Измерительное устройство для геоэлектроразведки Советский патент 1981 года по МПК G01V3/06 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

Изобретение относится к геоэлектроразведке и предназначено для пои с-ка поляризующихся объектов методом :вызванной поляризации на переменном токе низкой частоты. Известны измерительные устройства для геоэлектроразведки, позволяющие производить амплитудные и фазовые измерения методом поляризации на пер менном токе низкой частоты, содержа щие избирательные усилители, частота настройки которых совпадает с частотой первой или высших гармоник прини маемого сигнала. Для работы данных измерительных устройств необходимы . калибровочные или компенсационные устройства О. . ( Недостатком измерительных устройст содержащих компенсаторы, является их низкая производительность. Общий недостаток измерительных устройств, содержащих избирательные усилители - невозможность получения информации (амплитуды гармоник, фазы и т.д.) в течение одного периода при нимаемого сигнала из-за наличия переходных процессов, происходящих в избирательных усилителях при амплитудно-фазовых измерениях. Длительность переходного процесса определяется добротностью и частотой настройки избирательного усилителя и может быть приближено определена по уровням 0,1 - 0,9 Ufn из выражения 0,7 Q амплитуда установившегося напряжения на выходе избирательного усилителя ut - длительность переходного процесса; Q - добротность избирательного усилителя fo - резонансная частота избирательного усилителя. Если учесть, что добротность избирательных усилителей выбирается равной десяти и более, а современные измерительные устройства для геоэлект; роразведки работают на частотах до 0,001 Гц, то время установления сигнала может бать весьма велико. Снижение добротности избирательных усилителей с целью уменьшения длительности переходного процесса приводит к уменьшению точности амплитудно-фазовых. изм зрекий, вследствие проникновения в полосу, избирательного усилителя побочных гармоник и помех. Кроме того в данных устройствах необходимо осуществлять калибровку измерительного канала перед каждым измерением, что приводит к снижению производительности измерений. Наиболее близким к предлагаемому .является измерительное устройство, со держащее ;входной блок, измерительные усилители, формирователи, фазометр и калибратор. Параметры измеряемого сигнала (амплитуда первой гармоники, фазовые сдвиги между гармониками) опрег.еляются в результате двух измерений: калибровки, при которой на входное у строй ствсэ подается сигнал с известными параметрами, и измерения Г2 . Недостатки измерительного устройства - длительное время измерений на (НИЗКИХ частотах, обусловленное переходными процессами в избирательных усилителях, необходимость калибровки измерительного канала, слс жность осу ществления многочастотных измерений, с помощью которых возможно отделе;ние эффекта вызванной поляризации от влияния индукции. Целью настоящего изобретения является повышение производительности труда и точности амплитудно-фазовых измерений. Поставленная цель достигается тем что в измерительное устройство для геоэлектроразведки, содержащее входной блок и амплитудно-фазовый измеритель, включающий последовательно соединенные избирательный усилитель, формирователь и фазометр между выходом входного блока и входом амплитуд но-фазового измерителя последователь но включен блок цифрово О преобразования и цифроаналоговый преобразователь , причем два управляющих выхода блока цифрового преобразователя подключены к двум входам фазометра,оди из которых соединен с управляющим входом цифроаналогового преобразова теля . Блок цифрового преобразователя с держит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, пе вую группу ключей, блок памяти, вто рую группу ключей, а также генерато тактовых импу льсов, выход которого через две цепи, первая из которых содержит последовательно включенные счетчик и де1Ш1фратор, а вторая - де литель частоты, счетчик и дешифрато соединен соответственно с управляющими входами аналого-цифрового прео разователя и первой группы ключей, управляющими входами второй группы ключей, при 5том дешифратор второй цепи подключай .