СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КВАДРАТУРНЫХ КОМПОНЕНТ СИГНАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА Советский патент 1970 года по МПК G01V3/18 

Изобретение относится к способу измерения квадратурных компонент сигнала при каротаже скважин, в частности в устройствах для исследования скважин электромагнитными методами.

Измерение квадратурных компонент сигнала при иссследоваяии нефтяных и газовых скважин индукционным методом позволяет получить дополнительную информацию о распределении участков среды с различной электропроводностью в неоднородных разрезах.

Активная и реактивная компоненты сигнала обладают различной глубинностью исследования.

При алгебраическом сложении активной и реактивной компонент удается существенно линеаризировать зависимость вторичной э.д.с., наведенной в измерительной линии индукционного зонда вихревыми токами окружающей среды, ОТ удельной электропроводности среды.

При исследовании рудных скважин квадратурные компоненты сигнала несут информацию об удельной электропроводности и магнитной восприимчивости рудного тела.

Известен способ измерения квадратурных компонент сигнала, при котором сигнал после необходимого усиления подают на два фазочувствительных детектора, входящих в состав фазового детектирующего устройства, коммутирующие напряжения которых сдвинуты по

фазе на п/2. Два отдельных сигнала с выходов фазочувствительных детекторов, несущие информацию о квадратурных компонентах, передаются к регистраторам по отдельным проводникам кабеля.

Этот способ .имеет недостаток, заключающийся в том, что дрейф нуля каждого фазочувствительного детектора сужает динамический диапазон измерения и накладывается на напряжение, медленно меняющееся по закону огибающей.

Форма напряжения на выходе каждого фазочувствительного детектора одинакова (постоянный ток). Поэтому при применении известного способа измерений в устройствах для передачи ипформадии к наземному прибору требуется выделять отдельный телеметрический канал для каждой квадратной компоненты. Без дополнительных преобразований невозможно уплотнение канала связи и применение одножильного кабеля.

В устройствах, реализующих предлагаемый способ, повышается точность и помехоустойчивость при измерении квадратурных компонент сигнала при кароталсе скважин, а также упрощаются измерения.

Сущность изобретения заключается в том, что коммутирующее напряжение для фазового детектирования, либо ток питания датчиков, либо сигнал модулируют по фазе гармоническим напряжением неизменной амплитуды промежуточной частоты, значительно более низкой, чем частота сигнала, но существенно превышающей максимальную частоту огибающей сигнала.

В частотно-избирательной нагрузке детектора выделяют четные и нечетные гармоники промежуточной частоты. Затем разделяют четиые гармоники, амплитуда которых пропорциональна одной из компонент сигнала, и нечетные гармоники, амплитуда которых пропорциональна другой компоненте, и детектируют их.

Исходную фазу немодулированного коммутирующего опорного напряжения LJ примем равной нулю, тогда

оп 0 cos со„

где Lo и 00 - амплитуда и частота немодулированного коммутирующего напряжения соответственно.

Обозначим модулирующее по фазе гармоническое напряжение промежуточной частоты Q как Us

Us CsinQ/, где С-амплитуда напряжения частоты Q.

Пусть модулируется по фазе коммутирующее напряжение. Фазомодулированное колебание Lon запишем в виде

UoCos(ti)oti-A f smQt)

Здесь , где К- коэффициент пропорциональности.

Известно, что фазомодулированное колебание может быть представлено в виде:

оп - и,Ц) cos ш„1 + UoIi(Ac)cOS(a)o + Q)t - cos ( - Q)tJ + U,I, (Д) {COS (tOo + 2Q)t +

+ COS (ш„ - 2fi)/ +-f t/o/nA)cos (ш„ +

-f «QX + (- l)cos (cDo -/zQXJ,(1)

где /П (Аф)-функция Бесселя первого рода п-ого порядка. Пусть сдвиг по фазе между сигналом и немодулированным коммутирующим напряжением равен фо, а огибающая сигнала изменяется по закону Л (/). В этом случае сигнал на входе фазочувствительного детектора может быть представлен в виде Л(г )соз(). Измеряются синфазная ком-мутирующему напряжению компонента Л()sinф. Обе компоненты сигнала сдвинуты по фазе одна относительно другой на - .

