Устройство для ограничения приращения в измерителе времени прихода акустического сигнала Советский патент 1990 года по МПК G01V1/48 

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин акустическим методом.

Цель изобретения - увеличение помехоустойчивости измерений.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - схема блока обрыва измерения; на фиг. 3 - схема блока формирования доверительного , интервала; на фиг, 4 - схема блока анализа знаков; на фиг.5 - схема блока анализа соотношения с доверительным интервалом; на фиг. 6 - структурная схема блока анализа амплитуд; на фиг. 7 - экспериментально снятые зависимости вероятности принятия ложного решения об увеличении доверительного интервала; на фиг. 8 - экспериментально полученные зависимости средней абсолютной ошибки измерения интервального времени.

На фиг. 1-6 обозначены схема 1 передачи модуля, блок 2 обрыва измерения, блок 3 формирования доверитель

ного интервала, блок 4 анализа знаков, блок 5 анализа амплитуд, блок 6 анализа соотношения с доверительным интервалом, схемы 7 и 8 совпадения, схема ИЛИ 9, схема 10 совпадения, счетчик 11, схема 12 сравнения, реверсивный счетчик 13, Формирователь 14 шага уменьшения, индикатор 15 минимума, сумматор 16, формирователь 17 кода шага увеличения, RS-триггер 18, Сдвиговый регистр 19, схемы сравнения 20 и 21 , схемы 22 и 23 совпадения, Схема ИЛИ-НЕ 24, схема ИЛИ 25, сдвиговый регистр 26, схема ИЛИ-НЕ 27, схема 28 совпадения, счетчик 29, схема 30 сравнения, схема 31 запоминания; сдвиговый регистр 32 и схема 33 совпадения.

Устройство предназначено для работы с двухзондовой акустической аппаратурой с поочередной передачей информации, где алгоритм измерителя состоит в том, что в каждом такте, т.е. излучении сигнала в породу, вы- числяется разность между предыдущим и новым значением времени сигнала (приращение Д- ), а затем на эту величину изменяется (с учетом знака) значение его выходного параметра. При этом каждый цикл измерения состоит из 2-х тактов: в первом - определение времени прихода сигнала на ближнем, а во втором - на дальнем зондах.

Описание предлагаемого устройства выполнено для случая, когда обработка информации в измерителе времени прихода сигнала производится в цифровом виде.

Устройство работает следующим об- -разом.

На вход устройства (фиг. 1) из измерителя времени поступают на один вход положительные приращения, а на другой - отрицательные. Они представляют собой пачки импульсов, количество которых соответствует абсолютной величине приращения. В схеме 1 передачи модуля они объединяются на одну шину и поступают затем на вход блока 2 обрыва измерения. Здесь происходит сравнение модуля приращения ( / Л, /) с максимальной величиной (До06), на ко торую в данном такте разрешается измениться выходному параметру ичмери- теля времени. Значение этого прираше- ния поступает из блока 3 Формирования доверительного интервала. Как только

5

0

5

0

0

5

0

5

выполнится условие / Д;/ Адов с вы хода блока 2 на измеритель подается команда, запрещающая дальнейшую отработку разницы между новым и старым значением времени прихода сигнала.

Изменение величины доверительного интервала производится на основе анализа приращений в нескольких циклах измерения. В данном случае двух, Для этого в устройство введены блок 4 анализа знаков, блок 5 анализа амплитуд и блок 6 анализа соотношения с доверительным интервалом. Команда на увеличение Д доввозникает при наличии сигналов на выходах всех этих блоков.

Сигнал на первом выходе блока 4 анализа знаков появляется, если знаки приращений как на первом, так и на втором зондах, одинаковы в двух соседних циклах измерения (т.е. в 4-х тактах подряд).-Эта команда поступает на первый вход схемы 7 совпадения, на два других входа которой приходят сигналы с блоков 5 и 6.

На выходе блока 5 сигнал возникает, если в 3-х тактах подряд выполняется условие /Д; / /Л;,/ , т.е. они имеют нарастающий характер изменения.

