Устройство для геоэлектроразведки в движении Советский патент 1980 года по МПК G01V3/10 G01V3/16 

Изобретение относитсяк импульсной индуктивной геоэлектроразведке рудных тел в земле или др. электропроводящих объектов в различных средах, проводимой в движении и, в частности, к аэроэлектроразведке. Трудность обнаружения объектов связана ё .тем, что сигнал от них .много меньше наблюдаемого в паузе сигнала от вихревых токов в корпусе носителя. Известно устройство для геоэлектроразведки, которое включает аналогичну)О модель носителя, сигнал от которой экви валентен токам в корпусе носителя, и отклик модели в паузе между 1импульсйми вводят в измерительное устройство , для компенсации сигнала носителя ij . Известно также устройство для геоэлектроразведки, которое включает входной ключ стробирования сигнала во время токового импульса и делитель этого сигнала, позволяющий отрегулировать его амплитуду так, чтобы сделать его равны ПО величине и противоположный по знаку сигнала от вихревых токов в корпусе носителя на каком-либо фиксированном времени. При изменении геометрического положения приемного контура относительно носителя оба сигнала изменяются одинаково и компенсация не нарушается. Более глубокая и устойчивая компенсация получается, если компенсировать не одну, а две пространственных составляющих вихревых токов в корпусе носителя. Для этого на носителе укрепляют дополнительный генераторный контур {перпен.дикулярный основному), возбуждают в нем импульсы тока в конце пауз между импульсами тока в основном генераторном контуре, а возникающий при.этом сигналв приемном контуре стробируют и регулируют при помощи аналогичного устройства. Компенсация третьей пространственной составлявЬщеи обычно не требуе-: ся, так как она слабо проявляется из-за того, что носитель имеет как правило, симметрию относительно вертикальной

лоскости, проходящей через линии направет1Я движения 2Q. .

Известные устройства обладают суественным недостатком, заключающимя в том, что с их помощью возможно существление компенсаций влиятия тольо такого носителя, состояние которого о емени является неизменным. Между

ем, реальный носи-, ель состоит из большого числа агрегатов, электрическое соротивление контактов между которыми . аотически изменяется в процессе-движения, В результате установленная при помощи известных устройств компенсация сигнала носителя для некоторого исходного его состояния (например, до начала движения) произвольным образом нарушается в продесес движения (попета).

Цель изобретения - повышение точности измерений путем компенсашш помех от вихревых токов в корпусе носителя в процессе движения.

Поставленная цель достигается тем, что ка носителе жестко укреплен приемный компенсационный контур, соединенный через блок формирования сигнала компенсации помех со вторым входом усилителя, причем схема управления подключена к управляющему входу блока формирования сигнала компенсашш помех, а вход целителя сигнала соединен со вторым входом блока формирования сигнала компенсашш помех.

При этом блок формирования сигнала компенсации помех выполнен в виде последовательно включенных двухвходовой: схемы умножения и общего делителя компенсирующего сигнала, к выходу которого подключены два ключа строб ироваиия, к выхрду одного из которых подключен делитель компенсирующего сигнала совместно с выходом второго ключа стробировйния образующие выход блока, причем управляющие входы ключей стробирования подключены к управляющему входу блока формирования сигнала компенсации помех, один вход схемы умножения соединен с ее выходом через ключ, а другой с помощью дополнительного ключа образует второй вход блока формирования сигнала компенсации помех.

