Устройство для электроразведки Советский патент 1982 года по МПК G01V3/12 

(54) УСТРОЙСТВО для ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

Изобретение огносигся к усгройсгвам цяя определения свойств труднодоступных объектов по отраженным от них электромагнитным сигналам и может быть использовано п{ж создании систем для определения магнитной проницаемости вещества объектов в земле, воде, воздухе и космосе. Известна гео4изическая система,содеf жащая антенну, приемно-передающую систему, импуяьсный генератор, ограничитель сигнала t Однако 9та система имеет ограниченные возможности, так как на основе анализа отраженных сигналов позволяет лишь отслеживать профиль подземного рельефа, не обеспечивая при этом определэние свойств залегающего там вещества, напри мер, его магнитной проницаемости. Известен способ и реалидующее его устройство геоэлектроразведки, предказ|на :енные для радиоволнового просвечивания земли. Устройство содержит антенну, антенный переключатель, усилитель мощности,-амплитудно-фазовый измеритель, генератор гармонического сигнала, зад &кшшй генератор.. Устройство на основашга соо1)стайлення амплитуды и фазы излученного и принятого сигналов и при наличии соответстщгю щей методики интерпретации результатов позволяет с определенной достоверностью судить о нал1чии аномалии в зондируемой области земли t Ощсако к недостатку известного cnoet ба и устройства следует отнести отсутствие возможноеш определения свойства вещества выявленной аномалии, например, его магнитной прдаицаемосги. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению явлs ется устройство для электроразведки, содержащее последовательно соединенные модулятор, задающий генератор, усилитель мощности излучаемых импульсов, приембизлучающую антенну н приемник сггражеиного сипшла, а также регистратор и блок обработки отраженного сигнала путем еравдадая фазы отраженного сигнала с фазой модулирукадего сигнала умноженной частоты tsj. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет количесгвенного определения магнитной прони- яаемосги исследуемых многослойных обьек тов, а также расширение областп применения устройства за счет испс)1пьзс(вания его для разведки объектов, находящихся в земле, в Воде и в космосе. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для электроразведки, содержащее последовательно соединенные Мор улятрр, задакяций генератор, усилител Мсщйости иа/с аемых импульсов, приемонйвло акяиую антенну и приемник от- раженного сигнала, а также регистратор, дополнительно введены два генератора пн лообрашого напряжения, два 6л еж а дифференцировония, четыре блока сложения, шесть блоков умножения, четыре блока двлёния, блок вычитания, блок инвертировйния, четыре блока выделения максимума, истовдик сипиала, пропорционального величине магнитного поля земли, HCTOI ник единичного сигнала, четыре нуль-органа, схему совпадения, два блока чения квадратного корня, блок переключени управляемый генератор косинусоидального 11апряжения и пять блоков формирования функций SaKc- o- PtP beP(). Pr.-SinV c.;.4l,p.,.,,, at i i at atb -максимальное значение а плитуды излучаемого СИР нала; -круговая частота излучае мого сигнала; -декремент затухания издучаемргр сигнала; -декремент затухания отраженного сигнала от i слоя среды; -интервал времени с момейта излучения сигнала до момента его приема о i -слоя среды: -скорость распространения сигнала в i -слое среды; -коэффициенты пропорцией а льности, зависящие от ма пштной проницаемости среды, ее ироиэвошюй и скорости распространения кагочэнного сигнала в среде;, - произ&одные к-го порядка отраженного от среды сигнала; п - число слоев среды с различными диэлектрическими и магнитными свойствами, причем вход первого блока дифференцирования соединен с выходом приемника отраженного сигнала, а его выход - с первым входом первого блока сложения, выход которого соединен с входом первого блока выделения максимума, а второй вход - с выходом первого блока умножения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами блока формирования 4УНКЦНИ (- 3м0кс р X ехр (-fl) и управляемого генератора косинусоидальногр сигнала, входы которых соединены с выходом первого генератора пилообразного напряжения,выход первого блока сложения соединен также с входом второго блока дифференцирования, первый , второй и третий выходы которого соединены с входами второго, третьего и четвертого блоков выделения максимума, выходы которых соогвегственно соединены с первыми блоков формирования функций Р , р и Р. , первый вход блока формирования ф5нкций Р подключен к выхосу первого блока выделения -максимума, вторые входы блоков формирования функций Р, Р, Р , Рд. соединены межцу собой и подключены к выходу первого блока деления, первый вход которого соединен с выходом блока вычитания, а его второй вход соединен с выходом второго блока сложения, первый вход которого соединен с первым входом блока вычитания и выходом источника еданичного сигнала, а второй вход второго блока Сложения соединен с вторым входом блока вычитания и выходом первого блока извлечения кваг атного корня, вход которого подключен к выхо третьего блока сложения, соединенного первым входом с выходом второго блока умножения, и вторым входом - с выходом источника единичного сигнала, первый вход в1горого блока умножения соединен с выходом источника сигнала, пропорционального величине магнитного поля земли, а второй вход - с выходом второго блока целения, третьи входы блоков формирования функЦИ P.J, Р|2, Рз,.