Электроразведочная аппаратура Советский патент 1981 года по МПК G01V3/08 

1

Изобретение относится к технической физике и может быть использо- вано при геоэлектроразведочных работах методом вызванной поляризации Свп).

Известны комплекты электроразведочной аппаратуры, состоящие из ге|Нераторной установки, содержащей задающий генератор, делитель частоты, формирователь импульсов., инвертор, источник тока, передающую радаостанцшо, и измерительной лаборатории, содержащей датчик сигналов, избирательный усилитель, компаратор, приемную радиостанцию и измеритель временных интервалов ГП.

Недостатком этой аппаратуры является то, что она требует пери.одического сближейия генераторной установки и измерительной лаборатории для измерения фазовых сдвигов составляющих питающего тока.

Известна также электроразведочная аппаратура для работ по методу

вызванной поляризации с гармоничёс кими токами, состоящая из генератор ной установки, содержащей последовательно соединеншле задакщий генератор, делитель частоты, формирователь импульсов, инвертор, в выходную цепь которого включен согласующий резистор, который через блок гальванической разведки соединен с одним из выходов переключателя рода работы,второй вход которого соединен с делителем частоты, а первый выход - с входом двухканального избирательного усшштеля, два выхода которого соединены с входами двух компараторов, и передакнцую радиостанцию с модулятором, причем два другие входа переключателя рода работы соединены с выходами компараторов, а второй выход - с модулятором передающей радиостанции, и измерительной лаборатории, содержащей датчик сигналов, соединенный с входом двухканального избирательного усилителя, два компа3ратора, входы которых соединены с двумя выходами двухканального избирательного усилителя, измеритель временных интервалов, приемную радиостанцию и переключатель рода работы, причем три входа переключателя рода работы соединены с выходами двух компараторов и приемной радиостанции, а два выхода - с основными информационными входами измерителя временных интервалов C2J. Недостатком данного устройства является низкая точность определения параметра вызванной поляризации обусловленная тем, что для определения параметра ВП в ней проводится пять циклов измерений: в первом цикле измеряется время запаздывания принимаемых из земли сигналов двух частот, во втором цикле к двухканальному избирательному усилителю генераторной установки подключается выход согласующего резистора, а в измерительной установк измеряется фазовый сдвиг принятого из земли сигнала первой частоты отно ситёльно первого опорного сигнала, в третьем цикле в измерительной уста новке измеряется фазовый сдвиг принятого из земли сигнала второй частоты относительно первого опорного сигнала, в четвертом и пятом циклах вход избирательного усилителя генераторной установки подключается к де лителю частоты :и в измерительной уста новке измеряется фазовый сдвиг приня тых из земли сигналов первой и второй частоты относительно второго опорного сигнала. При этом в каждом цикле измеряются фазовые сдвиги отно сительно принимаемых из земли сигналов, которые в значительной степени осложнены помехами. В результате это .го при обработке результатов измерений погрешность определения параметра ВП увеличивается более чем в 5 раз по сравнению с погрешностью единичного измерения. Цель изобретения - повышение точ ности определения параметра вызванной поляризации. Для достижения этойцели в электро разведочную аппаратуру, состоящую из электроразведочного генератора, содержащего последовательно соедине ные задающий генератор, делитель частоты, фомирователь импульсов и инвертор, а также источник тока, со диненный с инвертором, согласуюрдай резистор, включенный в выходную цепь инвертора и соединенный черет блок гальванической развязки с одним из входов переключателя рода работы, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, двухканальный избирательный усилитель, вход которого соединен с выходом переключателя рода работы, а два выхода соединены с входами двух компараторов, передающую радиостанцию с модулятором и измерительной лаборатории,содержащей датчик сигналов, выход которого соединен с входом двухканального избирательного усилителя, два компаратора, входы которых подключены к двум выходам двухканального избирательного усилителя, измеритель временных интервалов, приемную радиостанцию и переключатель рода работы, соединенный с измерителем временных интервалов, в генераторную установку введен формирователь временных интервалов, два входа которого соединены с выходами компараторов, а выход - с модулятором передающей радиостанции, в измерительной лаборатории основные информационные входы соединены непосредственно с выходами компараторов, вспомогательный информационный вход соединен с выходом приемной радиостанции,-а входы блокировки - с выходами переключателя рода работы. На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 и 3 - варианты констрзпстивного выполнения измерителя временных интервало,в в устройстве. Электроразведочная аппаратура (.фиг. 1) состоит из электроразведочного генератора, содержащего последовательно соединенные задающий генератор 1, делитель 2 частоты, формирователь 3 импульсов, инвертор 4, а также источник 5 тока, соединенный с инвертором, согласующий резистор 6, включенный в выходную .цепь А инвертора и соединенный через блок 7 гальванической развязки с одним из входов переключателя 8 рода работы, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, двухканальный избирательный усилитель 9, вход которого соединен с выходом переключателя 8 рода работы, а два выхода соединены с входами двух компараторов 10 и 11, формирователь 12 временных интервалов, два входа которого соединены с выходами компараторов, а выход подключен к моду лятору передающей радиостанции 13. На-фиг.2 изображен измеритель, соде жа11дий последовательно соединенные датчик 14 сигналов, двухканальный избирательный усилитель 15, выходы которого через два компаратора 16 и 17 соединены с двумя основными информационными входами измерителя 18 временных интервалов, приемную радиостанцию 19, соединенную со вспомогательным информационным входом измерителя временных интервалов, и переключатель 20 рода работы, выходы которого соединены со входами блокировки измерителя временных интервалов.

