через блок 2 анализа видимого периода) на информационный вход регистра 14 сдвига, на синхровход которого подаются импульсы перехода через ноль. Если данная полуволна больще предыдущей, триггер 10 между двумя переходами через ноль возвращается в исходное состояние и в регистр 14 записывается единица. Как только в регистре 14 накапливаются четыре импульса, схема 15 совпадения выдает сигнал А, обозначающий наличие во входной информации участка из четырех полуволн с нарастающей огибающей. Если новая фаза меньще предыдущей,

0 триггер 10 к моменту следующего перехода через ноль не возвращается в исходное состояние и в регистр записывается ноль. Кроме того, импульс перехода через ноль через открытую схему 16 совпадения вызывает разряд конденсатора 13 через ключ 18.

5 На практике может оказаться, что полуволна шума, стоящая непосредственно перед первым вступлением полезного сигнала, но амплитуде больще него. В этом случае в

0

5

0

5

конце первой фазы полезного сигнала в регистр 14 записывается ноль и она в подсчет последовательно нарастаюа1их амплитуд не попадает, а четвертая фаза полезного сигнала оказывается при этом от начала счета третьей. Чтобы ее выделить используется трехвходовая схема 17 совпадения, подключенная к трем первым разрядам сдвигового регистра 14. Импульс, выдаваемый ей, является сигналом Б.

Блок 2 анализа видимого периода (фиг. 3) работает следующим образом.

Задержанный импульс перехода через ноль вызывает обнуление счетчика 19 и через схему ИЛИ 20 триггера 21. Затем импульсы от кварцевого генератора, расположенного в корреляторе, пройдя через нормально открытую схему 22 совпадения, начинают заполнять счетчик 19. По достижении определенного числа, соответствующего половине мини.мально возможного периода входного сигнала, срабатывает индикатор 24 минимума и взводит триггер 21 в рабочее состояние. При этом открывается схема 23 совпадения, восстанавливая связь между инверсным выходом триггера 10 и информационным входом регистра 14 в блоке I анализа формы огибающей. В дальнейщем длительность данной полуволны может пре- выщать половину максимально возможного на практике периода сигнала. При этом срабатывает индикатор 25 максимума и запирает схему 22 совпадения, прекращая дальнейший счет, а также возвращает триггер 21 в исходное состояние, убирая при этом сигнал с информационного входа регистра 14. В конце этой фазы в регистр записывается ноль и она в подсчете последовательно нарастающих фаз не участвует. Вновь- прищедший импульс перехода через ноль весь процесс начинает сначала. Таким образом, информация на регистр 14 попадает только в том случае, если длительность фазы лежит в определенном интервале, задаваемым порогами срабатывания индикатора 24 минимума и индикатора 25 максимума.

Блок 3 анализа фазы (фиг. 4) работает следующим образом.

Сигналы А и Б с выходов блока 1 анализа фор.мы огибающей подаются соответственно на схемы 26 и 27 совпадения, на вторые входы которых поступает с усилителя- ограничителя 28 сигнал «Преобразование входного сигнала. Знак коэффициента передачи усилителя 28 выбран таким, чтобы пропустить только сигналы, совпадающие по фазе с ожидаемы.м полезным сигналом.

Б.,чок 4 анализа времени прихода (фиг. 5) работает следующим образом.

Коммутирующее устройство 29, управляемое импульсом, поступающи.м от коррелятора, равным-по длительности измеряе.мому времени прихода сигнала, формирует три

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

интервала вре.мени, границы которых оказываются вследствие этого зависимыми от распо. южения сигнала в предыдущем такте. Сигнал В поступает на схему 30 совпадения, кого)ая открывается на время прихода четвертой и пятой фаз полезного сигнала. При совпадении его с этим промежутком времени он приписывается к полезно.му сигналу, если нет - к помехе и в дальнейшем не учитывается. Сигналы А и Б через схему ИЛИ 33 поступают на схему 31 совпадения, на второй вход которой подается окно длительностью от синхроимпульса до конца пятой фазы. Если опи не попадают в этот интервал времени, на выходе триггера 34 находится единица, являющаяся командой на перенастройку «Назад. Егсли сигнал Л начинает приходить раньше начала четвертой фазы полезно|-о сигнала, то, прс-йдя через схему 32 совпадения, он перебрасывает триггер 35 в единичное состояние, Я1 ,яюцдееся командой на перестройку «Вперед. В начале каждого такта триггеры 34 и 35 возвращаются в исходное состояние передним фронтом импульса, посгупающего от коррелятора.

Таким образом, в предла1-аемом устройстве распознавание сигнала на фоне П1ума производится не но амплитудному принципу, котором) свойственны указанные недостатки, а по целому комплексу признаков сигнала (форма огибающей, частота, фаза и время прихода), что способствует более надежной работе системы автопастройки.