На выходе блока 6 сигнал появляется, если в 3-х тактах подряд приращения больше доверительного интервала С/Л; ).

i

Таким образом, если в 3-х последовательных тактах выполняются условия / Д Д ;,/ и / Л j / Д §ов , а в самом начале четвертого, т.е. в момент появления первого же импульса + Д; или -Д; окажется, что все они имеют и одинаковый знак, схема 7 совпадения сработает и выдаст команду на увеличение доверительного интервала на.некоторую величину. Б результате этого в этом же 4-м такте блок 2 разрешит измениться выходному параметру измерителя на большую, чем раньше, величину. Значение приращения, на которое реально произошло это увеличение в измерителе, из блока 2 обрыва измерения подается в блок 3 и там запоминается. Оно и будет теперь являться новым доверительным интервалом.

Запоминание нового значения Д qoe происходит только при наличии на втором входе блока 3 специального сигнала, поступающего с выхода блока 8 совпадения, на один вход которой поступает тактовый импульс, синхронизирующий работу всех блоков устройства, на другой - команда на увеличение Д ов, а на третий - сигнал с второго выхода блока 5, обозначающий, что приращение в данном такте больше предыдущего

С/А; ы А ;-(/).

Таким образом, запоминание нового

13°ь

происходит, если в 4-х тактах

подряд знаки приращения одинаковы, а их амплитуды больше доверительного значения и имеют нарастающий характе изменения. Этот процесс нарастания йчов будет происходить до тех пор, пока соблюдаются все эти условия..Ка только / Л; / 6. Адов, сигналы на выходе блока 2 обрыва измерения, а следовательно, и блока 6 прекратятся, схема совпадения закроется и нарастание прекратится.

Уменьшение же доверительного интервала начинается при выполнении одного из двух следующих условий. Первое из них -, если знаки прнрашения в двух соседних циклах измерения и на первом и втором зондах разные. Сигналы, обозначающий выполнение этого условия, появляется на втором выходе блока 4 анализа знаков. Он чере схему ИЛИ 9 поступает на 3-й вход блока 3 формирователя доверительного интервала, где вызывает за каждый такт уменьшение А дов на некоторую величину. Уменьшение доверительного интервала происходит также и по команде, поступающей на второй вход схемы ИЛИ с .второго выхода блока 6. Она возникает, если абсолютная величина приращения на обоих каналах меньше доверительного интервала, т.е. если /А;/ Л Аоб и/А;.,/ .

Блок обрыва измерения (Лиг. 2) работает следующим образом.

j

Пачка импульсов, характеризующая модуль приращения, поступает через схему 10 совпадения на счетный вход счетчика 11. Код текущего значения приращения с его выхода подается на схему 12 сравнения, на второй вход которой поступает код доверительного интервала. Как только текущее значение приращения станет больше Ла0&, схема 12 сравнения выдает команду на измеритель времени для прекращения его отработки. Одновременно закрывается схема 30 совпадения. В счетчике 11 при этом оказывается записанной величина отработанного измерителем

5

0

5

0

5

0

5

приращения, код которого подается на блок 3 формирования U дов.

Блок сформирования доверительного интервала (фиг. 3) работает следую- , щим образом.

Код обработанного в измерителе времени приращения поступает на информационные шины реверсивного счет- 0 чика 13, который по команде, поступающей на синхровход, переносит его на выход. Команда на уменьшение подается на формирователь 14 шага

уменьшения, где формируется пачка им- 5 пульсов, количество которых соответствует величине, на которую за один такт должен уменьшаться доверительный интервал. Эти импульсы поступают на вычитающий вход реверсивного счетчи- 0 ка 13 и уменьшают его содержимое. Если при этом число, записанное в нем, станет меньше определенной величины, сработает индикатор 15 минимума и запретит работу формирователя 14 шага уменьшения, исключая тем самым уменьшение Uдов ниже допустимого уровня. Число, записанное в счетчике 13, поступает на вход сумматора 16, на второй вход которого поступает сигнал с формирователя 17 кода шага увеличения. В обычном состоянии на его выходе число, равное нулю, поэтому на выходе сумматора 16 присутствует величина, записанная в счетчике 3.При поступлении команды на увеличение A дов на выходе блока 17 появляется код числа, на которое нужно увеличить U аое за один такт.