также к управляющему входу делителя частоты и двум управ лякяцим выходам блока цифрового преобразователя. На чертеже представлена структур ная схема устройства. Устройство содержит входной блок , амплитудно-фазовый измеритель 2, v одержащий избирательный усилитель 3, ыход которого соединен со входом ормирователя 4, фазометр 5, блок 6 цифрового преобразования, содержащий аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, первую группу ключей 8, блок 9 памяти, вторую группу ключей 10, первый счетчик 11, второй счетчик 12, первый дешифратор 13, второй дешифратор 14, делитель 15 частоты, генератор 16 тактовых импульсов (ГТИ), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 17. Первый вход АЦП подключен к выходу входного блока, выход АЦП соединен со входами первой группы ключей, а второй вход АЦП - с выходом первого дешифратора, остальные выходы которого подключены к управляющим входам пбрвой группы ключей, выход которых объединены со входами блока памяти, выходы блока памяти подключены ко входам первой группы ключейj выход которых соединен со входом АЦП, а управляюЩие входа соединены с выходами второго -дешифратора, один из оставшихся выходов которого подключен к управляющему входу ЦАП и второму входу фазометра, а другой выход - к управляющим входам фазометра И двлителя частоты, вход делителя частоты объединен с выходом генератора тактовых импульсов и выходом второго счетчика. исходы первого счетчика соединены со входами первого Дешифратора, выход делителя частоты подключен ко входу второго счетчика, выходы которого соединены со входами второго дешифратора, кроме того, выход ЦАП подключен ко входу избирательного усилителя. Входной блок 1 может содержать широкополосный аттенюатор и предусилитеть, служащие для нормирования входного сигнала. Фазометр 5 измеряет интервалы . длительность которых.соотватствует разности между момантами парахода чараз ноль первой и третьей,парной и пя,той, первой и п-й гармоникс1ми, обрабатываат данныа враменныа интарвалы по опредаланному алгрритму.с цалью получения на табло информации, характеризующей параметр вызванной поля- ризации. Схемы АЦП 7, блок памяти 9, ЦАП 17 счетчиков 11 и 12, даши аторов 13 и 14, делителя частоты 15, ГТИ -16, первой, и второй группы ключай 8 и 10 выполняют извастшла функции и строятся на основа типовых элемантов. Устройство работаат сладукхцим образом. Измаряамый сигнал, пронормированный входным блоком 1, поступаат в АЦП 7, который за период входного сигнала частотой f прсжзводит т преобразований напряжения с выхода входного устройства 1 в кодовые слова. Шаг квантования задается импульсами,пост пающими с выхода первого дешифратора 13 на второй вход АЦП 7. С помощью первой группы ключей 8, управляемых первым дешифратором 13, кодовые слова записываются в m ячеек блока памяти 9, Ключи второй группы 10, упра ляем11е вторым дешифратором 14, после довательно включают ячейки блока 9 памяти к. ЦАП 17, который вырабатывает аналоговый сигнал, соответствующи цифровому коду. Частота преобразования код-аналог (считывания) беретс в К раз выше частоты преобразования аналог-код (записи), чем обеспечивается линейное преобразование спект ра входного сигнала в более высокочастотный, причем амплитудно-фазовые соотнодения между гармони кгили преобразованного сигнала соответствуют гшплитудио-фазовым соотнесениям межд гармониками входного сигнала с точностью, определяемой дискретностью преобразования. С выхода ЦАП 17 сигнал поступает на избирательный усилитель 3, настроенный на частоту . f S f . к, который за время t ::выделит первую гармонику преобразованного сигнала. Целое число t показывает сколько раз необходимо повторить операцию считывания запомненного сигнала до момента полного устано ления переходного процесса в избирательном усилителе 3. Если произвести циклическое считывание запомненного сигнала с частотой - , то избирательный усилитель выделит третью гар монику данного преобразованного сигн ла, причем частота данной третьей гармоники будет равна частоте первой гармоники сигнала, преобразованного с частотой fx., т.е. одновременно с выделением гармоник, изменением част тоты преобразования производится при ведение гармоник к одной частоте, что необходимо при фазовых измерениях. Для выделения 5, 7, ...,п гармоник частота считывания берется соответственно равной , - , уг С выхода избирательного усилителя 3гармонический сигнал подается на вход формировател-я 4, который вырабатывает импульсы, передний фронт которых формируется в момент перехода напряжения выделенного сигнала через нуль. Сигнал с выхода формирователя 4поступает на первый вход фазометра 5, на второй вход поступают импульсы с выхода второго дешифратора 14, соответствующие по времени начгшу считывания запомненного сигнала. В режиме многочастотных из мерений после прохождения и запоминания первого периода входного сигнала начинаются одновременно процессы записи и измерения параметров входного сигнала. Измерение начинает1СЯ циклическим считыванием запомненного сигнала с частотой f, За каждый период считывания фазометр 5 измеряет временной интервал, пропорциональный начальному фазовому сдвигу первой гармоники, причем начало временного интервала определяется моментом прихода импульса jc выхода второго дешифратора 14, а.