В устройство включен дифференциальный усилитель, к неинвертяруемому входу которого, как и в известном подключена цепь приемного контура, а к . инвертируемому - цепь укрепленного на носителе компенсационного контура с сигналом приемкого контура во время токового импульса. В отличие от известного устройства с атлоговой моделью в устройстве для формирования компенсирующего сигнала используется не сигнал модели, а сигнал самого носителя, снимаемый с укрепленного на нем специально для этой цепи компенсационного контура. Этот контур расположен очень близко к носителю по сравнению с приемным контуром. Поэтому С1гамаемый с него сигнал зависит только от вихревых токов в носителе, следит за всеми их изменениями и практически не реагирует на исКомые объекты. Этот сигнал также не зависит от. изменений геометрического положения приемного контура относительно носителя. С другой стороны, сигнал приемного контура во время токового импульса определяется целиком первичным полем, практически не зависит от изменений контактов между агрегатами носителя и от наличия или отсутствия искомого объекта, но следит за всеми изменениями геометрического положения приемного контура относительно носителя. Поэтому для получения компенсирующего сигнала необходимо перемножить сигнал компенсирующего контура в паузе (в момент измерения переходного процесса) и сигнал приемного контура, возникакщий во время токового импульса. Кроме того, необходимо отрегулировать амплитуду компенсирующего сигнала и установить нулевой уровень в некотором исходном положении (например, перед началом движения), после чего в процессе движения компенсация нарушаться не будет.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - временная диаграмма.