Измеритель I8 временных интервалов (см.фиг.З) целесообразно выполнить в виде триггера 21, входы С и R которого (линии а и являются основными информационными входами измерителя двух трехвходовых элементов И 22 и 23, входы которых соединены свыходом триггера, генератора 24 высокой частоты, элемента ИЛИ 25, два входа которого соединены с выходами элементов И 22 и 23, а выход подключен к входу счетчика 26 результатов измерений. Входы элементов И, соединенные с выходами переключателя 20 рода работы, являются входами блокировки измерителя 18 и выходом приемной радиостанции 19 (линия В является вспомогательным информационным входом измерителя 18)

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 1, частота которого может быть стабилизирована кварцевым резонатором, например с частотой 10 кГц, вырабатывает колебания, частота которых делится в заданное число раз делителем 2 частоты. Делитель 2 частоты обычно выполняют в виде линейки триггеров, с выходов которых через переключатель (не показан) сьшмают колебания пряГмоугольной формы рабочей частоты.Эти сигналы поступают на формирователь 3 импульсов, который вырабатывает импульсы запуска, следующие с рабочей частотой (доли-единицы герц и предназначенные для управления работой инвертора 4. Инвертор 4 обычно выполняют по схеме мостового тиристорного инвертора, в одну д агональ которого включают источник 5 постоянного тока (например генератор постоянного тока, вращаемый

90331 6

двигателем автомашины), а в другую диагональ через согласуюищй резистор 6 - нагрузку (например заземленную питающую линию длиной до 2-4 км, J незаземленную петлю), подключаемую к выходной цепи А6 инвертора 4. Под действием импульсов запуска поступаемых от формирователя 3 импульсов, инвертор 4 периодически изменяет

fO полярность выходного напряжения в цепи А8 , поэтому в нагрузке протекает переменный ток, форма которого имеет вид почти прямоугольных разнополярных импульсов, в спектре ко(5 торого содержатся гармонические составляю1дие множества частот, из ко.торых две рабочие составляющие (например с частотой 0,61 и 1,83 Гц) имеют максимальную амплитуду.

