Устройство для геоэлектроразведки Советский патент 1992 года по МПК G01V3/10 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике предназначено для функционального и статистического преобразования случайны биполярных сигналов и монет быть исполозовано в цифровой геофизической аппаратуре, предназначенной для поиска и исследования месторождений полезных ископаемых методом переходных процессов и вызванной поляризации.

Известно устройство для геоэлектроразведки методом переходных процессов, содержащее совмещенные источник и приемник поля, генератор синхронизации, три схемы задержки импульсов, блокирующее устройство, импульсный усилитель, фиксатор уровня сигналов, синхронный фильтр и регистратор

Недостатком этого устройства является низкая помехозащищенность, что уменьшаО

ет глубинность исследований. Кроме того, в этом устройстве используется принцип накопления значений входных сигналов на RC-цепочке. Сигнал на выходе такого накопителя не может быть больше входного, т.е. для обработки слабых сигналов необходим дополнительный усилитель, а это вносит дополнительную погрешность в результат измерений.

Известно также устройство, которое содержит источник питания, генераторный контур, распределитель импульсов, задающий генератор, ждущий мультивибратор, мощный ключ, триггер, узел подсчета числа накоплений, приемный контур, аттенюатор, усилитель, коммутатор, инвертор, интегратор и регистратор.

Это устройство осуществляет интегрирование биполярных импульсных сигналов на заданном временном интервале с последующим усреднением результатов интегрирования. Однако при интегрировании положительного экспоненциального импульса сигнал с выхода усилителя поступает на вход интегратора непосредственно через первый канал коммутатора, а при интегрировании отрицательного импульса через инвертор напряжения и второй открытый канал коммутатора.

Использование инвертора напряжения приводит к дополнительной погрешности измерения, поскольку практически невозможно установить коэффициент передачи инвертора равным единице. Другой причиной снижения точности измерения является наложение на отрицательный импульс напряжения смещения нуля на выходе инвертора, которое в реальных условиях изменяется о зависимости от изменении условий окружающей среды.

Известно также устройство для геоэлектроразведки, состоящее из распределителя импульсов, коммутатора аналоговых сигналов, зарядного резистора, интегрирующего и накопительного конденсаторов и усилителя постоянного тока, причем вход распреде- лителя импульсов является входом синхронизации устройства, к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому выходам распределителя импульсов подключены соответствующие входы управления коммутатора аналоговых сигналов, первый и второй аналоговые входы коммутатора объединены и подсоединены к выходу усилителя постоянного тока, являющемуся выходом устройства, куда также подключена одна из обкладок накопительного конденсатора, объединенные третий, четвертый и пятый аналоговые входы и шестой выход коммутатора соединены

с инвертирующим входом усилителя постоянного тока, неинвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциала, шестой вход коммутатора через разрядный резистор подключен к информационному входу устройства, к объединенным первому и третьему выходам коммутатора подсоединена одна из обкладок интегрирующего конденсатора, вторая

обкладка которого подключена в точку соединения второго и четвертого выходов коммутатора.

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения, обусловленная

методической составляющей погрешности измерения, вызванной изменяющейся во времени крутизной информационных импульсов. Особенно большое влияние указанная составляющая погрешность вносит

в случаях, когда необходимость оценить скорость затухания измерительных импульсов при обработке результатов зондирования месторождений полезных ископаемых импульсными электромагнитными методами с целью определения процентного со- дерхония в руде того или иного металла.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг. 1 представлена структурная схема заявляемого устройства; на фиг. 2 - эпюры импульсов напряжения, поясняющие его работу; на фиг. 3 - схема распределителя импульсов; на фиг. 4 - эпюры импульсов напряжения, поясняющие сущность функционирования распределителя импульсов. Устройство состоит из распределителя 1 импульсов, дозирующего конденсатора 2 и накопительного конденсатора 3, коммутатора 4 аналоговых сигналов, усилителя 5

