Измерительное устройство для геоэлектроразведки

 

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, содержащее линщо задержки, блок памяти, блок весовой обработки и блок усреднения, две схемы сравнения и ретстратор, отличающееся тем, что, с целью повьпдения помехоустойчивости и производительности измерений , в него введешь блок вычисления козф4 1циента коррелящ1И, формирователь импульсов, пикокай детектор, блок логарифмирования, накапливающий сумматор, блок ключей к коммутатор , выходы линии задержки соединены с входами блока ключей, выходы которого соединены с первыми входами блока весовой обработки, первые выходы которого соединеш с пер8Ы1«1 входами блока усреднения, второй а91ход блока весовой обработки соединен с вторым входом блока усреднения , выходы которого соединены с входами блока памяти, выходы которого соединены с первыми входами блока вычисления коэффициента корреляции , вторые входы которого соединены с выходами лшши задержки,выход блока вычисления коэффициента корреляции соединен с входом первой схемы сравиеиня, выход которой соединен с входами фор}в1роватепя им8 пульсов и пикового детектора, .шаход пикового детектора соединен с вторым входом бя(жа весовой обработки и входом блока д мфмкроваиия , выход (шатепя импульсов соединен с третьим блока усa е реднения, с упрааляпщ1Ш входом блока ключей и первьм В1юдоя ttaxajaaasaющего cyi«4aTopa, вхед которого соединен с выходом блока лргариф-. е«9 мированйя, a выход - с входом второй сравнения, которой соединен с входом конмутатора , вторые входа которого соедиэо нены с выходам11 блока памяти, a выход соединен с входом регистратора.

СО1ОЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECflVEiËÈÌ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТК ЫТИй (2 1) 3562 129/24-2 5 (22) 28. 10.82 (46) 23. 12.84. Бюл. М 47 (72) А.И,Самойлов, Г.В.Астраханцев, Д.Н.Волынский и А.Н.Чечулина (71) Уральский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта (53) 550.83(088.8) (56) 1.ßêóáoâñêèé Ю.В, Электроразведка. М., "Недра", 1973. с.269.

2. Авторское свидетельство СССР

В 807189, кл. G 01 Ч 3/10, 1979 (прототип). (54) (57) ИЗИЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Д11Я ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, содержащее линию задержки, блок памяти, блок весовой обработки н блок усреднения, две схемы сравнения и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и производительности измерений, в него введены блок вычисления коэффициента корреляции, формирователь импульсов, пиковый детектор, блок логарифмирования, накапливаю« щий сумматор, блок ключей и коммутатор, выходы линии задержки соединены с входами блока ключей, выходы которого соединены с первыми входами..Я0„„11 0818 А блока весовой обработки, первые выходы которого соединены с первымс входами блока усреднения, второй выход блока весовой обработки соединен с вторым входом блока усреднения, выходы-которого соединены .с входами блока памяти, выходы которого соединены с первымн входами блока вычисления коэффициента корреляции, вторые входы которого соединены с выходами линии задержки,выход блока вычисления коэффициента корреляции соединен с входом первой схемы сравнения, выход которой соединен с входами формирователя импульсов и пикового детектора,,вы- Я ход пикового детектора соединен с вторым входом блока весовой обрзботки и входом блока логарафиирования, выход формирователя импульсов соединен с третьюаа входом блока усреднения, с управляющим входом блока ключей и перваае входом накапливающего сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока логариф-, мирования, а выход - е входои второй схемы сравнения, выход которой соединен с йерввнк входом коммутатора, вторые входы которого соединены с выходамь блока памяти, а выход соединен с входом регистратора.

9 iiaoa

Изобретение относится к измерительным устройствам для геоэлектрораэведки.

Известно устройство для гео,— электроразведки, включающее соединенные последовательно приемный датчик, аналоговый накопитель и регистратор, в котором производится накопление сигналов в аналоговой форме, регистрация и последующая обработка полученного результата (:l3.

Однако устройство имеет невысокую помехоустойчивость, так как ведется накопление сигналов, искаженных помехами, и низкую производительность, так как случайная помеха высокого уровня стирает накопленные сигналы, в результате чего требуется повторное измерение. Кроме того,низкая производительность обусловлена сложностью дальнейшей обработки результата.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является измерительное устройство для геоэлектроразведки, включающее последовательно соединенные многоканальный усредняющий вольтметр, линию задержки, блок памяти,две схемы сравнения, блок весовой обработки, блок усреднения и регистратор. Блок весовой обработки состоит из весовых сопротивлений и одного или более дифференциальных усилителей Г2 3.

