Устройство для геоэлектроразведки Советский патент 1983 года по МПК G01V3/06 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

1 Изобретение относится к электроразведочным устройствам для поиска полезных ископаемых индуктивными мет дами с использованием гармонически изменяющихся электромагнитных полей и может быть также использовано в электроизмерительной Технике и качестве измерителbfraro преобрааовате ля малых квадратурных составляющих гармонических сигналов.. Известно устройство для геоэлектроразведки, используемое для измерения эллипса поляризации магнитного поля, состоящее из схемы векторного .преобразования, содержащей входные р тогональные магнитоприемники, предва рительные усилители, квадратурный фазовращатель и сумморазностную схе му, и дифференциального амплитуд юго указателя коммутационного типа, содержащего последовательно соединенные коммутатор, усилитель несущей частоты, детектор, избирательный уси литель напряжения частоты коммутации синхронный выпрямитель и измерительный прибор, а также делитель частоты, {выход которого подключен к ynpaвля зщим цепям коммутатора и синхронного выпрямителя,а вход - к одному из вхо доз суммо-разностной схемы СО- « В таком устройстве при синхро Н1зации делителя частоты сигналом с входасуммо-разностной схемы снижается составляющая общей погрешности, обуслов ленной комбинационными частотами, а коммутация выходных сигналов сумморазностной схемы производится о момент, ко.гда t4X мгновенныезначения равны по модулю, но hpoTHsonojwKHy по знаку (при синхронизации делителя частоты сигналом с одного входа суммо-разностной схемы), а при синхронизации с другого входа коммутации прО изводится в моменты равенства мгновенных значений сравниваемых сигнапоа Последнее позволяет испольяобать двухфазный детектор, состоящий из дифференциатора, двух квадраторов и

сумматора, позволяющий еще пооысить чувствительность и точность намерений разности амплитуд выходных сигналов суммо-разностной схемы, поскольку в этом случае на выходе дифференциатора отсутствуют « -импульсы, а значит и составляющая общей погрешности , обусловленная сГ -импульсами.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее генератор синусоидальных сигналов с генераторной петлей, вариометр с первичной и вто{ричной обмотками, первая из которых соединена последовательно с генераторной петлей,, а противополокшые концы обоих соединены с генератором синусоидальных сигналов, измерительную петлю, совмеще ную с генераторной jo петлей и включенную встречно 1юследовательно с выходом вторичной ббМотки оариометра, первый избирательный усилитель, соединенный выходом с входом инвертора, вход и выход которого подключены к соответствующим входам коммутатора, первый сумматор, один вход которого подклочен к выходу ком мутатора, второй избирательный усили тель, соединенный непосредственно с точкой соединения концов вторичной обмотки вариометра измерителыюй пет ли, квадратурный фазовращйтель, вход .которого подключен к выходу второго избирательного усилителя, а выход к второму входу первого сумматора, последовательно соединенные усилител напряжения несущей частоты, вход которого соединен с выходом сумматора, первый квадратор, второй сумматор, избирательный усилитель напряжения частоты коммутации, синхронны выпрямитель и последовательно соединен ные дифференциатор и второй киадратор, включенные между выходом усилителя напряжения несущей частоты и др гим входом второго сумматора, измери тельный прибор, а также триггерный делитель частоты, выход которого под ключен к управляющим :входам коммутатора и синхронного выпрямителя, а вход - к выходу второго избирательно го усилителя. . В таком устройстве снижаются составляющие общей погрешности измере:ний за счет снижения влияния местабильности фазовых характеристик изб оательногб усилителя, квадратурного (фазовращателя, инвертора, неидеитичности коэффициентов передачи каналов коммутатора. При измерении на нижних частотах звукового диапазона, и верхних - инфранизкочастотного обычно применяются избирательные RC-усилители, например усилители с 2Т-мостом в цепи отрицательной.обратной связи 2 .