Так как сопротивление нагрузки

20 является комплексным, то в общем случае составляющие тока двух рабочих частот LU. и uJn сдвинуты относительно момента переключения полярJ- ности тока в инверторе 4 на некоторые временные интервалы t и tf . В этом случае выражение для токов двух частот, пропускаемых через нагрузку (заземленную линию), может быть представлено в виде

30

П J Sin ,-n ujj, (, (1)

где 3 и Э( - амплитуды токов соответствующих частот; t - текущее время. . -

Сигнал, пропорциональный току (Г), снимается с согласующего резистора 6 и через блок 7 гальванической развязки и переключатель 8 рода работ в первом положении поступает на вход

двухканального избирательного усилителя 9. Блок 7 гальванической развязки представляет собой либо оптрон, либо транс(1юрматор постоянного тока, которые без искажений передают на

выходформу входного сигнала,С помощью двухканального избирательного усилителя 9, один из каналов которого настроен на частоту u) , а другой на частоту (jjq, из суммарного входного сигнала вьщеляются составляющие первой и второй частот. С помощью компараторов 10 и 11 синусоидальные сигналы преобразуются в импульсы, которые следуют в моменты перехода синусоидальных сигналов через нулевое значение. Эти импульсы поступают на два входа формирователя 12 временных интервалов, в качестве ко-, торого может использоваться триггер. 7 к счетному входу которого подключен выход низкочастотного компаратора 10,а кВХОДУ Установка нуля выход высокочастотного компаратора 11.На выходе формирователя 12 форми руется импульс, начало которого сов падает с моментом перехода через нул синусоидального сигнала с частотой UJ , а конец - с ближайшим к нему моментом перехода через нуль синусоидального сигнала с частотой UQ . Длительность этого импульса равна АЧ Ч- Ч где At- взаимный временный сдвиг сигналов двух частот в канале избирательного уси лителя 9 и компараторов 10 и 11. Во втором положении переключателя 8 рода работы ко входу двухканал ного избирательного усилителя 9 под ключается выход делителя 2 частоты. При этом с выхода делителя 2 поступает сигнал строго прямоугольной формы,в котором временной сдвиг рабочих частот равен нулю. В данном случае на выходе формирователя 12 временных интервалов формируется им пульс , длительность которого равна (а) Импульсы (2) и (З) с выхода формцро вателя 12 поочередно поступают на вход модулятора передающей радиостанции 13 и излуча.ются в эфир. В точке измерений сигнал из земл принимается с помощью датчика 14 си налов (заземленной приемной линии, индукционного преобразователя,магни тометра и подается на вход двухканального избирательного усилителя 1 каждый канал которого настроен на те же частоты, что и усилитель 9.На входе усилителя 15 имеется принятый из земпи суммарный двухчастотный сигнал u-u sinw t- v n t&nj U Sinuj(i4t,2+-fcri 4nj) I4r) где U,U, - амплитуды сигналов; t« - время запаздывания сиг налов в земле, обусловленное индукционными эффектами, в области малых параметров электромагнитного поля это время не зависит от частоты сиг йала; I8 tйп п - время запаздывания сигналов первой и второй частот соответственно, обусловленное вызванной поляризацией среды; при малой разнице рабочих частот ( отношение частот не более 5:10 это время изменяется обратно пропорционально частоте сигнала. В двухканальном избирательном усилителе 15 выделяются синусоидальные составляющие двух частот сигнала (. 4 ). Затем синусоидальные сигналы с помощью компараторов 16 и 17 преобразуются в импульсы, следующие 4Г 1 рменты перехода через синусоидальных сигналов. Из этих импульсов на входе измерителя 18 временных интервалов формируется импульс, начало которого совпадает с моментом перехода через нуль.