Устройство для электроразведки Советский патент 1979 года по МПК G01V3/10 

I

Изобретение Относится к области электромагнитных исследований и може быть использовано в электромагнитных методах геофизической разведки.

Известно устройство для отождествления и распознавания локальных объектов, ик еюших различные размеры, форму, ориентацию tf содержание железа, включающее генератор периодических сигналов, излучатель, приемник поля с включен 1ым на выходе масштабным усилителем и отсчетное устройство, в котором отождествление и распознавание объектов производится на основе сравнения получаемых амплитудно-фазных характеристик с ранее записанными, характеристиками конкретных, определенным образом расположенных локальных объектов fll.

Недостатком известного устройства является применимость его лишь в ближней зоне излучения электромагнитного поля, а также невозможность получения точной информации о местоположении локального объекта относительно самого

устройств)а и невозможность отождествления и распознавания протяжных объектов и установление их трасс прокладки.

Известен неконтактный искатель металлических предметов н неснтределенностей, позволяющий по заранее замеренной фазе сигнала производить Лоиск подземных кабелей, коммуникаций .и локальных неоднородностей, содержащий генератор периодического сигнала, иэлучающий контур, приемный контур с дополнительными параллельно расположенными ферритовыми стержнями с приемными катушками, включенными в виде отдельных секций и соединенными последовательно-встречно Г21.

Недостатком известного устройства является применимость его лишь в ближней зоне излучения электромагнитного поля, необходимость обхода излучаемого объекта по контуру при проведении измерений, низкая точность измерений.

Известно также устройство для обнаружения и определения местоположения подземных кабелей к металлических Трубопроводов, a также локальных металлических неоднороднрстей, содержа щее генератор периодических сигналов, излучатель электромагнитного поля, пару приемников поля, усилители, датчик скорссти, регулятор скорости, сравнивакяцёв устройствои источник опорного сигнала 3, Недостатком известного устройства является низкая точность измерений и производительность работ, обусловленная необходимостью обхода объектов но конт уру для получения нужной рнформапии. Цель предлагаемого изобретения повышение быстродействия и точности измерений, распознавание локальных и протяженных объектов и определение тра6- сы прокладки Протяженных и местоположения локальных неоднородностей без обхода исследуемых объектов по контуПоставленная цель достигается тем, что предлагаемое устройство дополнительно содержит генератор периодических сигналов другой частоты, пару прие ников поля, настроенных на эту частоту выделители экстремумов, ключи, счетчик импульсов, два дешифратора, преобразователь., напряжение-часТота, отсчетное устройство, триггеры, расширитель импульсов, индикаторы знаков угла, схему ИЛИ, пиковые детекторы, вычитаЮийе устройства, схему И, порогоиле схемы и индикаторное устройство, причем, излучатели размешеньт на фикся рованйом расстоянии друг от друга таким образом, что каждый из них и пара соответствующих ему приемников поля расположены в горизонтальной плоскости так, что образуют равнобедренный треугольник с вершиной в точке расположения излучателя, а оси чувствительности каждого из приемников параллельны высоте треугольника, опущенной с его вер шины на отрезок, соединяющий геометрические центры приемников, все приемники размешены вдоль прямой,параллель ной отрезку, вдоль которого расположены излучатели, выходы усилителей через выделители экстремумов подсоединены одновременно ко входам первого и второго ключей к схеме И и через схему ИЛИ ко входу третьего триггера, выход которого одновременно подсоедийен ко входу управления третьего ключа и ко входу расширителя импульсов, к выходам первого и второго ключей подсоединены входы первого и второго