Р4 соединены межоу собой и с выходом третьего блока умножения, первый вход которого подключен к Buxofv третьего блока целения, а второй вход - к выходу блока формирования функ-b-t.-V.. ции (), вход которого соединен с вькЪдом блока инвертирования, подключенного входом к выходу четвертого блока умножения, первый вход которого соединен с первым входом третьего блока деления и выходом пятого блока умножения, первый вход которого соеоянен с выходом второго генератора пилообразного напряжения, а второй вход с выходом четвертого блока деления, пе{ вый вход которого соединен с вькодом второго блока извлечения квадратного корня, второй вход третьего блока деления подключен к выхос источника единичного сигнала, выходы блоков формирования ф5 нкций R, , Р, Р, Р соеданены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока переключения, первый выход Которого соединен с первым входом четвертого блока сложения, с входом второго блока извлечо1ия корня квадратного и первым входом второго блока деления, второй выход блока переключения соединен с первым входом шестого блока умножения, соединенного вторым входом с выходом источника сигнала, Пропо1рциональногр величине магнитного пБля земли и вторым входом второго блока деления, третий выход блока переключения соединен с вторым входом етвер гого блока деления, четвертый выход блока переключения соединен с вторым входом четвертого умножения, выход шесго го блока умножения соединен с вторым входом четвертого блока сложения, вькод которого подключен к первому входу регистратора, второй вход которого соецинен с выходом/схемы совпадения, первый, второй, третий и четвертый входы которой со единены соответственно с выходами пе вого, второго, третьего и четвертого нуль-органов, входы которых соответствен но соединены с вьесодами блоков формнр вания функций Р, Pj , Pj, и 4- На чертеже приведена структурная сх&ма устройства для электроразведки. Устройство для электрораавед coppprжиТ1/приемоиалучакхцую антенну I с антенным переключателе м,,усилитвль мшшосхи 2 излучаемого сигнала, задакидкй генератор 3, модулятор 4, приемник 5 отраженного сигнала, первый генератор пилообраЗ ного напряжения 6, первый Т и второй 8 блоки рифференииройания, первый 9, второ 10, третий 11, четвертый 12 блоки сложения, первый 13, второй 14, третий 15, четвертый 16, пятый 17 и шестой 18 локи умножения, первый 19, второй 20, ретий 21, четвертый 22 блоки деления, лок 23 вычитания, блок 24 инвертирования, первый 25 к второй 26, третий 27, четвертый 28 блоки выделения максимума, второй генератор 29 пилообразного HatipsnceHHfl, источник 30 сигнала, пропорционального ветчине магнитного поля аемяс, источник 3 I единичного сигнала, первый 32, второй 33, третий 34, четвертый 35 нуль-органы, схему совпадения 36, блоки 37 формирования функ-ftlilиий- ( ) RI г38. PJ - 39, РЗ -40. 41, ); -42,управлаемый генератор . 43 косинусоидального напряжения, первый 44 и второй 45 блоки извлечения квадратного корня, блок 46 переключения и регистратор 47. Работа усгрЫ ства для электроразведки осуществляется следующим образом. Выход приемника 5 отраженного сигнала соединен с входом первого блока 7 рифферешщрования, его выход - с первым входом первого блока 9 сложения, второй вход которого подключен к выхо- дУоервого блока 13 умножения, а выход соединен с входом первого блока 25 выделения максимума, и входом второго блока дифферениирова щя 8, первый, второй и третий вьрсоды которого соединены соответственно с входами второго 26, третьего 27, и четвертого 28 блоков выделения максимума, выход первого генератора пилообразного напряжения 6 сое- сошен с входом блока 37 формиршания 4УНКШШ i- 3moix o }. ) и 1ВХОДОМ ytipaBiMeMoro генератора 43 косинусшдального напряжения, выходы которых соеОЦнены соогввтсгаенно с первым я вторым входами первого барка 13 умножения, первые входы блоков 38, 39, 40, 41 формирования функций Р,, Р,, Р соединены соответственно с выходами блоков 25, 26, 27 28 выделения максимума ,вторые обье,диненные входы блоков 38-41 соединены с вькодом первого блока веления 19, первый взюд которого соёгошен с выходом бяока 23 вычитания, а его второй вход - с выходом второго блока 10 сложения, первые входы блоков 23 и 10 соединены с выходом источника 31 единичного сигнала, аеговтовце входы - с выходом первого блока 44 извлечения квадратного корня, ; . вход которого соединен с выходом третье7938го блока 11 сложения, соединенного первым входомс выходом второго блока 14 умножения, и вторым - с выходом исгочника 31 единичного сигнала, первый ьход второго блока. 