В фазочувствительном детекторе осуществляется умножение колебаний сигнала и опорного напряжения.

В частотно-избирательной нагрузке детектора отфильтровываются высокочастотные и постоянная составляющие и выделяются четные и нечетные гармоники напряжения промежуточной частоты.

Перемножим выражения (1) и (2), используя при умножении и преобразовании выражения:

cos у. cos 8 - cos (а + |3) + cos (а - j3)|

Sin я sin ,3 - cos (я - 3) - cos (а + 3)J

Для упрощения выкладок ограничимся сначала тремя первыми составляющими в выражении (1).

Ток в цепи фазочувствительного детектора пропорционален выражению:

(УoЛ(OcOSKi-f о) {/o(Acp)COSo)„ + /,(Acp)fcOS(co„ +

+ И) -f cos (со„ Q) + 4(Acp)f cos (соо + 2Q) + + cos К - 2Q) +) ,()°(f)cos(2(B, 4+ o) + COS cpo + - /,(Acp) . (2со„ +

+ f oj + COS (Qt - „) - COS (2ш„ - QX + +f „I - COS (Q + 9o)} + {cos(2Qo-b

+ 2Q)t + 9o + cos (Qt - cpo) + cos(2ojo - 2Й)/ + -|.ср„ + соз(22 + 9о)}.

Таким образом, в токе детектора имеются составляющие напряжения промежуточной частоты Q и его гармоники:

40

cos (Ш + f „) COS (Q/ -f сро) (3) оЛ(0/.() cos(22/ - „)+ со5(2Ш + „) (4)

45

Упрощая выражения (3) и (4),приводим их к виду:

(Д) sin sin Q2(За)

50 f/,Л((Дf)cos5oCOs2Й/(4a) Таким образом, амплитуда колебаний с частотой Q на частотно-избирательной нагрузке фазочувствительного детектора пропорциональна компоненте сигнала Л (t 81пфо, квадратурной по отношению к коммутирующему напряжению. Амплитуда низкочастотных колебаний с частотой 2Й пропорциональна компоненте сигнала Л()со5фо, синфазной по отношению к коммутирующему напряжению фазочувствительного детектора.

ных и нечетных гармоник частоты может быть представлено в форме:

(t) sin (А) sin Ш + /s(Atp) sin Ш ++

+ /2«-i(Atp) sin (2« - )Ш +

+ U(t) cos cp J/JA) cos 2 S + /4(Ac) cos 4Q/ + ++ /2„(А) cos 2/г Q +.

С ростом порядка n функция Бесселя /„ (Аф) быстро стремится к нулю, особенно при небольшом Аф.

Это позволяет в некоторых случаях ограничиться разделением 1-й и 2-й гармоник частоты Q без учета 3-й, 4-й и высших гармоник.

Для случая, когда модулируется ло фазе сигнал либо ток датчика при немодулированном опорном напряжении, вывод аналогичен.

Функции разделения и детектирования четных и нечетных гармоник промежуточной частоты можно совместить, если эти гармоники подать на синхронные детекторы с опорными напряжениями частоты Q и 2Й.

На выходе указанных детекторов благодаря тому, что они имеют нулевую чувствительность к гармоникам, четность которых не совпадает с четностью коммутирующих напряжений, паразитная квадратурная компонента отсутствует.

Предмет изобретения

Способ измерения квадратурных компонент сигнала электромагнитного каротажа, заключающийся в том, что указанный сигнал заданной частоты перемножают с опорным напряжением той же частоты с заданным начальным фазовым сдвигом, и из сигнала произведения выделяют измерительный сигнал, соответствующий компоненте сигнала электромагнитного каротажа, совпадающий с фазой опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и одновременной передачи двух компонент сигнала электромагнитного каротажа по линии связи, напряжение одного из сомножителей модулируют по фазе гармоническим напряжением промежуточной частоты, более низкой, чем частота сигнала, из сигнала произведения выделяют периодическое напряжение с четными и нечетными гармониками промежуточной частоты и разделяют четные и нечетные гармоники.