постоянного тока, аналого-цифрового преобразователя 6 и регистра 7. Устройство содержит также вход 8 синхронизации, информационный вход 9 и выход 10, а распределитель 1 импульсов имеет пять выходов 11-15. Вход распределителя 1 импульсов соединен с входом 8 синхронизации. К первому выходу 11 распределителя 1 импульсов подключены объединенные второй и четвертый входы управления коммутатора 4, пятый и шестой входы управления которого соединены с третьим и четвертым выходами 13 и 14 распределителя 1. Одна обкладка дозирующего конденсатора 2 соединена с входом 9, а вторая - с пятым аналотовым входом коммутатора 4. К объединенным первому с вторым и третьему с четвертым аналоговым входам коммутатора 4 присоединены обкладки накопительного конденсатора 3. Объединенные первый,

четвертый и шестой выходы коммутатора 4

подключены в точку соединения выхода усилителя 5 постоянного тока с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя б, шестой аналоговый вход коммутатора 4 объединен со своим вторым, третьим и пятым выходами и подключен к инвертирующему входу усилителя 5 постоянного тока, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала. К пятому выходу 15 распределителя 1 импульсов присоединен вход запуска аналого-цифрового преобразователя 6, к цифровым выходам которого подключены информационные входы регистра 7, вход синхронизации которого соединен с выходом КОНЕЦ ПРЕОБРАЗОВАНИЯаналого-цифровогопреобразователя 6. а выходы регистра 7 подключены к выходу 10 устройства.

Как показано на фиг. 2. диаграмма 16 иллюстрирует сигнал на входе 8 синхронизации устройства, диаграмма 17 - это эпюра импульсов на информационном входе 9 устройства, диаграммы 18-22 - это сигналы, представленные соответственно на третьем, первом, втором, пятом и четвертом выходах 13. 11. 12, 15 и 14 распределителя 1 импульсов.

Как показано на фиг. 3. распределитель 1 импульсов содержит выпрямитель 23, диод 24. резистор 25. четыре одновибратора 26-29, счетный триггер 30, три элемента 31- 33 совпадений, счетчик 34 импульсов и три элемента 35-37 ИЛИ.

Как показано на фиг. 4, диаграмма 38 иллюстрирует форму синхроимпульсов на входе выпрямителя 23, диаграмма 39 - это эпюра синхроимпульсов на выходе выпрямителя 23: диаграмма 40 - эпюра импульсов на входе установки в ноль триггера 30; диаграммы 41 и 42 - эпюры импульсов напряжения на прямом и инверсном выходах триггера 30; диаграмма 43 - эпюра импульсов напряжения на прямом выходе одно- вибратора 26; диаграмма 44 - эпюра импульсов напряжения на выходе одновибратора 27; диаграмма 45 - эпюра импульсов напряжения на выходе элемента 31 совпадений; диаграмма 46 - эпюра импульсов напряжения на выходе элемента 35 ИЛИ; диаграмма 47 - эпюра импульса напряжения на выходе переполнения счетчика 34; диаграмма 48 - эпюра импульсов напряжения на выходе одновибратора 28; диаграмма 49 - эпюра импульсов напряжения на выходе элемента 33 совпадений; диаграмма 50 - эпюра импульсов напряжения на выходе элемента 36 ИЛИ; диаграмма 51 - эпюра импульсов напряжения на выходе элемента 37 ИЛИ; диаграмма 52 - эпюра импульсов напряжения на выходе одновибратора 29.

Устройство работает следующим образом.

Пусть на вход 8 поданы синхронизирующие импульсы, представленные на диаг- рамме 16 на фиг. 2, а на вход 9 - последовательность биполярных информационных импульсов, показанных на диаграмме 17 на фиг. 2, причем положительному информационному импульсу соответствует

положительный синхроимпульс и наоборот. Под действием последовательности синхроимпульсов на первом, втором, третьем, четвертом и пятом выходах 11-15 распределителя 1 формируются импульсные

потоки, представленные на диаграммах 19, 20, 18, 22 и 21 на фиг. 2, соответственно.

