Устройство для геологоразведки Советский патент 1981 года по МПК G01V3/12 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

Изобретение относится к электроразведочным устройствг1М для поиска полезных ископаемых индуктивными методами с использованием гармонически изменяющихся злектромагнитиых полей и может быть также использовано в электроизмерительной технике в качестве указателя для индикатора малых квадратурных составляющих гармонических сигналов. Известно устройство для геоэлектроразведки, используемое для измерения полуосей эллипса поляризации магнитного поля, состоящее из схем векторного преобразования, содержащей входные ортогональные магнитоприемники, предварительные усили-. тели, «квадратурный.фазовращатель и суммо-разностную схему, и дифференциального амплитудного указателя коммутационного типа, содержащего последовательно соединенные коммутатор, усилитель несущей частоты, детектор, избирательный усилитель иа пряжения частоты коммутации, синхрон выпрямитель и выходной измерительный прибор, г также генератор коммутационного напряжения, управляющий работой коммутатора и синхрюнного в прямителя , на низких частотах, С целью получения высокой точности и чувствительности измерений, добиваются дробного отношения частот сигнёшов и кo ® yтaции. Для этого генератор ко№ 1утационного напряжения, представлягаций собой делитель частоты, синхронизируют от задающего генератора рабочих частот, на которых возбуждается первичное электромагнитное поле Известно также устройство, в котором повьаиение чувствительности и точности измерений при кратных отношениях частот сигнгшов и коммутации достигается путем синхронизации делителя частоты, управляющего работой коммутатора и синхронного выпрямителя, одним из сигналов, действующим на одном из входов суммо-разностной схемы. В таком устройстве при синхронизации делителя частоты сигналом с одного входа суммо-разностной cxeiyM коммутация сравниваемых сигналов производится в моменты, когда мгновенные значения их равны по модулю, но противоположны по знаку. При синхронизации делителя частоты сигналом с другого входа суммо-разностной схемы коммутация сравниваемых сигналов производится практически в моменты ргше ства мгновенных значений сравниваемых сигналов. Последнее является очень важным свойством схемы, поско льку тогда может быть использован двухфазный детектор, состоящий из дифференциатора, двух квгшраторов сумматора, позволяющий еще повысит чувствительность и точность измере ний разности амплитуд выходных сигн лов су1имо-разностной схемы, поскол ку в этом случее на выходе диффере циатора d -импульсы отсутствуют, а это значит, что отсутствует соста ляющая погрешности измерений, обусловленная cf-импульсами f2j. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержсвдее магнитопрйемник поля в виде петли, раскладыва емой иа исследуемой поверхности в виде квадрата со стороной 50-200 м вариометр, с вторичной обмотки которого снимается опорное напряженке а первичная обмотка, включенная последовательно с генераторно1й петлей одинаковых размеров с измерительной и совмещенная с ней, подключена к генератору синусоидальных сигналов предварительные избирательные усили т.ели., квадратурный фазовращатель, суммо-разностную схему, дифференциальный амплитудиый указатель коммутационного типа, состоящий из последовательно соединенных ко1«{утатора, усилителя несущей частоты, двухфазного детектора, включающего дифференциатор, два квадратора и суютатор, избирательного усилителя напряжения частоты коммутации, син хронногю вшхрямителя и измерительного прибора, а также генератор коммутационного напряжения, выход которого подключен к управлякщим цепям кс 1мутатора и синхронного выпрямителя . В таком Устройстве измеряемая квадратурная компонента сигнала пре образуется в разность амплитуд выходных сигналов суммо-разностной схема, разность квадратов которых измеряется дифференциальным амплитудным указателем. При выравнивании модулей, входных сигналов измеряемого Ux и опорного и о для квадратичного детектора управление