Измеритель отношения энергий импульсных акустических сигналов Советский патент 1981 года по МПК G01V1/52 

1

Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано в аппаратуре акустического каротажа скважин. Кроме того, оно может использоваться в дефекгометрии для определения дефектов структуры объектов и новых материалов.

Известно устройство, содержащее зарядную цепь, разрядную цепь и запоминающий конденсатор. Зарядная цепь содержит дифференцирующий конденсатор, токовый повторитель, формирующий конденсатор, электронный ключ с двумя управляющими входами, преобразователь напряжение-ток, катушку индуктивности и диод. Разрядная цепь содержит дифференцирующий конденсатор, нормально разомкнутый электронный ключ, преобразователь напряжение-ток, катушку индуктивности, транзистор и источник напряжения смещения flj.

Недостатком данного устройства является наличие пульсаций выходного напряжения, вызванных неодновременным действием зарядной и разрядной цепей, что в значительной степени снижает точность из-мерений.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, содержащее два дифференцирующих конденсатора, два токовых

10 повторителя, два формирующих конденсатора, два управляемых электронных ключа с двумя управляющими входами, одновибратор, два квадратора, два интегрирующих конденсатора, два нор15мально разомкнутых управляемых кпюча повторитель напряжения, управляемый усилитель напряжения, зарядный дозирующий конденсатор, четьфе ключевых диода, запоминающий конденсатор,

