Устройство для геоэлектроразведки Советский патент 1992 года по МПК G01V3/06 

(/

С

Изобретение относится к области геофизики, в частности к устройствам для измерения относительнoti разн ости фаз спектральных составляющих в методе вызванной поляризации на переменном токе. Цель изобретения расширение функционал ьных возможностей с одновремен ным умен ьшениём трудоемкостм измерений и повышениеминформативности/Устройство позволяет измерять отиосител ьную рази ость фаз спектральных составляющих одиночных импульсов произвольной природы и формы и производить статистический анализ бол ьших массивов значений фазового параметра благодаря наличию блока выделения импульса вычислительного блока и регистратора. 3 ил.

Изобретение относится к геофизике, в частности к устройствам для измерения: от-, носительной разности фаз спектральныхоо- ста1вляющих в методе вызванной поляризации на.перемен ном токе.i

Известно устройство для геоэлёктр и разведки, содержащее генератор возбуждающего поля, обычно в виде прямоугольной формы, замкнутый «а;зазем ленную линию АБ. приемную заземдеййуф. линию MN, входной широкополосный У(% литель, режекторный фильтр, блок выделения гармоник. детектор и регистратор. Устройство позволяет измерять частотно4- поляризационный эффект. Недостатком известного устройства является генераторной группы, необходимость новки линии АБ, а также слабая помехозащищенность, обусловленная наличием широкополосных усилителей, сильно подверженных интермодуляционным искажениям.

Известно устройетво реализующее фазовый вариант измерений вызванной поляризации, Устройство содержит, генератор возбуждения, нагружённый на заземленную линию АБ, приемную заземленную линию MN, предварительный усилитель, блок узкополо;сных.измерительных усилителей, настроенных; на частоту первой и третьей гармоники возбуждающего тока, блок импульсных преобразователей, выделяющих точки перехода гармонических составляющих через ноль, измерительный блок, осуществляющий измерение разности, фаз между сигналами первой и третьей гармоники по их точкам перехода через ноль и преобразующий эту разность в цифровую форму, и автономный калибратор, подключенный к предварительному усилителю. Устройство работает в двухчастотном режиме

О Јv О СЛ

определяет фазовый угол р&п , отнесенный к частоте первой гармоники. Функционирование известного устройства существляется следующим образом. Сигнал от генератора возбуждения, проходя че- 5 рез исследуемую среду, искажается, так как различные спектральные компоненты импульсов сигнала приобретают различный фазовый сдвиг. Искаженный сигнал регистрируется приемной заземленной линией 10 MN, усиливается предварительным усилителем, затем из сигнала с помощью узкопоосных измерительных усилителей выделяются две спектральные компоненты, например первая и третья гармоники, кото- 15 рые одновременно подаются в блок импуль- сных преобразователей, который преобразует разность фаЗ(первой и третьей гармоники сигнала во временной интервал, измеряемый измерительным блоком.20

По величине разности фаз в точке измерений судят о поляризуемости исследуемой среды.

Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные воз- 25 можности, а именно необходимость использования генератора возбуждения с периодическим сигналом, малая информативность измерений, так как в одной точке измерений определяется только одно ус- 30 редненное значение (fan , независимо от сложности исследуемого разреза.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей при одновременном изменении трудоемкости 35 изменений и повышении информативности.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг.2 - вариант схемы блока выделения импульса; на фиг.З - диаграммы работы бло- 40 ка выделения импульсов.