Блок анализа знаков работает следующим образом (фиг. 4).

Пачки импульсов, характеризующие величину положительных или отрицательных приращений, поступают на RS-триг- , гер 18. Поэтому в зависимости от знака приращения в данном такте он занимает строго определенное положение. С приходом тактового импульса С0 сдвиговый регистр 19 в начале следующего такта запишет это его состояние в первую ячейку.. Прежняя информация при этом сдвигается. В результате в сдвиговом регистре 19 оказывается записанной информация о знаках приращения в 4-х последних тактах. Схемы 20 и 21 сравнения анализируют знаки на каждом зонде в соседних циклах. Если сигналы на входах такой схемы различны, на ее выходе единица, если одинаковые}- ноль. При двух единицах на входе схе-.мы 22 совпадения на ее выходе появляется команда на уменьшение Д

9° в

Если в 3-х предыдущих и в новом Такте знаки одинаковые, то сработает либо схема 23 совпадения, либо схема ИЛИ-НЕ 24. Сигнал на выходе схемы ИЛИ 25 является разрешением на увеличение AcjQB .

Блок анализа соотношения с довери- тельным интервалом (фиг. 5) работает следующим образом.

Па информационный вход сдвигового регистра 26 поступает сигнал с выхода блока 2 обрыва измерения. Если приращение меньше Лдое приходит единица, если больц - логический ноль,. В конце каждого такта эти сигналы заносятся в сдвиговый регистр 26. Если

в 3-х тактах подряд было пвевышение Приращения над Да0б, сработает схема ИЛИ-НЕ 27, давая тем самым разрешение на его увеличение. Если же в 2-х тактах подряд / Д; Д дов , срабатывает схема 28 совпадения, давая тем самым команду на уменьшение доверительного интервала.

Блок анализа амплитуд (сЬиг. 6) работает следующим образом.

Модуль приращения /Д; / в виде чис- ла импульсов поступает на счетный вход счетчика 29, а с его выхода уже код этого приращения шодается на вход схемы 30 сравнения. На второй вход схемы 30 поступает величина при- ращения, существовавшая в предыдущем такте, записанная в схеме 31 запоминания. При Д; на выходе схемы сравнения - логическая единица, а при Ь., Ј- Д ноль. Эта информация в конце каждого такта заносится в сдвиговый регистр 32, Если окажется, что в 3-х тактах подряд новое значение приращения больше предыдущего, срабатывает схема 33 совпадения, давая разрешение на увеличение Д, 06 . Б конце каждого такта производится запись в схеме 31 запоминания нового значения приращения, а затем обнуление счетчика 29.

Таким образом,,в устройстве для принятия решения об увеличении доверительного интервала используется дополнительная информация. Для ее получения проводится анализ динамики изменения абсолютных значений, получаемых измеряемой величиной приращений. На фиг. 7 представлены снятые экспериментально зависимости вероятности

0 с

0

5

0

5

принятия ложного решения об увеличении доверительного интервала блоком анализа знаков (кривая 32), блоком анализа соотношения с доверительным интервалом (кривая 34) и блоком анализа амплитуд (кривая 33) в зависимости от соотношения сигнал-шум на входе корреляционного измерителя вре- ени прихода сигнала Ханализ информации в 4-х тактах). Под сигналом подразумевается действующее значение напряжения первых двух периодов принимаемого акустического сигнала. Из графика видно, что при больших уровнях помех вероятность выработки ложной команды на увеличение доверительного значения в блоке анализа соотношения с доверительным интервалом (кривая 34) очень большая. Поэтому в этих условиях помехоустойчивость в известном устройстве определяется, в основном, только за счет анализа знаков приращения (кривая 32). Использование же в предлагаемом устройстве еще информации и о динамике изменения приращения, как это видно из хода кривой 33, резко снижает вероятность ложного увеличения доверительного интервала, за счет чего и повышается помехоустойчивость измерений,

На фиг. 8 приведены полученные экспериментально зависимости средней абсолютной ошибки измерения интервального времени (Д) (отнесенной тс периоду сигнала) от соотношения сигнал-шум 36 на входе корреляционного измерителя времени прихода сигнала 35, в который было встроено предлагаемое устройство (анализ приращений в 4-х соседних тактах 36).