3 блоке весовой обработки сигнал умножается на заранее выбранный вес, результатам присваиваются определенные знаки, после чего производится операция алгебраического сложения.

Результат фиксируется регистратором. Носкольку весовые коэффициенты выбраны заранее и не меняются в зависимости от отношения сигнал/помеха для каждого сигнала, возможно накопление сигналов, сильно искаженных помехами, т,е. недостаточно достоверных, Кроме того, при накоплении сигналов с невысокой достоверностью требуется большее количество сигналов для достижения необходимого качества результата, что снижает производительность.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и производительносTH измерений. 55

Поставленная цель достигается тем, что в измерительное устройство для геоэлектроразведки. содержа!

8 2 щее линию задержки, блок памяти, две схемы сравнения, регистратор, блок весовой обработки и блок усреднения, введены блок вычисления коэффициента корреляции, пиковый детектор, формирователь импульсов, блок логарифмирования, накапливающий сумматор, блок ключей и коммутатор, при этом выходы линии задержки соединены с входами блока ключей, выходи которого соединены с первыми входами блока весовой обработки, первые выходы которого соединены с первыми входами блока усреднения, второй выход блока весовой обработки соединен с вторым входом блока усреднения, выходы которого соединены с входами блока памяти, выходы которого соединены с первыми входами блока вычисления коэффициента корреляции, вторые входи которого соединены с выходами линии задержки, выход блока вычисления коэффициента корреляции соединен с входом первой схемы сравнения, выход которой соединен с входами формирователя импульсов и пикового детектора, выход пикового детектора соединен с вторым входом блока весовой обработки и входом блока логарифмирования, выход формирователя импульсов соединен с третьим входом блока усреднения, с управляющим входом блока ключей и первым входом накапливающего сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока логарифмирования, а выход — с входом второй схемы сравнения, выход которой соединен с первым входом коммутатора, вторые входи которого соединены с выходами блока памяти, а выход соединен с входом регистратора.

Введение в устройство блока вычисления коэффициента корреляции, формирователя импульсов, пикового детектора, блока логарифмирования, накапливакпцего сумматора, блока ключей и коммутатора и соответствующее их соединение позволило производить накопление с большей достоверностью, так как каждая реализация зондирующего сигнала, прошедшая предварительный отбор по степени корреляции с опорным сигналом, накапливается с весом, определяемым отношением сигнал/ помеха для каждой реализации. То есть . реализации сигналов, сильно искаженных помехами, а следовательно, малодостоверных, накапливаются с маR y(o)

К ! -t! Ио) 55 з лым весом и, наоборот, малоискаженные реализации накапливаются с большим весом, что равносильно подавлению помех. Кроме того, введение дополнительных блоков позволя5 ет следить за качеством накопленного сигнала и останавливать эксперимент при достижении заданногб качества. Благодаря этому при благоприятной помеховой ситуации достоверный результат может быть достигнут после нескольких идущих подряд достоверных реализаций.

На фиг1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2— схема блока вычисления,коэффициента корреляции; на Фиг.3 — временные диаграммы работы устройства(ф — зондирующий сигнал S (t), f - сигнал на входе линии задержки у. (t) (при i-й б

20 реализации), Ь вЂ” сигнал нс выходе. линии задержки у; (ty), z. — сигнал на выходе блока памя.ти S; (t>), сигнал на выходе блока вычисления коэффициента корреляции a(t), с— сигнал на выходе амплитудного ограничителя, ж — сигнал на выходе пико-. вого детектора, — сигнал на выходе формирователя импульсов; на фнг.4график верхней и нижней границ изме-рения.

Устройство содержит на передающей стороне генератор 1 зондирующего сигнала Зо(t),, повторяющегося многократно, а на приемной стороне линию

2 задержки, блок 3 ключей, блок 4 !5 весовой обработки, состоящий .из бло- . ка 5 умножения и блока 6 вычисления весовых коэффициентов, блок. 7 усреднения, состоящий из накапливающего сумматора 8, блока 9 деления и накап-1О ливающего сумматора 1О, блок 11 памяти, блок 12 вычисления коэффициента корреляции, схему 13 сравнения, выпалиенную, например, в виде амплитудного ограничителя снизу, 45 формирователь 14 импульсов, пиковый детектор 15, схему И 16, блок 17 логарифмирования, накапливающий сумматор 18, вторую схему 19 сравнения, включающую,. например, два комларато- 5О ра. Блок 6 вычисления весовых коэффициентов выполнен в виде четырехполюсника, реализующего функцию где К(0) — коэффициент корреляции.