Пусть ключи коммутатора 4 замыкаются под действием на его входы управления потенциала логического нуля. Тогда из диаграмм 18-22 следует, что в исходном состоянии открыт лишь шестой канал коммутатора 4, закорачивающий инверсный вход с выходом усилителя 5 постоянного тока.

По приходу положительных информационного и синхронизирующего импульсов напряжения вначале, на время тэ + тс (см. диаграмму 18 на фиг. 2), открывается пятый канал коммутатора 4 и конденсатор 2 на

протяжении времени тэ заряжается до значения входного сигнала. В момент времени, равный Т3 на конденсаторе 2 имеется заряд

qi CiAi, где Ci - емкость конденсатора 2;

AI - значение входного сигнала в момент времени Т3.

Под действием положительного импульса тс (диаграмма 22 на фиг. 2) закрывается шестой канал коммутатора 4, а отрицательным импульсом (потенциал логического нуля), показанным на диаграмме 19 на фиг, 2, открываются первый и третий каналы коммутатора 4, подключая конденсатор 3 за время тс в цепь отрицательной обратной

связи усилителя 5. Перезаряжаясь на протяжении времени тс от значения AI до А2, конденсатор 2 сообщает накопительному конденсатору 3 заряд AAi;

где: AAi Ai - Аа.

После окончания первого импульса тс коммутатор 4 возвращается в исходное состояние до появления отрицательных синхронизирующего и информационного

импульсов. Далее вновь открывается на время Т3 + тс пятый канал коммутатора 4 и конденсатор 2, спустя интервал времени гэ, заряжается до значения -Ai входного сигнала. Вторым положительным импульсом (диаграмма 22 на фиг. 2) закрывается шестой канал коммутатора 4, а под действием первого отрицательного импульса (диаграмма 20 на фиг. 2) с выхода 12 распределителя 1 открываются второй и четвертый каналы коммутатора 4, подключая накопительный конденсатор 3 в цепь отрицательной обратной связи противоположными обкладками. Перезаряжаясь от значения входного сигнала -Ai до -Аа, конденсатор 2 на протяжении времени тс вновь сообщает накопительному конденсатору 3 заряд

Aq Ci AAi.

После окончания второго импульса гс, представленного на диаграмме 22 (фиг. 2) коммутатор 4 возвращается в исходное состояние, а конденсатору 3 за одну пару им- пульсоп Тс сообщается заряд 2 A q, т.е. на нем появляется напряжение

где С2 - емкость конденсатора 3.

Под действием следующим т-1 пар информационных импульсов описанный процесс повторяется и на конденсаторе 3 после 2m-ro импульса тс образуется напряжение

U . г-Са

После окончания 2т-го импульса тс конденсатор 3 остается подключенным в цепи отрицательной обратной связи усилителя 5 еще на протяжении времени то + ф). Под действием заднего положительного фронта 2m-ro импульса тс, представленного на диаграмме 21 (фиг. 2), запускается аналого- цифровой преобразователь 6, который преобразует напряжение Ug в цифровой код. Для того, чтобы полностью закончилось преобразование UЈ в цифру, длительность должна удовлетворять неравенству

(Го + Zc) tnp,

гдеtnp-время преобразования напряжения Ui в цифру.

Цифровой код записывается в регистр 7 импульсом, сформированным на выходе КО- НЕЦ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ преобразователя б и хранится в нем на протяжении следующих m циклов работы устройства. .

Для подготовки устройства к следующему циклу работы конденсатор 3 разряжается на протяжении времени (k (диаграмма 19 на фиг. 2) через открытый шестой канал конденсатора 4.

Таким образом, на выходах 10 устройства формируется числовой код

N K0 AAi,

где Ко КАЦП 2т «- const - масштабный

коэффициент измерения значения AAi;

5

5

5

0

0

5

клцп - коэффициент преобразования преобразователем 6 напряжения U в код.

Распределитель 1 работает следующим образом.

