Лабораторный электроразведочный измеритель сигналов Советский патент 1981 года по МПК G01V3/08 G01N27/04 G01V9/00 

(54) ЛАБОРАТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧН1.1Й ИЗМЕРИТЕЛЬ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к геофизичес ким методам поисков и разведки месторождений полезных ископаемых и может применяться при лабораторных определениях интенсивности проявления сейсмоэлектрических эффектов I и 11 рода в грунтах. Известны устройства наблюдения сейсмоэлектрических эффектов в лабораторных и полевых условиях, работающие в режимах импульсного и периодического возбуждения механических колебаний в горных породах, порождающих сейсмоэлектрические эффекты I и П рода, а также пьезоэлектрические эффекты. Они включают источник механических колебаний и электроды, контактирующие с исследуемой средой - грунт в естественном залегании или образец горных пород, помещаемых в ячейку для лабораторных исс едований. Приборы, работающие в импульсном режиме возбуждения колебаний, могут применяться как в лаборато)ных, так и в полевых условиях. При импульсном возбуждении различают пьезоэлектрический и сейсмоэлектри : ческий эффекты I и Ц рода по времени их проявления, характерным частотам, присущим пьезоэлектрическим и электрокинетическим сигналам, а также при вьщелении эффекта 1 рода, связанного с электрокинетическими процессами на поверхности электродов, путем изменения их местополо е- ния относительно источника колебаний. При гармоническом возбуждении в лабораторной практике пьезоэлектрический эффект выделяют в суммарном электрическом поле, основываясь на представленных о минералогичес- ком Составе образца. В случае использования рыхлых горных пород, характеризующихся беспорядочной структурой минералов-пьезоэлектриков, пьезоэлектрический эффект не проявляется, а разделению подлежат только сейсмоэлектрические эффекты I и II рода. Это разделение делают, применяя в качестбе материала для изготовления электродов металлы и полупроводники, на специально обработанных поверхностях которых электрокинетические явления, порождающие сейсмоэлектрический эффект 1 рода, проявляются слабо. Качество разделения эффектов Т и Г Г рода зависит от степени подав ления )екта Т рода, что должно кон ролироваться в процессе каждого изме рения, желательно непрерывно 1. Известно таюке устройство, исполь зующееся для измерений в рыхлых грун тах, содержащее водонепроницаемую ячейку, заполненную образцом анализируемой почвы, и два электрода, не вступающие в химические реакции с солями и кислотами, которые имеются в анализируемой почве. Эти электроды помещены в ту часть ячейки, в которой находится образец почвы, и могут, быть соединены с внешней цепью. Измерения электрических сигналов в этом устройстве производятся по мостовой схеме, которая снабжена источником тока f 1,5-10 кГц для измерения сопротивления образца. При использовании для наблюдений сейсмоэлектрических эффектов прототип може быть соединен с устройством для возбуждения механических колебаний, а внешнее напряжение, питающее образец через мостовую схему, может быть отключено или использовано при наблюдении стимулированного сейсмоэлектрического эффекта E2J. FIeдocтaткoм устройств с импульсным возбуждением, используемых в полевой практике, не позволяюащм эффективно применять их при лабораторных исследованиях, является отсутствие водонепроницаемой ячейки с контейнером для образца, опрокидывающимся при помещении и извлечении из него образ1 а рыхлого грунта и устанавливающегося в положение, удобное для выполнения этих операций. Недостатками известного устройства, как и всех известных лабораторных устройств, работающих в гармоническом режиме возбуждения, являются необходимость специального подбора материала для электродов, их периодической поверхностной обработке, трудоемкого контроля устранения сейс моэлектрического эффекта для каждого из электродов и ненадежность разделе ния сейсмоэлектрических эффектов 1 14 |и Т Т рода в случае, если этот контроль не ведется непрерывно. Производительность устройств является низкой из-за необходимости частого контроля и обработки электродов, а качество разделения эффектов снижается, если контроль не ведется непре.рывно или обработка поверхности электродов производится редко. Цель изобретения - повышение производительности труда и точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в лабораторный электроразведочный измеритель сигналов, содержащий контейнер с водонепроницаемой ячейкой для образцов, в которую помещены три электрода, средний из которых размещен между двумя крайними, излучатель механических колебаний, подключенные к электроизмерительной схеме, содержащей генераторы сигналов импульсной и гармонической формь:, усилитель, к выходу которого параллельно под1спючены вольтметр, частотомер: и многоканальный осциллограф, а также тензометрическую схему уплотнения образца, размещенную в торце контейнера, дополнительно введен коммутатор, одна группа контактов которого обеспечивает поочередное подсоединение крайнего электрода излучения к генераторам сигналов импульсной и гармонической формы, а другая группа контактов - поочередное переключение среднего и другого крайнего измерительного