646294 триггеров, выходы которых через вспомогательные ; лючевые схемы соединены с индикаторами знаков угла и одновременно с управляющими входами соответственно второг и первого клю-, чей, а к выходу датчика .скорости подключен преобразователь напряжениечастота, выход которого через третий ключ подсоединен ко входу счетчика импульсов, выходы которого через дешифратор, вспомогательное ключевое устройство подсоед1гаены ко входам отсчетного устройства, выход расширителя импульсов одновременно подсоединен ко входам установки на ноль первого, второго и третьего триггеров, счетчика импульсов и ко входам установки на ноль пиковых детекторов, выходы усипигелей, кроме Того, через пиковые детекторЫ, дополнительные ключи подсое- диненьг попарно ко входам выключающих устройств, к выходам каждого из них подключены три пороговые схемы, выходы которых Через второй дешифратор подсоединены к индикаторному устройству, а выход схемы И одновремен- . но подсоединен к управляющим входам вспомогательных и дополнительных ключей, вспомогательному ключевому устройству и второму дешифратору. На фиг. 1 дана блок-схема предла- гаемого устройства, на которой 1,2-генераторы периодических колебаний фиксированных частот и irt соответственно; 3,4- излучатели электромагнитного ,6, 7,8 - приемники поля; 9, 10, 11,12- резонансные усилители; 13, 14, 15,16 выделители экстремумов; 17 - схема ИЛИ; 18,19 - ключи; 20-22 - триггеры; 23-25.. ключи; 26, 27 - индикаторы знаков угла трассы - и 28 расширитель иМпульсов;,29 - счетчик импульсов; 30 - дешифратор; 31 - ключевая схема; 32 - отсчетное устройство; 33, 34, 35,36 пиковые детекторы; 37-40-ключи; 41, 42 вычитающие устройства; 43,44,45, 46, 47, 48 - пороговые схемы; 49, 50, 51, 52, 53,54, 68 - схемы Н; 55 - индикатор Протяженная неоднородность, |5 0, 56 - индикатор ЛокаЛьная неоднородность слева от прие ника поля 57- индикатор Локальная неоднородность под приёмником поля ; 58 - Локальная неоднородность между приемниками поля 6 и 7; 59индикатор Локальная неоднородность под приемником поля 7; 6 О- индикатор Локальная неоднородность справа от приемника поля 7; 61 - второй дешифратор; 62 - индикаторное устройство; 63 - датчик скорости; 64 - регулятор скорости; 65 - сравнивакицее устройство, 66 - источник эталонного напряжения; 67 - преобразователь напряжение-частота.. Принцип действия предлагаемого устройства поясняется следующим. Дополнительные излучатели электромагнитного поля 3, 4, подключенные к выходам генераторов 1 и 2 периодических сигналов частот N(ij . облучают протяженную или локальную неоднородность. Моменты токов излучателей наиболее целесообразно ориентирю- вать в горизонтальной плоскости перпендикулярно направлению движения поисковой установки. Вторичное поле локально или протяженной неоднородности характеризуется азимутальной составляющей магнитного поля. Максимум ЭДС, индуцированной в приемнике поля, возникает в .момент наименьшего расстояния между неоднородностью и приемником. В случае протяженной неоднородности максимум ЭДС, обусловленной вторичным полем, соответствует моменту нахождения приемника точно над неоднородностью. В случае расположения оси линейного протяженного проводника перпендикулярно направлению движения поис ковой установки экстремумы ЭДС будут одинаковы по абсолютному значению в каждом из приемников одной пары поя&л$потся во всех приемниках одновременно, т.е. временной сдвиг между экстремумами ЭДС в приемниках 5 и 7, а также 6 и 8 будет равен О (i. О, фиг. З), что соответствует равенству нулю угла между трассой прокладки и прямой, соединяющей геометрические центры приемных элементов ( и 0 на. фиг. 2). В случае, когда направление оси протяженного прбводника не перпендикулярно направлению движения поисковой установки, экстремумы ЭДС в прием никах 5 и 7, а также 6 и 8появляются в разное время, т.е. между ними во& Никает временной сдвиг ( О ). На фиг. 3 кривые построены для случая (знак выбирается произвольно). Если неоднородность является локальной, то, во-первых, во всех случаях расположения аномалии экстремумы индуцированных в приемниках или ЭДС возникнут одновременно, а, во-вторых, абсолютные значения их в каждом из приемников будут равные, эа исключением положения неоднородности точно между приемниками 5 и 7 (или 6 и 8), когда в приемниках 5 и 7 (или соответственно бив) они будут одинаковы. Эти отличия в характере ЭДС, обусловленных вторичным полем протяженной и локальной неоднородностей, и легли в основу предлагаемого изобретения. Предлагаемое устройство работает следующим образом. При постоянной скорости движения поисковой установки (Y con6i) и постоянном во времени расстоянии между, например, приемниками 5 и 7 2б время i/ между появлением экстремумов аномального сигнала в приемниках поля будет равно t 2e-tg/b (1) , гдeV - скорость движения поисковой установки; 2В - расстояние между приемниками 5 и 7 поля; К, п 1.