Устройство состоит из генераторного блока, содержащего генератор 1 импульсов чередующейся полярности и генераторный контур 2, схемы 3 управления и измерительного блока.. Последний, как и известный, содержит приемный контур 4, предусилитель 5, входные ключи 6 и 7 стробирования сигнала приемного контура, делитель 8 сигнала приемного контура во время токового импульса, выходные ключи 9, 10, накопительные емкости С, С, усилитель 11 постоянного напряжения и регистратор 12, а также компенсационный контур 13, блок 14 формирования сигнала компенсации помех, схему 15 умножения, общий делитель 16 компенсирующего сигнала, ключи 17, 18 стробирования компенсирующего сигнала, делитель 19 компенсирующего сигнала во время токового импульса и дифференциаль ный усилитель 20, ключи П, Устройство работает следующим обраэом. Генератор 1 импульсов вырабатывает в генераторном контуре 2 токовые импульсы чередующейся полярности и полусинусоидальной формы 3(i) (см, фиг. 2а Устройство 3 синхронизации обеспечивает согласованную синхронную работу с требуемыми задержками срабатывания как генератора импульсов, так и всех ключей измерительного устройства. Сигнал Un(t) возникающий в приемном контуре 4, усили вается предусилителем 5 и дважды стробируется входным ключом 6 в момент вре мени t; и входным ключом 7 в момент . Последний строб-импульс времени т регулируется делителем 8, после чего строб-импульсы смешиваются и поступают на неинвертируемый вход дифференциально го усилителя 20. С учетом полярности на ванных строб-импульсов сигнал приемного контура на неинвертируемом входе усилителя 20 имеет вид , V nC- O-VnC- e) (1) гдеК - коэффициент деления сигнала делителя 8. Сигнал U,. (} возникающий в компенсационном контуре 13, имеет такой же вид, что и сигнал Up, ( ) отличаясь от последнего по амплитуде, форма этих сигналов показана на фиг. 26. Сигнал { (Ь) поступает на схему 15 умножения, на другой вход которой подается сигнал с выхода ключа 7. В результате, на выходе схемы 15 умноже1гая появляетсясигнал-произведение и(О Un(t) который регулируется делителем 16, а за тем дважды стробируется входными ключами 17 и 18, срабатывающими синхронт но с ключами . 6 и 7 , соответственно. Строб-импульс, получаемый с ключа 17 регулируется делителем 19, после чего строб-импульсы смешиваются и поступают на инвертируемый вход дифференциального усилителя 20 в виде (11 2) гдеК ,К. - коэффициентыделения сигнала делителями 16 и 19, соответстве нио. Сигнал на выходе усилителя 20 равен U--Un-UK-U,(.,Vv(-rJ. (V),,к(в)l При отсутствии в окрестностях: устройства проводящих объектов (кроме носителя) входящие в формулу (3) сигналы имеют вид Un(Jn,Kt)(tl Jn(ЧKsD() ) (S)--UKS yj гдеи5 -„и„5,, исходные значения рассматриваемых сигналов в не1соторый мо мент (например, до начала -Движения) Г(,)и К (t) неизвестные функции отражающие йзменения геометрии приемного контура относительно носителя и изменения электрического сопротивления контактов между агрегатами- носителя, соответственно. Сигнал приемного контура в паузе за-, висит от изменений обоих названных факторов. В этом сигнале во время токового импульса превалирует первичное поле генераторного контура, геометрическая функция от которого такаяже.как и от компланарных контуру токов в носителе, а вкладом самого носителя и изменений его состояния можно принебречь. Сигнал в компенсационном контуре, жестко укрепленном на носителе,, не зависит от Геометрических изменений. Во время импульса он также связан с первичным полем генераторного контура, а в паузе - с изменениями - контактов .в носителе, описываемыми той же функцией K(t ), которая из-за несоосностй системы и неоднородности первичного поля вxoдиt в суммарный сигнал в иной пропорции, нем для приемного контура, т.е. в общем слу чае коэффициенты сА и ft имеют произвольные значения. Представив значения формул (4-7) в (3) получают -Uu,.Ks Чt№nГVлsV s nsl vcГ лв кЛ K(t)ickU...-,V 4г(t witxc o„г 5f пз) (s) Таким образом, при отсутствии объекта поиска сигнал на выходе усилителя 20 состоит из четырех слагаемых: постоянной составляющей, изменений геометрии (независимо от контактов), изменений контактов (независимо от геометрии) и двояко-переменного слагаемого, зависящего одновременно от обоих факторов. Н зависимой регулировкой можно установитьUni .. UK К « VUns UKS В результате чего полная компенсация и измеряемый сигнал при отсутствии искомого объекта будет равен нулю, Кои пенсахшя, установленная в некотором исходном положении (например, до начала движения), в процессе движения не нарушается. При наличии объекта появляется сигнал раскоспенсации, который через выходной ключ 9 подается на накопительную емкость С; и далее на осин из входов усилителя 11 постоянного напряжения. После импульса тока отрицательной полярности повторяется аналогичный процесс с той разницей, что теперь сигнал поступает через выходной ключ 10 на накопительную емкость С и далее за второй вход усилителя 11, В результате на выходе усилителя 11 полезный сигнал удваивается, а низкочастотная помеха (период которой много больше интервал между импульсами противоположной пол5ф ности) ослабляется, ТЬчно также исключается помеха, период которой равен интервалу между Импульсами противоположной полярности. Этот ин ервал часто выбирают равным 20 МКС, с возможностью регулировки в некоторых пределах ) для исключё ния помехи пром ьшленно и частоты 50 Гц и ее гармоник. Высокочастотная помеха ослабляется за счет накопления на емкостях С, С. Сигнал раскомпенсации з;ависит от размера объекта, ег электропроводности и расстояния до него Например, над изомерным локальным объектом (в виде немагнитного Шара рад уса С и удельной проводимости Q ) сигнал раек омпенСашш .-ло )(,е где № - амплитудный множитель, казатель -(oQa) Таким образом, .