Установка для моделирования электромагнитного поля Советский патент 1980 года по МПК G01V3/12 

Изобретение относится к электромагнитньм исследованиям и может быть использовано при физическом моделировании электромагнитных методов гео физической разведки. ; Известна установка для моделироваНИН аномальных электромагнитных полей применительно к дипольному индуктиэному профилированию, содержащая гене ратор гармонических колебаний, каретку с излучающей компенсацией и приемной рамкой, устройство перемещения каретки с отметчиками расстояния, уси литель и регистрирующий прибор (11 . Недостатками известной установки являются низкая точность измерений, обусловленная недостаточной автоматиза.цией процесса измерений и зависимостыо глубины компенсации первичного поля от выходного сигнала, а также ограниченность функциональных вОзмбжностей установки, исключающих проведение фазовых измерений. Известна также установка для моделирования электромагнитных полей по методу дипольного индуктивного профилирования, содержащая каретку с излучающей и приемной катушками, компаратор, генератор импульсов, предварительный усилитель с переменным койффициентом усиления и блок регистра ции 2 . Недостатками, этой установки являются низкая точность измерений, об-условленная. раздельным во времени измерением синфазной и квадратурной составляющих, недостаточной автоматизацией и сложностью процесса измерений,, а также невозможность проведения фазОвых измерений.. : Наиболее близкой по технической Сущности к предлагаемой является установ ка для моделирования аномальньгх электромагнитных полей по методу дипольнрго йндуктивного профилирования, содержащая бассейн из непроводящего немагнитного .материала, координатное устройство,с кареткой для крепления ;датчиков, блок перемещения каретки, генератор периодических сигналов, усилитель мощности, излучатель электромагнитного поля, приемник, предварительный усилитель с согласующим устройством, фазовращатель, аттенюатор, схему вычитания, компенсатор и блок регистрации амплитуды сигнала 31 , Недостатками этой установки являются низкая точность измерений, обусловленная зависимостью глубины кбм- пенсации первичного поля Ьт значения выходного напряжения генератора, слож ностью и недостаточной автоматизацией самого процесса измерений, а также ограниченные функциональные возмож ности, исключающие проведение фазовых измерений. Цель изобретения - повышение точчности и автоматизации измерений и рас ширение функциональных возможностей установки. Поставленная цель достига.ется тем, что предлагаемаяустановка дополнительно содержит избирательный усилитель, делительное устройство, три спа ренные переключателя режимов работы, фазометр, коммутатор сигнального входа фазометра, схему автоматической регулировки усиления (АРУ), пороговое устройство (ПУ) схему И, источник опорного напряжения, индикатор уровня сигнала, индикатор наличия неоднородности и ключ, причем выход схемы вычитания одновременно подключен ко вхо ду избирательного усилителя и к перво му входу второго перрключателя режимов работы, второй вход которого одновременно соединен с выходом предварительного усилителя и со вторым вх дом первого переключателя, выход избирательного усилителя подсоединен ко входу делимого делительного устройства, вход делителя которого подключен к выходу усилителя мощности, а выход к первому входу первого переключателя выход кЬторого соединен со входом измерения амплитуды блока регистрации амплитуды и фазы сигнала, выход второ гопереключателя одновременно подсоединен ко входу схемы автоматической регулировки усиления и входу порогово го устройства, выход которого одновре менно подключен к индикатору уровня сигнала, управляющему входу коммутатора, сигнального вхоДа фазометра, управляющему входу ключа и к первому входу -схемы И, второй вход которой соединен с выходом третьего переключателя, первый вход которого подсоеди нен к выходу источника опорного напря жения, а второй - к корпусу, выход схемы И подсоединен ко входу индикато ра наличия неоднородности, выход схемы автоматической регулировки усиле ния подключен ко второму входу коммутатора, сигнального входа фазометра первый вход которого подсоединен к выходу усилителя мощности, выход коммутатора подсоединен к сигнальному входу фазометра, выход которого подключен к сигнальному входу , а выход последнего соединен со входом измерения фазы блока регистрации амплитуды и фазы сигнала. На чертеже изображена блок-схема предлагаемой установки. Установка содержит генератор 1 пе риодических сигналов, усилитель 2 мощ ности, излучатель 3 электромагнитного