При поступлении на входную клемму О устройства разнополярных синхроимпульсов (диаграмма 38 на фиг. 4) на выходе выпрямителя 23 формируется однополярная последовательность импульсов (диаграмма 39 на фиг. 4), поступающая на вход одновиб- ратора 26 и счетный вход триггера 30. В результате на прямом и инверсном выходах триггера 30 образуются импульсные последовательности, представленные на диаграммах 41 и 42 на фиг. 4, а на прямом выходе одновибрзтора 26 - сигнал, представленный на диаграмме 43 на фиг. 4. Задним фронтом импульса с инверсного выхода од- новибратора 26 запускается одновибратор 27 и на его выходе формируется импульсная последовательность (диаграмма 44 на фиг. 4), поступающая на первые входы элементов 31-33 совпадений и элемента 35 ИЛИ. На второй вход последнего подаются импульсы напряжения с прямого выхода одно- вибратора 26. В итоге, на выходе элемента 35 ИЛИ образуется сигнал, представленный на диаграмме 46 на фиг. 4. Коммутирующие импульсы с прямого и инверсного выходов триггера 30 (диаграммы 41 и 42 па фиг. 4), синхронизируемого по входу установки в ноль сигнала (диаграмма 40 на фиг. 4), с выхода диода 24 поступают на вторые входы элементов 31 и 32 совпадений. На выходе элемента 31 совпадений образуется сигнал, представленный на диаграмме 45 на фиг. 4. Импульсы с выхода одновибратора 27 проходят через элемент 32 совпадений в моменты времени, когда на его первом входе присутствует потенциал логической единицы с инверсного выхода триггера 30, Импульсы напряжения с выхода элемента 32 совпадений поступают на счетный вход счетчика 37. В результате, на выходе последнего после регистрации m пар входных биполярных информационных импульсов появляется сигнал, представленный на диаграмме 47 на фиг. 4. Положительным фронтом импульса с выхода переполнения CR-счетчика 34 запускается одновибратор 29, на выходе которого формируется импульс, представленный на диаграмме 48 на фиг. 4, Сигнал с выхода одновибратора 28 поступает одновременно на первые входы элементов 36 и 37 ИЛИ, а также на вход запуска одновиОратора 22. На пторой вход элемента 36 ИЛИ подается сигнал с выхода одиовибратора 27. Следовательно, на выходе элемента 36 ИЛИ образуется импульсная последовательность, показанная на диаграмме 50 на фиг. 4. Одновибратор 29 запускается задним фронтом импульса с выхода одновибратора 28 и формирует импульс, представленный на диаграмме 52. На выходе элемента 37 ИЛИ под действием на его входах сигналов с выхода элемента 32 совпадений и выходов одновибраторов 28 и 29 формируется сигнал, представленный на диаграмме 51 на фиг. 4. На выходе элемента 33 совпадений формируется сигнал, представленный на диаграмме 49 на фиг. 4. Таким образом, выходной параметр устройства является линейной функцией от изменения входного сигнала в заданном интервале времени. Следовательно, он обеспечивает непосредственное измерение скорости затухания входных импульсных сигналов в реальном масштабе времени без дополнительных вычислений за счет чего повышается точность измерений. Формула изобретения Устройство для геоэлектроразведки, содержащее распределитель импульсов, состоящий из трех элементов совпадений, выпрямителя, вход которого объединен с анодом диода и служит одновременно вхо- дом распределителя импульсов и входом синхронизации устройства, катод диода объединен с входом установки в О счетного триггера и через резистор подсоединен к шине нулевого потенциала, объединенные счетный вход триггера и вход запуска первого одновибратора подключены к выходу выпрямителя, к инверсному выходу первого одновибратора присоединен вход запуска второго одновибратора, к выходу которого подключены первые входы первого и второго элементов совпадений, вторые входы которых подключены к прямому и инверсному выходам счетного триггера, а также содержащее дозирующий и накопительный конденсаторы, коммутатор аналоговых сигналов и усилитель постоянного тока, причем к первому выходу распределителя импульсов подключены объединенные первый и третий входы управления коммутатора аналоговых сигналов, объединенные второй и четвертый входы управления которого подсоединены к второму выходу распределителя импульсов, к третьему и четвертому выходам распределителя подключены пятый и шестой входы управления коммутатора аналоговых сигналов, первая и вторая обкладки накопительного конденсатора подсоединены соответственно к объединенным первому с вторым и третьему с четвертым аналоговым входом коммутатора аналоговых сигналов, объединенные первый, четвертый и шестой аналоговые входы коммутатора подключены к выходу усилителя постоянного тока, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а к инвертирующему входу усилителя постоянного тока присоединены объединенные второй, третий и пятый аналоговые входы коммутатора аналоговых сигналов, отличающееся тем, что, с целью

