Устройство для предварительной обработки электроразведочных сигналов Советский патент 1990 года по МПК G01V3/06 

Устройство относится к геофизике, а именно к устройствам для электрон разведки, и предназначено для использования в электроразведочных информационно-измерительных системах.

Цель изобретения - сокращение объема регистрируемой информации и повышение достоверности регистрируемых значений параметров.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - структурная схема блока вычисления параметров; на фиг. З - вариант выполнения схемы вычислительного устройства, входящего в блок вьгчис-| ления параметров.

Устройство для предварительной обработки электроразвёдочного сигнала

содержит входной блок 1, соединенный с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 2 и с первым выходом схемы 3 управления. Первый, второй и третий входы блока 4 формирования и анализа оценок подключены соответственно к выходу АЦП 2, первому и второму выходам схемы 3 управления. Первый и второй входы блока 5 вычисления параметров соединены соответственно с выходом и вторым входом блока 4 формирования и анализа оценок. Третий вход и управляющий выход блока 5 вычисления параметров подключены соответственно к выходу и управляющему

входу управляемого переключателя 6, а информационный выход блока 5 вычисления параметров соединен с входом блока 7 определителей верности и с информационным входом регистратора

8. Выход блока 7 определителей верности подключен к анализатору 9, выход которого соединен с первым входом

10

5397084

дом счетчика 17. Выход постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 18 подключен к второму входу схемы 15 умножения, выход которой соединен с первым входом первого сумматора 19. Выход первого сумматора 19 подключен к информационному входу оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 20, выход которого объединен с вторым входом первого сумматора 19 и информационными входами первого 21 и второго 22 регистров. Первый выход счетчика 17 подключен к входу ПЗУ 18, к управляющему входу ОЗУ 20, а также к управляющим входам первого 21 и второго 22 регистров. Второй выход счетчика 17 является управляющим выходом вычислительного устройства 12. Вход счетчика 17 подключен к выходу умножителя 16 частоты. Выход первого регистра 21 соединен с первыми входами делителя 23 и квадраторов 24, к вторым входам которых подключен выход второго регист15

20

Изобретение предназначено для использования в электроразведочных информационно-измерительных системах и может быть использовано при работе методами вызванной поляризации, индуктивным и заряда. Цель изобретения состоит в сокращении объема регистрируемой информации и в повышении достоверности регистрируемых значений параметров за счет вычисления показателей верности по заданным параметрам. Цель достигается за счет того, что в устройство для предварительной обработки электроразведочных сигналов, содержащее входной блок, соединенный со схемой управления и аналого-цифровым преобразователем, блок формирования и анализа оценок и регистратор, введены блок вычисления параметров, дополнительный блок определителей верности, дополнительный анализатор, управляемый переключатель и схема совпадения. Блок вычисления параметров содержит регистр оценки, вычислительное устройство, селектор адреса и запоминающее устройство. Вычислительное устройство содержит схему умножения, умножитель частоты, счетчик, постоянное запоминающее устройство, два сумматора, оперативное запоминающее устройство, два регистра, делитель, квадраторы, вычислитель квадратного корня. В предлагаемом устройстве реализуется накопление дискретных выборок и вычисление заданных параметров по отфильтрованным от помех оценкам сигнала. 3 ил.

схемы 10 совпадения, второй вход этой 25 Ра 22. Выход делителя 23 объединен с

информационным выходом вычислительного устройства 12 и с выходом вычислителя 25 квадратного корня, вход которого через второй сумматор 26 подключен к выходам квадраторов 24. На выхо де делителя 23 может быть дополнитель но включен вычислитель 27 арктангенса

-

схемы подключен к управляющему выходу блока 4 формирования и анализа оценок, а выход схемы 10 совпадения соединен с управляющим входом регистратора 8.

