Устройство для геоэлектроразведки Советский патент 1981 года по МПК G01V3/06 

Изобретение относится к электроразведочным устройствам для поиска и разведки месторождений мапштных руд индуктивными методами с измерением- изменений синфазной составля ющей гармонически изменяющегося по ля, и может быть использовано в i электроизмерительной технике в качестве указателя квадратуры гармони--ческих сигналов. Известны устройства для геоэлект роразведки, измеряющие амплитуды различных компонент магнитного поля tl Однако высокие рабочие частоты, низкая чувствительность и точность измерений таких устройств определяет небольшую глубинность исследований. В связи с этим их невозможно использовать для глубинных поисков магнитных руд. Известны также высокочувст итель ные устройства, предназначенные для поиска полезных ископаемых индуктив ми методами путем измерения отношения, полуосей эллипса поляризации магнитного поля или квадратурной составлякхцей вторичного магнитного поля 2. Измерение отношения полуосей эллипса поляризации магнитного поля по своей информативности аналогично измерению квадратурной (.мнимой) составляющей вторичного магнитного поля, которая слабо зависит от магнитной проницаемости искомых рудных месторождений. Наиболее близким к изобретению техническим решением является устрой ство, измеряющее квадратурную составляющую вторичного магнитного поля, содержащее генератор синусоидальных сигналов с генераторной петлей, вариометр с первичной и вторичной обмотками, первая из которых, соединена последовательно с генераторной петлей, измерительную петлю, совмещенную с генераторной петлей, первый избирательный усилитель, соединенный входом через измерительную петлю с выходом вторичной обмотки вари ометра, включенной встречно-последовательно с измерительной петлей, а выходом - со входом инвертора, вход и выход которого подключены к соответствующим входам коммутатора, второй избирательный усилитель, сое диненный входом непосредственно с точкой соединения концов измеритель ной петли и вторичной обмотки вари.ометра, а выходом - со входом квадратурного фазовращателя, сумматор, один из входов которого соединен с выходом коммутатора, второй вход с выходом квадратурного фазовращателя, а выход - р последовательно соединенными усилителем несущей частоты, детектором, состоящим из дифференциатора, двух квадраторов и второго сумматора, избирательным усилителем частоты коммутации, синхронным выпрямителем и измерительным прибором, а также триггерный делитель частоты, выход которого подключен к управляющим входам коммутатора и синхронного выпрямителя, а вход - к выходу второго избирательного усилителя. В таком устройстве- измеряемая квадратурная состав ляющая сигнала преобразуется в раз ность квадратов амплитуд двух сигна лов, которая измеряется измерительным прибором Недостаток этого устройства, обладающего низким порогом чувствительности порядка 10 на низких частотах вплоть, до 20 Гц, состоит в невозможности измерения синфазной компоненты вторичного магнитного поля или ее изменений. Цель изобретения - увеличение производительности труда путем изм рения изменений (.приращений синфа ной составляющей вторичного магнит ного поля и повьппение чувствительности и точности измерений. Для достижения этой цели в известном устройстве, содержащем ген ратор синусоидальных сигналов с генераторной петлей, вариометр с первичной и вторичной обмотками, первая из которых соединена последовательно с генераторной петлей, . измерительную петлю, совмещенную с генераторной петлей, первый избира тельный усилитель, соединенный вход через измерительнзто петлю с выходом вторичной обмотки вариометра,включенной встречно-последовательно с измерительной петлей, а выходом - со входом инвертора, вход и выход которого подключены к соответствующим входам коммутатора, второй избирательный усилитель, соединенньй входом непосредственно с точкой соединения концов измерительной петли и вторичной обмотки вариометра, квадратурный фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго избирательного усилителя, сумматор,один из входов которого соединен с выходом коммутатора, а выход - с последовательно соединенными усилителем несущей частоты, детектором,состояп1им из дифференциатора,двух квадраторов, подключенных ко входу и выходу дифференциатора, выходы которых подсоединены ко входам второго сумматора, избирательным усилителем частоты коммутации, синхронным выпрямителем и измерительным прибором, а также триггерный делитель частоты, выход которого подключен к управляющим входам коммутатора и синхронного выпрямителя, дополнительно подключены второй вход сумматора к выходу второго избирательного усилителя, а выход квадратурного фазовращателя - ко входу триггерного делителя частоты. На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - векторная диаграмма положения векторов напряжений основных сигналов. Устройство содержит генератор синусоидальных сигналов 1, гецераторную петлю 2, вариометр 3, первичная обмотка которого последовательно с генераторной петлей подключены к генератору, измерительную петлю А, соединенную встречно-последовательно с вторичной обмоткой вариометра, избирательньтй усилитель 5, вход которого соединен с выходным концом измерительной петли, а выход - со входом инвертора 6, коммутатор 7, входы которого подключены соответственно ко входу и выходу инвертора, а выход - к первому входу сумматора 8, второй избирательный усилитель 9, вход которого подключен к точке соединения концов вторичной обмотки вариометра и измерительной петли, а выход - ко второму входу сумматора, квадратурный фазовращатель 10,вход которого подключен к выходу второго избирательного усилителя, и последовательно соединенные усилитель

