Устройство для геоэлектроразведки Советский патент 1992 года по МПК G01V3/08 

Изобретение относится к геофизике, конкретнее к устройствам для электрометрии сейсмоопасных зон с помощью заземленных электродов, и предназначено для использования при изучении временных вариаций электросопротивлений горных пород на разных глубинах, связанных, например, с изменением напряженности состояния земной коры.

Известны устройства для геоэлектроразведки, состоящие из отдельных генераторной и измерительной станций, которые используются в настоящее время для дискретных наблюдений в сейсмоактивных зонах. Такая система наблюдений не может использоваться в непрерывном режиме, поскольку генераторная станция не расчитана

на долговременную работу. Кроме того, измерительная станция не обладает необходимой чувствительностью для приема слабых электромагнитных полей, является громоздкой и потребляет много энергии,

Известно также устройство для геозпек- троразведки, содержащее генератор, две пары заземленных электродов, два балансных трансформатора, два переменных сопротивления, два переменных конденсатора, два селективных усилителя, которые в комплексе составляют два измерительных канала, собранных по мостовой схеме.

Недостаток известного устройства заключается в следующем. Балансировка моста производится вручную. При изменении

ю XI о

ел

частоты генератора необходимо заново балансировать мостовую схему и настраивать селективные усилители. При уровнях входных сигналов, превышающих диапазон линейности моста, необходимо опять же вручную перестраивать магазины сопротивлений и емкостей, т.е. нужен дежурный оператор для проведения указанных настроек и регистрации их в журнале. Кроме того, в этом устройстве отсутствует регистрация фазовых соотношений между возбуждаемым первичным и отраженным вторичным электромагнитными полями. Фазовый сдвиг несет информацию о глубине происходящих процессов.

Целью изобретения является повышение производительности измерений за счет их автоматизации при контроле напряженного состояния пород.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит две пары заземленных электродов 1, 2 и 3, 4 соответственно, два идентичных измерительных канала 5 и 6, общий для двух каналов квадратурный генератор 7 фиксированных гармонических колебаний, генератор 8 тактовой частоты, триггер 9 управления и блок 10 индикации. В измерительном канале 5 заземленный электрод 1 соединен с началом первичной обмотки трансформатора 11, средняя точка которого соединена с первой клеммой генератора 7, а конец первичной обмотки через резисторную матрицу 12 и фазовращатель 13 подключен к второму заземленному электроду 2, соединенному также с третьей клеммой генератора 7. Вторичная обмотка трансформатора 11 через селективный усилитель 14, фазокорректирующий каскад 15, фазовый детектор 16, интегратор 17, компаратор 18 и регистр 19 последовательных приближений подключена к информативным входам фиксатора 20 цифровых кодов активной состовляющей, и фиксатора 21 цифровых кодов сдвига фазы. Выходы фиксатора 20 кодов соединены через блок 22 управления резисторной матрицей 12 с управляющими входами резисторной матрицы 12, Выходы фиксатора 21 кодов соединены с входами цифроаналогового преобразователя 23, а выход его подключен к управляющему входу фазовращателя 13. Кроме того, выходы фиксаторов 20 и 21 кодов подключены к двум соответствующим входам блока 10 индикации, а три управляющие входа фиксаторов 21 и 22 кодов соединены с прямым и инверсным Q и Q-выходами 9 упрашлшния, шходем Конец преобразования (QCC) регистра 19 посл§ довательных приближений и выходом генератора 8 тактовой частоты, который также подключен к тактовому С-входу регистра 19 последовательных приближений. Выход Конец преобразования регистра 19 последовательных приближений соединен с его стартовым S-входом и с тактовым входом триггера 9 управления, прямой и инверсный выходы которого подключены также к управляющим входам блока 10 индикации.

0 Прямой выход триггера 9 управления соединен и с управляющим входом электронного коммутатора 24, входы которого подключены к первой и второй клеммам гзнератора 7, а выход соединен с управляющим входом

5 фазового детектора 16. Измерительный канал 6 выполнен аналогично измерительному каналу 5.

Устройство работает следующим образом.

0 Квадратурный генератор 7 выполнен с четырьмя выходными клеммами, фазы сигналов на второй, третьей и четвертой клеммах смещены соответственно на 90, 180 и 270° по отношению к сигналу первой клем5 мы. Заземленные электроды 1, 2 и 3, 4 размещают попарно в противоположных вершинах квадрата, каждая пара электродов 1, 2 и 3, 4 подсоединена к соответствующим измерительным каналам 5 и 6

0 Каждый измерительный канал 5 и 6 собран по мостовой схеме, в одну диагональ которого включен генератор 7 переменного напряжения, а в другую - дифференциальный трансформатор 8. В первую диагональ кана5 ла 5 включены первая и третья клеммы генератора 7, а в диагональ канала 6 - вторая и четвертая клеммы генератора 7, таким образом обеспечивая сдвиг по фазе между каналами 5 и 6 на 90°.