преобразования такой схемы имеет вид arctg - slnV-m, где квадратурная составляющая измеряемого сигнала; Ux - амплитуда измеряемого сигнала ; Ф - сдвиг фаз между измеряемым и опорным сигналом; ubuj и. Up - амплитуды выходных сигналов суммо-разностной схемы. Недостаток этого устройства состоит в том, что нестабильность фазовых характеристик элементов схемы векторного преобразования, а также временная и температурная асимметрия коэффициентов передачи каналов входного коммутатора прямо входит в погрешность измерений. При таких измерениях, если имеет место фазовая погрешность д/ схемы векторного преобразования, то ; m а г с t g- + лЧЕ. S i п (ЧЧ-дЧ). Фазовая погрешность cxei векторного преобразования прямо входит в погрешность измерения и является одним из основных ограничений порога чувствительности измерительного устройства. Аналогичная ситуация и с асимметрией коэффициентов передачи каналов коммутатора дифференциального указателя. Если коэффициент передачи одного канала коммутатора К, а другого Kd+ifK), где ($ , а д К - абсолютная разность (асимметрия) коэффициентов передачи каналов, то измеряемую величину m можно выразить как (i4ffK)ua-Up ) (1+ круа+иа (.)V-Up и.и Если и и. :.е. асимметрия коэффициентов пере(ачи каналов коммутатора прямо вхо;ит как погрешность измерений. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измере ий. Поставленная цель достигаетЬя рем, что в устройство, содержащее генератор синусоидальных сигналов ; генераторной петлей, вариометр с первичной и вторичной обмотками, лервая из которых соединена с генераторной петлей, измерительную петлю, совмещенную с генератор- . ной петлей, первый избирательный усилитель, соединенный входом .через измерительную петлю с выходом вторичной обмотки вариометра, второй избирательный усилитель, квадратурный фазовращатель, последовательно соединенные усилитель несущей частоты, детектор, состоящий из дифференциатора, двух квадраторов и сумматора, избирательный усилитель частоты коммутации, синхронный выпрямитель и измерительный прибор, а также триггерный делитель частоты, выход которого подключен к управляющим входам коммутатора и си хронного выпрямителя, введены инве тор и второй сумматор, причем вход инвертора подключен к выходу первого избирательного усилителя и к од ному из входов коммутатора, а выход к второму входу коммутатора, один из входов второго сумматора соединен с выходом квадратурного фазовра щателя, второй вход этого сумматора соединен с выходом ко утатора, а выход - с входом усилителя несдачей частоты, вход триггерного делителя частоты подключен к выходу второго избирательного усилителя, при этом измерительная петля и вторичная обмотка вариометра включены встречно. На иг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2-4-- вектор ные диаграмчн положения векторов опорного напряжения, скомпенсированного, разностного и суммарного си гналов, в зависимости от периода коммутации. Устройство содержит генератор 1 синусоидальных сигналов, генераторную петлю 2, вариометр 3, первичная обмотка которого последовательно соединена с генераторной петлей 2, измерительную петлю 4, соединенную встречно последовательно одним концом с корпусом вторичной обмотки вариометра 3, избирательный усилитель 5, вход которого соединен с выходным концом измерительной петли 4, а выход - с инвертором 6, избирательный усилитель 7, вход которого подключен к точке соединения концов вторичной обмотки вариометра- 3 и измерительной петли 4, квадратурный фазовращатель 8, вход которого подключен к выходу избирательного усилителя 7, а выход - к первому входу сумматора 9, KONO yтатор 10,входы которого подключены соответственно ко входу и выходу инвертора б, а выход - ко второму входу сумматора 9, и последовательйо соединенные усилитель 11 несущей, вход которого подключен к выходу сумматора 9, двухфазный детектор, состоящий из дифференциатора 12, квадраторов 13 и 14 и сумматора 15, избирательный усилитель 16 огибающей, синхронный выпрямитель 17 и измерительный прибор 18, а также триггерный