УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТА НЕЛИНЕЙНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ Советский патент 1968 года по МПК G01V3/02 

Известны устройства для исследования эффекта нелинейной электропроводности, использующие одну рабочую частоту.

Предложенное устройство основано на измерениях вторичных сигналов двух рабочих частот. Оно отличается от известных устройств амплитудно-фазовых измерений тем, что в блоке формирования опорных напряжений установлен нелинейный элемент, например диод, подключенный к приемникам поля через разделительный согласующий каскад.

Такое конструктивное выполнение предложенного устройства позволит производить измерения ортогональных компонент напряжений комбинационных частот или их фазовых углов и повысить точность измерений.

На чертеже приведена блок-схема предложенного измерительного устройства.

Оно состоит из приемников поля (электродов) 1 и 2, входного каскада 3, вырезывающих фильтров 4 рабочих частот ƒ₁ и ƒ₂, избирательного усилителя 5 комбинационной частоты ƒ_к, фазочувствительных детекторов 6 и 7, регистраторов 8 и 9, разделительного согласующего каскада 10, нелинейного элемента 11, избирательного усилителя 12 комбинационной части ƒ_к канала опорного напряжения, фазовращателя 13.

При исследовании нелинейных эффектов генераторная группа (не показана) создает токи I₁ и I₂ двух рабочих частот ƒ₁ и ƒ₂, которые вводятся в землю питающими электродами (не показаны).

Измерительное устройство должно измерять амплитуды вторичных сигналов V_к комбинационных частот ƒ_к, определяемых как ƒ_к=mƒ₁±nƒ₂, где m и n - целые числа.

Для более полных и всесторонних исследований нелинейных эффектов (в частности, для выделения рудных электроразведочных аномалий среди безрудных) помимо амплитудных измерений необходимо осуществлять еще и фазовые или проводить измерения двух ортогональных компонент сигналов комбинационных частот V_к.

Проведение амплитудно-фазовых измерений комбинационных частот ƒ_к осуществляется следующим образом. Приемники поля 1 и 2 подключены к высокоомному входному каскаду 3, связанному с блоком фильтраций, где происходит подавление первичных напряжений рабочих частот f₁ и f₂. Узкополосный избирательный усилитель 5 выделяет и усиливает сигналы комбинационных частот, которые поступают на идентичные фазочувствительные детекторы 6 и 7 (например, типа синхронных ключей) с регистраторами 8 и 9.

К входному каскаду 3 через согласующий каскад 10 подключается ярко выраженный нелинейный элемент 11 (например, детектор, амплитудный ограничитель, термистор, их комбинации и т.п.), на котором неослабленные первичные напряжения V₁ и V₂ создадут весь спектр комбинационных частот ƒ_к. Соответствующие напряжения будут иметь величину того же порядка, что и сами напряжения V₁ и V₂. Поступающие непосредственно с электродов 1 и 2 исследуемые сигналы комбинационных частот V_к будут на несколько порядков ниже искусственно полученных напряжений , и потому практически никак не будут влиять на амплитуду или фазу формируемых опорных напряжений. Избирательный усилитель 12 отфильтровывает сигнал данной комбинационной частоты ƒ_к, на которой производятся измерения и подает его в качестве опорного напряжения V_оп на фазочувствительный детектор 6. Благодаря этому регистратор 8 дает отсчет активной компоненты измеряемого напряжения R_сV_к. Фазовращатель 13 сдвигает фазу опорного напряжения на 90° и подает его на фазочувствительный детектор 7. Регистратор 9 в этом случае, очевидно, даст отсчет реактивной компоненты I_mV_к. Таким образом использование фиксированных опорных напряжений, снимаемых с нелинейного элемента 11, позволит осуществить измерение ортогональных компонент произвольных сигналов комбинационных частот, поступающих на приемные электроды от исследуемых геологических объектов.

Аналогичным образом может быть осуществлено измерение фазовых углов Δφ_к напряжений V_к по отношению к фиксированным опорным напряжениям (зависящим при данных V₁ и V₂ только от постоянных свойств нелинейного элемента 11). Для этого после избирательного усилителя 5 нужно ввести амплитудный ограничитель, что позволит получать на регистраторе 8 отсчет фазового сдвига Δφ_к.

Устройство для измерения эффекта нелинейной электропроводности, содержащее приемники поля, блок фильтрации, блок измерения амплитуды и фазы, блок формирования опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью осуществления измерения ортогональных компонент комбинационных частот или их фазовых углов, в блоке формирования опорных напряжений установлен нелинейный элемент, например диод, подключенный к приемникам поля через разделительный согласующий каскад.