изучая зависимость сйгнал рйскомпенсашш от времени зааер 7 528 ки С- можно определить показатель оС Чем больше с, тем выше запасы руды и содержание проводящего компонента (металла). Для изучения зависимости сигнала раскомпенсации от времени измерительная часть предлагаемого устройства .делается многоканальной. Элементы 1,2,3, 4,5,13,15 являются общими в многоканальном . устройстве, элементы 6,7,8,9, 10,11,16,17,18,19,20 - наращиваются по числу каналов. Каждый канал обеспечивает получение сигнала раскомпенсации на одном фиксированном времени. Регистрация данных всех каналов производится на многоканальном аналоговом япя цифровом регистратбре 12. В последнем случае регистратор включает АЦП с коммутатором каналов на его входе. Одним из достоинств устройства является возможность конструировашя любого числа независимых каналов, так, как процесс компенсации сигнала на каком-либо одном времени в одном канале не влияет на значение сигнала на каком-либо другом времени в. другом канале и т,ц, Другим достоинством устройства является его простота, поскольку в нем вместо сложной аналоговой моаепк носителя, обязанной следить за хаотическими изменениями его состояния, использован .Сим носитель, сигнал которого снимается с укрепленного на нем контура, а также возможность включения дополнительных элементов, позволяющих компенсировать изменения вихревых токов не по одной, а по двум пространственным составляющим. Для этого, как и в прототипе (см, выше) используют дополнительный генераторный контур (перпендикулярный основному). Новым является то, что между усилителем 20 и выходными ключами 9, 10 включен еще один диффере1Йщальный усилитель, к некон вертируемому входу которого подключен выход усилигёля 20, а к конвертируемому через схему, аналогичную рассмотренной - еше один компенсационный контур (перпендикулярный первому) также жестко укрепленный на носителе, В этом случае устройство несколько усложняется, но компенсация получается более глубокой, что позволяет выделить меньше сигналы и обнаружить объекты меньших размеров и электропроводности, либо объекты, залегаюише на большей глубине. С другой стороны, когда речь идёт о поисках крупных объектов, залегающих на относительно небольшой глубине, возможно осуществление упрошенного варианта устройства, в этом варианте компенсация осушествляется по одной составляющей и из устройства исключается схема умноже1шя 15, для чего достаточно замкнуть переключатель разомкнуть переключатель П (фиг. 1). В этом случае компенсация будет неполной по сравнению с устройством включающим схему умнржения, и сигнал на выходе усилителя 19 будет равен 8 па А6 м л9 S wV(t)(U,.,(t)( ,Л , .. п V 1 ) установив К - к UKI } - к -.-i . aUns AovJ s получают остаточный (нескомпенсированный) сигнал u .,r(t)(t)(14 Известно, что величины r(t) и К() не превышают 0,1. Поэтому остаточный сигнал на порядок меньше помех, связанных с изменениями геометрии или с изменениями контактов в отдельное и, т. е. с величинами иг1|Г(1) и v:)4Un,l(t) , которые полностью компенсируются как в упрощенном, так и в неупрощенном вариантах устройства. Применение устройства должно привести к повышению качества и эффективности электроразведочных работ. Исключение влияния переменного электросопротивления . контактов между агрегатами носителя позволяет резко сократить количество ложных аномалий и тем самым исключить непроизводительные затраты на их проверку наземными геофизическими и гор Н(-буровыми работами; повысить реальную чувствительность разведки и обнаруживать искомые объекты при большей глубине их залегания формулаизобретения Ч, Устройство для геоэлектроразведки, в движении, состоящее из генераторного блока, содержащего генератор импульсов тока чередующейся полярности, нагруженный генераторным контуром, измерительного блока, включающего последовательно соединенные приемный контур и предусилитель, выход которого подключен к входам двух входных ключей стробирования, выход одного из которых непосредственно, а другого - через делитель сигнала соединены с входом усилителя, которого соединен через параллельно включенные выходные ключи стробирования, нагруженные емкостными; накопителями, с входом регистратора, и схему управления, выход которой соединен с управляющими входами генератора импульсов тока, входных и выходных ключей стробировакия, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений путем компенсации сигнала помех от вихревых токов в корпусе носителя, на жес-псо укреплен приемный компенсационный контур, соединенный через блок формирования сигнала компенсации помех со вторым входом усилителя, причем схема управления подключена к управляюкомпенсации помех, а вход делителя сигнала соединен со вторым входом блока формирования сигнала компенса иш помех. 2. Устройство по п. 1,отличающее с я тем, что блок формирования сигнала комггенсации помех выполнен в виде последовательно включенных двухвходной схемы умножения и общего де лителя компенсирующего сигнала, к выходу которого подключены два ключа стробирования, к выходу одного из которых подключен делитель компенсирующего сигнала совместно с выходом второго ключа стробирования образующие выход блока, причем управляющие входы ключей стробирогвания подключены к управляющему входу блока формирования сигнала компенсации помех, один вход схемы умножения соедине и с ее входом через ключ, а другой с помощью . дополнительного ключа образует второй вход блока формирования сигнала компенсации помех, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 371545, кл. G 01 V 3/16, 1974. 2.Совершенствование методики, техники и интерпретации наблюдений методом переходных процессов в наземном и аэровариантах. Отчет МГРИ, М., фондыМГРИ, 1974, с. 16 (прототип).

L.,

.U

Фи:. i

W. (t, UK (t|

-i