При этом выходы линии 3 задержки

0818 4 соединены с первыми входами блока 3 ключей, выходы которого соединены с первыми входами блока 5 умножения в блоке 4 весовой ".обработки. Второй вход блока 5 умножения соединен .с

; выходом блока 6 вычисления весовых коэффициентов. Выходы блока 5 умножения соединены с первыми входами накапливающего сумматора 8 блока 7 усреднения. Выходы накапливающего сумматора 8 соединены с первыми входами блока 9 деления, второй вход которого соединен с выходом накапливающего сумматора 10. Первый вход накапливающего сумматора 10 соединен c . выходом блока 6 вычисления весового коэффициента. Выходы блока 9 деления соединены с входами блока.ll памяти, выходы которого соединены с первыми входами блока !2 вычисления коэффициента корреляции, вторые входа которого соединены с выходами линии

2 задержки, а выход соединен с вхо- дом схемы !3 сравнения. Выход схемы

13 сравнения соединен через формирователь !4 импульсов с первым входом схемы И 16, выход которой соединен с управляющим входом блока 3 ключей и вторым входом накапливающего сумматора 10. Выход схемы 13 сравнения соединен также через пиковый детектор t5 с входом блока 6 вычисления весовых коэффициентов и входом блока !7, выход которого соединен с первым входом накапливающего сумматора

l8, второй вход которого соединен с выходом схемы И Iб, а выход соединен с входом схемы 19 сравнения. Выход схемы 19 сравнения соединен с вторым входом схемы И 16 и управляющим входом коммутатора 20. Вторые входы коммутатора 20 соединены с выходами блока 11 памяти. Выход коммутатора 20 соединен с входом регистратора 2 l.

Блок !2 вычисления коэффициента корреляции (фиг.2) содержит блоки 22 умножения, два блока 23 н 24 подсчета энергий, сумматор 25, блок 26 умножения, блок 27 извлечения квадратного корня и делитель 28. Каждый из блоков 23 н 24 состоит из квадраторов

29 и 30 и сумматоров 3t и 32. Первые входы блока !2 язляются первыми входами блоков 22 умножения и входами квадраторов 29. Вторые входы. блока

12 являются вторыми входами блоков 22 умножения и входами квадраторов 30.

Выходы квадраторов 29 и 30 соединены с входамн сумматоров 31 и 32 соI 1 3(I8 I 8 ответственно. Выходы сумматоров 31 и

32 соединены с входами блока 26 умножения, выход которого через блок 27 извлечения квадратного корня соединен с первым выходом делителя 28. Вы- 5 ходы блоков 22 умножения соединены с входами сумматора 25, выход которого соединен с вторым входом делителя 28. Выход делителя 28 является выходом блока 12 вычисле- >0 ния коэффициента корреляции.

Устройство работает следующим образом.

На вход линии 2 задержки поступает сигнал у; (t), представляющий собой 15 смесь помехи nI(t) и сигнала S(t), являющегося сверткой зондирующего сигнала Sp(t) с импульсной характеристикой среды g(t)

Ф Ьа 20

y; (t) î(7)>(t-2)d uÄ(t)=S(>+I1;(»

Зондирующий сигнал So с генератора 1 представляет собой колебания сложной формы, повторяемые многократно (1,2, 25

3,...,3 раз). База сигнала В =2FT, где F. — верхняя частота спектра сигнала, Т вЂ” длительность сигнала. Бродескритезированный сигнал у (tr) с выхода r-го отвода линии 2 задержки щ .поступает на входы блока 3 ключей и вторые входы блока 12 вычисления коэффициента корреляции. При этом сигнал на управляющем входе блока 3 ключей отсутствует — ключи закрыты. На первые входы блока 12 вычисления коэффициента корреляции в этот момент поступает сигнал Б (t) с выходов блока 11 памяти. Сигнал S (С) заносится в блок 1I памяти перед нача- 4 лом эксперимента и представляет собой некоторое приближение к сигналу

S(t) с весовым коэффициентом, равным 1, Первым приближением к сигналу при малом расстоянии зондирования является сигнал So(t).

В блоке 12 вычисляется коэффициент корреляции после перемножения в блоке 22 поступивших в первый момент у, и S (t) (для х. — ой реализа- >О цни вместо So(t) будет S„(tr),где — номер реализации).

