Электроразведочное устройство для моделирования нестационарных электродинамических процессов Советский патент 1982 года по МПК G01V3/02 

Изобретение относится к геофизическому приборостроению, в частности к моделированию нестационарных электродинамических процессов на физических моделях геологических разрезов. Для изучения электрических свойст геологических разрезов в естественны условиях при лабораторном моделировании широко применяют устройства, основанные на измерении нестационарных (переходных) электродинамических процессов, вызываемых в проводящих средах коммутацией мощных токовых импульсов.Затухающая кривая Е (t) пере ходного процесса, регистрируемая с момента выключения (включения) тока, содержит информацию об электрических свойствах и строении реального геоло гического разреза или соответствующе ему модели. Эта информация извлекает ся из наблюдаемой кривой с помощью обработки и интерпретации, достоверность которой в большой степени зависит от точности измерений. Известны устройства для измерения нестационарных электродинамических процессов, содержащие генераторную и измерительную части, снабженные соответственно излучающим и прие;мным диполями (.электрическими или магнитными), которые образуют дипольную установку, размещаемую над исследуемым объектом. Первичное электромагнитное поле возбуждается периодически повторяющимися однополярными или разнополярнымиимпульсами тока в излучающем дипо.пе. Измерение переходного процесса осуществляется после его предварительной обработки, зак.почающейся в стробировании и синхронном накоплении амплитуд определенным образом выбираемых стробимпульсов, время формирования которых отсчитывается с момента выключени.ч тока в излучающем диполе. Для калибровки измерителя его вход подключают к 3 . 9 эталонированному источнику напряжения, либо к эталонному сопротивлению (шунту), включенному в цепь излу чающего диполя. В зависимости от спо соба возбуждения первичного поля используют различные схемы обработки измеряемого сигнала и калибровки измерителя. При этом разнополярная форма возбуждающего тока имеет ряд преимуществ, обусловленных способностью измерителя подавлять постоянные и медленноизменяющиеся напряжения помех I. Наиболее близким к предлагаемому является устройство с двухполярным возбуждением первичного поля, которое может быть использовано в качест ве электроразведочного устройства дл моделирования нестационарных электро динамических процессов, содержащее источник питания, первое эталонное сопротивление и электронный токовый ключ, подключенный через первый коммутатор направления к излучающему диполю, приемный диполь, подклоченны через второе эталонное сопротивление к стробирующей схеме, соединенной с усилителем стробированных сигналов, выход которого через синхронный дете тор и накопитель подключен к регистр тору, а также программный блок и задающий генератор, подключенный к фор мирователю, первый выход которого подключен к управляющему входу элект ронного токового ключа, второй - к стробирующей схеме, а третий - к опо ному входу синхронного детектора. Эт устройство в генераторной части соде жит мостовой коммутатор, подключенны V- г К незаземленнои петле .магнитному излучающему диполю), в измерительной приемную рамку (приемный магнитный диполь), переключатель рода работ, входной коммутатор стробирующую схе му) , синхронный дифференциальный на копитель и регистратор, а также общий задающий мультивибратор, подключенный через формирователь управляющих импульсов к управляющим входам мостового коммутатора, входного коммутатора и синхронного дифференциаль ного накопителя. При этом выходы формирователя так подключены к перечисленным блокам, что частота включе ния возбуждающего тока рйвна частоте стробирования, а частота импульсов управления плечами мостового коммута тора совпадает с частотой-опорных 84 сигналов синхронного накопителя и по значению в два раза меньше первой. Этим достигаются двухполярная форма тока в генераторной петле., стробирование входным коммутатором сигналов приемной петли, усиление разнополярных стробированных сигналов усилителем, а также детектирование и накопление усиленных стробсигналов синхронным дифференциальным накопителем. В режиме калибровки приемная петля отключается, а на вход измерителя подается сигнал эталонированного источника, затухающий по экспоненциальному закону f2. Однако в условиях моделирования, в частности, с использованием электролитической ванны частотные спектры измеряемых сигналов электродинамического процесса многократно расширяются (до 10 мГц и более), в то время как амплитудный диапазон остается большим (более 60 дб, как и при полевых наблюдениях. При таком широком амплитудном и частотном рабочем диапазоне, увеличивается степень влияния на результаты измерений помех, обусловленных паразитными межблочными связями, собственными переходными процессами в диполях и элементах электрической схемы. Особенно большие погрешности в измерения вносят эти процессы при использовании сменных диполей и различных типов дипольных установок, например, петля-петля (Q ч) диполь-петля (АБ- q) и др., надобность в которых озникает при решении конкретных электроразведочных задач. Известное устройство не позволяет устранить влияние указанных помех, так как в режиме измерений они, складываясь с полезным сигналом, становятся неотличимыми от него, а в режиме калибровки вход измерителя переключается на эталонированный источник, чем нарушается первоначальная структура генераторно-измерительной цепи, используемой в рабочем режиме (отJ лючaeтcя приемный диполь) .