Устройство (фиг.1) содержит приемную линию MN, гальванически связанную с исследуемой средой, второй предварительный 45 усилитель 2, блок выделения импульсов 3, первый предварительный усилитель 4, блок узкополосных измерительных усилителей 5, настроенных на первую и третью спектральные составляющие разложения регистриру- 50 емого импульса в интеграл Фурье, первый и второй ключи 6 и 7, импульсный преобразователь 8, измерительный блок 9, осуществляющий преобразование разности фаз в импульсный код, вычислительный блок 10 и 55 регистратор 11, в качестве которых используется микро-ЭВМ, например Электроника ДЗ-28 с дисплейным блоком, автономный калибратор 12, на выходе котогрого возможно формировать непрерывную импульсную последовательность, так и одиночные импульсы прямоугольной формы.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с приемной линии MN-1 в виде единичных импульсов - в случае работы от искусственных импульсных источников - или в виде непрерывного случайного потока импульсов - в случае использования сигналов естественных электромагнитных полей (ЕЭМП) - поступает на второй предварительный усилитель 2, затем на блок выделения импульсов 3, который следит за тем, чтобы на вход первого предварительного усилителя 4 поступали импульсы с интервалом не менее, чем время измерения мгновенной разности фаз спектральных составляющих импульса. Выделенный и усиленный первым предварительным усилителем 4 одиночный импульс поступает на вход блока узкополосных измерительных усилителей 5.

После воздействия одиночного импульса на вход блока узкполосных измерительных усилителей 5 на его выходах возникают свободные колебания с выбранными частотами о) И 3d) и соответствующими фазами, которые проходят через ключи 6 и 7, открываемые по заданному фронту единичного импульса командой управления (УПр) блока выделения импульса 3, на входы импульсного преобразователя 8, в котором с помощью компараторов выделяются точки перехода затухающих синусоид сии За через нуль. При этом блок выделения импульсов 3 следит за тем, чтобы следующий импульс поступил на входы измерительных узкополосных усилителей 5 не ранее времени, затухания свободных колебаний предыдущего импульса, т.е. реализуются нулевые начальные условия в этих резонансных системах. Таким образом, достигается измерение разности фаз первой и третьей гармоник каждого импульса, а не усредненной разности фаз, как это происходит в прототипе. С помощью времяимпульсного модулятора, входящего в состав импульсного преобразователя 8, значение разности фаз преобразуется в пачку импульсов, число которых п соответствует мгновенной разности фаз спектральных составляющих одиночного импульса. Далее это количество импульсов .п подается на вход измерительного блока 9, в котором преобразуется в последовательный код. совместимый с форматом вычислительного блока 10, в качестве которого используется микроЭВМ, и в зависимости от решаемой задачи сформированный код подается непосредственно на регистр 11 или группируется в массив данных, который запоминается в ОЗУ вычислительного блока 10. Последний режим измерений используется в том случае, если в качестве возбуждающего генератора используется ЕЭМП, начальная фаза спектральных составляющих которого (до прохождения через исследуемую среду) неизвестна и для получения информации необходима статистическая обработка.

Таким образом, для получения инфор мации о фазовом параметре ВП в предлага- емом устройстве достаточно пропустить через исследуемую среду один импульс, в отличие от прототипа, где для получения аналогичной информации необходима, непрерывная работа генератора.

В случае использования ЕЭМП в качестве источника паузы между импульсами имеют случайный характер и может случиться,, что колебательный процесс в блоке узкОпо- лосных резонансных усилителей 5 не успевает затухнуть до прихода следующего импульса, произойдет корреляция мгновенных значений разности фаз соседних импульсов, т.е. искажение информации. Для исключения искажений в устройстве имеется блок выделения импульсов 3, один из возможных вариантов которого представлен на фиг.З. Вариант блока содержит пер- вый управляющий ключ 13, широкополосный усилитель 14, первый и второй компараторы 15 и 16, сумматор -17 ИЛИ-НЕ, первую дифференцирующую цепь 18, блок задержки 19, выполненный, например, на триггере Шмидта, исполнительный триггер 20, первый выход которого присоединен ко входу управления ключа 13, второй выход соединен с ключами 6 и 7 (фиг.1)т.е, выдает сигнал Упр. Далее блок содержит элемент НЕ 21, второй управляемый ключ 22, вторую дифференцирующую цепь 23, второй элемент НЕ 24 и третью дифференцирующую цепь. 25.