окончание моментом прихода импульса с выхода формиро вателя 4. Через время trJt- на управляющие входы делителя частоты 15 и фазометра 5 приходит импульс с выхода дешифратора 14, при воздействии которого коэффициент деления делителя 15 частоты увеличивается в 3 раза, следовательно, частота считывания становится равной - . Под действием импульса, приходящего на управляющий вход фазометра 5, производится запоминание измеренного интервала времени и подготовка фазометра 5 к следующему циклу измерений. При-частоте считывания - за время ir -фазометр измеряет интервал времени, пропорциональный фазовому : сдвигу третьей гармоники. С приходом импульса с выхода второго дешифратора 14 на управляющие входы фазометра 5 и делителя частоты 15 происходит запоминание измеренного интервала времени, частота считывания становится равной - ,фазометр подготавливается к измерениям временного интервала, пропорционального начальному фазовому сдвигу пятой гармоники входного сигнала. Измерение интервалов времени, соответствующих начальным фазам 7, ..., п гармоник, производЛся аналогично. После окончания измерений начального Фазового сдвига п-ой гармоники фазометр 5 определяет фазовые сдвиги между первой и третьей, первой и пятой, первой и п-ой гармониками как разность между интервалами времени, пропорциональными начальной фазе первой гармоники и интервалами времени, пропорциональными начальным фазам 5, 7,..., п гармоник. Полученные сдвиги фаз Обрабатываются по определенному алгоритму с цепью получения на табло информации,характеризующей параметр вызванной поляризации. Генератор 16 тактовых импульсов, первый и второй счетчики 11 и 12 служат для управения работой дешифраторов 13 и 14. Пример. Предположим, что ля трехчастотных измерений частота входного сигнала f 0,01 Гц, число преобразований ш 100, частота настройки избирательного усилителя fy 10 кГц, Примем 1 50, что оответствует добротности избирателього усилителя, равноГ: 50. Общее ремя измерения предлагаемым устройтвам составит г . , -е 1. , 50 ° т: отот-з -ш 100 с + 0,015 с 100,015 с, т.е. практически, время измерений на данной частоте определяется лишь периодом входного сигнала. Для выполнения измерений известным устройством даже при добротности избирательных усилителей не более 10 требуется не менее 10 периодов на выполнение операции Измерение и столько же на Калибровку, т.е. всего 20 периодов, что на дастоте 0,01 Гц составляет 2000 с. В предлагаемом устройстве осущест вляется, ттреобразование спертра часто входного сигнала в более высокочастотный, что позволяет определить необходимые параметры сигнала (амплитуды гармоник, фазовые сдвиги и т.д не только за более короткое время, а, практически, сразу же после прохо дения певвого периода входного сигн ла, но с более высокой точностью, которая достигается увеличением доб ротности избирательного усилителя. Увеличение добротности избирательно го усилителя, работаклцего на более высокой частоте, чем частота входного сигнала, по существу, не приво дит к увеличению времени измерений. Кроме того, изменяя частоту преобра зованного сигнала, можно выделить одним избирательным усилителем, настроенным на одну фиксированную час тоту, любую гармонику, чем и достигается возможность многочастотных измерений, а также исключается необ ходимость калибровки измерительного канала перед каждым измерением. Формула изобретения 1. Измерительное устройство для геоэлектроразведки, содержащее вход ной блок и амплитудно-фазовый измеTfПитель, включающий последовательно соединенные избирательный усилитель, формирователь и фазометр, о т Л и ч -а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности труда и точности измерений между выходом входного блока и входом амплитуднофазового измерителя последовательно включен блок цифрового преобразования и цифро-аналоговый преобразователь, причем два управляющих выхода блока цифрового преобразования подключены к двум входам фазометра,один из которых соединен с управляющим входом цифро-аналогового преобразователя. 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок цифрового преобразования содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, первую группу ключей, блок памяти, вторую группу ключей, а также генератор тактовых импульсов, выход которого через две цепи, первая из которых содержит последовательно включенные счетчик и дешифратор, а вторая - делитель частоты, счетчик и дешифратор, соединен соответственно с управляющими входами аналогоцифрового преобразователя и первой группы ключей и управляющими входами второй группы ключей, при %том дешифратор второй цепи подключен также к управлякяцему входу делителя частоты и двум управляющим выходам блока цифрового преобразования. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 327428, кл. G 01 V 3/10, 1971. 2.Куликов А.В. и др. фазовые из-, мерения в методе ВП на переменном токе.Алма Ата 1975, с. 55 - 79 (прототип).