Устройство для измерения кинематических характеристик сигнала при акустическом каротаже

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАЛА ПРИ АКУСТИЧЕСКОМ КАРОТАЖЕ, содержащее преобразователь напряжение время , один вход которого связан с синхровкодом устройства, а другой - с его выходом, измеритель динамических характеристик сигнала, аналоговый вход которого связан с сигнальным входом устройства, аналоговый ключ, его вход связан с сигнальным . входом устройства, формирователь окна измерения, вход которого соединен с выходом преобразователя напряжение - время, а выход - с запускающими входами аналогового ключа и измерителя динамических характеристик сигнала, а также соединенные последовательно усилительограничитель , перемножитель и зарядно-разряднуго цепочку, выход которой является выходом всего устройства в цепом, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности измерений путем осуществления автоматической настройки на первое вступление сигнала, а также для увеличения помехоустойчивости измерения его кинематических характеристик , в устройство введены блок вьщеления и запоминания фазы сигнала , включенный между аналоговым . ключем и усилителем-ограничителем, последовательно соединенные гене-, ратор модели и схема совпадения, включенные между выходом формирователя окна измерения и вторым сигнальным входом перемножителя, а также блок ограничения приращений, блок выключения автонастроек, блуи I автонастройки Вперед и блок автонастройки Назад, при этом вход бло (/} ка ограничения приращений соединен С с выходом устройства, а выход - с вторым входом схемы совпадений, запускающий вход блока выключения автонастроек соединен с синхровходом устройства, первьй аналоговый вход с сигнальным входом устройства, а второй аналоговьй выход - с выходом измерителя динамических характериссо оз тик сигнала, при этом первьй управляющий вход блока автонастройки Вперед соединен с выходом преобразователя напряжение-время, второй управляющий вход - с выходом блока выключения автонастроек, первый аналоговьй вход - с сигнальным входом устройства в целом, второй аналоговый вход - с выходом измерителя динамических характеристик, выход - с первым управляющим входом перемножителя, а у блока автонастройки Назад первьй упраплякмций вход связан с выходом преобразователя напряжение-время, второй уп

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5!) 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 36 1 28 73 /24-25 (22) 30.06.83 (46) 30.07.85. Бюл. М - 28 (72) А.Ф, Башкеев (71) Волжское отделение Института геологии и разработки горючих ископаемых (53) 557.83(088,8) (56) Патент Франции В 2168172, кл. G 01 V 1/40, опублик. 1973.

Патент США Р 3750009, кл.324-1, опублик. 1970.

Авторское свидетельство СССР !! 477376, кл . G 01 V 1/40, 1972. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ .

КИНЕМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАПА

ПРИ АКУСТИЧЕСКОМ КАРОТАЖЕ, содержащее преобразователь напряжение— время, один вход которого связан с синхровходом устройства, а другой— с его выходом, измеритель динамических характеристик сигнала, аналоговый вход KQTopoFo связан с сигнальным входом устройетва, аналоговый ключ, его вход связан с сигнальным входом устройства, формирователь

"Окна" измерения вхОД которого соединен с выходом преобразователя напряжение — время, а выход †. с запускакицими входами аналогового ключа и измерителя динамических характеристик сигнала, а также соединенные последовательно усилительограничитель, перемножитель и зарядно-разрядную цепочку, выход которой является выходом всего устройства в целом, О т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьппения точности измерений путем осуществления автоматической настройки на

„„SU, 117039 первое вступление сигнала, а также для увеличения помехоустойчивости измереыня его кинематических характеристик, в устройство введены блок выделения и запоминания фазьг сигнала, включенный между аналоговым ключем и усилителем-ограничителем, последовательно соединенные гене-.. ратор модели и схема совпадения,. включенные между выходом формирователя "окна" измерения и вторым сигнальным входом перемножителя, а также блок ограничения приращений, блок выключения автонастроек, блок автонастройки "Вперед" и блок авто" настройки "Назад", при этом вход блока ограничения приращений соединен с выходом устройства, а выход — с вторым входом схемы совпадений, запускающий вход блока выключения антонастроек соединен с синхровходом устройства, первый аналоговый входс сигнальным входом устройства, а второй аналоговый выход — с выходом измерителя динамических характеристик сигнала, при этом первый управляющий вход блока автонастройки

