Устройство для измерения фазовых углов вызванной поляризации Советский патент 1981 года по МПК G01R25/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ УГЛОВ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

1

Изобретение относится к импульсной технике и злектроизмерениям и может быть применено для измерения фазовых углов вызванной поляризации (ВП) при геоэлектроразведке.

Известно устройство для измерения фазовых углов вызванной поляризации, -содержащее датчик сигнала, сумматор, блок -усиления и фильтрации сигнала, содержащий избирательные ; усилители первой и второй частоты, дифференциальный вольтметр и канал передачи опорного сигнала от генераторного устройства LIJ.

Недостатком устройства является низкая точность измерений при наличии помех, обусловленная тем, что в этом устройстве требуется возбуждать в земле поле токами одновременно двух частот, в виду чего энергия полезного сигнала перераспределяется пополам между составляющими двух частот. Поэтому увеличение точности измерений связано с необходимостью

резкого повьшения энергозатрат. Кроме того, в ЭТОМ устройстве обязательно необходим канал передачи опорг ного сигнала от генератора к измерителю сигналов.

Известно также устройство для измерения фазового угла вызванной поляризации, содержащее последовательно соединенные приемный датчик сигналов, . сумматор, блок усиления и фильтрации

to сигналов, измеритель амплитуды и блок управления, а также высокочастотный задающий генератор, выход которого соединен с последовательно соединенными основным и группой промежуточ15ных делителей частоты, а также фазометр, к одному из входов которого подключен выход блока усиления и фильтрации сигналов, а к второму входу выход последнего промежуточного дели20теля частоты 2j.

Недостатком устройства является то, что фазовый угол ВП непосредственно не измеряется, а вычисляется

с исключением результатов двухкратных измерений на двух частотах, что связано с значительным снижением определения фазового yvha ВП.

Цель изобретения - повьшение точности измерений.

Эта цель достигается- тем, что устройство для измерения фазовых углов вызванной поляризации, содержащее последовательно соединенные приемный датчик сигналов, сумматор, блок усиления и фильтрации сигналов, измеритель амплитуды и блок управления, а также высокочастотный задающий генератор, выход которого Соединен с основным делителем частоты, и группу промежуточньпс делителей частоты, снабжено управляемыми ключами и триггерами по числу промежуточных делителей частоты, дополнительным и вспомогательным делителями частоты, Делите-j лем напряжения, распределителем импульсов, блоком запуска, дополнительным триггером, вспомогательным ключом и элементом совпадения, причем первый и второй входы каждого ключа подсоединены к вькодам предыдущего делителя частоты, а выход - к входу последующего промежуточного делителя частоты, входы управления ключей соединены с выходами триггеров, первые входы триггеров соединены соответственно с выходами блока управления, а вторые присоединены к выходу блока запуска, выход последнего промежуточного делителя частоты подсоединен через последовательно соединенные дополнительный и вспомогательный делители частоты, выход которого подсоединен к первому входу элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом дополнительного триггера, а выход - со входом распределителя импульсов, один из входов дополнительного триггера соединен с выходом распределителя импульсов, а второй - с выходом блока запуска, выходы разрядов распределителя импульсов соединены с соответствующими входами блока управления, вторые выходы последнего промежуточного и дополнительного делителей частоты соединены с двумя входами вспомогательного ключа, выход которого подсоединен к блоку управления и через делитель напряжения к сумматору, а вход управления делителя напряжения соединен с блоком управления.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 сигналов, сумматор 2, блок усиления и фильтрации сигналов, измеритель 4 амплитуды сигналов, высокочастотный задающий генератор 5, основной делитель 6 частоты, ключи 7, промежуточные делители 8 частоты, дополнительный делитель 9 частоты, вспомогательный делитель 10 частоты, вспомогательный ключ 11, триггеры 12, блок 13 управления, распределитель 14 импульсов, делитель 15 напряжения дополнительный триггер 16, элемент 17 совпадения и блок 18 запуска.