повышения точности измерений, в него дополнительно введены аналого-цифровой преобразователь и регистр, при этом пятый аналоговый вход коммутатора аналоговых сигналов подсоединен к информационному

входу устройства через дозирующий конденсатор, шестой вход коммутатора подсоединен к инвертирующему входу усилителя постоянного тока, аналоговый вход аналого- цифрового преобразователя подключен к

выходу усилителя постоянного тока, вход запуска аналого-цифрового преобразователя присоединен к пятому выходу распределителя импульсов, к цифровым выходам аналого-цифрового преобразователя подключены информационные входы регистра, вход синхронизации которого соединен с выходом сигнала конца преобразования аналого-цифрового преобразователя, выходы регистра служат выходами устройства, а

в распределитель импульсов введены счетчик импульсов, третий.и четвертый одноеиб- раторы и три элемента ИЛИ, при этом выход первого элемента совпадений служат первым выходом распределителя импульсов,

вторым выходом которого служит выход третьего элемента ИЛИ, первые входы первого и второго элементов ИЛИ объединены с первым входом третьего элемента совпадений и подключены к выходу второго одновибратора, второй вход первого элемента ИЛИ присоединен к прямому выходу первого одновибратора, объединенные второй вход второго элемента ИЛИ, первый вход третьего элемента ИЛИ, второй вход третьего элемента совпадений и вход запуска чет- вертого одновибратора подключены к выходу третьего одновибратора, вход запуска которого подключен к выходу переполнения счетчика импульсов, второй и третий

входы третьего элемента ИЛИ присоединены соответственно к выходу четвертого одновибратора и выходу второго элемента совпадений, соединенному также с тактовым входом счетчика импульсов, а выходы

первого и второго элементов ИЛИ и выход третьего элемента совпадений служат соответственно третьим, четвертым и пятым выходами распределителя импульсов.

}

10

Использование при поисках месторождений полезных ископаемых методом переходных процессов Сущность изобретения устройство содержит распределитель 6 импульсов, дозирующий и накопительный конденсаторы, коммутатор аналоговых сигналов и усилитель постоянного тока, причем вход распределителя импульсов является входом синхронизации устройства, к первому выходу распределителя импульсов подключены объединенные первый и третий входы управления коммутатора аналоговых сигналов, объединенные второй и четвертый входы управления которого подсоединены к второму выходу распределителя импульсов, к третьему и четвертому выходам распределителя подключены пятый и шестой входы управления коммутатора аналоговых сигналов, первая и вторая обкладки накопительного конденсатора подсоединены к объединенным первому с вторым и третьему с четвертым аналоговыми входами коммутатора аналоговых сигналов, объединенные первый, четвертый и шестой аналоговые выходы коммутатора подключены к выходу усилителя постоянного тока, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а к инвертирующему входу усилителя подключены объединенные второй, третий и пятый аналоговые выходы коммутатора аналоговых сигналов, а также аналого-цифровой преобразователь и регистр цифровых кодов. Поэтому выходной параметр устройства является линейной функцией от изменения входного сигнала, чем обеспечивает непосредственное измерение скорости затухания измеряемых импульсных сигналов. 4 ил сл XJ XI XI