Способ измерения электрических характеристик горных пород Советский патент 1981 года по МПК G01V3/06 G01R27/00 G01N27/00 

1

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано при исследованиях электрических свойств горных пород и руд на образцах и обнажениях.

Для измерения комплекса электрических характеристик образцов горных пород в частотной и временной областях используется способ, основанный на возбуждении образца сигналом заданной формы, измерении переходных и амплитудно-частотных характеристик образцов при помощи специально приспособленных измерителей 1 .

Недостатком такого способа является большое количество измерительной аппаратуры и, как следствие г высокая стоимость и низкая производительность труда при измерениях.

При отсутствии всего комплекта измерительной аппаратуры выполняют измерение одной из характеристик,а остальные рассчитывают с использованием известных соотношений из теории линейных цепей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ,основанный на возбуждении образца последовательностью прямоугольных .импульсов , измерении текущих значений переходной характеристики и последующем расчете частотных характ ристик по формулам преобразования Фурье, устанавливающим математическую связь между временными и частотными характеристиками образцов l2j.

10

Однако способ характеризуется недостаточной точностью и низкой производительностью труда при выполнении измерений комплекса электрических характеристик образца.

ts

Цель изобретения - повышение производительности труда и повышение точности измерения характеристик.

Указанная цель достигается тем,

20 что в известном способе, основанном на возбуждении горной породы последовательностью прямоугольных импульсов, измерении текущих значений переходного процесса в пау25зах между импульсами и последующем расчете электрических характеристик, горную породу возбуждают последовательностью серий непрерывно следующих знакопеременных пря30моугольных импульсов одинаковой

длительности с относительными амплитудами импульсов в серии, равными it-t (N-1)

(-1Г

(1)

TN-K) (K-i )i

где N - число импульсов в серии; К - порядковый номер импульса в серии (К 2, 1,..., N),

а переходной процесс в паузах интегрируют в течение времени, равного длительности импульса в возбуждающей серии, причем момент начала интегрирования отстоит от конца возбуждающей серии на время, равное-длительности импульса в возбужданвдей серии.

Для повышения точности измерени значения переходного процесса в паузах интегрируют не менее чем на двух интервалах времени, а результаты суммируют алгебраически с весовыми коэффициентами,равными

а / - (М-1)- /, К Тм-К).(К-1}.« 2)

где М - число интервалов интегрирования, К - порядковый номер интервала

интегрирования. . Переходной процесс в паузах между сериями импульсов с заданной точностью аппроксимируется суммой экспонент следующего вида

fv rl 414 - Ч) Р,-Р 1 (

где Й- - амплитудный множитель i-эк поненты;

ct - параметр i-экспоненты.

При предложенной форме сигнала возбуждения и длительности интервала интегрирования, равного t , зависимость выходного напряжения измерительного устройства от величины оС. выражается формулой

e-o

C-1)N,g-di-to N-e

(N-t))e

--ce )

где e - постоянный множитель,обладает ярко выраженным экстремумом при параметре ° равном

of. gn -(N+2)

(5)

что позволяет с точностью до постоянного множителя независимо определить амплитудный множитель р для элементарной экспоненты, параметр которой равен входящей в сумму,аппроксимирующую переходной процесс, при возбуждении образца.

Изменяя длительность импульсов в серии и, соответственно, начало и длительность интервала интегрирования, определяют значения амплитудных множителей ft для экспонент с различными значениями параметров elПереходная характеристики образца рассчитывается по формуле

на)-.

где и значения амплитудны множителей и парамеров экспонент,полученных- по данным измерения.

Активная и реактивная составляющие комплексных сопротивлений или проводимости определяются по формулам

к P-i il

А С1 k Ь

(Ш) ;t o(.-tUU2 -1

-и -у ,

Сш)-,

где Ajj, - активная составляквдая; 0 - реактивная составляющая частотной характеристики;(Ш - круговая частота.

В случае переходного процесса вда (3) зависимость выходного напржения измерительного устройства от параметра oL выгл{адит как

-С Р {.)

и

вых

где N - число импульсов в возбуждаемой серии;

М - число интервалов интегрирования,

и имеет меньшую относительную ширину в сравнении с зависимостью выходного напряжения от параметра af при интегрировании на одном интервале, что позволяет увеличить количество независимо измеряемых амплитудных Множителей и точность измерения характеристик.