Устройство работает следующим образом.

В точках, где необходимо измерить фазовый угол вызванной поляризации, сигнал принимается с помощью датчика 1 сигнала и через сумматор 2 подается на блок 3 усиления и фильтрации

5 сигналов и измеритель 4 амплитуды. Величина амплитуды выходного сигнала измерителя 4 фиксируется или запоминается в блоке 13 управления. На выходе последнего промежуточного делителя 8 частоты прямоугольный сигнал с частотой йУ-f . Этот сигнал через ключ 11 в первом положении подается на делитель J 5 напряжения. По команде из блока 18 запуска срабатьтает дополнительный триггер 16, открывающий элемент 17 совпадения и на вход распределителя 14 импульсов поступают импульсы с выхода вспомогательного делителя 10 частоты. Частота следования этих импульсов примерно в 10 раз ниже низкой рабочей частоты. Эти импульсы с распределителя 14 поступают на блок 13 управления, а затем на входы делителя 15 напряжения, осуществляя ступенчатое поразрядное изменение напряжения на выходе делителя

15напряжения. Амплитуда суммарного сигнала на выходе измерителя после каждой ступени компенсации запоминается и сравнивается с последзтощим значением амплитуды сигнала (либо визуально оператором, либо в цифровой форме в блоке управления). После достижения минимальной амплитуды суммарного сигнала сигналом с последнего разряда

