Измеритель электрических свойств горных пород и руд Советский патент 1982 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при проведении геофизических исследований электроразведочными методами.

Известно устройство для измерения электрических свойств горных пород и руд, содержащее последовательно соединенные задающий генератор со

.ступенчатой перестройкой частоты, двухэлектродный датчик, блок сравнения, избирательный и основной усилители, а также два синхронных детектора, сигнальные входы которых подключены к выходу основного усилителя, правляияцие - к выходам квадратурных составлякяцих сигналов генератора, а выходы - к стрелочным нуль-индикаторам, между выходами квадратурных сйр тавляющих сигналов генератора и входами, блока сравнения включен бАоки компенсации по активной и реактивной составлягогдам комплексной про водимости

Недостатком.данного устройства является низкое быстродействие,вследствие того, что при использовании

. ;указанного устройства требуется ручная компенсация по двум квадратурным составлякядим электропроводности.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения электрических свойств горных пород и руд, содержащее задающий генератор со ступенчатым изменением частоты, двухэлектродный датчик с измеряемым образцом, эталонный резистор, один вывод которого заземлен, а второй соединен с

10 выходом задающего генератора через двухзлектродный датчик и измерительные каналы, каждый из которых содержит последовательно соединенные буферный усилитель, детектор, масштабный

15 усилитель и регистратор, причем опорнь1й вход каждого из детекторов соединен с ква;шатурными выходами генератора 2 J.

Недостатком известного устройства

20 является то, что получение переходных либо импульсных характеристик затруднено из-за необходимости проведения сложных и громоздких пересчетов , использующих преобразова25ния Фурье или Лапласа, что снижает общую производительность труда при измерениях, не .обеспечивает необходимой точности.

Кроме того, измерение составляющих

30 комплексного сопротивления или проводимости особенно на повышенных.ча тотах .затруднено из-за дополнительных погрешностей, связанных с фазовыми сдвигами в измерительных каналах . Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности измерений комплекса характеристик образца, Указанная цель достигается тем, что в измеритель электрических свойств горных пород и руд, содержа щий последовательно соединенные генератор со ступенчатой перестройкой частоты, двухэлектродный датчик, эталонный резистор и амплитудный детектор, последовательно соединенные масштабный усилитель, регистратор и блок управления, дополнительно введены компенсирующий усилитель и блок весовой обработки, причем вход компенсирующего усилителя сое , динен с одним выводом эталонного резистора, а его выход - с другим выводом эталонного резистора и вход амплитудного детектора, вход весовой обработки подключен к выходу амплитудногодетектора, а его выход - к входу масштабного усилителя, управляющие входы генератора со ступенчатой перестройкой частоты блока весовой обработки и регистратора соединены с выходаг-м блока уп равленияЛ блок весовой обработки содержи последовательно соединенные электронный коммутатор, аналогрвый запомина1§щий блок и сумматор. На чертеже приведена структурная электрическая схема измерителя элек трических свойств горных пород и РУД. Измеритель электрических свойств горных пород и руд содержит последовательно соединенные генератор 1 со ступенчатой перестройкой, двухэлектродный датчик 2, эталонный резистор 3, амплитудный детектор 4, блок 5 весовой обработки, масштабны усилитель 6 и регистратор 7, а также компенсирующий усилитель 8, вход которого подключен к первому выводу эталонного резистора 3, а выход к второму выроду эталонного резисто ра 3 и входу амплитудного детектора 4, выходы блока 9 управления сое динены с управляющими входами генератора 1 со ступенчатой перестройкой, блок 5 весовой обработки и регистратор 7. Блок 5 весовой обработки содержи последовательно соединенные электронный коммутатор 10, аналоговый за поминающий блок 11 и сумматор 12, причем управляющие входы электронно го коммутатора 10 и аналогового запоминающего блока 11 являются управ ляющи ли входами блока 5 весовой обр ботки и подключены к выходам блока 9 управления, сигнальный вход электронного коммутатора 10 является сигнальным входом блока 5 весовой обработки и подключен к выходу амплитудного детектора 4, а выход сумматора 12, являющийся выходом блока 5 весовой обработки, соединен с входом масштабного усилителя б. Измеритель электрических свойств горных пород и руд работает следующим образом. Сигнал частоты f , вырабатываег ий генератором 1 со ступенчатой перестройкой, поступает на первый электрод двухэлектродного датчика 2, а с его второго электрода - на эталонный резистор 3 и инвертирующий вход компенсирующего усилителя 8, Поскольку прямой вход компенсирующего усилителя 8 заземлен, на его выходе, а следовательно, и входе амплитудного детектора 4 будет поддерживаться напряжение с амплитудой равной - i±Rol .. к где Е - напряжение генератора со ступенчатой перестройкой; j - проводимость образца; RO - величина эталонного резисk - коэффициент.усиления компенсирующего усилителя; или с погрешностью не превышающей приближенно равное еыхе о. Выходное напряжение компенсирующего усилителя 8 детектируется амплитудным детектором 4 и подается на вход блока 5 весовой обработки, где через электронный коммутатор 10 поступает- на первый канал аналогового запоминающего блока 11, где. и запоминается, После запоминания напряжения в первом канале аналогового запоминающего блока 11, блок 9 управления выдает команду, под .действием которой генератор со ступенчатой перестройкой вырабатывает сигнал частоты Ч . где oL - коэффициент, равный обычно У2 + 4, одновременно переключается электронный коммутатор 10, обеспечивая запоминание продетектированного сигнала во втором канале аналогового запоминающего блока 11, Цикл-состоит из к1 (обычно 4-ll) измерений. После этрго блок 9 управления выдает команду, по которой