На фиг1 1 дана временная диаграмма импульсов возбуждения и интервалов интегрирования при N 4 и М 2 на фиг. 2 приведена нормированная зависимость выходного напряжения измерительного устройства от изменения величины ottg при различных N.

Предлагаемый способ может быть реализован при помощи устройства,схема которого для случая двух интервалов интегрирования приведена на фиг.3.

Измерительное устройство содержит генератор 1, соединенный с последуемым объектом 2, выходное напряжение которого подается на два канала,состоящие из последовательно соединенны управляемого ключа 3.1 (3.2), интегратора 4.1 (4.2) и аналогового запоминающего устройства 5.1 (5.2), выходы которых подключены ко входам блока 6 весовой обработки, соединенного с индикатором 7, управляющие входы ключей 3.1 (3.2) и аналоговых запоминающих устройств 5.1 (5.2) и генератора 1 соединена с выходами перестраиваемого блока 8 управления. . Устройство работает следующим образом.

Исследуемый объект 2, например, в виде образца горной породы,возбуждается последовательностью серий импульсов , вырабатываемых генератором 1. Выходное напряжение с образца 2 через управляемые ключи 3.1 и 3.2 поступает на интеграторы 4.1 и 4.2, а затем на аналоговые запоминающие устройства 5.1 и 5.2. Длительность импульсов в серии генератора 1,. моменты замыкания и размыкания ключей 3.1 и 3.2, а также режим работы аналоговых запоминающих устройств 5.1 и 5.2 устанавливаются перестраиваемым блоком 8 управления. Выходные сигнашы аналоговых запоминающих устройств 5.1 и 5.2 алгебраически суммируются с заданными весами в блоке б весовой обработки и подаются на индикатор 7. Индикатор 7 фиксирует величину амплитудного множителя для экспоненты, параметр которой d. устанавливается перестраиваегФ блоком 8 управления.

Измеренный набор амплитудных множителей f) используется для расчета электрических характеристик по приведеннь№1 выше формулам.

Предлагаемый способ позволяет измерить комплекс электрических характеристик образца одним измерительным устройством, что снижает стоимость измерений. Процесс определения характеристик сводится к простым операциям умножения на постоянный множитель и сложения набора функций, которые могут быть предварительно протабулированы. Простой вид используемых функций позволяет выполнять расчеты характеристик при помощи аналогового или несложного цифрового вычислительного устройства и создает возможность для автоматизации измерений и повышения точности и производительности труда при измерениях .

Формула изобретения

1. Способ измерения электрических характеристик горных пород,основанный ha возбуждении горной породы последовательностью прямоугольных импульсов, измерении текущих значений переходного процесса в паузах между импульсами и последующем расчете электрических характеристик, о тличающийся тем, что, с целью повышения производительности труда и повыаюния точности измере ния характеристик, горную породу возбуждают последовательностью серий непрерывно следующих знакопеременных прямоугольных импульсов одинаковой длительности с относительными амплитудами импульсов в серии, равными

(ыи);

,к-1

А.,--С-1)

CN-K.4K--fT

где N - число импульсов в серии; К - порядковый нЬмер импульЬа

в серии,

а переходной процесс в паузах интегрируют в течение времени, равного длительности импульса в возбуждающей серии, причем момент начала интегрирования отстоит от конца возбуждающей серии на время, равное длительности импульса в возбуждающей серии.

2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что переходной процесс в паузах интегрируют не менее чем на двух интервалах времени,а результаты интегрирования суммируют алгебраически с весовыми коэффициентами, равными

к-4 (

Вк--(-|) {M-K).4K-fl

где М - число интервалов интегрирования;

К - порядковый номер интервала интегрирования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1.Савицкий А.П., Юзов В.И. Аппаратура для измерения электрических и магнитных свойств горных пород. Сб. Методы разведочной геофизики . Вып. 13. Электроразведка. Л., недра, 1971, с. 142-148.

2.Исследование и экспериментальная проверка возможности издания аппаратуры для комплексных измерений свойств образцов горных пород.Отчет по НИР. Красноярский политехнический институт, 1975. Номер гос.per. 72002672 (прототип).