737УОЬ поля, фазовращатель 4, аттенюатор 5, приемник 6 поля, предварительный усилитель 7 с согласующим устройством, схема 8 вычитания, избирательный усилитель 9, делителЪное устройство 10, первый 11, второй 12 и третий 13 спаренные переключатели режимов работы, схема 14 АРУ, ПУ 15, источник 16 йпорйого .напряжения, индикатор 17 уровня сигнала, схема 18 И, индикатор 1У наличия неоднородности, коммутатор 20 сигнального входа фазометра, фазометр 21, ключ 22, блок.23 регистрации амплитуды и фазы сигнала. Установка для моделирования электромагнитного поля работает следующим образом. В бассейне с иммитатором среды излучателем создается первичное электромагнитное поле . Питание излучателя 3 осуществляется от генератора 1 периодических сигналов через.усилитель 2 мощности. Приемник б преобразует значение измеряемой составляющей век- . тора напряженности магнитного {или электрического) поля.в электрический сигнал, который усиливается предварительным усилителем 7. При нахождении спаренных переключателей 11, 12 и 13 режимов работы в положении 2, т. е. в положении, соответствующем режиму измерение суммарного поля , выход предварительного усилителя 7 с согласующим устройством .через первый переключатель 11 подсоединяется ко входу измерения амплитуды блока 23 регистрации амплитуды и фазы сигнала, наводимого в приемнике 6 суммарньм (первичное плюс вторичное) значением измеряемой составляющей электромагнитного поля. В рассматриваемом режиме работы устанoвkи выход предварительного усилителя 7 с согласующим устройством одновременно подсоединен через второй переключатель 12 режимов работы ко входу схемы 14 АРУ и входу ПУ 15. Выход схемы 14 АРУ через коммутатор 20 сигнального входа фазометра подключен к сигнальному входу фазометра 21, выходной сигнал которого через ключ 22 подается на 1вход измерения фазы блока 23 регистрации амплитуды и фазы сигнала. При амплитуде сигнала на выходе предварительного усилителя 7, достаточной для нормальной работы схемы 14 АРУ, ПУ 15, выход которого одновременно подсоединен ко входу управления коммутатора 20 сигнального входа фазометра, одному из входов схемы .. 1Ь И, индикатору 17 уровня сигнала и сигнальному входу ключа 22, через коммутатор 20 подключает, выход схемы 14 АРУ к сигнальному входу фазометра 21, а выход последнего через ключ 22 - ко входу измерения фазы блока 23 регистрации амплитуды и фазы сигнала. При этом измеряется и регистрируется значение разности фаз между суммарны значением измеряемой составляющей электромагнитного поля и напряжёнием питания излучателя 3, которое используется в качестве опорного. При значении сигнала на выходе предварительного усилителя 7 с согласующим устройством, меньшем минималь но необходимого для нормальной работ схемы 14 АРУ, срабатывает ПУ 15, под соединяя через коммутатор 20 сигнального входа фазометра выход .усилителя 2 мощности к сигнальному входу фазометра 21 и засвечивает индикатор 17 уровня сигнала, информирующий о том, что сигнал на выходе приемника 6. поля меньше минимально допустимого. При этом выход фазометра 21 через ключ 22 отсоединяется от блока 23 регистрации амплитуды и фазы сигнала. При нахождении спаренных переключателей 11, 12 и 13 Вположении что соответствует режиму измерение аномальных полей , на вход измерения амплитуды блока 23 регистрации амплитуды и фазы через первый переключатель 11 режимов работы поступает сигнал с выхода делительного устройства 10. На вход делителя делительного устройства 10 через усилитель 2 мощности подсоединен