-Т- коэффициенты передачи патчика скорости и преобразователя напряжение-частота. В предлагаемом устройстве (фиг. l) датчик 63 скорости измеряет скорость движения поисковой установки. При этом выполняется равенство .выходной сигнал датчика 63 скоростп. К выходу Датчика 63 скорости подлючены вход преобразователя 67 напяжение-частота, и один из ЕходоЁ сравивающего устройства 65, к другому ходу которого подключен вход источниа 66 опорного сигнала. &,1ход сравниающего устройства 65 подсоединен ко ходу управления регулятора 64 скороси, который управляет скоростью двиения поисковой установки до тех пор, ока Не выполнится равенство ВЫХ6Э , - выходной сигнал источника 66 опорного сигнала. При пересечении приемниками 5 и 7 оля трассы скрытого протяженного проводника их выходные ЭДС усиливаются узкополосными усилителями 9, 11 и чет рез выделители 13 и 15 экстремумов, схему ИЛИ 17 подаются на счетный вхой триггера 20, огкрываюшего на вре мя прохождеавя протяженной неоднородности между приемниками 5 и 7 поля ключ 23. После прохождения второго (п времени) приемника над протяжетой неоднородностью триггер 20 прекращает подачу импульсов с выхода преобразователя 67 напряжение-частота на вход счетчика 29 импульсов. При этом количество импульсов. п , прошедшее на счетчик 29 импульсов, при выполнении условия (з), будет равно na-i: K 3- 67 - - t где i - частота импульсов на выходе ,преобразователя 67 напряжение-частота. Из (4) следует, что п пропорционально тангенсу угла между направлением трассы протяясенного проводника и прямой/соединяющей приемники 5 н 7 поля. Количество импульсов, накопленное и счетчике 29 импзшьсов, дешифрируется дешифратором 30 и через ключе вую схему 31 значение угла jb регистрируется отсчетным устройством 32. Одновреметшо выходные сигналь приемников 5 и 7 поля Через усилители 9 и 11 подаются на вход1л ключей 18 и 19, которые через триггеры 21 н 22, ключи 24 и 25 подсоединены ко входам индикаторов 26 и 27 знаков, а выходы триггеров 21 и 22 одновременно подсоединены соответственно к управляющим входам ключей 19 и 18. Первый во времени выходной сигнал Приемников поля, например, приемника 7. (как изображено на фиг. З). через ключ 19, триггер 22, ключ 25 засвечивает индикатор 27 знака угла, , , а передним фронтом этого же ампульса с выхода триггера 22 через ключ,. 18 запирается вход триггера 21, запрешая при этом засветку индикатора 26 знака угла при пересечении трассы протяженного проводника приемником 5 поля. После прихода второго импульса от приемника 5 поля (фиг. 2) задним фрон том ймпульйа триггера 20 запускается расширитель 28 импульсов, который через определённое время сбрасывает на - нуль показания счетчика 29 импульсов и переводит в нулевое положение траг48геры 2О, 21 и 22 до следующего пикла измерений, а также сбрасывает на нуль выходные сигналы пиковых детекторов 33, 34, 35 и 36. При прохождении поисковой системы над скрытой локальной неоднородностью экстремумы ЭДС, наводикйлх в приемниках поля, появляются одновременно, являясь разными по абсолютной величине (фиг. 4). Вь1хрдные сигналь приемников поля 5, 6, 7 и 8 через усилители 9,10, 11 и 12 поступают соответственно на пиковые детекторы 33, 34, 35, 36. Одновременно выходные сигналы приемников поступают на входь схемы И 68. Выходные с игHa;itbi дётекто зов в случае одновременного их появления через ключи 37, 38, 39, 40,. попарно поступают на входы вычитающих уст.ройств 41 и .42. Одновременно вьгходной сигнал схемы И 68 подается .на управляющие входы ключей. 24, 25 и 31, запрещая этом засветку индикаторов угла трассы.протяженной неоднородности -(-.и -26, 27 и отсчетного устройства 32 значения угла тра:ссы протяженной неоднородности.... Выходные сигналы вычитающего устройства 41 одновременно подаются на вхог .Пороговых схем 43,44,45, а выходные сигналы вычитающего устройства 42 на входы пороговых схем 46, 47, 48. Выходы пороговых схем 43-48, а также выход схемы И 68 подключены через второй дешифратор 61 ко входам . индикаторного устройства 62. Схемы И- 49, .50, 51, 52, 53, 54 вместе с их связями с выходами пороговых устройств 43,, 44, 45, 46, 47, 48 образуют схему второго дешифратора 61, подключенного на входы индикаторного устройства 62, состоящего из ряда дгадикаторов 55, 56, 57, 58, 59, 60.. ...