запомненные в аналоговом запоминающем блоке 11 напряжения поступают на вход сумматора 12, где суммируются с заданными весовыми коэффициентами С , усиливаются масштабным усилителем б, в результате чего регистратор 7 регистрирует значение

9, oj, , где N - порядковый номер измерения

в цикле;

и - напряжения на выходе амплитудного детектора 4 во время k-ro измерения; kp - размерный коэффициент. Циклы измерения повторяются М раз, причем в каждом цикле начальная частота измерений увеличивается в об раз по сравнению с начальной частотой предшествующего цикла. Результатом измерений в каждом цикле является величина g, где vn- порядковый номер цикла.

Эквивалентная каноническая схема замещения неоднородного объекта может быть представлена в виде совокупности элементарных частотно-независимых RC -звеньев, каждое из которых имеет активное сопротивление равное Rvy,/gvn:M постоянную времени г причем величина постоянной времени для каждого из циклов может быть определена из выражения

1

1

-((Vl HY

tx}w

где f и начальная и конечная частота в VM-м цикле; iti - средняя круговая частота в цг1-м цикле. По известным , и измеренным fim легко определяются любые электрические характеристикиизмеряемого объекта, в частности для активной и реактивной составляющих комплексной проводимости соответственно получим

.

)

W)Г . 1 l.m.1 g-,C1««N;).i ) J

M

IVTtr

e-wiu -to rs.)

msi

b(}--f

Ts Т

M J1-.)j ,, g- C|-u;-r-)J/

где (V - текущая круговая частота, .а для переходной характеристики будем иметь j

h(t)-J-t;

w

где t - текущее время.

Введение дополнительных элементов в измеритель электрических свойств горных пород и руд позволяет значительно снизить погрешности измереНИИ за счет иЬключения буферных усилителей и возможности замены синхронных детекторов/ вносящих на повышенных частотах значительные фазовые сдвиги, на амплитудные. Измерение

параметров элементарных звеньев эквивалентной канонической схемы замещения объекта позволяет значительно повысить точность расчета любых электрических характеристик образцов

горных пород, одновременно значительно сокращается общее время, необходимое для получения полного комплекса характеристик, описываю- . щих свойства измеряемого объекта,

что способствует повышению производительности труда.

Немаловажным преимуществом предлагаемого устройства является и то, что при его использовании отпадает

необходимость иметь большой комплект приборов для непосредственных и мерений всех необходимых характеристик измеряемых образцов.

Формула изобретения

1. Измеритель электрических свойств горных пород и руд, содержащий последовательно соединенные генератор со ступенчатой перестройкой частоты, двухэлектродный датчик, эталонный резистор, амплитудный детектор ,последовательно соединенные масштабный усилитель, регистратор

5 и блок управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены компенсирующий усилитель и блок весовой обработки, причем вход компенсирующего усилителя соединен с первым выводом эталонного резистора, а его выход - с другим выводом эталонного резистора и

5 входом амплитудного детектора, вход блока весовой обработки подключен к выходу амплитудного детектора, а его выход - к входу масштабного усилителя, управляющие входы генератора

0 со ступенчатой перестройкой частоты и блока весовой обработки и регистратора соединены с выходами блока управления.

2. Измеритель поп. 1, отли5чающийс.я тем, что блок весовой обработки содержит последовательное соединенные электронный коммутатор, аналоговый запоминающий блок и сумматор.

0 источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

Савицкий А.П., Юзов В.И. Аппарнтура для измерения электрических и магнитных свойств горных пород.5 Сб. Методы разведочной геофизики ,

вып. 13 Л,, Электроразведка, 1971 с. 142-148.

2. Исследование и экспериментальная проверка возможности создания

аппаратуры, для комплексных измерений свойств горных пород. Отчет НИР, номер гос. регистрации 72002672. Красноярский прлитехнический инсти тут.