Формула u .ioopi-TCHUfi

. Устройство для автоматической настройки корреляционного измерителя, содержащее два накопите.чя. выходы которых являются первым и вторым выходом устройства, отличающееся тем, что. с целью увеличения надежности выделения полезного сигнала на фоне шума. дополните.1ьно введены блок ана. 1иза формы огибающей, блок анализа видимого периода, блок анализа фазы и блок анализа времени прихода, при этом у блока анализа ()ормы .огибающей первый вход связан с первым входом устройства д, 1Я автоматической iiacTpofi- ки корреляционного изме|)ите, 1Я, первьп и второй выходы - соответственно с первым и вторым входом блока анализа фазы, у которого третий вход соединен с первым входом устройства, а первый и второй выходы - соответственно с первым и вторым входом блока ана, 1иза времени прихода, у блока анализа видимого периода первьп1 вход является вторым входом устройства для авто.матической настройки корре, 1яциоипого измерителя, второй и третий вход связаны соответственно с третьим и четвертым выходами блока анализа формы огибающей, а выход - с его вторым входом, у блока анализа времени прихода третий вход яв.1я

ется третьим входом устройства в целом, а первый и второй выходы соединены соответственно с входами первого и второго накопителя.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок анализа формы огибающей содержит схему передачи модуля, схему выделения нулей, линию задержки, триггер, операционный усилитель, диод, конденсатор, регистр .Ьдвига, три схемы совпадения и ключ, при этом у схемы выделения нулей вход соединен

р первым входом блока, выход с входом ли- нии задержки, первым входом первой схемы Совпадения и с синхровходом регистра ;сдвига, у триггера S-вход соединен с выхо- :дом линии задержки и третьим выходом яблока анализа формы огибающей, / -вход ;Соединен с выходом операционного усилителя :И анодом диода, неинвертирующий выход - ;с вторым входЬм первой схемы совпадения, а инвертирующий является четвертым выходом блока анализа формы огибающей в целом, у схемы передачи модуля вход сое- ;динен с первым входом блока, а выход - с ;неинвертирующим входом операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с точкой соединения катода диода, аналогового входа ключа и конде 1сатора, вторая обкладка которого заземлена, у ключа выход соединен с нулевой шиной, а управляющий вход - с выходом первой схемы совпадения, у регистра сдвига информационный вход является вторым входом блока анализа формы огибающей, а выходы соединены с входами второй схемы совпадения, выход которой является первым выходом блока, при этом у третьей схемы совпадения входы соединены с выходами регистра сдвига, а выход является вторым выходом блока анализа формы огибающей.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок анализа- видимого периода содержит счетчик, схему ИЛИ, триггер, две схемы совпадения, а также индикаторы минимума и максимума, при этом у первой схемы совпадении один из входов является первым входом блока, а выход соединен с входом счетчика, у которого обнуляющий

0

д

5 О

5

5

0

вход соединен с первым входом блока и первым входом схемы ИЛИ, а выход связан с входами индикатора минимума и максимума, у триггера S-вход соединен с выходом индикатора минимума, / -вход - с выходом схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом индикатора максимума и вторым входом первой схемы совпадения, а у второй схемы совпадения первый вход соединен с выходом триггера, а второй вход и выход являются соответственно вторым входом и выходом блока анализа видимого периода.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок анализа фазы содержит усилитель-ограничитель и две- схемы совпадения, у которых выходы являются первым и вторым выходом блока, первые входы объединены и соединены с выходом усилителя-ограничителя, а вторые входы являются соответственно первым и вторым входом блока анализа фазы, при этом вход усилителя-ограничителя является третьим входом блока анализа фазы.

5.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок анализа времени прихода содержит коммутирующее устройство, три схемы совпадения, схему ИЛИ и два триггера , при этом выходы триггеров являются первым и вторым выходами блока анализа времени прихода, Сточка соединения S-входа первого триггера, -входа второго триггера и входа коммутирующего устройства соединена с третьим входом блока анализа времени прихода, у коммутирующего устройства первый, второй и третий выход соединены соответственно с одним из входов первой, второй и третьей схем совпадения, вторые выходы которых у первой схемы совпадения являются вторым входом блока анализа прихода, у второй соединен с выходом схемы ИЛИ, а у третьей соединен с первым входом блока в целом и вторым входом схемы ИЛИ, при этом выходы у первой схемы совпадения соединены с вторым входом схемы ИЛИ, у второй - с / -входом первого, а у третьей - с 5гвходом второго триггера.

Устройство относится к области гео- фи.зических исследований скважин. Целью изобретения является увеличение помехоустойчивости системы автоматического поиска первого вступления продольной волны. Это достигается тем, что выделение полезного сигнала на фоне шума производится не по амплитудному признаку, малоэффективному при низком соотношении сигнал/ /шум, а на основе комплексного анализа формы, частоты, фазы и времени прихода поступаюш,их колебаний. Блок анализа формы огибаюш,ей определяет наличие во входной информации участков, состоящих из заданного количества фаз с нарастаюпхей амплитудой. Блок анализа видимого периода и блок анализа фазы осуществляют соответственно контроль частоты и фазы колебаний на выделенных участках. В случае соответствия этих параметров характеристикам полезного сигна.та блок анализа времени прихода производит сопоставление времени прихода выделенных фаз с моментом срабатывания коррелятора. В случае их несовпадения вырабатываются команды на его перенастройку в соответствующую сторону. Для пог1ыщения надежности работы устройства в целом команды подаются на коррелятор через накопители. 4 з.п. ф-лы. 4 ил. с сл

иг.

Раг.г

аг.5

(Раг,4

фае. 5