-.: ..,.. . Пороговые .схемы 43 и 46 настроены так, что сигналы на их выходах появляются в случаях, когда выходной сигнал приемника 5 поля меньше .выходного сигнала приемника 7, и соответственно, выходной сигнал приемника 6 поля меньше, чем выходной сигнал 8, Пороговые устройства 44 и 47 настроены так, что на их выходах сигналы появляются тогда, когда равны выходные сигналы приемников 5 и 7 поля, и соответственно 6 и 8, а пороговые устройства 45 и 48 срабатывают тогда, копда выходной сигнал приемника 5 поля больше выходного сигнала 7, а выходной сигнал 6 больше выходного сигнала 8. В случае расположения локальной неоднородности слева от приемника 5 поля выходной сигнал приемника 5 боль ше выходного сигнала 7, а сигнал прие ника 6 больше 8 (фиг. 4 а, б). При этом срабатывают пороговые схемы 45 и 48, включая через 50 индикатор 56 Локальная неоднородность слева от дат чика 6. Когда локальная неоднородност расположена точно Под приемником 6, то выходной сигнал 6 больше выходного сигнала 8, а выходные сигналы 5 и 7 равны. При этом срабатывают пороroBijie устройства 44 и 48, включая че рез схему 51 И индикатор 57 Локальная неоднородность под датчиком 6. Работа устройства в других возможных случаях расположения локальной Неоднородности относительно устройства поясняется рисунками фиг. 4, причем устройство кроме вышеперечисленных определяет следующие положения локал ной неоднородности: локальная неодноро ность между датчиками 6 и 7 ; локальная неоднородность под датчиком 7 локальная неоднородность справа от датчика 7. Предлагаемое устройство опознает также и протяженную неоднородность,трасса которой перпендикулярна направлению движенрш поисковой системы. В этом случае выходные,сигналы всех приемников возникают одновременно, а кроме того, выходной сигнал 5 равен сигналу 7, а выходной сигнал 6 равен выходному сигналу 8. При этом срабатывает схема 66 И, а также пороговые схемы 44 и 47, засвечивая через 49 индикатор 55- Протяженная неоднород/3 0. Через определенное время расширитель 28 импульсов сбрасывает на ноль выходные сигналы пиковыхДетекторов 33, 34, 35 и 36, подготавливая тем самым устройство к следующему циклу измерений. Предлагаемое устройство наряду с относительной универсальностью (позволяет распознать локальные и протяженные неоднородности), обладает повышенным быстродействием, обеспечивает достаточно высокую точность измерения угла направлений трассы прокладки протяженной неоднородности, дает возможность определять местоположения локалькой неоднородности, обладает достаточно большой зоной захвата, исключает необходимость выполнения ряда механических операш«й, устраняя тем самым связанные с ними дополнительные пог решности. Предлагаемое устройство может применяться при проведении наземных и морских электроразведочных работ на больших площадях, особенно эффективно при небольших глубинах залеган1{я .локальных и протяженных неоднородностей. Формула изобретения Устройство для электроразведки, содержащее генератор периодических сиг налов, излучатель электромагнитного поля, усилители, пару приемников поля, датчик скорости, регулятор скорости, сравниваюиаее устройство, источник опорного сигнала, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений, распознавания протяженных и локальных неоднородностей и определения трассы прокладки протяженных и местоположения локальных неодноройностей без Обхода исследуемого объекта по контуру, дополнительно содержит генератор периоди- ческих сигналов другой частоты, пару приемников поля, настроенных па эту же частоту, выделители экстремумов, ключи, счетчики импульсов, два дешифратора, преобразователь напряжениечастота, отсчетное устройство; триггеры, расширитель нмпульсов, 1шдикаторы знаков угла, схемы РТЛИ, пиковые де- Текторы, вычитающие устройства, схе- му И, пороговые схемы и индикаторное устройство, причем, излучатели расположены на фиксированном расстоянии друг от друга таким образом, что каждый из них и пара соответствуюЕШХ ему приемников поля размешеныВ горизонтальной плоскости TaKj что образуют , равнобедренные треугольники с вершинами в точках распопожения геометрических центров излучателей, а оси чувствительности каждого из приемников параллельны высотам треугольников, опущенным из их вершин на отрезки,соединяющие геометрические центры соответствующих приемников, все.приемники-поля р азмещены вдоль прямой, па- раплепьной отрезку вдоль которого расположены излучатели, выходы усилите-