По этим причинам известное устройство не позво-i ляет учесть уровень искажений, вносимых в измерение собственными переходными процессами, что затрудняет его применение в условиях моделирования. Цель изобретения - повышение точности измерений. 5g Поставленная цель достигается тем что электроразведочное устройство, содержащее источник питания, первое эталонное сопрЬтивление и электронный токовый ключ, подключенный через первый коммутатор направления к излучающему диполю, приемный диполь, подключенный через второе эталонное сопротивление к стробирующей схеме, . соединенной с усилителем стробированных сигналов, выход которого через синхронный детектор и накопитель под ключен к регистратору, а также программный блок и задающий генератор, подключенный к формирователю, первый вЫход которого подключен к управляющему входу электронного токового ключа, второй - к стробирующей схеме, а третий - к опорному входу синхрон-; ного детектора, дополнительно снабжено схемой развязки, управляемым перемыкающим ключом и вторым коммутатором направления, вход которого через схему развязки подключен к первому эталонному сопротивлению, включенное му между источником питания и электронным токовым ключом, а выход подклю чен к второму эталонному сопротивлению, соединенному последовательно с приемным диполем, тогда как управляющие входы первого и второго коммутато ров подключены к выходам перемыкающего ключа, соединенного с четвертым выходом формирователя и подключенного управляющим входом к программному блоку. На чертеже представлена функционал ная схема предлагаемого устройства (штриховыми линиями выделены генераторная и измерительная части). Устройство содержит источник 1 питания, эталонное сопротивление 2, электронный токовый ключ 3 первый коммутатор 4 направления, излучающий диполь 5, приемный диполь 6, второе эталонное сопротивление 7 стробирующую схему 8, усилитель 9 стробированных сигналов, синхронный детектор 10, накопитель 11, регистратор 12, прог граммный блок 13, задающий генератор k, формирователь 15, схему 16 развязки, управляемый перемыкающий ключ 17 и второй коммутатор 18 направления. Электронный токовый ключ 3 через первое эталонное сопротивление 2 подключен к источнику 1 питания, а через первый коммутатор .4 направленияг8«к излучающему.диполю 5. Приемный диполь 6, соединенный последовательно с вторым эталонным сопротивлением 7, подключен к стробирующей схеме 8, выход которой через усилитель 9 стробированных сигналов подключен к синхронному детектору 10, соединенному :. с накопителем 11, к источнику подключен регистратор 1.2. Первое эталонное сопротибление 2 через введенную схему 16 развязки и введенный второй коммутатор 18 направления подключено к второму эталонному сопротивлению 7. Выход задающего генератора Ц подключен к формирозателю 15j первый выход которого соединен с управляющим входом электронного токового ключа 3, второй - с управляющим входом стробирующей схемы 8, третий - с управляощим входом синхронного детектора lOj а четвертый через введенный перемыкающий ключ 17 подключен к управляющему входу первого коммутатора k направлзния (в режиме измерений) или второго коммутатора 18 направления (в режиме калибровки). При этом управляющий вход перемыкающего ключа соединен с программным блоком, -определяющим ре-; жим работы устройства. Устройство работает следующим обН разом. В режиме измерений электронный токовый ключ 3 и первый коммутатор k направления выбирают в излучающем диполе 5 разнополярные разделенные паузами импульсы возбуждающего тока. Частота и длительность этих импульсов задается сигналами первого выхода формирователя Г5, отпирающими токовый ключ 3, а полярность - сигналами четвертого, переключающими от импульса к импульсу первый коммутатор 4 направления. Наводимые в приемном диполе 6 разнополярные измерительные сигналы поступают через второе эталонное сопротивление 7 в стробирующую схему 8. Стробированные сигналы усиливаются, детектируются и подаются в накопитель 11, с которого поступают на регистр 12. При этом моменты стро-v бирования согласованы с работой электронного токового ключа 3 сигналами второго выхода формирователя 15, а синхронный детектор 10 синхронизирован с первым коммутатором k направления сигналами третьего выхода. Поступающие в цепь приемного диполя 6 через непереключаемый в этом режиме

