Аналоговое счетно-решающее устройство каротажного гамма- спектрометра Советский патент 1980 года по МПК G01R33/12 G01V5/02 

(54) АНАЛОГОВОЕ СЧЕТНО-РЕШЛОТЩЕ УСТРОЙСТВО КАРОТАЖНОГО Изобретение относится к радиомет рической аппаратуре для раздельного определения концентрации естественных радиоактивных элементов на мест залегания и может быть использовано в геологоразведочных организациях в составе каротажных гамма-спектрометров с тремя независимыми дифференциальными каналами. Известно ансшоговое счетно-решаю -щее устройство для раздельного определения концентрации урана, тория и калия в геологических формациях. Устройство входит в состав спектрометра гамма-излучения с пятью измерительными дифференциальными ка налами со смежными энергетическими окнами и включено на выходе интегра торов дифференциальных каналов. Его действие состоит в алгебраическом сложении постоянных токов, поступаю иих от интеграторов, и выдаче сигналов являющихся аналогами концентраций U.Th.K и общего счета импульсов flj . Однако точность определения концентрации их недостаточна. ГАММА-СПЕКТРОМЕТРА Известное аналоговое счетно-решаю |дее устройство для определения кон- ; центрации урана, тория и калия входит в состав каротажного гамма-спектрометра, включающего скважинный прибор и три независимых измерительных дифференциальных кангша |j2 . Каждый из измерительных каналов содержит дифференциальный дискриминатор, настроенный на выделение импульсов, соответствующей амплитуды, и измеритель скорости счета, В состав счетнорешающего устройства входят буферные усилители и выходные каскады, предназначенные для алгебраического суммирования выходных напряжений измерителей скоростей счета, построенные на операционных усилителях. На вход каждого из буферных усилителей подается сигнал постоянного тока напряжением (тт1, 2 или 3 - номер дифференциального канала) от соответствующего измерителя скорости счета, пропорциональный средней частоте нмпульсов N в дифференциальном канале. Выходные каскады через систему резисторов подключены к буферным усилителям таким образом, что сигнал постоянного тока на их выходе и„ явяется аналогом концентрации п-го

радиоактивного элемента за счет автоматического решения уравнений

-1 - i a. - . , )

L и,,.- R; из , - (2)

X | - RA я,(3)

где .,Яд - коэффициенты, учитывающие доли излу.чеиия сопутзтвукщих: радиоактивных элементов в дифференциальном KaHajie, настроенном на энергетическую линию гамма-спектра основного элемента.

Однако в известном устройстве не предусмотрено.изменение диапазонов измерения концентраций радиоактивных элементов, поэтому для малых концентраций погрешность получае «их данных оказывается недопустимо высокой э.а счет неточности аналоговых индикаторных устройств, при больших - становится невозможным в связи с зашкаливанием индикаторов.

Использование индивидуальных частотно-тсковых преобразователей в каждом дифференциальном кана/1е не позволяет производить независимое переключение диапазонов. Поэтому при повышенной концентрации одного из радиоактивных элементов точная регистрация других элементов становится невозможной . ,

В известном устройстве не предусмотрено изменение постоя «юй времени счетно-решающей схешл-, Это обуславливает большую статистическую погрешность регистрации кларковых концентраций радиоактивных элементоа и низкую производительность каротажных работ при высоких концентрациях.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Это достигается тем, что в устройстве, содержащем п нормализаторов импульсов, п частотно-токовых пре образователей и суг гматоры, выполненные на интегрирующих контурах и oneрационных усилителях, -входы частотнотоковых преобразователей подключены к выходам соответствующих нормализаторов импульсов,а их выходы к входам соответствующих сумматоров, при этом входы соответствующих нормализаторов импульсов объединены между собой.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства,

Устройство включает в себя счетные триггеры 1,1+1,7 в микросхемном исполнении, которые совместно с транSHCTOpaMii 2.1-2,7 и переменными рези торами 3.1-3.7 образуют нормализаторы амплитуды импульсов дифференциаль ных дискриминаторов, дозиру1сжше конденсаторы 4,1-4.7 и набор полупровод пиковых диодов, образующие частотнотоковые преобразователя, а также ин тегриру схдие контуры, включенные межд инвертирующими входами к выxoдa a оп рационных усилителей 5,6,7 и состоя адие из конденсаторов 8-10 и резисто7

ров 11.1-11.5, 12,1-12.5 и 13.1-13,5 Выбор необходимого резистора осуществляют переключатели 14-16 диапазона.