20 усилитель постоянного тока и регистратор. Через дифференцирующие конденсаторы токовые повторители подсоединяются к выходу акустического 3 зонда. Незаземленные полюсы формирую щих конденсаторов соединены с выходами токовых повторителей, незаземленными контактами ключей и вход ми квадраторов. Первые управляющие входы ключей соединены с выходом дискриминатора аппаратуры АК, а два других управляющих входа ключей сое динены с выходом коммутирующего триггера и входом одновибратора, Выходы квадраторов соответственно соединены с незаземленными.полюсами интегрирующих конденсаторов, незаземленными контактами нормально разомкнутых ключей, входами повторигеля напряжения и управляемого усилителя, управляющие входы нормал но разомкнутых управляемых ключей . подсоединены к выходу одновибратора Выход повторителя напряжения через первый конденсатор соединен с катод первого диода и анодом второго диод Выход управляемого усилителя через второй конденсатор соединен с анодо третьего диода и катодом четвертого диода. Анод первого диода и катод третьего диода подсоединены к шине зеш1я. Катод второго диода, анод чет вертого диода соединены с одним из полюсов запоминающего конденсато ра и входом усилителя постоянного тока. Другой полюс.запоминающего конденсатора соединен с выходом уси лителя постоянного тока, входом регистратора и. управляющим -входом управляемого усилителя 2 J, Недостатком известного устройств является наличие двух каналов преоб зования, неидентичность козффициент преобразования которых снижает точность измерения,.Это видно из выражения для определения масштабного коэффициента . о аК2ЦС4 где К. - коэффициент пропорциональности первого канала; коэффициент пропорциональности второго канала; величина емкости интегрирующего конденсатора первого канала; величина емкости интегрирующего конденсатора второ го канала; величина емкости дозирующе го конденсатора первого канала величина емкости дозирующего конденсатора второго канала: С1 - постоянный коэффициент. Известный измеритель имеет малый динамический диапазон измерений, так как дозирующие конденсаторы заряжаются и разряжаются через даюды, что вызывает необходимость при измерениях выполнения условия, при котором напряжение на выходе повторителя напряжения и на выходе управляемого усилителя намного больше чем 2 Од, где Одостаточное напряжение на диоде. Целью изобретения является повышение точности измерения отноше1шя энергий импульсных акустических сигналов. Поставленная цель Достигается тем, что устройство, .содержащее дифференцирующий конденсатор, токовый повто- ритель, формирующий конденсатор, квадратор, интегрирующий конденсатор, че-Г тьфе нормально разомкнутые управляемые ключа, одновибратор, запоминающий конденсатор и инвертирующий усилитель постоянного тока, причем токовьй повторитель через дифференцирующий конденсатор соединен со входом устройства, незаземиенный полюс формирующего конденсатора соединен с выходом токового повторителя, с первым контактом первого ключа и с входом квадратора, второй контакт первозаземлен управляющий вход го ключа соединен с выходом дискриминатора аппаратуры АК, выход квадратора соединен с незаземленным полюсом интегрирующего конденсатора и с первыми контактами второго и третьего клю чей, второй контакт третьего ключа заземлен, а управляющий вход его соединен с выходом одновибратора, первая обкладка запоминающего конденсатора соединена со входом инвертирующего усилителя постоянного тока, а вторая обкладка соединена с выходом инвертирующего усилителя постоянного тока, который является выходом устройства, дополнительно содержит схему ИЛИ, второй одновибратор, триггер, схему И, источник опорного напряжения, блок перемножения, переключающий ключ, преобразователь- напряжение-ток буферный конденсатор, причем второй контакт второго ключа соединен- с первым входом блока перемножения, второй вход блока перемножения соединен со средним контактом переключающего ключа, нормально- замкнутый контакт 5 которого соединен с источником опорно го напряжения, а нормаль-но разомкну тьй - с-выходом устройства, выход блока перемножения соединен со входо преобразователя напряжение-ток, выхо которого соединен с незаземленной об кладкой буферного конденсатора и с первым контактом четвертого ключа, второй контакт которого соединен со входом инвертирующего усилителя постоянного тока, вход сигнала синхронизации канала ближнего приемника соединен с первым входом схемы ИЛИ и с первым установочным входом триггера, вход сигнала синхронизации канала дальнего приемника соединен со вторым входом схемы ИЛИ и со вторым установочным входом триггера выход схемы ИЛИ соединен со входом второго-одновибратора, выход которого соединен с входом-первого одновибратора и с управляющим входом второго ключаi выход триггера соединен с управляющим входом переключающего ключа и со вторым входом схемы И, выход которой соединен с управляющим входом четвертого ключа выход первого одновибратора соединен с первым входом схемы И. На фиг.1 представлена функционапь ная схема измерителя отношения энергий; на фиг,2 - временные диаграммы сигналов в соответствующих точках функциональной схемы. Измеритель состоит из дифференцирующего конденсатора 1, токового повторителя 2, первого, второго, третьего и четвертого нормально разомкнутых управляемых ключей 3-6/ схемы ИЛИ 7, формирующего конденсатора 8, квадратора 9, одновибраторов 10 и П, интегрирующего конденсатора 12, триггера 13, источника опорного напряжения 14, схемы И 15, блока перемножения 16, переключающего ключа 17, преобразователя напряжение ток 18, буферного конденсатора 19, запоминающего конденсатора 20, инвер тирующего усилителя 21 постоянного т ка. На первый вход 22.устройства подается сигнал с выхода акустического зонда (фиг.2ц), на второй вход 23 - импульсы (сЪиг.26) с выхода диск риминатора аппаратуры АК, на третий вход 24 - синхроимпульсы (фиг.2-в) . разделения канала ближнего приемника аппаратуры АК, на четвертый вход 25 - синхроимпульсы (фиг. 2 О разделе ния канала дальнего приемника аппа . ратуры АК. Выход устройства обозначен позицией 26. Через дифференцирующий конденсатор 1 токовый повторитель 2 подсоединен к выходу акустического зонда, Незаземпенный полюс форьдарующего конденсатора 8 соединен с выходом тб;кового повторителя 2, незаземленным контактом ключа 3 и входом квадратора 9, управлянмций вход ключа 3 соединен с выходом.дискриминатора аппаратуры АК. Выход квадратора 9 соединен с незаземпенным полюсом интегрирующего конденсатора 12, с незаземленным контактом ключа 5 и с первым контактом ключа 4, второй контакт которого соединен с первым входом блока перемножения 16. Первый вход схемы ИЛИ 7 и первый вход триггера 13 соединены со входом 24 сигнала синхронизации канала ближнего приемника, второй вход схемы ИЛИ 7 и второй вход триггера 13 соединены со входом 25 сигнала синхронизации канала дальнего приемника. Выход схемы ИЛИ 7 соединен со входом второго одновибратора 11, выход которого соединен со входом одновибратора 10 и с управляющим входом ключа 4, выход одновибратора 10 соединен с управляющим входом ключа 5 и с первым входом схемы И 15, второй вход которого соединен с управляющим входом переключающегося ключа 17 и выходом триггера-13, второй вход блока перемножения 16 соединен со средним контактом переключающегося ключа 17, нормально замк11утый контакт которого соединен с источником опорного напряжения 14, а нормально разомкнутый соединен с выходом инвертирующего усилителя 21 постоянного тока, со второй обкладкой запоминающего конденсатора 20 и выходом 26 устройства, выход схемы И 15 соединен с управляющим входом нормально разомкнутого ключа 6, выход блока перемножения 16 соединен со входом преобразователя напряжение-ток 18, выход которого соединен с незаземленным полюсом буферного конденсатора 19 и с первым контактом ключа 6, второй контакт которого соединен со входом инвертирукицего усилителя 21 постоянного тока и первой обкладкой конденсатора 20. При поступлении на вход 22 устройства измерителя импульсов напряжения сигнала ближнего или дальнего прием7

НИКОВ акустического зонда, через дифференцирующий конденсатор 1, токовый повторитель 2 и формирующий конденсатор 8 протекают импульсы тока положительной полярности. Каждый импульс тока заряжает формирующий конденсатор 8 до некоторого напряжения, Пропорционального амплитудному значению входного сигнала. После окочания каждогоИмпульса тока производится сброс заряда с конденсатора 8 с помощью ключа 3. Последний управляется передними фронтами импульсов, указанных на фиг.2{5, поступающих на его управляющий вход. Осциллограм ма напряжения на конденсаторе 8 показана на фиг,261. Далее импульсы напр жения с конденсатора 8 поступают на вход квадратора 9, на выходе которог образуются импульсы токов величиной, равной квадратам амплитуд входных импульсов напряжения. Каждый из импульсов тока, поступающий с выхода квадратора 9 на интегрирующий конденсатор 12, сообщает ему заряд, пропорциональный .квадрату значения амплитуды .сигнала. Таким образом, к моменту прихода.очередного синхроимпульса по входу 24 или по входу 25 устройства на протяжении времени срабатывания одновибратора 10 на вхо блока перемножения подается напряжение от сигнала ближнего приемника