14 умножения соединен с выходом источника 30 сигаала, пропорционального величине магнитного поля земли и с первым входом шестого блока 18 умножения, а второй вход - с выходом второго блока 20 деления, третьи соединенные входы блоков 38-41 формирования функций Р-) -Рд соединены с выгодами Tpel-beroi блока 15 умножения, первый i вход которого соединен с вьпсо ом третье го блока 21 деления, а второй - с рых1. дом блока 42 формиррвания функции е которого соединен с Bioxoдом блока 24 инвертирования, подключенного К выхору четвертого блока 16 умно. жения, первый вход третьего блока 21 деления соединен с первым входом четвер того блока 16 деления и выходом пятого блока 17 умножения, его второй вход - с выходом источника 3 1 единичного сигнала, первый вход пятого блока 17 умн1 хсения соештоен с выходом второго ген&ратора 29 пилообразного напрясжения, его второй вход соединен с выходом четвер то г /блока 22 деления, соединенного пер вым входом с выходом второго блока 45 извлечения квадратного корня, втыход бло ка 38 формирования функции Р соединен с первым входом блока 46 переключения и входом первого нуль-органа 32, выход блока 39 формирсеания функции Рп соеЕошен с вторым входом блока 46 пере ключения и входом второго нуль-органа 33, выход блока 40 формкрсйания функ- шш РЗ соединен с третьим входом блока 46 переключентяя и входом третьего нуль-органа 34, выход блока 41 формирования ()ункции Рл соединен с четвертым входом блока 46 переключения и входом четвертого нуль-органа 35i- первый выход блока 46 переключения соединен с первым входом четвертого блока 12 сл жения, входом второго блока 45 извлечения квадратного корня и первым входом второго блока 20 деления, второй вход блока 46 переключ«1Ия соединен с вторым входом шестого блока 18 умножения и вторым входом второго 15лока 20 деления, третий и четвертый выходы блока 46 переключешя соответственно , к вторым входам четвертого блока 22 деления и четвертого блока 16 умноисення, выходы нуль-органов 32-35 соединены с вхо дамн схемы совпадения 36, выход кото. 8 ой соеданен с вторым входом регасграора 47, первый вход которого соединен ерез четвертый блок 12 слсисения с шетым блоком 18 умножения. Работа предлагаемого устройства по сятределению магнитной проницаемости /и. исследуемого образца основана на решении сие те мыуравнений-для функций , в которой ко9 |фщиенты процорднональноста зависят от величины /я, и ее производной. Задающий генератор 3 вырабатывает радишмпульс, который модулируется амплитудно модулятором 4, усиливается по мощкос-т усилителем 2 и излучается приемо-излучающеи антенной 1 в направлении исследуемого обьекта. Спустя время i-, определяемое расстоянием до первого слоя вещества, екта, приемником 5 регистрируется сигнал, отраженный от первого из интересующих нас слоев вещества обьекта, при атом на выходе приемника 5 отраженный сигнал имеет амплитуду, равную личтае Q „ , представляющую сумму отраженных сигналов от п слоев среды. Из ч)инятого сигнала выделяется составляющая ( t ) путем дифффренцирования Q,, по времени и вычитания из .полу «ной производаой функции (,% i cosajgt). ,е. О 1Д иа.е -cosw t О VUWWQl Полученное аначениес С t ) дифференцируется ио времени, в результате определяются 4OTKmraaqf(i )/3t , ..., Зту( ) . В далы1ейшем используются лиЬь максимальные значения нулевой и.четньк производных фракции Jh t )f otipe деленных для первого слоя o beia;a:5n, , ,ЭЬо /34 Эти переменные являются компонентами уравнений исходной системы. Опишем работу устройства, начиная с момента появления на выходе прием1шка 5 отраженного сигнала С;. Рассуждения будем вести, для общности, ориентируясь на определение /и i -го слоя. Генератор 6 пилоофааноГо напряжения вырабатывает линейно-нарастакшшй сигнал-аналог аргумента t с периодичностью Т. Воздейстше этого напряжения на вгсоцы блока 37 формирования функции и управляемого генератора 43, обуславливает произведения г|гу11кций -Iba-i (cosuj t) 99 в блоке 13, а алгебраическая сумма реаультата перемножения с производной - , по;ч ченной в блоке 7, определяют появление на выходе блока 9 сиГ нала cg( ), описываемого вышеприведенным выражением. Многократное дифференцирование этого сигнала в блоке 8 по; врляет получить производные по времени 8-t до шестой шслючительно, причем с первого, второго, третьего выходов снимаются значения соответственно второй, четвертой и шестой производных. С помсядью блоков 25-28 выделяются максимальные значения соответственно , 4n 4H/3 4nK abcfJaib -го - Сигнал, пропорциональный скоростираспространения отраженного сигнала V. формируется на выходе блока 22. Получение сигнала, пропорционального К, обеспечивается на выходе блока 15, благодаря соответствующей организации: связей между операционными и функциональными блоками 15,16, 17, 21, 22, 24, 29,42. Пояученнью сигналы - аналоге компонентов исходной системы уравнений подаются на входы функциональных блоков 38 41, что позволяет на выходе этих блоков получать значения функций соответственно P-II Р|2. .