Блок 5 вычисления параметров состо ит из регистра 11 оценки, вычислительного устройства 12, селектора 13 адреса и запоминающего устройства 14. Информационный вход запоминающего устройства 14 соединен с информацион ным выходом вычислительного устройства 12. Первый вход вычислительного устройства 12 подключен к информационному выходу регистра 11 оценки, вход Запись которого объединен с вторыми вводами блока 5 вычисления параметров и вычислительного устройства 12. Третий вход блока 5 вычисления параметров соединен с третьим входом вычислительного устройства 12, управляющий выход которого соединен с входом селектора 13 адреса. Первый, третий и второй выходы селектора 13 .адреса подключены соответственно к управляющим входам регистра 11 оцен ки, запоминающего устройства 14 и управляющему выходу блока 5 вычисления параметров.

Первый, второй и третий входы вычислительного устройства 12 соедине- ны соответственно с первым входом схемы 15 умножения, с входом умножителя 16 частоты и с управляющим вхо„

25 Ра 22. Выход делителя 23 объединен с

35

30

40

45

50

55

информационным выходом вычислительного устройства 12 и с выходом вычислителя 25 квадратного корня, вход которого через второй сумматор 26 подключен к выходам квадраторов 24. На выходе делителя 23 может быть дополнительно включен вычислитель 27 арктангенса.

Блок 4 формирования и анализа оценок 4 выполняет статистическую обработку и анализ дискретных значений многократно повторяющегося сигнала и может состоять из распределителей, анализатора, устройства определения оценки и определителя верности.

Управляемый переключатель 6 позво ляет формировать необходимые управляющие сигналы (код) и в простейшем случае может быть выполнено на обычном переключателе.

Блок 7 определителей верности содержит определители верности, число которых должно быть равно либо числу измеряемых параметров, либо может быть использован один определитель верности, вычисляющий показатели верности последовательно и запоминающий их значения. Определитель верности вычисляет показатель, позволяющий судить о том, как велика разница между оценкой и истинным значением параметра. В качестве показателя верности может быть использована оценка дисперсии погрешности или модуль разности значений параметра в текущем и преды515

дущем периодах, в этом случае блок 7 определителей верности может состоять из запоминающих устройств и блоков | разности.

Анализатор 9 определяет достиг ли показатель верности заданного значения и может состоять из копаратора и переключателя, задающего код.

Устройство для предварительной обработки электроразведочных сигналов работает следующим образом.

Входной сигнал с длительностью периода Т масштабируется во входном бло

ке 1, здесь же осуществляется дискре- j 5 поступлении импульса с выхода схемы

тизация сигнала с периодом дискретизации 4t. Каждый период сигнала представляется выборками, количество котоIN

рых равно N --.

dt

Тактовые импульсы

для осуществления дискретизации поступают с первого выхода схемы 3 управления. 3vra же тактовые импульсы и импульсы с второго выхода схемы 3 управления поступают на второй и третий входы блока 4 формирования и анализа оценок. На первый вход блока 4 формирования и анализа оценок поступают отсчеты с выхода АЦП 2, соответствующие дискретным значениям измеряемого сиг- нала. В блоке 4 формирования и анализа оценок для каждого из N дискретных значений сигнала определяется оценка X. , которая уточняется при поступлении следующих периодов. В случае, когда потребителю информации нужны не все дискретные значения за период измеряемого сигнала, а лишь значения конкретных целевых параметров, например, значения амплитуд и фаз несколь- ких гармонических составляющих сигнала, в анализаторе блока А формирования и анализа оценок может быть установлен высокий уровень допустимых - показателей верности, что обеспечива- ет поступление оценок на информационный выход блока 4 формирования и анализа оценок после прохождения двух- трех периодов измеряемого сигнала и появление разрешающего сигнала на управляющем выходе блока 4 формирования и анализа оценок. Уменьшение влияния помех на значение оценки с поступлением каждого нового периода сигнала, т.е. предварительная фильт- рация сигнала позволяет производить определение параметров по N оценкам безынерционным устройством, каким и является блок 5 вычисления парапет