генератор 1 периодических сиг налов. Выходной сигнал усилителя 2 мощнос ти одновременно поступает и на фазовращатель 4, а далее, через аттенюатор 5, на один из входов схемы 8 вычитания, на другой вход которой пода ется напряжение с предварительного усилителя 7 с согласующим устройством Сигнал с выхода схемы 9 вычитания после усиления избирательным усилителем 9 поступает на вход делимого дели тельного устройства 10. С помощью фазовращателя и аттенюатора 5 посредством установки минимал ного сигнала на выходе схемы 8 вычита ния в отсутствии в зоне поиска аномалии осуществляется компенсация первич ного электромагнитного поля в точках приема. При перемещении каретки с датчиками вдоль выбранного профиля исследований, в случае, если в зоне поиска расположена аномалия, вторичное поле последней обуславливает возрастание на выходе схемы В вычитания сигнала, который после избирательного усилителя 9 поступает на вход делимого делительного устройства 10. Для непрерывного и точного измерения чисто аномальных полей необходимо обеспечить неизменную во времени степень компенсации мешающего первичного поля в точках приема, т. е. стабильное значение остаточного минимального нескомпенсированного сигнала на выхо де схемы 8 вычитания в отсутствие в зоне поиска неоднородноетей. Одной из основных причин нестабильности этого си-гнал а является непостоянствр во врёмени, амплитуды выходного бигнала генератора 1 и нестабильность паl efpOB OlmflJiM TMbciHOCTHV что обуславливает погрешности измерений аномальных полей и требует частых проверок уровня компенсации. В значительной степени снизить эти погрёшкости и одновременно устранить необходимость в частых проверках уровня компе нсации первичного электромагнитного поля позволяет используемое в предлагаемой установкеделительное устройство 10, которое обеспечи|вает независимость величины остаточного (нескомпенсированного) сигнала от изменений амплитуды выходного на пряжения генератора 1 периодических сигнало в И Нестабильности параметров усилителя 2 мощности. . Выходной сигнал делительного устройства 10 через переключатель 11 режимов работы поступает на вход измерения амплитуды блока 23 регистрации ; . амплитуды и- фазы. При уровне выходного сигнала схемы 8 вычитания, достаточном для нормальнОй работы схемы 14 АРУ, выходной сигнал последней через коммутатор 20 сигнального входа фазометра поступает на сигнальный .вход фазометра 21, , выход которого через ключ 22 подсоединяется ко входу измерения фазы блока 23 регистрации амплитуды и фазы.У Бл6к 23 регистрирует сдвиг фазы сигнала вторичного поля относительно фазы напряжения генератора 1. В. случае отсутствия аномалии в зоне пбиска, сигнал на выходе схемы 8 вьГчитания недостаточен для нормальной работы схемы 14 АРУ. При этом сраба- тывает ПУ 15, эыходной сигнал которого поступает на один из. входов схемы 18 И, на другой вход которой через третий переключатель 43 режимов работ ты поступает сигнал с источника 16 опорного напряжёнияГ При этом зйсве- ; чивается индикатор 19 наличия неоднородности, информирующий о том, что в данный момент в зоне поиска неоднородность отсутствует. Ключам 22 отсоединяется; выход фазометра 21 от входа измерения фазы блока 23 регистрации амплитуды и фазы. При проведений амплитудно-фазовых измерений в устройствах аналогичного типа отсутствует возможность непрерывного измерения и регистрации фазы сигнала. Это объясняется тем, что для нормальной работы фазометра, значение амплитуды напряжения на его сигнальном входе должно леж.ать в определенных, относительно узких пределах. Предла;гаемая установка позволяет производить -: непрерывные измерения и регистрацию значёний фазовых сдвигов, что обеспечивается применением схемы 14 АРУ на сигнальном входе фазометра 21. Если же сигн на входе схемы 14 АРУ мень-ше Минимально допустимохо, то с поМощью второго переключателя 12 режимов , работы сигнальный вход фазометра 21 Ьоединяется с его опорным входом. При этом, в зависимости от режима работы установки,.