Р организации связей между известными огцерационными элементами внутря этих блоков в соответствии с содержанием компонентов и струк- 1урой уравнений исходной системы. В результате подача на входы блока 4ё переключения, реалищующёго нзвес ный метод поиска корней уравнений задаН ного вида в автоматическом режиме значений R,, Р,2 Р 4 выходах формируются значения величин. Искомая/tg приобретает в процессе кор неисканйя истинное значение только тог да, когда закончен процесс решения всех уравнений исходной системы, т.е. Р q Р Р О. Зафиксировать такой факт поавол5Пот нуль-органы 32, 33, 34, 35, .вырабатывающие одиночные сигналы на своих выходах, когда соответственно В,0, Р(0, Р,,0, . В момент, когда все , появляется сигнал на выходе схемы совпадения 36, воздействующий на управляющий вход ре пистратора, который и зарегистрирует значение искомой величины магнитной проницаемости i -го слоя объекта jji-. 3310 Описанный процесс протекает аналотачно при определении любого из rt слоев вещества объекта. Технико-экономическая эффективность предлагаембго устройства для электроразведки определяется его новыми по сравнению с; известными аналогами 4от1Кциональными возможностями по опре велению количественного значения одного из харакгерных физдческих i свойств вещества исследуемого объекта - егр магнитной оницае.мосги и возможностью выполнения вновь введенных блоков пеликом на баве элементов вычислительной техники, в том числе и с применением микросхем, что открывает возможноста построения малогабаритных мобильных и бортовых устройств для электроразведки. В основу работы предлагаемого устройства положены принцип, одинаково справедливые для процессов электроразведки в любой физической среде и комбя-. нации сред, что позволяет шачительно расширить область применения устройства для определения магнитной проницаемости вещества объектов, залегающих в земле, находящихся в воое, воздухе и космосе. ФормулЬ изобретения Устройство для электроразведки, содержащее последовательно соединенные модулятор, задающий генератор, усилнтелЬ мощности излучаемых нмпульсов|.пряемоиэ- .лучающую антенну и приемник отражшного сигнала, а также регистратор, от л и чающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет количественного определения магнитной проницаемости исследуемыхмногослойных объектов, а также расширения области применения устройства путем испольэзования его для разведки объектов, находящихся в земле, в воде и в космосе, в него дополнительно введены два генератора пилообргеного.напряжения, даа блока дифференцирования, четыре блока сложения, шесть блоков умножения, четыре блока деления, блок вычитания, блок ннвер- тирова1Ь1Я, четыре блока выделения максимума, источник сигнала, пропорцискального величине мапштногб поля земли, источник единичного сигнала, четыре нульоргана, схему совпадения, два блока навлечения квадратного корня, блок переключения, управляемы генератор коспнутого блока сложения, с вхором второго блока извлечения квадратного корня и tiej вым входом второго блока целения, второй выход блока переключения соединен с первым входом шестого блока умножения, соединенного вторым входом с выходом источника сигнала, пропорционального величине магнитного поля земли, и вторым входом второго блока деления, третий выход блока переключения соединен с вторым входом четвертого блока деления, четвертый выход блока переключения соединен с вторым входом четвертого блока умножения, выход шестого блока умножения соединен с вторым входом четвертого бло- 15 ка слежения, выход которого подключен к первому входу регистратора, второй вход

которого соединен с выходом схемы совпадения, первый, второй, третий и четвертый входы которой соединены соответственно с вьссодами первого, второго, третьего и четвертого нуль-органов, входы которых соединены соответственио с выходами блоков формирования функций Р, Р«2« f и

Источники информашш, принятые во внимание прк экспертизе

I. Патент США N 38О6795, кл. 324-6, опублвк. 1974.

2,- Авторское .свидетельствоСССР М 3246О2, кл. С 01 V 3/12, 1970. 3. Автсрское свидетельство СССР N 344391, кл. Q OlV 3/12, 1970 (прототип).