Недостаток известного устройства заключается в том, что при реализации

высокой чувствительности из-за паразитных наводок через емкостные, индуктивные связи и связи по сторонним проводам с выхода второго избирательного усилителя на вход первого избнрательного усилителя на верхних частотах, а на нижних - из-за прохохщения сигнала по цепям питания, происходит смещение нуля устройства, т.е. появляется аддитивная погрешность, ограничиоающая чувствительность и точность измерений, так как наведен1«1Й сигнал имеет квадратурную составляющую по отношению к ВЫХОДНОМУ сигналу второго избирательного уси/штеля. Смещение нуля происходит также из-за временной и температурной нестабильности фазовых хара ктеристик и мрател ьикх усилителей.. Целью изобретений является повышение чувствительности и точности измерений. Поставле 4мап цель достигается тем, что в устройство для геоэлек-троразведки, содержащее генератор синусоидальных сигналов с генераторной петлей, вариометр с первичной и вторичной обмотками, первая из которых последовательно соединена с генераторной петлей, а противоположные концы обоих соедннены с генератором синусоидальных сигналов, измерительную петлю, совмещенную с генераторно11 петлей и вклоченную встречно-последовательно с выходом вторичной обмотки вариометра, первый избирательный усилитель, соединенный выходом с входом инвертора, вход и выход которого подключены к соответствующим входам коммутатора, первый сумматор, один вход которого подключен к выходу коммутатора, второй избирательный усилитель, сое ненный входом непосредствеино с точкой соединения концов измерительной петли и вторичной обмотки вариометра, квадратурный фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго избирательного усилителя, а выход к рторому входу первого сумматора. .последовательно соединенные усит тель налряже мп несущей частоты, вход которого подключен к выходу первого сум;«1атора, первый квадратор второй , идбирательный усилитель напряже1«1я частоты коммутаций, синхронный выпрямитель, последовательно соединенные дифференциатор и второй квадратор, B.KJWJMeHHHe между выхЬдом усилителя напряже;ний несущей частоты и вторь « иходо 4 второго сумматора, измерительный прибор, а также триггерный делительчастоты, выход которого подключен к управляющие цепям коммутатора и синхронного выпрямителя, а вход - к выходу второго из&«рательного усилителя, дополнитех1ьно введет) управляемой делитель напряжения, вход которого соединен с вторым (противофазным) выходом триггерного делителя частоты, а выход подключен к тьему входу второго сумматора, последовательно, соединенные первый м второй ключи,- причем выход первого ключа подключен к входу первого избирательного усилителя, вход первого ключа соединен с выходным концом измерительной петш, а выход второго ключа заземлен, последователыю соединенные источник опорного нагфямения, дифференциальный усилитель, третий ключ и Первый элемент памяти, выход которого подключен к управляющему входу управляемого делителя напряжения, а другой вход дифференциального усилителя подключен к иыходу синхронного выпря «4теля, последовательно соединенные четвертый к/юч, вход которого соединен с выходом синхронного выпрямителя, и второй элемент памяти, выход которого подключен к измерительному npi-i6opy, а также делитель частоты, вход котороГО подключен к выходу тригге(1югоде лителя; частоты, а - к управляю щим входам первого, второго, третьего и четвертого кгйочей. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство coдepжиt генератор 1 синусоидальных сигнаглрв, генераторную петлю 2, вариометр 3t первичная обмотка которого последовательно соединена с генераторной петлей, изме1рительную петлю.4,соединенную встречно-последовательно с Выходом вторичной обмоткой вариометра 3, последова тельно соединенные клйЧ 5 и кгвоч 6, тре выход которого заземлен, nepBii избирательный усилитель 7, вход которого с точкой срединенуя ключей 5 и 6, а выход - с ход§М иивертора, 8, вход и выход которюго подключены к соответствующим входам коммутатора 9, первый сумматор 1Q, один вход которого подключен к выходу коммутатора 9, второй избирательный. усилитель 11, вход которого прдклкмеи к точке соединения концов Ёторичной обмотки вариометра и измерительной петли, квадратурный фазовращатель 12, вход которого подключен к выхо|р у в toрого избирательного усилителя, а . выход - к второму входу первого сум матора, последовательно соединенные усилитель t3 несущей частоты, вход которого подклочен к выходу первого сумматора, первый квадратор Ui, .второй сумматор 15, избирательный усилитель частоты коммутации 16, синхронный выпря1 1тель 17, кяоч 18, элемент памяти 19I измерительный прибор ZO, последовательно сое/ Имнные дмфферен-; циатор 21 и aTopoJf квадратор 22, вкпюченньсе .