загорается индикатор 17 уровня сигнала или индикатор 19 наличия аномалии, а выход фазометра 21 с помощью ключа 22 отсоединяется от вхо да измерения фазы блока 23 регист а.ции амплитуды и фазы сигнала. Этим исключаются погрешности измерения и йополнительно дается информация - О причинах нулевых показаний фазометра . . Предла1 аеМаЯ установка может быть .ользована при проведении Тмод elib -НИХ исслёдований различных вариантов пшековых систем разведочной геофизи КК, содержащих электрический йлзмаг нйтный излучатель первичного электро магнитного поля и приемник в виде од .нбго приемного элемента или диффе рёнциального приемника электрического (магнитного) поля. Установка обеспечиваетпрбведание йёпрерывных во времени амплитудно-фа зовых измерений в двух режимах: с электрическр) компёнсацйёй сйгнала, обусловленного первичным электромагТнитйым полем в точках приема, и без нее. ., .. Формула изобретения jiffia моделирования элект р омагнитного поля, содержащая бассей -..,...,., He,,,ggj-j45 ри , координаггнре устройст во скаре кой для крепления датчиков, ав; ; тШа ОТёекого перемещения каретки, генераторпериодаческцх сигналов, ус 7 Яй№;г1ВгМой(нойтй, излучатель элёйтромагнитнсзго поля, приемник, п рёдва рйтел;ьный усилитель :; согласующим устройством, фазовращатель, аттенюатор, схему вычитания, блок регистра , причем выход генератора чё|рез усилитель Мощности одновременно под ; 1 Люченк излучателю и входу фазовра щителя, выход которог о соединен с Шедьтй а гтёнюа тОра, подсоеди не н ного ниодин из ВХОДОВ схемы вычитания, ко второму входу которой через предварительный усилитель с согласующим устрой ством подключен приемник поля, о т ч а ю щ .а я с я тем, что, Чёлью повышения тсЬчности и автоматизации измерений я р.1сширения функциональных возможностей установки, она дополнительно содержит избира- . тельный усилитель, делительное уст737905

8, ройство, три спаренные переключателя режиме работы, фазометр, коммутатор сигнального фазометра, схему автоматической регулировки усиления,/ пороговое устройство, схему И, источник опорного напряжения, индикатор уровня сигнала, индикатор наличия неоднородности и ключ, причем выход схемы вычитания одновременно подключен ко входу избирательного усилителя и к itepBOMy входу второго переключателя режимов работы, второй вход которого одновременно соединен с выходом предварительного усилителя и с вторьм входом первого переключателя, выход избирательного усилителя подсоединен ко входу делимого делительного устройства, вход делителя которого подключен к выходу усилителя мощности, а выход - к первому входу первого переключателя, выход которого соединен со входом измерен 1я амплитуды блоха регистрации, выход второго переключателя одновременно подсоединен ко входу схемы автоматической регулировки усиленияи входу порогового устройства, выход которого одновременно подключен к индикатору уровня сигнала, управляющему входу коммутатора сигнального входа фазометра, управляющему входу ключа и к первому входу схемы И, второй вход которой соединен с выходом тр ётьето переключателя, первый вход которого подсоединен к выходу истбчнйКа опорного напряжения, а второй - к корпусу, выход схемы И подсоединён ко вкоду индикатора наличия неоднородности, в.ыход схемы автоматической регулировки усиления подключен ко второму вхсУду коммутатора сигна тьного входа фазометра, первый вход которого пОд6оёд йнён к выходу усилителя мощности, выход коммутатора подсоединен, к сигнальному входу фазометра, выход которогО подключен к сигнальному входу ключа, а выход последнего .соединен со входом измерения фазы блока регистрации. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Хабибулов Р. К., ДикгоФ Ю. А., Поляков Ю. В. Методика аппаратуры и интерпретация геофизических наблюдений. Казань, КГУ, вып. 4, с. 22-27. 2. Gupta Sarma D, Maru V.M. A study d some effects of covducting host with a new raodePB ing apparatus Geophysics 36, 1, 1971, p. 166-183. 3. Gaur V. K., Verma 0. P., Gupta С . P. Enhancement of ePectromagnits anomalies by a conducting overburden Geophysica Prospecting 20, 3, 1972, p. 580-604 (прототип).