0 Мост переменного тока нужно уравновешивать регулировкой активной и реактивной составляющих плеч, т.е. равновесие осуществляется по модулям и по фазе. Учитывая, что при изменении значений актив5 ной и реактивной составляющих измеряемого импеданса одновременно изменяются модуль и фаза, мост приводят в равновесие путем последовательных приближений выходного сигнала измеритель0 ных каналов 5 и 6 к нулевому показанию. Уравновешивание моста достигается автоматической установкой нужной величины сопротивления резисторной матрицы 12 и нужного фазового сдвига фазовращателя

5 13. Сигналы управления формируются из напряжения разбаланса фазовым детектором 16, зн§к выходного сигнала которого определяют направление изменения регулировок. Нужная величина сопц-зтизления матрицы 12 устанавливается блоком 22 управления резисторной матрицей 12 при.подаче от генератора 7 через электронный коммутатор 24 опорного колебания с нулевой фазой на управляющий вход фазового детектора 16. Нужная величина фазового сдвига фазовращателя 13 устанавливается цифроаналоговым преобразователем 23 при поступлении от генератора 7 через электронный коммутатор 24 на управляющий вход фазового детектора 16 опорного колебания с фазой 90°.

Циклами балансирования управляет триггер 9 управления. Начало каждого цикла инициируется импульсом запуска, который поступает на стартовый S-вход регистра 19 последовательных приближений с QCC-выхода этого же регистра 19 и сбрасывает все выходы регистра 19 в исходное состояние. На С-вход регистра 19 поступают импульсы от генератора 8 тактовой частоты. После поступления 12-го тактового импульса цикл балансирования завершается и на QCC-выходе регистра 19 последовательных приближений на 13-м тактовом импульсе появляется импульс низкого уровня, который поступает на счетный С-вход триггера 9 управления и переключает его в противоположное состояние. С прямого выхода триггера 9 осуществляется управление электронным коммутатором 24, посредством которого на управляющий вход фазового детектора 16 подается опорное напряжение с фазой 0 или 90°, определяя соответственно цикл балансирования активной или реактивной составляющей.

В зависимости от операции уравновешивания (активной или реактивной составляющей) результат фиксируется соответственно в одном или двух фиксаторов 20 или 21 кодов. Управляющий сигнал фиксации формируется фронтом импульса с QCC-выхода регистра 19 при воздействии тактовой частоты и соответственно сигналов с прямого или инверсного выходов триггера 9 управления, т.е. каждый из фиксаторов 20 и 21 кодов работает поочередно в режиме передачи цифрового кода или в режиме фиксации. Эти режимы чередуются с частотой переключения триггера 9 управления. С выходов фиксаторов 20 и 21 кодов цифровые коды поступают на блок 10 индикации.

Использование предлагаемого устройства позволяет регистрировать непрерывное изменение напряженно-деформированного состояния земной коры на различных глуби- нзх pgipisi, Пелуч§нн0я информация ие гтльзуггея при ррщ§нии задач пе прегн§§у землетрясений, а та;ок§ при еценк§ напря. женно-деформированного состояния зон в

области расположения атомных электростанций.

Формула изобретения

Устройство для геоэлектроразведки, содержащее четырехфазныйтенератор гармонических сигналов, выходы фаз 0, 90, 180 и 270° которого соединены соответственно с первой - четвертой выходными клеммами

генератора, блок индикации, а также собранные по мостовой схеме два измерительных канала, каждый из которых содержит балансовый трансформатор, вторичная обмотка которого соединена с селективным усилителем, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности измерений за счет их автоматизации при контроле напряженного состояния пород, в его каждый канал введены последовательно соединенные фазовращатель и резисторная матрица, последовательно соединенные фазокорректирующий каскад, фазовый детектор, интегратор, компаратор и регистр последовательных приближений,

выход которого подключен к информационным входам первого и второго фиксаторов кодов, причем вход фазокорректирующего каскада соединен с выходом селективного усилителя, вход управления фазового детектора подключен к выходу электронного коммутатора, два сигнальных входа которого подсоединены к первой и второй выходным клеммам генератора, выходы первого и второго фиксаторов кода подключены к двум

входам блока индикации, а также соответственно через блок управления резисторной матрицей и цифроаналоговый преобразователь к управляющим входам резисторной матрицы и фазовращатель, начало первичной обмотки балансного трансформатора соединено с первой входной клеммой устройства, средняя точка этой обмотки подключена к первой выходной клемме генератора, а конец через последовательно

соединенные резисторную матрицу и фазовращатель подключен к второй входной клемме устройства, третьей и четвертой входными клеммами которого служат соответственно два выхода второго измерительного канала, причем четвертая выходная клемма генератора соединена с четвертой входной клеммой устройства, а также общий для обоих каналов генератор тактовой частоты, выход которого подключен к входу

управления регистра последовательных приближений и первым еходом управления двух фикеаторев кеда, и триггер управления, двй выхода, катере㩠婧динены соответственно G вторыми входами управления первого и второго фиксаторов кода и двумя

входами управления блока индикации, один из выходов этого триггера соединен также с входом управления электронного коммутатора, а выход Конец преобразования регистра последовательных приближений соединен с входом триггера управления и третьими входами управления двух фиксаторов кода.

Использование: изучение временных вариаций сопротивлений горных пород на разных глубинах, связанных с изменением напряженного состояния земной коры. Цель: повышение производительности измерений за счет их автоматизации при контроле напряженного состояния пород. Сущность изобретения: устройство содержит четырехфазный генератор гармонических сигналов, две пары заземленных электродов, два идентичных измерительных канала, собранных по мостовой схеме, общие для двух каналов управляющий и реги- стрирующий блоки. Автоматическая балансировка моста осуществляется блоком управления путем воздействия отрицательной обратной связи на резисторную матрицу и фазовращатель. Выходные сигналы каналов, поступающие на блок индикации, представляют собой амплитудно-фазовые параметры, отражающие картину напряженного состояния земли. 1 ил. сл с

rf

L.J