Устройство для геоэлектроразведки Советский патент 1982 года по МПК G01V3/10 

Изобретение относится к геоэлектроразведке индуктивньйми методами.

Известно устройство для геоэлектроразведки, используемое для измерения инвариантных параметров магнитного поля, в частности реактивных компонентов, содержащее два ортогонально установленные датчика, перемножители, фильтры, устройство среднеквадратичного сложения, измерительный прибор и источник опорного напряжения 1.

Эти устройства позволяют измерять реактивную компоненту в плоскости датчиков только на одной частоте, что является их недостатком.

Известно также устройство для геоэлектроразведки, содержащее два ортогональных приемных датчика,одни ,из которых через фазовращатель, а другой непосредственно подк.гаочены к коммутатору, который через избирательный усилитель нагружен выходным коммутатором, причем избирательный усилитель через фазочувствительный детектор, нагруженный дополнительным усилителем частоты коммутации, и синхронный детектор-подключен ко входу следящей системы 2.

Эт.о устройство позволяет проводить автоматическую ориентировку датчиков вдоль осейэлипса поляризации,

с однако обладает невысокой, точностью измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для двухчастотных измеIQ рений в геоэлектроразведке, содержащее два резонансных ортогонально установленных датчика поля, два множительных устройства, два фазочувствительных выпрямителя, суммирующее устройство и источник опорного

15 напряжения (3.

Известное устройство позволяет измерять угол поворота эллипса поляризации магнитного поля при изменении частоты независимо от ориентировки датчиков в плоскости измерений, однако оно имеет низкое быстродействие и, следовательно, ниэкую точность измерений в движении (например, с само25лета) , что обусловлено модуляцией измеряемых сигналов сигналом низкой частоты. Бремя измерения с помощью такого устройства не может быть меньше периода сигнала частоты модуля30ции.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для геоэлектрораэведки, содержащее два резонансных ортогонально установле.нных датчика, два множительных устройства, два фазочувствительных выпрямителя, суммирующее устройство и источник опорного напряжения, подключенный -к входу одного фазочуйствительного выпрямителя, введена вторая пара резонансных ортогональ--(хно установленных датчиков, расположенных коллинеарно первой паре датчиков первой частоты и настроенных на другую частоту, вычитающее устройство и источник опорного напряжения причем входы1 каждого из множительных устройств подключены к двум взаимно ортогональным датчикам разных частот, а выходы множительных устройств подключены к вычитающему устройству, соединенному с фазочувствительными выпрямителями, опорный вход второго фарочувствительного выпрямителя соединен со вторым источником опорного напряжения, а выходы фазочувствительных выпрямителей соединены со входом сумматора.

Такая конструкция устройства позволяет измерять новую инвариантну относительно ориентировки датчиков величину: угол поворота вектора реактивной или любой другой составляющей поля при изменении частоты. В предлагаемой схеме измеряемые сигналы не умножаются на медленно изменяющийся сигнал, как в извест-V ной схеме, а перемножаются непосредственно между собой, что повышает быстродействие измерений.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - приведены результаты расчета величин, измеряемых предлагаемым устройством над двухслойной проводящей средой; на фиг. 3 показаны для сравнения результаты расчета полуосей эллипса поляризации магнитног поля над той же средой.

Устройство содержит датчики поля 1 - 4 множительные устройства 5 и б, вычитающее устройство 7, фазочувствительные выпрямители (детекторы) 9 и 10, источники (генерато - ры)опорного напряжения 8 и 11, суммат р 12. Выход сумматора является выходом устройства.

Работает устройство следующим образом.

Генераторное устройство (не показано) возбуждает электромагнитное поле двух частот w. и w. Датчики 1 и 2 установлены ортогонально и принимают сигналы частоты w. Аналогично датчики 3 и 4 также установлены орЗ огонально и принимают сигналы частоты Wrt. Возможно совмещение датчиков 1 и 3 (а также датчиков 2 и 4) в один с последующим разделением сигналов двух частот с помощью фильтров. Выражения .для сигналов, принимаемых датчиками - можно записать в виде

( HgU sinw t ,+ - ,

-f t + 04)3,

CCS w.t, -I

ZX + - w t,

2r 2. 3,гг 9° где RgUy,) и 1Ц - активная и реативная составляющие частоты по направлению j.

Множительное устройства 5 перемнжает сигналы с датчиков 1 и 4, в рез: льтате чего на его выходе получаются сигналы комбинационных час тот W,.,- w и W2+

f-«еНхУи WH ) t -Г e WV-kz Iv.U,.In,lJ2z)cos(w,- -iH 4- CPB -iyIv.Uir sin()t + - (-RgU i ReUuz- )У22.) COS( WjtАналогичные выражения получают для сигнала U , . выходе множительного устройства б, перемножающе сигналы с датчиков 2 и 3.

Вычитающее устройство 7 преобразует разность произведений

U-tx- 2z - U- z-Uix Фазочувствительный выпрямитель

9, на который подается опорное напряжение cos (w - w )-t от генератора 8, выделяет из разностного сигнала величину

1

-Г еЧух е атReU,ReU,)

.- )

Аналогично, Фазочувствительный выпрямитель 10, управляемый опорны напряжением cos(w + w )t от генератора 11, образует на своем выходе сигнал 1

-(-КцЦ, RgOi-j

Uax) +

+ Re 4)71 Re

+ 2 Vrt--X .. .