ров. Перед началом измерений оператор задает с помощью управляемого переключателя 6 параметры, значения которых необходимо вычислить. По коду, поступающему с управляемого переключателя 6 на третий вход блока 5 вычисления параметров, а точнее на вход вычислительного устройства 12 (фиг.2), устанавливается программа вычисления заданных параметров. Оценки, поступающие через первый вход блока 5 вычисления параметров на информационный вход регистра 11 оценки, при

0

5 0 c 0 з 0 5

3 управления переписываются в регистр оценки. Вычислительное устройство 12 после прихода импульса с выхода схемы 3 управления завершает предыдущие вычисления и через селектор 13 адреса (в простейшем случае это дешифратор и и формирователь) формирует управляющий сигнал, позволяющий считать код оценки из регистра 11 оценки.

В качестве вычислительного устройства 12 может быть использована стандартная или специализированная микро- ЭВМ, позволяющая выполнять команды сложения, вычитания, деления, умножения, сравнения, ветвления и пересылки по заданной программе.

Один из вариантов реализации вычислительного устройства приведен на фиг.З. Данный вариант позволяет вычислить амплитуды и фазы нескольких гармоник. При отсутствии устройства синхронизации в схеме 3 управления вычисление фазы гармонических составляющих производится относительно какой-либо произвольной точки периода сигнала. Вычисление параметров выполняется следующим образом. л

По N дискретным оценкам Х; вычисляются коэффициенты разложения Фурье ГУ

(1) (2)

am g IX, cos(m Y i),

2 N л21Г

bm r: IX; sin(m -JT-I)

14 ,.,a

где i - номер оценки} m - номер гармоники.

Коды, значения которых пропорци21Г. . 21Г. . ональны cos га--1 и sinm--i, записыва ются в ПЗУ 18, ПЗУ опрашивается кодасчетчика 17, тактируемого выходными импульсами умножителя 16 частоты.

Умножение частоты нужно для того, чтобы при поступлении каждой оценки опрашивалось несколько ячеек ПЗУ, та например, для определения значений амплитуд и фаз трех гармоник необходимо опрашивать шесть ячеек ПЗУ 18, т.е. частота, поступающая на второй вход вычислительного устройства 12, должна быть увеличена в 6 раз. Изме- няя коэффициенты деления счетчика 17 с помощью устройства задания, можно менять число гармонических составляющих, параметры которых должны быть вычислены. Для упрощения рассмотрим случай измерения первой гармоники сигнала. Оценки X( поступают с входа вычислительного устройства 12 на первый вход схемы 15 умножения, на второй вход которой последовательно поступают из ПЗУ 18 коэффициенты, про21Г. пропорциональные значениям и

2-iT.

25

din-rri.. Произведения последовательно поступают на первый вход первого сумматора 19. Перед началом очередного периода ОЗУ 20 очищается, поэтому после прихода первой оценки на второй вход первого сумматора 19 поступают нулевые значения и в ячейки ОЗУ 20 с выхода сумматора записываются

1 -з 2JT л . 2Т произведения и XjSin-. Перед приходом третьей оценки в ячейках ОЗУ 20 записываются35

30

О S

cos -„т + Х„.сов -- и

4 N «- N

2Я . и . 4ff

. гп л .471 sin Y + - .

Таким образом, к концу периода, в ячейках ОЗУ 20 находятся коэффициенты

N . N а1 -я я Ъ -, j, которые по управляющему

сигналу с первого выхода счетчика 17 переписываются в первьй 21 и второй 22 регистры.