делитель 19 частоты, выход которого подключен к управля;ющим цепям коммутатора 10 и синхрон ного выпрямителя 17, а вход - к вЫ ходу избирательного усилителя 7. Устройство работает следующим образом. Генератор 1 синусоидальных сигналов питает последовательно соёдиненные генераторн5гю петлю 2 и первичную обмотку вариометра 3 током заданной частоты, который создает первичное магнитное поле. Наводимый на вторичной обмотке вариометра 3 сигнал представляет собой сигнал только от первичного магнитного поля. Принимаемый измерительной петлей 4 сигнал представляет, сумму сигналов первичного магнитного поля и вторичного поля вихревых токов, возникающих в проводящих неоднородностях. Сигнал вторичной обмотки вариометра 3 подается на избирательный усилитель 7, а затем через квадратурный .фазовращатель 8 - на первый вход сумматора 9. Сигнал со встречно последовательно включенных вторичной обмотки вариометра 3 и измерительной петли 4 о частично компенсированной синфазной составляющей подается на вход избирательного усилителя 5, ас его выхода - на инвертор 6. Входной и выходной сигналы инвертора 6 периодически коммутируются коммутатором 10, образуя на его выходе балансно-модулированный сигнал. Выходной сигнал коммутатора «подается на второй вход сумматора 9, в результате чего на его выходе в первый полупериод коммутации образуется cyNB4a, а во второй разность входных сигналов. Коэффициент амплитудной модуляции выХОДНО1ЧЭ сигнала сумматора, измеряе1 б й в дальнейшем с помсяцью усилителя 11 , дифференциатора 12 j квадраторов 13 и 14, суъ 1атора 15, избирательного усилителя 16 отстакадей, синхронного выпрямителя 17 и измерительного прибора 18, пропорционален измеряемой квадратурной составляющей сигнала измерительной петли 4. Напряжение управления коммутатором 10 и синхронным выпрямителем 17 вырабатывается триггерным делителем 19 частоты,который запускается выходным сигналом избир ательного усилителя 7. Работа устройства основана на выравнивании амплитуд напряжений измерительной петли и вторичной обмотки вариометра. Последовательно встречное включение.напряжений вторичной обмотки вариометра и измерительной петли позволяет произвести компенсацию синфазной составляющей. Пусть эта компенсация уменьшает амплитуду измеряемого сигнала в (1 раз. Тогда в этом смтучае измеряемая величина m может быть представлена следующим выражением fsInCarctg cf). где еилплитуда синфазной составляющей нескомпенсированной части сигнала. J В этом случае угол arctg приблизительно в (i раз больше угла arctg- . Поэтому влияние фазовой нестаби ьности ДМ схемы векторного преобразования снижается тоже в ft раз. Снижение влияния временной и тем пературной асимметрии коэффициентов передач каналов коммутатора на погрешность измерений достигается тем, что компенсированный сигнал - подают на инвертор, на его выход получают сигнал -jf а затем противофазные сигналы- и % подают на соответствующие входы коммутатор и получают на его выходе периодкчес ки инвертированный сигнал, который подают на одий вход сумматора, а на второй вход сумматора поступает опо ный сигнал. При этом величина m для выходного сигнала сумматора равна KCi.u,- ( о) a. ..f.(Kf-H//- -Учитывая, что Uy U,, , получаем ft Таким образом, влияние асимметри (К коэффициентов передачи каналов Koi eviyTaTopa на погрешность измерени уменьшается в -& раз. Наличие в устройстве двухфазного детектора с дифференциатором требует, чтобы для исключения cf -импульсов в дифференциаторе мгновенные значения выходных сигналов сумматора для разных полупериодов коммутации были равны между собой в момент коммутации. Так как на одном входе схемы, фо мируюдей суммарный и разностный сиг налы (в данном случае она состоит из инвертора, коммутатора и сумматора) , действует компенсированный сигнал -4 малого уровня с иаложенны ми на него помехами, то синхронизировать им триггерный делитель частоты (ТДЧ) невозможно. Однако можно синхронизировать ТДЧ опорным сиг налом UQ с другого входа схема. Рассмотрим векторную диаграмму, где UQ - опорное напряжение, к