Сигналы с выходов блоков 22 умножения поступают на входы сумматора 25, с выхода которого просуммированный сигнал поступает на первый вход делителя 28. На второй вход делителя 2d поступает с выхода блока й1(),= количество накопленных реализаций на данный момент; номер очередной реализации; номер отвода линии задержки (отсчета); число каналов. где 1

n=2FTС выхода блока 12 сигнал Rg p (фиг.3 ) поступает на первый вход схемы !3 сравнения, на другой вход которой поступает заданный уровень

С (фиг. Зе).Ср — положительный порог ограничения, величина которого устанавливается в зависимости от помеховой обстановки в данное время в данном месте. Если сигнал на выходе блока 9 больше Со(т.е. степень кор-реляции сигнала с опорным сигналом высока),то на выходе схемы 13 сравнения появляется сигнал, поступающий на вход формирователя 14 импульсов, фиксирующего момент Т достижения максимума, и на вход пикового детектора 15, определяющего величину макси- сума. Сигнал с выхода пикового детектора 15 (фиг.Зж) поступает на вход блока 6 вычисления весовых коэффициентов (К). Сигнал с выхода блока 14 формирования импульсов через схему И 16 поступает на,управляющий вход блока 3 ключей, открывая их. Сигнал у с выходов ли1 .нии 2 задержки поступает в блок 4 весовой обработки на первые входы блока 5 умножения, на второй вход которого поступает сигнал, равный

К с выхода блока 6 вычисления весовых коэффициентов. После весовой обработки в блоке 4. происходит накопление и усреднение накопленного сигнала в блоке 7.. При этом накопленный сигнал (для второго сигнала у

2.

= у, + S -(t) делится на сумму весовых

27 сигнал, полученный после подсчета энергий в блоках 23 и 24, их перемножение в блоке 26 с последующим извлечением корня квадратного в блоке 27.

На выходе делителя 28, т.е. на выходе блока 12 появляется сигнал, который характеризует коэффициент корреляции R(Y), определяемый формулой гсT

7 I l 30 коэффициентов (для второго сигнала

К2 К1+ I ) усредненный сигнал на Выходе блока 7 имеет вид

1 у i Z .Е Ki Yi(tzj s()

I(t+

g К1. +1

i.= 3

Полученный усредненный сигнал заносится в блок 11 памяти, с выходов. которого поступает на первые входы 10 блока 12 вычисления коэффициента корреляции. На вторые входы блока 12 поступает с выходов линии 2 задержки сигнал у . Коэффициент корреляции вновь сравнивается с заданным порогом Со в схеме 13. Если реализация заслуживает доверия, управляющий сиг. нал с выхода формирователя 14 импульсов через схему И 16 поступает на управляющий вход блока 3 ключей, рр первый вход накапливающего сумматора

10 (третий вход блока 7 усреднения) и первый вход накапливающего сумматора I8.

На второй вход накапливающего 2S сумматора 10 поступает сигнал с выхода блока 6 вычисления весового коэффициента. В момент поступленця управляющего сигнала с выхода схемы

И 16 в накапливающем сумматоре 10 происходит сложение величии весовых коэффициентов К (первый весовой коэффициент равен 1).

На вход блока 17 логарифмирования поступает .сигнал с выхода пикового детектора 15. Иаксимальные

ЗЗ значения коэффициентов корреляции после логарифмирования суммируются в накапливающем сумматоре 18, когда на втоРой его вход поступает управ- 40 ляющий сигнал с выхода схемы И 16.

Полученное значение сравнивается в

8!8 8 схеме 19 сравнения с заданными границами Г, и I (фиг. 4). При пересечении верхней границы (Гz) с выхода схемы !9 сигнал поступает на управляющий вход коммутатора 20 и одновременно на второй вход схемы И 16, закрывая ее и заканчивая эксперимент с положительным результатом. Сигнал с блока !1 памяти через коммутатор 20 поступает в регистратор 21, где формируются амплитудно-частотная К ()) и фазо-частотная + (Q ) характеристики среды распространения, с импульсной характеристикой среды g(t).

При пересечении нижней границы Гф сигнал с выхода cxeses4 19 сравнения поступает через схему И 16 только на управляющий вход блока 3 ключей, эксперимент заканчивается с отрицательным результатом, так как качество сигнала по мере накопления не улучшается, Использование предложенного устройства по сравнению с известным позволяет повысить помехоустойчивость измерений, что обеспечивает большую глубинность, детальность исследования геофизического разреза н .ускоряет процесс разведки.

Кроме того, улучшается качество и обеспечивается объективность измерений, достоверность полученных результатов, возможность контроля за проведением эксперимента .на месте экспедиции и возможность нрн необходимости повторения эксперимента нри неудовлетворительных результатах зондирования cpsssy, а не спустя год после обработки сигнала зондирования.

При этом сокращается число обслуживаницего персонала, повьвпается производительность труда.

1 )308t8

ll308I8

t I3О8l8

Е Са% (е)

jaf вниипи Зак аз 9605/33

Хираж 7 10 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4