лей через выаелвтелн экстремумов аоо соединены одновременно ко входам первого я второго ключюй, к схеме И и через схему ИЛИ ко входу третьего тригл гера, илход которого одновременно подсоединен ко входу управления третьего ключа н ко входу раЬширнтеля импульсов, к выходам первого и второго ключей подсоединены входы первого и второго триггеров, выходы которых через вспомогательные ключевые схемы соединены с индикаторами знаков угла н одновременно с .управляющими. входами соответственно второго н первого ключей, а к выходу датчика скорости подключен преобразователь напряжениечастота, выход которого через третий ключ подсоединен ко исоду счетчика импульсов, выходы которого через дешифратор, вспомогательное ключевое устройство подсоединены ко входам отсчет ного устройства, выход расширителя импульсов одновременно подсоединен ко входам установки на ноль первого, вто

рого и третьего триггеров, счетчика нмпульсов и ко а содам установки на ноль пиковых детекторов, выходы усилителей, кроме того, через пиковые детекторы, дополнительные ключи подсоединены попарно ко входам выключающих устройств к выходам каждого из которых подкл чены три пороговые схемы, выходы ко торых через второй Дешифратор подсоединены к индикаторному устройству, а выход схемы И одновременно подсоединен к управляющим входам вспомогательных и дополнительных ключей, вспомогательному ключевому устройству и второму дешифратору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3763424, кя. 324-1, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР № 171483, кл. q OlY 3/00, 1963.

3.Бахмутскнй В. Ф., Зуенко Г. И. Индукционные кабелеискатели, М., Связь, 1970, гл.- 2.

s

Ось протяженной неоднородности

г.2

yS-tf