5 распределителя 15 импульсов триггер

16возвращается.в исходное состояние и подача импульсов на распределитель

14 прекращается. Затем с блока 18 запуска поступаю одновременно сигналы разрешения на триггеры I2 и сигнал запуска на триг гер 16. Триггер 16 перебрасывается, элемент 57 совпадения открывается и на вход распределителя 14 импульсов поступают импульсы с. выхода вспомога тельного делителя 10 частоты. Эти импульсы поочередно с выходо разных разрядов распределителя через блок 3 управления поступают на триг геры 2. Триггеры 12 управляются поочередно, начиная с последнего. Когд ,последний триггер срабатьшает, фаза выходного сигнала с последнего проме жуточного делителя 8 частоты изменяе ся скачками, например на 5 . Если амплитуда суммарного сигнала на выхо измерителя 4 уменьшится, а фаза не и менилась на 180 (что фиксируется в блоке 13 управления), то следом за этим срабатывает второй триггер, вкл чается второй ключ 7, переключая вто рой выход предьщущего делителя 8 час тоты на вход последнего делителя 8 частоты. При этом фазовый сдвиг сигнала на выходе ключа 11 изменится еще на 2,5 (суммарный сдвиг станет равным 7,5 ). Если при этом, например, фаза суммарного сигнала изменит ся на 180 , то по команде с блока управления второй триггер 12 возвратится в исходное состояние, а следуюпщм импульсом с выхода распределителя включится третий триггер 12, благода ря чему фаза сигнала на выходе ключа 11 изменится на 1,25 (суммарный фазовый сдвиг станет равным 6,25 ). Таким образом, фазовый сдвиг сигнала на выходе ключа 11 дискретно изменяётся со все более высокой степенью дискретизации до тех пор, пока, амплитуда Суммарного сигнала на выходе измерителя 4 не станет равной нулю (если используется десять, клю- чей 7 и десять триггеров 12-, то фазовый Сдвиг сигнала на выходе ключа 11 устанавливается с точностью до 0,01 для фазовых углов до ю. Если требуется установить больший фазовый сдвиг, то используется 12-13 указанных элементов). Так осуществляется автоматическая фазировка опорного сигнала первой частоты принятым из земли сигналом первой частоты (фазЬвый сдвиг между измеряемым и опорным сигналом равен I80 ). При ручной фазировке оператор с блока 13 управления поочередно включает триггеры 12, добиваясь нулевых (или минимальных) показаний измерителя 4. Такой метод фазировки в данном устройстве применяется для того, чтобы исключить влияние собственных фазовых сдвигов блока 3 усиления и фильтрации сигналов, величина которых нестабильна. После окончания процесса фазировки первого вспомогательного сигнала на выходе ключа 11 импульсом с выхода распределителя 14 триггер 16 устанавливается в исходное состояние, элемент 17 совпадения закрывается и импульсы на триггеры 12 не поступают. Затем в землю пропускается ток второй частоты tft , ключ 1I устанавливается во второе положение и на сумматор 2 через делитель 15 напряжения поступает вспомогательный сигнал второй частоты, временной сдвиг которого относительно первого вспомогательного сигнала равен нулю. Обычно частоты отличаются в 2-3 раза, поэтому амплитуда принимаемых из земли сигналов остается постоянной, а за счет имеющегося фазового сдвига появляется сигнал разбаланса на выходе измерителя 4 амплитуды сигнала. Величина этого сигнала прямо пропорциональна фазовому сдвигу вызванной поляризации и может быть отсчитана по показаниям этого измерителя. Можно также взять отсчет в цифровом виде. Для этого после фазировки сигнала первой частоты запоминают в блоке 13 управления код.1 управляющих сигналов на выходах триггеров 12, а затем, после переключения частоты (как опорного сигнала на выходе ключа 11 и частоты настройки блока 3 усиления и фильтрацииJ вновь с помощью блока 18 запуска включают триггеры 12 и 16, добиваясь нулевых (или минимальных) показаний измерителя 4. Взяв разность кодов управляющих сигналов на выходах триггеров 12. после фазировки сигналов на первой и второй частотах, можно в цифровом виде определить фазовый угол вызванной поляризации. , Таким образом, измеренный фазовый сдвиг определяется только поляризуемостью среды. Технико-экономическая эффективность применения изобретения заключается в том, что с помощью его удается непосредственно измерить фазовые углы вызванной:, поляризации и тем самым повысить точность их изме рения no меньшей мере в 2 раза. Благ даря этому в полевых условиях удается обнаружить слабые аномалии от глубоко залегаюоогх рудных тел, которые в известных устройствах не фиксировались из-за недостаточной точности измерений. Формула изобретения Устройство для измерения фазовых углов вызванной поляризации, содержащее последовательно соединенные пр емный датчик сигналов, сумматор, бло усиления и фильтрации сигналов, измеритель амплитуда и блок управления а также высокочастотный задакшщй ганератор, выход которого соединен с основным делителем частоты, и группу промежуточных делителей частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снаб жено управляемыми ключами и триггера по числу промежуточных делителей частоты, дополнителышм и вспомогате льным делителями частоты, делителем напряжения, распределителем импульсо блоком запуска, дополнительным триггером, вспомогательным ключом и элементом совпадения, причем первый и второй входы каждого ключа подсоединены невыходам предыдущего делителя частоты, а выход-к входу последующего промежуточного делителя частоты входы управления ключей соединены с выходами триггеров, первые входы триггеров соединены соответственно с выходами блока управления, а вторые присоединены к выходу блока запуска, выход последнего промежуточного делителя частоты подсоединен через последовательно соединенные дополнительный и вспомогательный делители частоты, выход которого подсоединен к первому входу элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом дополнительного триггера, а выход со входом распределителя импульсов, один из входов дополнительного триггера соединен с выходом распределителя импульсов, а второй - с выходом блока запуска, выходы разрядов распределителя импульсов соединены с соответствующими входами блока управления, вторые выходы последнего промежуточного и дополнительного делителей частоты соединены с двумя входами вспомогательного ключа, выход которого подсоединен к блоку управления и через делитель напряжения к сумматору, а вход управления делителя напряжения соединеи с блоком управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 565267, кл. G 01 R 25/00, 1973. 2.Техническое описание аппаратуры для фазовых измерений вызванной по ляризации ФД-4. Будапешт, 1977.