несущей 11, вход которого подключен к выходу сумматора, двухфазный детектор, состоящий из дифференциатора 12, квадраторов 13 и 14 и второго сумматора 15, избирательный усилнтел огибающей 16, синхронный выпрямитель 17 и измерительный прибор 18, а также триггерный делитель частоты 19, выход которого подключен к управляющим цепям коммутатора и синхронного выпрямителя,а вход - к выходу квадратурного фазовращателя. i Устройство работает следующим .образом.

: Генератор синусоидальных сигналов 1 питает последовательно соединенные генераторную петлю 2 и первич,ную обмотку вариометра 3 током за;данной частоты, который создает первичное магнитное поле. Наводимый

навторичной обмотке вариометра 3 сигнал представляет собой сигнал

только от первичного магнитного поля. Иринимаемьш измерительной петлей 4 Сигнал представляет сумму сигналов первичного магнитного поля и вторичного поля вихревых токов, возникающих в проводящих неоднородностях. Сигнал со встречно-последовательно включенных вторичной обмотки вариометра 3 и измерительной петли 4 с компенсированной синфазной составляющей подается на вход избирательного усилителя 5,а с его выхода на вход инвертора 6. Входной и выходной сигналы инвертора 6 периодически коммутируются коммутатором 7, на выходе которого образуется балансно-модулированный сигнал, который подается на первый вход сумматора 8. Сигнал вторичной обмотки вариометра 3 подается на избирательный усилитель 9, ас его выхода - на второй вход сумматора 8. В результате .этого на выходе сумматора 8 в первый полупериод коммутации образуется сумма, а во второй - разность сигналов. Коэффициент амплитудной модуляции выходнрго сигнала сумматора, измеряемый с помощью последовательно соединенных усилителя несущей 11,двухфазного детектора, состоящего из дифференциатора 12,квадраторов 13 и 14 и сумматора 15, избирательного усилителя огибающей 16, синхронного выпрямителя 17 и измерительного прибора 18, пропорционален амплитуде синфазной составляющей сигнала, поступакщего на вход первого избирательного усилителя 5. Напряжение управления ком

мутатором 7 и синхронным выпрямителем 17 вырабатывается триггерным делителем частоты 19, который запускается через квадратурный фазовращаJ тель 10 сигналом с выхода избирательного усилителя 9.

Работа устройства основана на выравнивании амплитуд синфазных составляющих напряжений измерительной

0 петли 4 и вторичной обмотки вариометра 3 путем полной компенсации синфазной составляющей сигнала, снимаемого со встречно-последовательно включенных вторичной обмотки вариоj метра 3 и измерительной петли 4,расположенной на начальном участке исследуемой земной поверхности. Полная компенсация синфазной составляющей отмечается по нулевому показанию

измерительного прибора 18. Это значение синфазной составляющей запоминается вариометром 3. При смещении измерительной 4 и совмещенной с ней генераторной 2 петель вместе со всем

J устройством вдоль исследуемой поверхности приращение синфазной составляющей в измерительной петле 4, обу-, словленное изменением магнитной проницаемости аномальных объектов, залегакнцих под исследуемой поверхностью, приводит к раскомпенсации. В результате этого стрелка измерительного прибора 18 отклоняется, а ее отклонение d- , пропорциональное приращению амплитуды синфазной сое-