и;-к;2:А.-.к,э,

и от сигнала дальнего приемника

U,.R,2A-..K,D,

где К. - коэффициентпропорциональ- -ности; А -- амплитудное значение 1-го

колебания сигнала ближнего приемника;

An; - амплитудное значение 1-го колебания сигнала дальнего npHeMHHKaj

IJ/f - величина, пропорциональная энергии сигнала ближнего приемника; 2 величина, пропорциональная

энергии сигнала дальнего приемника.

Одновибратор 10.срабатывает по заднему фронту импульса с одновибратора 11 и с помощью ключа 5 обнуляет конденсатор 12,. а также с помощью ключа 6 после приема сигнала от дальнего приемника разряжает конденсатор 19 на вход усилителя 21 постоянного тока.

48

Переключающий ключ 17 при приеме сигнала от ближнего приемника подклчает на вход блока перемножения источник опорного напряжения 14, а при приеме сигнала от дальнего при емника - выход инвертируняцего усилителя постоянного тока 21. Следовательно, заряд на запоминающем кондесаторе 20 изменяется --на величину заряда конденсатора 19 за один цикл измерений, т.е. на

где Кя козф4мциент преобразования преобразователя напряжениеток ;

С - время срабатывания одновибратора lOj

и - напряжение на выходе усилителя постоянного тока. Выходное напряжение и., изменяется до тех пор, пока не закончится переходно11 процесс.

В установившемся, режиме заряд на конденсаторе 19 за полный цикл измерения равен нулю, т.е. после окончания переходного процесса

,Eo - 2U2UBt.

Тогда напряжение на выходе усилителя постоянного тока г, . K2U itrEoUi.-p

Ъ .UiC -ЕП. ..

Следовательно, напряжение на выходе усилителя постоянного тока линейно зависит от измеряемого отношения энергий сигналов ближнего и дальнего приемников, а нестабильнос масштабного коэффициента не зависит от элементов схемы по сравнению с известным устройством, а определяется стабильностью источника опорного напряжения.

Формула изобретения Измеритель отношения энергий импульсных акустических-сигналов, содержащий дифференцирующий конденсат токовьй повторитель, формирующий конденсатор, квадратор, интегрирующий конденсатор, первьй второй, третий, четвертый -нормально разомкнутые управляемые ключи, одновибратор, запоминающий конденсатор и инвертирующий усилитель постоянного тока, причем дифференцирующий кондесатор соединен с токовым повторител а вход дифференцирунлцего конденсатора является первым входом измерите9 , 89031410

ля, незаземленный полюс формирующего ком опорного напряжения, а нормальконденсатора соединен с выходом токо- но разомкнутый - с выходом измеривого повторителя, с первым контактон теля, выход блока перемножения соепервого ключа и с входом квадратора, динен со входом преобразователя второй контакт первого ключа заземлен, s напряжение-ток, выход которого соеа управляющий вход является вторым входом измерителя, выход квадратора соединен с незаземпенным полюсом интегрирующего конденсатора, который соединен с первыми контактами второго и третьего ключей, причем второй контакт третьего-ключа заземлен а управляющий вход его соединен с выходом одновибратора, первая, обклад ка запоминакицего конденсатора соединена со входом инвертирующего усилителя постоянного.тока, а вторая обкладка соединена с выходом инверти р-ующего усилителя постоянного тока, которьй явля.ется выходом измерителя отличающийся тем, что, с целью повышения точности измер ений он дополнительно содержит схему ИЛИ,в рой одновибратор, триггер, схему И, источник опорного напряжения, блок перемножения, переключающий ключ, преобразователь напряжение-ток, буферный -конденсатор, причем второй контакт второго ключа . соединен с первым входом блока перемножения, второй вход блока перемножения соеди нен со средним контактом переключающего ключа, нормально замкнутый контакт которого соединен с источниинен с незаземленной обкладкой буферного конденсатора и с первым контактом четвертого ключа, второй контакт которого соединен со входом инвертирующего усилителя постоянного тока, третий вход измерителя соединен с первым входом cxeNbi ИЛИ и с первым установочным входом триггера, четвертый вход измерителя соединен со вторым входом схемы ИЛИ, со вторым установочным входом триггера, выход схемы ШШ соединен со входом второго одновибратора, Ш)1ход которого соединен со входом первого одновибратора и с управляющим.входом второго ключа, выход триггера соединен с управляющим входом переключающего ключа и со вторым входом cxeffiji И, выход которой соединен с управляющим входом четвертого ключа, выход первого одновибратора соединен с первым входом схемы И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 652517, кл. GDI V 1/40, 1976. 2. Авторское свидетельство СССР K 739344, кл. G01 Н 1/00, 1978 ( прототип).

e ;K

и