между выходом .усилителя несущей частоты и вторымсумматором, по- следовательно соединенные дифференциальный усилитель 23, ключ 24 и зле-, мент памяти 25, выход которого подключен к управляющему входу угтра ляемого делителя напряжения 26, источник опорного напряжения 27, подю)чен1« 1Й к второму Входу дифференциалыюго усилителя, первьм вход которого подключен к выходу синхронного выпршнителя, триггерный делитель частоты 28, один выход которого подключен к управлякщим цепям коммутатора и синхронного выпрямителя, а второй выход ( противофазный - к входу управляемого делителя частоты, а вход - к выхо-, ду второго избирательного усилителя. а также делитель частоты 29, вход которого подключен к выходу триггерного делителя частоты 28, а выход к управляющим входам ключей: первого 5, второго 6, третьего 18 и четвертого . . Устройство работает следуклшм Образом. Генератор 1 синусоидальных сигналов питает последовательно соединенные генераторную петлю 2 и первичную обмотку вариометра 3 током заданной частоты, который создает первичное магнитное поле. Наводимый на вторичой обмоткевариометра 3 сигнал представляет собой сигнал только от .первичного магнитного поля тока гене ратора. Принимаемый измерительной петлей k сигнал представляет собой сумму сигналов первичного магнитного поля и вторичного магнитного поля вихревых токов, возникающих в проводящих неоднородностях. Сигнал вторичной обмотки вариометра 3 подается на избирательный усилитель 11, а затем через квадратурный фазовращатель 12 - на второй вход сумматора 10. В исходном состоянии усфавляющим сигналом с выхода делителя часг тоты 23 размыкаются ключи 5 и 18 и замыкаются ключи 6 и 2А. В этом случае отключается от избирательного ус лителя 7 сигнал встречно включенных измерительной петли и выходной обмотки вариометра, а вход согл.зсущего каскада избирательного усилителя заземляется. Тогда, если нет паразитных наводок через емкостные, индуктивные связи и связи по сторонним проводам и цепи питания с выхода избирательного усилителя 11 на избирательный усилитель 7, выходной сигИал коммутатора 9 равен нулю и на выход сумматора 10 проходит только сигнал ,с выхода квадратурного фазовр.щателя 12, в котором отсутствует амплиту ная модуляция. Этот сигнал усиливает ся ycил tтeлeм 13, детектируется детектором, состоящим из квадратов 1 и 22 дифференциатора 21 и сумматора 11). В этом случае отсутствует си1- нал коммутации на входе усилителя ча тоты коммутации 16 и сигнал ни выходе синхронного выпрямителя 1 равен нулю. Если из-за паразитных наоодок и связей на выходе избирательного усил теля 7 есть сигнал рабочей частоты, содержащий квадратурную составляющую по отношению к выходному сигналу, избирательного усилителя 11, то он поступит на инвертор 8, входной и выхо ной сигналы которого периодически коммутируются коммутатором 9 образ ют на его выходе баланено-модулирова ный сигнал. Этот сигнал подается на первый вход сумматора 10. В результа те этого на выходе сумматора 10 в первый полупериод коммутации (образуется сумма, а во второй - разность выходных сигналов коммутатора 9 и квадратурного фазовращателя 12. Коэффициент амплитудной модуллции выходного сигнала ,сумматора, измеряемыи в дальнейшем с помощью усилителя 13 несущей частоты, дифференциатора 21 , квадратов 14 и 22, сумматора 11), избирательного усилителя частоты коммутаций 16 синхронного выпрямителя 17j управляемого сигналом триггерного делителя частоты, запускаемым сигналом с выхода избирательного усилителя 11, пропорционален квадратурной компоненте сигнала на выходе избирательного усилителя 7. Выделенный на выходе синхронного выпрямителя сигнал постоянного тока, пропорциональный величине квадратурной компоненты, обусловленной паразитными наводками, поступает на первый вход дифференциального усилителя 23, на второй вход которого подается напряжение постоянного тока от источника опорного напряжения 27. Усиленный разностный сигнал с выхода дифференциального усилителя 23 через замкнутый ключ 2 и элемент памяти 25 подается на управляющий вход управляемого делителя напряжения 26, через который с второго выхода ( противофазного первому ) триггерного делителя частоты 28 на третий вход сумматора 15 подается напряжение частоты коммутации, компенсирующее сигнал огибающей, обусловленной паразитными связями и наводками. В результате этого выходное на|пряжение постоянного тока синхронного выпрямителя, обусловленное паразитными наводками, уменьшается до величины, определяемой погрешностью некомпенсации цепи с замкнутой обратной связью, состоящей из дифференциального усилителя 23, клоча 2, элемента памяти 25, управляемого дели-: теля напряжения 2б. После этого выходным сигналом делителя частоты 29 замыкаются ключи 5 и 18, а размыкаются ключи 6 и 2t. В том случае, сигнал со встречно-последовательно включенных измерительной петли 4 и вторичной обмотки вариометра 3, подается на вход избирательного усилителя 7. Элемент памяти 25 после отключения ключа 24 сохраняет неизменным напряжение на управлящем входе уп.