5 тавляющей, равно

d. S.m S

и,

где m - коэффициент амплитудной модуляции выходного сигнала сумматора 8;

S - чувствительность измерительного устройства;

приращение амплитуды синфазной составлякидей;

значение амплитуды синфазной составляющей, которое запоминает вариометр. Таким образом, устройство может измерять изменения синфазной (реальной составляющей сигнала вторичного магнитного поля вдоль профиля исследуемой поверхности, обусловленные появлением объектов с магнитной проницаемостью.

Исключение сЛ -импульсов на выходе дифференциатора 12 в устройстве достигается тем, что триггерный делитель частоты 19 синхронизируется выходным сигналом квадратурного фазовращателя 10, на вход которого поступает сигнал с выхода избирател ного усилителя 9. Рассмотрим векторную диаграмму, представленную на фиг.2, где UQ опорное напряжение на выходе избира тельного усилителя 9; - выходной сигнал избирательного усилителя 5; - -инвертированный сигнал - ; U1 - сигнал UQ, повернутый на С квадратурным фазовращателем ,10. Триггерный делитель частоты 19 ..синхронизируется сигналом с выхода квадратурного фазовращателя 10. Моменты коммутации совпадают с момент ми перехода выходного напряжения фа зовращателя 10 через нуль. В эти моменты вектор Ujj занимает положени на оси абсцисс. Одно из таких положений изображено на фиг.2. Мгновенные значения суммарного и разностно го сигналов на выходе сумматора 8, определяемые проекциями векторов (Jt и Up на ось ординат близки к амплитудным значениям и различаются мало,если мало приращение- синфазной компоненты (порядка 0 . В этом случае производная от сигналаз суммы и разности в моменты комм тации близка к нулю и ff -импульсы на выходе дифференциатора 12 не воз никают. Эти выводы подтверждены экспериментально. Таким образом, подключение второ входа сумматора 8 непосредственно к выходу избирательного усилителя 9,а выхода квадратурного фазовращателя 10 - ко входу триггерного делителя частоты 19 позволяет расширить функ циональные возможности устройства для геозлектроразведки и повысить чувствительность и точность измерения приращений синфазной составляющ вторичного магнитного поля. Формула изобретения Устройство для геоэлектроразведки содержащее генератор синусоидальных сигналов с генераторной петлей, вари ометр с первичной и вторичной обмот ками, первая из которых соединена 7 последовательно С генераторной петлей, измерительную петлю, совмещенную с генераторной петлей, первьй избирательный усилитель, соединенный входом через измерительную петлю с выходом вторичной обмотки вариометра, включенной встречно-последовательно с измерительной петлей, а выходом - со входом инвертора, вход и выход которого подключены к соответствующим входам коммутатора, второй избирательный усилитель, соединенный входом непосредственно с точкой соединения концов измерительной петли и вторичной обмотки вариометра, квадратурный фазовращатель,вход которого подключен к выходу второго избирательного усилителя, сумматор, один из входов которого соединен с выходом коммутатора, а выход - с последовательно соединенными усилителем несущей частоты, детектором, состоящим из дифференциатора, двух квадраторов, подключенных ко входу и выходу дифференциатора, выходы которых подключены ко входам второго сумматора, избирательным усилителем огибающей, синхронным выпрямителем и измерительным прибором, а также триггерный делитель частоты, выход которого подключен к управляющим входам коммутатора и синхронното выпрямителя, отличающеёс я тем, что, с целью повышения производительности труда путем измерения приращения синфазной составляющей сигнала и повышения чувствительности и точности измерений, второй вход сумматора подключен к выходу второго избирательного усилителя, а выход квадратурного фазовращателя - ко входу триггерного делителя частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Светов B.C. Теория, методика и интерпретация материалов низкочастотной индуктивной электроразведки. М., Недра, 1973, с. 180. 2.Авторское свидетельство СССР № 661473, кл. G 01 V 3/06 1976. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2755415/18-25, кл. G 01 V 3/06, 16.10.79