Устройство для фиксации упругих колебаний при акустическом зондировании горных пород Советский патент 1982 года по МПК G01V1/24 G01V1/52 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ ПРИ АКУСТИЧЕСКОМ ЗОНДИРОВАНИИ ГОРНЫХ ПОРОД

1

Изобретение относится к области исследования кинематических и динамических характеристик упругих волн в пересекающих скважину горных породах.

Известно устройство, работа которого основана на фиксации преобразованных в электрический сигнал упругих колебаний с помощью порогового устройства, срабатывающего на первом положительном полупериоде сигнала при достижении последним порога срабатывания. Для предотвращения срабатывания порогового устройства от помех акустического и электрического характера, возникающих при движении скважинного прибора, порог срабатывания устанавливается выше уровня помех. В этом случае фиксация сигнала осуществляется на пологом фронте фиксируемого полупериода и запаздшвает относительно момента прихода сигнала, отсчитываемого по началу полупериода. Время от начала

фиксируемого полупериода сигнала и до моментафиксации определяет временную ошибку при фиксации сигнала 11

Недостатком известного устройства является то,- что эта ошибка при высоком пороге довольно значительна и зависит от амплитуды сигнала. Амплитуда сигнала в свою очередь зави- , сит от динамических характеристик породы, качества, центрирования и ряда

10 других трудноучитываемых факторов, т.е. может считаться случайной величиной. Поэтому ошибка фиксации является случайной величиной и не может быть учтена.

15

Таким образом, момент прихода сиг нала фиксируется с погрешностью, что искажает достоверность оценки кинематических и динамических характеристик упругих волн в исследуемых поро20дах.

Известно также устройство, в котором для фиксации момента прихода yn-i ругих колебаний используются два пот

39

роговых устройства: грубое с порогом срабатывания выше уровня помех и точное с порогом срабатывания на уровне помех. Поступивший с приемника и усиленный информационный сигнал поступает одновременно на грубое пороговое устройство и на линию задержки, задерживающую информационный сигнал на время, равное половине периода колебаний информационного сигнала. Выход линии задержки подключен к вы полненнрму на операционном усилителе чувствительному пороговому устройству, которое в исходном состоянии заперто с помощью опорного напряжения, поданного на его неинвертиру ющий вход. При достижении первым положительным полупериодом информационного сигнала порога срабатывания грубого пороговогй устройства последнее выдает командный импульс, который через ключ воздействует на неинвертирующий вход и снижает опорное напряжение до 10 мВ. Таким образом, в каждом .цикле после срабатывания грубого порогового устройстэа порог срабатывания точного порогового устройства снижается до низкого уровня - 10 мВ. Срабатывание его от поступающего на инвертирующий вход задержанного информационного сигнала осуществляется в самом начале вступления на его наиболее крутой части, где момент фиксации практически не зависит от амплитуды информационного сигнала, т.е. вместо трудноучит-ываемой случайной погрешности, связанной с амплитудой сигнала и высотой порога, введена систематическая и заранее обусловленная погрешность, равная задержке в линии задержки. Эта погрешность является систематической и легко компенсируется при обработке полученной информации. Влияние помех на устройство не существенно, так как временный интервал между прямым и задержанньм информационным сигналом составляет незначительную часть в интервале О71сидания сигнала и вероятность попадания помех в этот интервал невелика ,21.

Недостатки этого устройства обусловлены относительно большой величиной задержки, которая должна быть .обеспечена с помощью линии задержки, поскольку при акустическом зондировании горных пород зачастую используется информационный сигнал в широком спектре частот, начиная от

34

4-5 кГц. В этом случае для обеспечения нормальной работы устройства необходимая задержка, осуществляемая линией, должна быть не менее 50 МКС. Уctpoйcтвo, использующее линию с такой задержкой, громоздко, а сама линия с большой задержкой при v широком спектре информационного сигнала вносит фазовые искажения, что приводит к деформации первых вступ0лений информационного сигнала и, соотвественно, обуславливает дополнительную погрешность фиксации за счет фазовых искажений.

Целью изобретения является повыsшение точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для фиксации упругих колебаний при акустическом зондировании горных пород, содержащее

0 включенные параллельно чувствительные к полупернодам колебаний одной полярности два пороговых устройства; грубое с порогом срабатывания выше уровня помех и точное с поро5гом срабатывания на уровне помех, дополнительно введены формирователь прямоугольных импульсов с длительностью не менее четверти периода фиксируемых колебаний и се/хектор, при0чем вход формирователя прямоугольных импульсов подключен к выходу точного порогового устройства, входы селектора подключены соответственно к выходу формирователя прямоугольных им5пульсов и выходу грубого порогового устройства.

На фиг, 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - схема его работы.

Устройство для фиксации упругих

0 колебаний содержит грубое пороговое устройство I, точное пороговое устройство 2, формирователь прямоугольных импульсов 3 и селектор 4. Вход формирователя, подключен к выходу точного порогового устройства, два входа селектора подключены один к выходу формирователя прямоугольных импульсов, а другой - к выходу грубого порогового устройства.