пенсированный cигнJ л; UQ - сигнал UQ, повернутый на- ; U, и Up - су марный и разностный сигналы в разные полупериоды коммутации. Если ТДЧ синхронизировать сигналом и|) , то коммутация соответствует моментам, когда . На векторной диаграмме этому соответствует положение вектора U, на оси абсцисс. В этот момент мгновенные значения сигналов i и Up, определяемые прое циями векторов Uc и Up на ось ординат, определяется из равенства .e. в выходном сигнале сум матора в момент коммутации будет скачок от значения 11 до значения -Upn При дифференцировании такого . сигнала возникают f -импульсы, что вносит погрешность в измерения. Аналогична ситуация, если квадратурный фазовращатель поставить в измерительном канале. Этому случаю соответствует векторная диаграмма, где сигнал- - образован из сигнала- при помощи квадратурного фазовра11ателя. Если синхронизировать ТДЧ сигналом DO, то коммутация происходит в момент, когда вектор Уд займет положение на оси абсцисс, т.е. когда картинка на фиг. 3 поворачивается на- . В момент коммутации мгновенные значения сигналов U, и Up,, определяемые как проекции этих векторов на ось ординат, также равны.по модулю и противоположны по знаку, т.е. , Исключение т -импульсов, а соответственно, и погрешностей от них, в предлагаемом устройстве достигается тем, что вход триггерного делителя частоты подключается ко входу квадратурного фазовращателя, установленного в опорном канале. В этом случае ТДЧ синхронизируется сигналом UQ. Момент коммутации соответствует моменту, когда вектор Up займ,ет положение на оси абсцисс, т.е. когда картинка повернется на . В этот мЪмент проекции векторов и.и Up на ось ординат близки к максимальному (амплитудному) значениям и различаются мало, если мала величина измеряемой квадратурной компоненты (порядка ) . Далее, так как производная от этих сигналов в момент достижения.ими амплитудных значений близка к нулю, то при дифференцировании выходного сигнала сумматора д -импульсы не возникают. Таким образом, введение в устройство инвертора, сумматора, квадратурного фазовра1чателя и включение измерительнойпетли встречно последовательно со вторичной обмоткой вариометра позволяет значительно уменьшить влияние нестабильностей фазовых характеристик элементов схе1 а векторного преобразования, .температурной и временной асимметрии коэффициентов передач коммутатора на точность измерений и обеспечить измерения квадратурной составляющей сигнала в нижней области низкочастотного диапазона с повышенными точностью и чувствительностью. Формула изобретения Устройство для геоэлектроразвёдки, содержащее генератор синусоидальных сигналов с генераторной петлей, вариометр с первичной и вторичной обмотками, первая из которых соединена с генераторной петлей, измери гельную петлю, совмещенную с генераторной петлей, порвый избирательный усилитель, соединенный входом через измерительную петлю с выходом вторичной обмотки вариометра, второй избирательный усилитель, квгщратурный фазовращатель, последовательно соединенные усилитель несуцей частоты, детектор, состоящий из дифференциатора, двух квадраторов и сумматора, избирательный усилител частоты коммутации, синхронный выпрямитель, измерительный прибор н триггерный делитель частоты, выход которого подключен к управляющим входам коммутатора и синхронного выпрямителя, отличайте ёс я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, в него введены инвертор и второй сумматор, причем вход инвертора подключен к выходу первого избирательного усилителя и к одному из входов коммутатора, а выход - к

второму входу коммутатора, один из входов второго сумматора соединен с выходом квадратурного фазовращателя, второй вход этого сумматора соединен с выходом коммутатора, а выход - с входом усилителя несущей 5 .частоты, вход триггерного делителя :Частоты подключен к выходу второiro избирательного усилителя, при этом измерятельная петля и вторичная обмотка вариометра включены встречно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5 661473, кл. G 01 V 3/06, 1976.

Фиг.2

Фиг.З

Фиг.