электрода ко входу усилителя, при этом к электроду излучения подсоединен излучатель механических колебаний. Контейнер с водонепроницаемой ячейкой для образцов выполнен поворотным вокруг горизонтальной оси. Средний электрод имеет форму охранного кольца. Детали корпуса ячейки изготовляются из стали, желательно марки-5, верхние и нижние электроды и охранное кольцо изготавливаются из электролитической меди. Пьезоэлектрический источник изготовляют из кристалла сегнетовой соли кубической формы с серебрением горизонтальных граней, к которому прикладывается возбуждающее напряжение. При замене пьезоэлектрического источника магнитострикционным корпус последнего изготавливается из плексиглаза, ферритовые стержни с возбуждаюцей обмоткой помещают в просверленные в нем по вертикали цилиндрические гнез да и заливают эпоксидной смолой. Поглотитель для исключения распространения механических колебаний выполияется из пенопласта. Уплотняющие кольца - из листовой резины. На фиг. 1 изображена механическая конструкция измерителя; на фиг. 2 блок-схема устройства. Устройство содержит стойки 1, при жимной винт 2, держатель-фиксатор 3 крышку 4 поглотителя, корпус 5 поглотителя, направляющие шпильки 6, крьппку 7-поглотителя, корпус 8 сиетемы, в котором размешают излучатель и образец, изолятор 9, шпильки 10, стопорный болт 11, резиновый уплотнитель 12, крышку 13 корпуса, электрод 14 излучателя, заземлякидий элек трод 15, измерительный электрод 16, тензометрическую схему I7 уплотнения образца, основание 18, прокладку 19 поглотитель 20, охранное кольцо.21. Блок-схема устройства (см. фиг.2 содержит охранное кольцо 21, генератор гармонических колебаний, генератор 23 импульсов, излучатель 24, заземляющий электрод 25, образец 26, микроамперметр 27, усилитель 28, вольтметр 29, частотомер 30, 5-и лучевой осциллограф 31. На фиг. 2 обозначено: К и К ключи коммутатора, Р - направление нагрузки. Работа устройства осуществляется следукнцим образом. После сборки ячейки подключают электроды, измерительную схему, источник и тензометр к ключам коммутатора. Ослабляют винт 2, снимают крьш1ку 13, наклоняют корпус контейнера в положение, удобное для размещения образца, вынимают верхний электрод, помещают образец в контейнер, закрывают образец верхним электродом, одевают крышку с верхним уплотняющим кольцом, устанавливают контейнер в вертикальное положение, закрепляют контейнер винтом при слабой затяжке, вращая винт, стрелку индикатора выводят на риску шкалы, соответствующе нормальному уплотнению образца, пода ют пакетным переключателем рабочее напряжение на электрические С5 мыустройства, последовательно реализую с помощью пакетного переключателя сх мы измерения и измеря ит в каждой из них амплитуду синусоидального сигнала, его частоту и сдвиг фазы относительно напряжения, питающего генератор возбуждения механических колебаний, на экранах 5-ти лучевого осциллографа, который по амплитуде калибруется вольтметром 29, по частоте- частотомером 30. Для извлечения образца обесточивают электрические цепи устройства, ослабляют винт, наклон ют корпус контейнера в положение, удобное для извлечения образце, и изымают его из камеры контейнера. Промывают при необходимости верхний электрод и камеру водой, после чего в контейнер загружают следукядий образец. Длительность измерения при вьщержке его под рабочим давлением в течение 10 мин в целом не превьш1ает 20 мин. Данное устройство в отличие от известного обеспечивает возможность в профилактическом разборе и чистке электродов не чаще одного раза после пяти смен работы. Разделение эс11фектов с погрешностями определения амплитуды сейсмоэлектрического эффекта ТI рода не более 10% достигается при ее отношении к опре:деляемой, независимо в каждом измерении, амплитуде эффекта Т рода не меньшем, чем 10:1. Формула изобретения I. Лабораторный электроразведочный измеритель сигналов, содержащий контейнер с водонепроницаемой ячейкой для образцов, в которую помещены три электрода, средний из которых размещен между двумя крайними, излучатель механических колебаний, подключенные к электроизмерительной схеме, содержащей генераторы сигналов импульсной и гармонической окормы, усилитель, к выходу которого параллельно подключены вольтметр, частотомер и многоканальный осциллограф, а также тензометрическую схему уплотнения образца, размещенную в торце контейнера, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения производительности труда и точности измерений, он дополнительно содержит коммутатор, одна группа контактов которого обеспечивает поочередное Подсоединение крайнего электрода излучения к генераторам сигна|Лов импульсной и гармонической формы.

,а другая группа контактов -- поочередное переключение среднего и другого крайнего измерительного элек.трода ко входу усилителя, при этом к электроду излучения подсоединен излучатель механических колебаний.

2, Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что контейнер с водонепро1шцаемой ячейкой для образцов выполнен поворотным вокруг горизонтальной оси.

903218

принятые во внимание при экспертизе

1, Кондрашев С.Н. Пьезоэлектрический метод разведки. П., Недра, 1980, с. 3-5.

,0 2. Заявка США К В 079099, кл. 324-- 3, 1976 (прототип).

Фиг.г