Блок выделения импульсов работает следующим образом.

На вход блока выделения импульсов поступают импульсы естественного электромагнитного поля со второго, предварительного усилителя (поз.26). Компараторы 15 и 16 положительного и отрицательного уровня выделяют точку перехода импульсов через нуль (поз 27 и 28), которые, пройдя через сумматор 17 (поз 29), поступают ме- рез нормально замкнутый второй управляемый ключ 22 и вторую дифференцирующую цепь 23 на вход R исполнительного триггера 20, который запускается по переднему

фронту любого импульса сигнала, принятого за начальный.

Исполнительный триггер 20 открывает (поз 30) первый управляющий ключ 13 и про- пускает импульс на вход блока (поз.32). По окончании действия импульса сигнала по заднему фронту выходного импульса сумматора 17 запускается блок задержки 19 (поз 3), который передним фронтом через третью

0 дифференцирующую цепь 25 перебрасывает исполнительный триггер 2Q, который в свою очередь размыкает первый ключ 13, прекращая доступ последующих импульсов сигнала на вход блока. Одновременно им5 пульс блока задержки 19 размыкает ключ 22, прекращая пропускание импульсов управления с сумматора 17 на вход R исполнительного триггера 20. Так как запуск триггера 20 происходит только по передне0 му фронту, то в случае наложения окончания импульса сигнала срабатывания исполни- тельного триггера не происходит, что исключает пропускание части импульса сигнала на выход блока выделения импуль5 са, т.е. искажение начальной формы импульса..

Таким образом, регулируя величину задержки, можно подобрать паузу между импульсами сигнала такой величины, когда

0 квазисинусоидальные колебания в измерительных резонансных усилителях 5 (фиг.1), возникшие в результате воздействия предыдущего импульса, полностью затухнут, и устройство готово измерить мгновенную

5 разность фаз спектральных составляющих следующего импульса.

Введение блока выделения импульса позволяет измерить мгновенное значение разности фаз двух спектральных составляю0 щих единичного имг ульса,.прошедшего через исследуемую среду, позволяющее использовать в качестве генератора возбуждения импульсные источники, одинарные импульсы большой мощности.

5 Организация блока выделения импульсов (фиг.2) позволяет нормально функционировать предлагаемому устройству при любом искусственном (непрерывном, импульсном) или естественном источнике сиг0 налов без каких-либо переделок, т.е. имеет расширенные функциональные возможности.

В случае использования в качестве генератора возбуждения ЕЭМП уменьшается

5 трудоемкость измерений, повышается экономичность и экологическая совместимость предлагаемого устройства со средой, при этом в связи с различными амплитудой и путями прохождения импульсов ЕЭМП в среде появляется возможность оценки вертикального разреза среды в точке измерения.

Ф о р мул а и з о б р е т ё ни я Устройство:для геоэлектроразведки, содержащее последовательно соединенные приемную заземленную линию, первый предварительный усилитель, блок узкополосных измерительных усилителей, блок импульсного преобразователя и измерительный блок, а также автономный калибратор, о т л и ч а ю щ е ее я тем, что. с целью расширения функциональных возможностей при одновременном уменьшении трудоемкости измерений и повышении информативности, между приемной зазем

5

ленной линией и первым предварительным усилителем дополнительно введены последовательно соединенные второй предварительный усилитель и блок выделения импульса, а между блоком измерительных усилителей и блоком импульсных преобразователей параллельно включены первый и второй ключи, управляющие входы которых присоединены к управляющему выходу блока выделения импульса, к выходу измерительного блока последовательно подключены дополнительно введенные вычислительный блок и регистратор, а автономный калибратор подключен к второму предварительному усилителю.

.Фи-t. ft. v v./.

26

лпп

пп

л

.

26

л

27

n

Г1П.П28

л

П П П П 29

п

П

30

А

32

Фиг.З

V