Информационный сигнал 5 в виде пакета электрических колебаний ; полученных в результате преобразования поступивших на приемный датчик упругих колебаний, вместе с помехами пос5тупает на входы выполненных на основе операхцюнных усилителей грубого с порогом 6 .и точного с порогом 7 пороговых устройств. Режим и схема включения операционных усилителей обеспечивает фиксацию положительных полупериодов информационного сигнал причем грубый порог установлен гара тированно выше помех, а высота точн го порога установлена на порядок ни же грубого порога и соизмерима с уровнем наиболее интенсивных помех. Операционный усилитель грубого поро гового устройства поставлен в режим компаратора и при достижении по жительными полупериодами сигнала 8порога срабатывания (соответствующе го опорному напряжению И.) формирует перепады напряжения П. Помеха ж не достигает по амплитуде порога ср батывания грубого порогового устрой ства и поэтому на пороговое устройство никакого воздействия не ока зывает. Логическая схема на выходе операционного усилителя в схеме гру бого порогового устройства формирует на выходе перепады напряжения 2, фронт 13 которых соответствует первому в интервале ожидания сра батыванию грубого порогового устройства. Операционный усилитель точного п рогового устройства также поставлен в режим компаратора, но при более низком опорном напряжении, равном примерно 0,1 Идр. Поэтому он сраба тывает на более низком уровне, формируя на выходе перепады напряжения 14 от положительных полупериодов сигнала, а также от помех при их по влении и достаточной амплитуде. Перепады напряжения с выхода точ ного порогового устройства поступают на формирователь прямоугольных импульсов и запускают его фронтами перепадов, соответствующих моментам срабатывания порогового устройства. В ответ на каждый запуск формирователь вырабатывает прямоугольные импульсы 15, имеющие каждый длительность, равную четверти периода колебаний сигнала (Т/4). Выходн напряжения грубого порогового устройства и формирователя прямоугольных импульсов поступают на раздельные входы вьтолненного по схеме логического триггера селектора. При попадании фронта в интервал одного из импульсов на выходе селектора вьфабатываётся прямоугольный импульс 16, передний фронт которого соответствует моменту срабатывания грубого порогового устройства, а задний фронт соответствует моменту срабатывания точного порогового устройства в начале первого положительного попупериода, сдвинутому на время, равное постоянной длительности импульсов форнирователя. С выхода устройства импульс 16 поступает в измерительные блоки аппаратуры, где задний фронт импульса 6 используется в схеме.измерения интервального времени прохождения упругих волн для оценки пористости и в схеме измерения затухания для оценки трещиноватости участков горных пород, т,е, для оценки их кинематических и динамических характеристик. Роль грубого порогового устройства сводится к обнаружению (опознаванию) полупериода сигнала, нодлежащего фиксации, при полной безопасности (из-за высокого порога) в отношении помех. Роль точного порогового устройства сводится к фикса-, ции сигналов (в т.,ч. и помехи) с высокой точностью (за счет очень низкого порога). Совпадение двух событий - срабатьтания грубого порогового устройства и попадания его в ограниченнь1й интервал (длительностью порядка четверти периода сигнала), привязанный к моменту фиксации сигнала точным пороговым устройством, подтверждает, что зафиксирован рабочий полупериод сигнала, а не помеха. Имеющая место погрешность, определяемая длительностью импУльсов формирователя прямогоульных импульсов, является систематической и легко учитывается при обработке полученной информации или автоматически компенсируется (в двухканальной аппаратуре). Сбой на помехи за счет низкого порога срабатывания точного порогового устройства маловероятен, так как незащищенным от помехи оказывается очень незначительный интервал на фронте регистрируемого вступ-t ления сигнала, который всегда меньше четверти периода сигнала. Сопоставительный анализ предложенного и известного устройства показал, что при идентичности остальных характеристик габариты предложенного устройства во много раз меньше, а погрешность измерения, связанная с фазовыми искажениями информационного сигнала, отсутствует и принципиально невозможна.

79

Формула изобретения Устройство для фиксации упругих колебаний при акустическом зондировании горных пород, содержащее включенные .параллельно чувствительные к полупериодам колебаний одной полярности два пороговых устройства: грубое с порогом срабатывания выше уров ня, и точное с порогом срабатывания на уровне помех, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности устройства, дополнительно введены формирователь прямоугольных импульсов с длительностью не менее четверти периода фиксируемых коле138

баний и селектор, причем вход формирователя прямоугольных импульсов подключен к выходу точного порогового устройства, входы селектора 5 подключены соответственно к выходу формирователя прямоуголь-ных импульсов и выходу грубого порогового устройства.

Источники информации,. 10 принятые во внимание при экспертизе

№ 1444337, кл. Н 2 Н, 1976 15 (прототип).