второй коммутатор 18 направления и схему 16 развязки импульсные однополярные сигналы преобразуются синхронным детектором в разнополярные и подавляются накорителем.5

В режиме калибровки по сигналу программного блока 13 четвертый выход формирователя 15 подкхючается через перемыкающий ключ 17 к управляющему входу второго коммутатора 18 направления, а управляющий вход первого коммутатора направления отключается. При этом происходит обратное: наводимые в приемном диполе 6 сигналы подавляются синхронным детектором 5 10 и накопителем 11, а повторяющие ; форму возбуждающего тока однополярные импульсы с первого эталонного сопротивления 2 через схему 16 развязки и второй коммутатор 18 направления 20 (преобразующий их в разнополярные) поступают в измерительный канал, обрабатываются и регистрируются. По амплитуде этих импульсов калибруется коэффициент передачи измерительного 25 канала, а по отклонениям формы их фронтов от прямоугольной регистрируются искажения, вносимые собственными переходными процессами, соответствующие нулевьм значениям полезного сиг- 30 нала. Таким образом устройство в режимах измерений и калибровки выделяет полезный сигнал в искаженном помехами и обеспечивает этим более высокую точность проводимых измерений. 35

В сравнении с изв.естным предлагаемое устройство выгодно отличается TCMs что позволяет устранить собственные искажения, вносимые как генератор4о ной, так и измерительной частями устройства, что облегчает согласование диполей (излучающего и приемного) с элементами электрической схемы в широком частотном диапазоне и дает воз- s можность использовать устройство для изучения быстропратекающйк электродинамических процессов с различного типа дипольными установками, расширяющими круг решаемых электроразведочиых задач, и, следовательно, повыша88

ются функциональные возможности подобных устройств.

формула изобретения

Электроразведочное устройство для моделирования нестационарных электродинамических процессов, содержащее источник питания, первое эталонное сопротивление и электронный токовый ключ, подключенный через первый коммутатор направления к излучающему диполо, приемный диполь, подключенный через второе эталонное сопротивление к стробирующей схеме, соединенной с усилителем стробированных сигналов, выход которого через синхронный де-; тектор и накопитель подключен к регистратору, а также программный блок и задающий генератор, подключенный к (ирователю, первый выход которого подключен к управляющему входу электронного токового ключа, второйк стробирующей схеме, а третий - к опорному входу синхронного детектора, отличающе еся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено схемой развязки, управ-i яемым перемыкающим ключом и вторым коммутатором направления, вход которого через схему развязки подключен к первому эталонному сопротивлению, включенному между источником питания и электронным токовым ключом, а выход - к второму, тогда как управляюие входы первого и второго коммутаторов подключены к выходам перемыкаюего клоча, соединенного с четвертым выходом формирователя и подключенного правляющим входом к программному блоку.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Якубовский 10. В. Электроразвязка. Недра, 1973, с. 269-270.

2.Руководство по применению меода переходных процессов в рудной геофизике. Под ред. Ф. И. Каменецкого. Недра, 1976, с. (протоип) ,

--bcriLzrrdJ