Применение устройства позволяет- примерно в четыре раза снизить абсолютную погрешность измерения интервального времени, являющегося основным параметром при акустическом каротаже.

Формула изобретения

Устройство для ограничения приращений в измерителе времени прихода акустического сигнала, содержащее две схемы совпадения, схему ИЛИ и блок обрыва измерения, первый выход которого является выходом устройства в целом, отличающееся тем, что, с целью увеличения помехоустойчивости измерений, в устройство введены схема передачи модуля, блок формирования доверительного интервала, блок анализа знаков, блок анализа амплитуд, блок анализа соотношения с доверительным интервалом, при этом у схемы передачи модуля оба входа соединены соответственно с обоими информационными входами блока анализа знаков и являются входами устройства в целом, а его выход соединен с информационными входами блока обрыва измерения и блока анализа амплитуд, у первой схемы совпадения первый, второй и третий входы соединены соответственно с первыми выходами блока анализа знаков, блока анализа амплитуд и блока анализа соотношения с доверительным интервалом,, а выход связан с первыми входами второй схемы совпадения и блока формирования доверительного интервала, у второй схемы совпадения второй вход соединен с

вторым выходом блока анализа ямпли- туд, третий вход соединен с тактовым , входом устройства в целом, а выход с вторым входом блока формирования доверительного интервала, у схемы ИЛИ первый и второй входы соединены соответственно с вторыми выходами блока анализа знаков и блока анализа соотQ ношения с доверительным интервалом, а выход - с третьим входом блока формирования доверительного интервала, у блока обрыва измерения первый выход соединен с информационным входом

c блока анализа соотношения с доверительным интервалом второй выход связан с четвертым входом блока формирования доверительного интервала, а второй информационный вход соединен

0 с выходом блока формирования доверительного интервала, при этом тактовые входы всех блоков соединены с тактовым входом устройства в целом.

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин акустическим методом. Цель изобретения - увеличение помехоустойчивости измерения. Сущность изобретения заключается в том, что за один цикл выходному параметру измерителя разрешается измениться на величину, не превышающую доверительного значения, которое в процессе каротажа изменяется в зависимости от литологии. Для этого в устройство введены блок анализа знаков, блок анализа амплитуд приращений времени и блок анализа соотношения приращений с доверительным интервалом. По их командам в блоке формирования доверительного интервала происходит его увеличение или уменьшение за каждый такт на определенную величину. Увеличение начинается, если в нескольких соседних посылках знаки приращений времен по первому и второму зонду одинаковы, а их абсолютные значения не только больше доверительного интервала, но и имеют нарастающий характер. Уменьшение происходит либо при установлении на обоих зондах приращений ниже доверительного интервала, либо при условии, что их знаки в двух соседних циклах измерения как на ближнем, так и на дальнем зондах противоположны. 8 ил.

Сп У

ВыходАюмандынаоорь/8

измерит.

-

Фиг.1

11

R

CQ

4 v 4w

№г.2

at.

i

§ §

j

x

u

I

1

и

Номандана обрь/б изме.

0

tfej

увеличение dg0g

0,1 0,20,30,1 Q5 0,6 0,70,8 Q9 1,0 ёщ Фиг.1Асиг

Фиг. 5

запамина.

Разрешена

на. (j8eлu.ч ние лдов

зь

0,1 0,2 0,3 0,b 0,5 0,6 0,1 0,8 0,9 1,0 &а

Acus

Фиг.в

35