равляемого делителя напряжения 2б, обеспечивая компенсацию влияния внутренних паразитных связей и наиодок на результат измерения. Измеряемый выходной сигнал избирательного усилителя 7 подается на инвертор 8. в одной и выходной сигнады которого периодически коммутируется коммутатором 9 управляемым как и синхронный выпрямитель, выходным сигналом .триггерного делителя частоты 28, и образуют на выходе комк утатора 9 С)алансно- модулированный сигнал.. , Выходной сикная коммутатора 9 прдается на второй вход сумматора 10. В результате этого на выходе сувматбра 10 образуется в первый полупериод комму та ц(и сумма, а во второй разность входных сигналов. Часть коэффициента амплитудной модуляции выход но го -си гнала сумма тора 10 пропорцйональна измеряемой квадратурной ко поненте сигнала измерительной петли. Сигнал частоты .коммутации, пропорциональный этой части коэффициента модуляции, выделяется на выходе сумматора 1-5, усиливается избирательным усилителем 16 и выпрямляется синхрон ным выпрямителем 17. Выпрямленный сигнал через ключ 18 подается на элемент памяти 19 и измеряется нзк ритёльным прибором 20. После этогхэ цик повторяется внов Таким образом, введение в устройство управляемого делителя напряжёНИИ,, четырех ключей, дифференциаяьного усилителя, источника опорного напряжения, двух элементов nafляти позволяет существен снизить по- гршность нуля уст)ойства и благодар этому повысить чувствительность и то ноеть измерений. А это, в евро очередь, повышает глубинность поисковых работ при геофизических-исследова- ; ниях.;. Так относительными порог чувствиТельности известного устройства составляет примерио-(3-5) уровня первичного магнитного поля. В (предлагаемом устройстве относительный порог чувствительности может быть снижен до уровни 1 -10, определяемого внутренними шумами элементов и узлов .устройства. Возможность измерять в пять раз более слабые сигналы позволит уве личить размер кваД(эата петель с 200 X 200 500 X 500 м. А так как глубинность исследований определи ется размером стороны квадрата петли, то возможная глубина исследований может быть доведена до 500 м. Формула изобретения Устройство для геоэлектроразведки, jcpjgepiKauee генератор синусоида л ьнь1Х сигналов с генераторной петлей, варио метр с первичной и -вторичной обмотками, перва.я КЗ которых сое/инена последовательно с генераторной петлей, а противоположные концы .обоих соедин е ны с г енер а тором с и ну со.и далъных сигналов, измерительную петлю, совмещенную с генераторной петлей и включенную встречно-{1оследовательно с выходом вторичной обмотки : вариометраi первый измерительный усилите1ль, со-- ; единенный выходом с входом иноерто- . ра, вход и выход.которого подключены к соответствующим входамкоммутатора, первый сумматор, один вход которого подключен к В.ЫХОДУ кониутаторл, второй избирательный усилитель; соединенный входом непосредственно с точкой соединения концов изме|жтелъной петли и вторичной обмотки вариоме тра квадратурный фазовращатель, а;сод ко- . торого подключен к выходу атсурого избирательного усилителя, а выход - к второму ВХОДУ первого сумматора, последовательно сое/ц1ненные усилитель напряжения несущей частоты, вход ко- . торого подключен к выходу первого сумматора, первый квадратор, второй сумматор, избирательный усилитель напряжения частоты коммутации, синхронный выпрямитель, последовательно включенные дифференциатор и второй квадратор, включенные меиэду выходом усилителя напряжения несущей часTotu и вторым входом второго сумматора, измерительный прибор, а также триггерный делитель частоты, выход которого подключен к управляющим цепям коммутатора и синхронного вшрямитепя, а вход - к выходу второго избирательного усилителя, о т л и ч а ю EI е e-j c я . тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, в него введены управляемый делитель напряжения; вход которого соединен с -вторым ( противофазным )выходом триггерного делителя частоты, авыход подключен к третьему входу второго сумматора, последова-телыго соединенные первый и. второй , причем выход первого ключа подкл)чен к ВХОДУ первого избирательного усигмтеля, вход первого ключа соединен с выходным концом измегжтёльной летли а выход второго ключа заземлен, последовательью соединенные источник отюрного напряжения дифференциальный усилитель, третий ключ и первый элемент памяти, выход которого подключен к