В результате суммирования на выходе сумматора 12 получается следующее напряжение, являющееся результатом измерений

Л v( 3vnUax -«3h). Зщи-г x (D Это напряжение, как видно из полученного выражения, равно векторному произведению векторов

() И (ОкпОах ,vnUaz) : (2) д .sin Ч , где . - модуль векто ра реактивно .составляющей поля на част те Wj ; ,.z- то же, на частоте ДЧ - разность гео метрических углов между векторами, Все величины , jyiUj, дч и д не зависят от ориентировки датчиков поля в плоскости измерений. Целесообразным является дальнейшая обработка результатов с целью определения величины ДФ . Это может быть осуществлено, если известными устройствами измерить дополнительно величины Clyvi и и 3,02. Тогда величин Дф может быть вычислена по формуле (2) аналогичным вычислительным устройством. Величина А4 является наиболее инвариантной из всех, так, как она не зависит и от нестабильности токов двух частот в источнике тока. Следует заметить, что выбор фаз опорного сигнала определяет ту составляющую измеряемого поля, угол поворота которой будет измерен устрой ством. В геофизике предпочтительным является измерение угла поворота реактивной составляющей поля, непосредственно связанной с изучаемым геоэлектрическим разрезом. Измерение угла поворота активной составляющей суммарного поля данным устройством возможно, однако следует учесть, что влияние активной составляющей нормального поля источников приводит к уменьшению измеряемых величин и увеличению погрешностей измерений В то же время, как показывают расче ты, измерение угла поворота активной составляющей поля не имеет пре имуществ в отношении глубинности ис следований по сравнению с измерением угла поворота реактивной составляющей. Так как множительные устройства перемножают непосредственно сигналы рабочих частот, то это способствуе повышению быстродействия измерений Быстродействие устройства определяется главным образом постоянной времени фазочувствительных детектор которая может быть выбрана доста-- точно малой. Измеряемая устройством величина является, для геофизической разведки новой. Поэтому целесообразно указат ее полезные свойства, во-первых, она не зависит от ориентировки приемных датчиков, что повышает точность измерений, во-вторых, при измерении этой величины повышается гпу бинность геофизической разведки по сравнению с измерениями, например, полуосей эллипса поляризации магнитного поля. Пример. Над двухслойной средой с проводимостью -U и мощностью hft первого слоя и п-рОводимостью G основания расположен на высоте Ь от поверхности слоя вертикальный магнитный диполь. Поле измеряется в точке ( Z Я) где ; Z - высота датчика поля, а р - его расстояние по горизонтали от генераторного диполя. На фиг. 2 и 3 приведены графики :нормированного отношения полуосей эллипса поляризации Ь и ЛФ для случая, когда {Z+ h }/у 4 , постоянные в зависимости от параметра qt-/w ff(2+ h) Индексы кривых равны Xj /(Г Рассматриваемый случай соответствует первому слою довольно большой мощности, сравнимой с высотой измерительной установки в аэроэлектроразведочном методе ДИП-А, Графики величины z+h. .Я+3 т:: 3 sin в cos© т.е. нормированного отношения полуосей эллипса поляризации магнитного поля ( и в - сферические координаты с центром в месте распо- . ложения генераторного диполя), слабо зависят от г то показывает невозможность определения в данном случае проводимости основания б , В то же время графики величины дц) , рассчитанные для отношения частот, pafBHoro 4, причем в параметр g входит верхняя частота, для различных Oi/СГ заметно различаются. Т.о. путем измерения величины дф можно определить проводимость основания в тех случаях, когда измерение полуосей не дает такой возможности. Повышенную глубинность исследований при измерении ДФ можно пояснить следующим. При вычислении ЛУ по формуле (1) в зоне малых параметров вычитаются первые члены разложения вторичного поля, и поле начинает зависеть от следующих членов разложения, пропорциональных w. Как вилно из приведённых графиков,эти члены разложения несут информацию о более глубоких частях геоэлектрического разреза. Формула изобретения Устройство для геоэлектроразведки, содержащее два резонансных ортогонально установленных датчика, два множительных устройства, два фазочувствительных выпрямителя, суммирующее устройство и источник опорного напряжения, подключенный к входу

ОДНОГО фазочувствительного выпрямителя/ отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерений, в него, дополнительно введена вторая пара резонансных ортогонально установленных датчиков, расположенньЕс кол ;Линеарно датчикам первой частоты и настроенных на другую частоту,вычитающее устройство и источник опорного напряжения, причем входы кавдого из множительных устройств подключены к двум взаимно ортогональным датчи кам разных частот, а выходы множительных устройств подключены к вычитакицему устройству, соединенному с фазочувствительными выпрямителями, опорный вход второго фазочувствитального выпрямителя соединен со вторым источником опорного напряжения, а выходы фазочувствительных выпрямителей соединены с входом сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе/

1.Сватов Б,С. и др. Рудная электроразведка по методике эллептически поляризованного поля. М., Недра, 1969, с. 28-32.

2.Авторское свидетельство СССР № 176334, кл. G 01 V 3/10, 1962,

3.Авторское свидетельство СССР

№ 417754, кл. G 01 V 3/10, 1974 (прототип) .

ff.J

0,1

0.03

X

I02ft

fej