При N, кратном 2 , деление на N можно осуществить отбрасыванием младших разрядов при перезаписи чисел в регистры, а можно и не делить на N, а учесть этот коэффициент. В следующем периоде коэффициенты разложения вычисляются аналогично. С выходов регистров 21 и 22 коэффициенты разложения поступают на входы делителя 23 и квадраторов 24. В делителе 23 вычисляется отношение а,/Ъ1( а в квадратоs

5

5

0

0

5

0

5

pax определяются а и Ь . Делитель 23 и квадраторы 24 могут быть выполнены на основе арифметических расширителей. В квадраторах 24 может быть использовано либо два устройства для возведения кода в квадрат, либо одно устройство, выполняющее операции последовательно. Значение а1/Ь1 является тангенсом фазового угла паровой гармоники, либо относительно импульса синхронизации (при наличии устройства синхронизации в схеме 3 управления) , либо относительно некоторой произвольной точки периода сигнала, относительно которой могут быть также вычислены фазовые углы других гармонических составляющих. Значение

tgif at/b,

может быть подано на выход вычислительного устройства 12 или же, для обеспечения традиционного представления, пропущено через специальный вычислитель 27 арктангенса. Вычислитель арктангенса может быть реализован, например, на основе ПЗУ, в котором записана таблица арктангенсов. Значения а2 и Ь2 с выходов квадраторов 24 поступают на входы второго сумматора 26, а оттуда сумма а2, + Ь2 поступает в вычислитель 25 квадратного корня, где и определяется значение амплитуды

А , /аДТь2, ,

которое поступает на выход вычислительного устройства 12.i

Поступающие с выхода вычислительного устройства 12 значения фазы и амплитуды переписываются в запоминающее устройство 14 (фиг.2) под управлением селектора 13 адреса. С выхода блока 5 вычисления параметров, а точнее из запоминающего устройства 14, вычисленные параметры поступают на вход блока 7 определителей верности (фиг.1) и на информационный вход регистратора 8. Показатели верности поступают на вход анализатора 9, где сравниваются с заранее установленными значениями. Поскольку оценки N с каждым новым периодом вычисляются все точнее, через несколько периодов (их количество зависит от уровня помех) на выходе анализатора 9 появляется разрешающий сигнал. Так как на управляющем выходе блока 4 формирования и анализа оценок сигнал был сформирован ранее, на выходе схемы 10 совпаде

йия формируется сигнал, разрешающий запись вычисленных параметров в регистратор 8.

В том случае, когда потребителю информации нужны статистические оценки всех значений периодического сигнала, в анализаторе блока 4 формирования и анализа оценок может быть установлен такой уровень показателей верности, который позволяет получить за счет накопления оценки дискретных значений сигнала с допустимой тонкостью.

Таким образом, в предлагаемом уст- ройстве реализуется накопление дискретных выборок и вычисление заданных параметров по отфильтрованным от помех оценкам сигнала. Запись в регистратор необходимых параметров вместо всех взятых за период сигнала оценок позволяет существенно сократить объем регистрируемой информации. Вычисление показателей верности по заданным параметрам, а не по оценкам дискретных отсчетов сигнала повышает достоверность их значений. Кроме того, при работе с конкретными параметрами оператору легче оценить ситуацию, например, обнаружение аномалии или неисправности прибора.

Формула изобр е т е н и я

Устройство для предварительной обработки электроразведочных сигналов,

Вход

10

. , 2025

39708ю

содержащее входной блок, соединенный с аналого-цифровым преобразователем, схему управления, блок формирования , и анализа оценок и регистратор, причем выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом блока формирования и анализа оценок, второй и третий входы которого соединены с выходами схемы управления, отличающееся тем, что, с целью сокращения объема регистрируемой информации и повышения достоверности регистрируемых значений параметров, в него дополнительно введены блок вычисления параметров, блок определителей верности, анализатор, управляемый переключатель и схема совпадения, причем информационный выход блока формирования и анализа оценок, а также второй вход этого блока подключены соответственно к первому и второму входам блока вычисления параметров, третий вход и управляющий выход которого соединены соответственно с выходом и управляющим входом управляемого переключателя, а информационный выход - с информационными входами регистратора и блока определителей верности, выход которого подключен к анализатору, соединенному с первым входом схемы совпадения, второй вход которой подключен к управляющему выходу блока формирования и анализа оценок, а выход - к управляющему входу регистратора.

30

35

fc/