Триггер 1,1 подключен к выходу первого дифференциального дискриминатора, настроенного на энергию гаммаквантов в Области 1,46 мэВ (линия изотопа 40 К/, триггеры 1,2,1,4 и 1,7 - к выходу второго дискриминатор настроенного на энегрию в области 1,75 мэВ/линия семейства U), триггеры 1,3,1,5 и 1,6 - к выходу третьего дискриминатора, настроенного на энергию в области 2,62 мэВ (линия семейства Th), Первый интегрирующий контур (конденсатор 8 и один из резисторов 11.1-11,5) через систему диодов , дозиру СЯ1у1е конденсаторы 4,14,3, переменные резисторы 3,1-3.3 и соответствующие нормализаторы амплитуд импульсов соединен с выходами трех дифференциальных дискриминаторов , причем диоды включены таким образом, что импульсы на конденсатор 8 подаются от первого и третьего дис5 риминатЬров в отрицательной полярности, а от второго - в положительной. Второй интегрирукнций контур (конденсатор 9 и один из резисторов 12.1-12,5) аналогичным образом подключен к выходам двух дифференцигшьных дискриг/мнаторов (второго и третьего) , Импульсы от второго дискриглинатораподаются на конденсатор 9 в отрицательной полярности, а от трегьегй - в положительной. Включение третьего интегрирующего контура (конденсатор 10 и один из резисторов 13,1-13.5) такое же, как второго, с той лишь разницей, что за счет соотвзтствукхдего соединения диодов импульсы от третьего дискриминатора поступают в контур в отрицательной полярности t а от второго - в положительной.

Устройство работает следующим образом,

В калиевом счетно-решающем канале электрические импульсы от первого второго и третьего дифференциальных дискриминаторов с частотами N , N и Njj соответственно поступают на триггеры 1.1-1.3, которые преобразуют ИХ в сигналь, типа квадратной волны. Транзисторы 2.1-2.3 на выходе триггеров работают в ключевом режиме, что позволяет стабилизировать амплитуду сигналов.

Отформированные сигналы снимаются с движков переменных резисторов 3.1-3.3 и через дозирующие конденсатры 4,1-4.3 и систему диодов подаются на интегрирукяций контур, причем импульсы от первого и третьего дискриминаторов (17 и 19) приносят на конденсатор 8 отрицательные заряды, а импульсы от второго дискриминатора (18) - положительные. В установившемся режиме напряжение на выходе

усилителя 5 определяется средним значением частот импульсов 17,18, 19, количеством электричества, передаваемом каждым импульсом в интегрирукиций контур, и сопротинлеиием резистора утечки, выбранного из числа 11,1-11,5 переключателем 14.

Количество электричества, передаваемое импульсами в интегриру1эдий контур, зависит от емкости дозирующих конденсаторов 4.1-4.3 и плавно регулируется резисторами 3.1-3.3 в процессе настройки схемы. В результате напряжение на выходе канала оказывается аналогом концентрации в породах и рудах, окружающих детектор излучения.

Резистор утечки 11.1 имеет г шксимальное сопротивление, поэтому при включении переключателя 14 в верхнее по схеме положение счетно-решающий кансит имеет максимальную чувствительность и ширина диапазона . При изменении положения переключателя 14 ширина диапазона возрастает во столько раз, во сколько сопротивление, резистора, подключенного к конденсатору 8 меньше, чем сопротивление резистора 11.1. Одновременно с изменением диапазонов автоматически из teняeтcя постоянная времени интегрирующегчэ контура, каждый раз приобретая оптимальное значение. . . Переключение диапазонов в калиево канале происходит независимо и не влияет на параметры других счетнорешающих каналов. Урановый и ториевый счетно-решающие каналы работают аналогично калие вому каналу с той лишь разницей, что в интегрирующие контуры поступают тол ко импульсы от второго и третьего диф ференциальных дискриминаторов 18 и 19 со средней частотой и соответствующей полярностью. Настройка каналов осуществляется резисторами 3,4-3,7 таким образом, что напряжение на выходе усилителей б и 7 оказывается аналогом концентрации V и Th в горных породах. Переключение диапазонов в постоянных времени производится переключателями 15 и 16 также,как в калиевом канале. использование предлагаемого аналогово счетно-решающего устройства в составе каротажного гамма-спектрометра дает возможность осуществлять непрерывную запись на диаграммной ленте как кларковых, так и рудных концентраций радиоактивных элементов в процессе гамма-спектрального каротажа скважин, повысит производительность работ и позволит довести точность получаемых результатов до уровня требований, предъявляемых к лабораторному анализу порошковых проб на U.Th и К .

ПовЕиение производительности труда определяется следующим. Для поoлучения высококачественных результатов каротажа необходимо соблюдение условий Vf 150 с.м/ч, где V скорость каротажа, м/ч; t -постоянная времени регистратора, с. Как показы5вают расчеты, подтвер эденные опытом работ, для рудных интервалов значение С может быть уменьшено в 8-10 раз по сравнению с безрудными. Поэтому для интервалов с высокой ргщиоактив-,

0 ностью скорость каротажа и соответственно производительность работ может быть пошйиена в 8-10 раз по сравнению с устройством-прототипом, настроенным на исследование пород с низкой радиоактивностью.

5

По сравнению с каротажным спектометром без счетно-ретиакйцего устройства предлагаемое изобретение позволит сократить затраты времени на обработку диaгpaм шык лент в 5 и более

0 раз. Формула изобретения Аналоговое счетно-решающее устройство каротажного гамма-спектролютра, содержшцее о нормализаторов импульсов, п частотно-токовых преобразователей, сумматоры выполнены ма интегрирующих контурах и операционных усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, входы частотно-токовых .преобразователей подключены к выходам соответствукадих , нормализаторов импульсов, а их выходы - к входам соответствующих сумматоров, при этом входы соответствующих нормализаторов импульсов объединены между собой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Патент США 3976878, кл, 2SO-253, 1976. 2.Патент СШЛ 3940610, кл, 250-253, 1976 (прототип).