синусоидального сигнала низкой частоты, а конец совпадает с ближайшим к нему переходом через нуль синусоидального сигнала второй, более высокой частоты. Длительность этого импульса равна s -VHniXи измеряется с помощью измерителя 18 временных интервалов при первом положении переключателя 20 рода работ. В этом положении переключатель 20 разрешает прохождение сигналов с основных информационных входов измерителя 18, к которым подключены компа-раторы 16 и 17, и блокирует прохождение сигналов с выхода приемной радиостанции 19. Во втором положении переключателя 20 рода работы блокируется прохождение сигналов с основных информационных входов измерителя 18 и разрешается прохождение для измерения сигналов с вспомогательного информационного входа, к которому подключен выход приемной радиостанции 19. Б зависимости от положения переключателя 8 рода работы в генераторной установке на выходе приемной радиостанции 19 получают импульс, дли- ельирсть которого определяется либо выражением (2) , либо вырахсением (.3). Эти импульсы поочередно по ступают на вход измерителя 18 временны { интервалов, с т омощью которых и измеряется их длительность. Затем определяется величина параметра ВП VV 4- S-4n5f4n,-Vii -) ( где п - соотношение частот. Таким образом с помощью устройства определяется параметр ВП. При необходимости контроля собственных фазовых сдвигов в измерительном трак те процесс измерений дополняется,как и в известном устройстве, градуировочным циклон, когда на вход усилите ля 15 подается сигнал от калибратора (не показан. Связь между операторами генераторной установки измери тельной лаборатории поддерживается с помощью радиостанций 13 и 18. Измеритель 18 временных интервалов целесообразно выполнять по схеме изображенной на фиг.З. В этом случае выходы компаратора 16 и 17 по линиям q и 5 соединяются со счетным входом и входом Установка нуля т риггера 21. При этом на выходе триггера 21 формируются,импульс, начало которого соответствует моменту перехода через нуль синусоидального сигнала более низкой частоты, а конецближайшему к нему моменту перехода через нуль в том же направлении (от отрицательньк к положительным или наоборот) синусоидального сигнала второй, более высокой частоты. Этот импульс поступает на первый вход трехвходового элемента И 22. На второй вход этого элемента поступают импульсы высокой образцовой частоты от генератора 24 высокой частоты, а третий вход элементов И 22 и 23 является блокировочным.В первом положении переключатель 20 соединяет с общей шиной..устройства вход элемента И 23. При этом импульс с выхода триггера 21 в элементе И 22 заполняется образцовыми импульсами высокой частоты, вырабатываемыми генератором 24.Эти импульсы через элемент ИЛИ 25 поступают на счетчик 26 результата измерений, по которому и отсчитывается длительность этого импульса fc Целью погвышения точности может. быть использован метод накоплений . Вспомогательные элементы, обеспечивающие этот режим, не показань) . Во втором положении переключатель 20 , соединяет с общей шиной устрой$:тва вход элемента И 22. В этом случае им ,пульсы с выхода радиостанции 19, 1 10 пройдя через элемент И 23 и элемент ИЛИ 25, подсчитываются с помощью счетчика 26 результатов измерений. Формула изобретения Электроразведочная аппаратура, состоящая из электроразведочного генератора, содержащего последователь;Но соединенные задающий генератор, делитель частоты, формирователь импульсов и инвертор, а также источник тока, соединеншлй с инвертором, согласующий резистор, включенный в выходную цепь инвертора и соединен- ный через блок гальванической развязки с одним из входов переключателя рода работы, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, двухканальный избирательный усилитель, вход которого соединен с выходом переключателя рода работы, а два выхода соединены с входами двух компараторов, передающую радиосташцию с модулятором, и измеритель, содержащий датчик сигналов, выход которого соединен с входом двухканального избирательного усилителя, два компаратора, входы которых подключены к двум выходам двухканального избирательного усилителя, измеритель временных интервалов, приемную радиостанцию и переключатель рода работы, соединенный с измерителем временных интервалов, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности определения параметра вызванной поляризации, в электроразведочный генератор введен формирователь временных интервалов, два входа которого соединены с выходами компараторов, а выход - с модулятором передакнцей радиостанции, в измерителе основные информшцюнные входы соединены непосредственно с выходами компараторов, вспомогательный информационный вход соединен с ВЫХОДОМ приемной радиостанции, а входал блокировки - с выходами переключателя рода работы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Аладинский Ю.В. и др. Известия ВУЗов. Геология и разведка,1968, № 6, с. 155-157. 2.Авторское свидетельство СССР № 716102, кл. G 01 V 3/02, 1980 (прототип) .