"Вперед" соединен с выходом преобразователя напряжение-время, второй управляющий вход — с выходом блока выключения автонастроек, первый аналоговый вход — с сигнальным входом устройства в целом, второй аналоговый вход — с выходом измерителя динамических характеристик, выход — с первым управляющим входом перемножителя, а у блока автонастройки "Назад" первый управляющий вход связан с выходом преобразователя напряжение-время, второй уп1170396

15 равляющий вход — с выходом блока выключения автонастроек, аналоговый вход — с выходом усилителя-ограничителя, а выход — с вторым управляющим входом перемножителя.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок ограничения приращений состоит из последовательно включенных фильтра верхних частот, блока передачи модуля и компаратора, второй вход которого подключен к источнику порогового напряжения, а выход является выходом блока в целом.

3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок выключения автонастроек состоит из формирователя окна" измерения шума, измерителя шума и компаратора, при этом вход формирователя "окна измерения шума является запускающим входом блока в целом, выход его соединен с управляющим входом измерителя, у которого, в свою очередь, аналоговый вход является первым аналоговым входом блока в целом, а выход соединен с входом компаратора, у которого второй вход является вторым аналоговым входом блока,,а выход — выходом блока в целом.

4. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок автонастройки "Вперед состоит из формирователя окна" поиска, компа1

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин акустическими методами.

Цель изобретения — повышение точности измерений путем осуществления автоматической настройки на первое вступление сигнала и увеличение помехоустойчивости при измерении кинематических характеристик акустического сигнала.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, на фиг. 2— временные диаграммы сигналов на вы— ходе его основных узлов .

Устройство (фиг. 1) включает в себя преобразователь 1 напряжение ратора, трехвкодовой схемы совпадения и формирователя команды на перенастройку Вперед, при этом вход формирователя "окна" поиска является управляющим входом блока в целом, а оба входа компаратора его,аналоговыми входами, причем первый вход схемы совпадения соединен с выходом компаратора, второй — с выходом формирователя "окна" поиска, а третий вход является вторым управляющим входбм всего блока, у форми-, рователя команды на перенастройку

"Вперед" вход соединен с выходом схемы совпадения, а выход является выходом блока в целом.

5. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок автонастройки "Назад" состоит из схемы задержки, ключа разряда и последовательно соединенных аналогового ключа, интегрирующей цепочки, нульоргана и схемы совпадения, у которой второй вход является вторым управляющим входом, а выход — выходом блока в целом, причем вход схемы . задержки является первым управляющим входом блока, а ее выход соединен с управляющим входом аналогового ключа, вход которого является аналоговым входом блока в целом, при этом ключ разряда включен между вы-. ходом интегрирующей цепочки и источником питания, например минусом.

2 время, зарядно — разрядную цепочку 2, формиров атель 3 "окна" из мер ения, аналоговый ключ 4, измеритель 5 динамических характеристик сигнала, блок 6 выделения и запоминания фазы сигнала, усилитель-ограничитель 7; перемножитель 8, генератор 9 модели, схему 10 совпадений, стабилизатор 11 токов перезаряда, интегрирующую емкость 12, согласующий повторитель 13 напряжения, блок 14 ограничения приращений состоящий из фильтра 15 верхних частот, блока

16 передачи модуля и компаратора

l7, блок 18 автонастройки "Вперед", блок 19 автонастройки "Назад", при этом блок 18 автонастройки "Вперед"

1170396

Преобразователь 1 напряжение-вре— мя запускается синхроимпульсом (эпюра 34, фиг. 2), который соответствует по времени моменту излучения акустического импульса в породу.

Преобразователь i напряжение-время выдает сигнал (эпюра 35), задержка которого относительно синхроимпульса пропорциональна напряжению на

его управляющем входе, поступающему с выхода зарядно †разрядн цепочки 2. В статическом состоянии при правильной настройке системы этот импульс соответствует по времени началу первой полуволны входного сигнала (см. эпюры 35 и 34, фиг. 2). Он запускает формирователь

3 "окна" измерения, который вырабатывает импульс 36, открывающий аналоговый ключ 4 и измеритель 5 динамических характеристик сигнала. Измеритель 5 определяет какой-либо динамический параметр, например, максимальную амплитуду или действующее значение той части акустического сигнала, которая попадает в "окно" измерения и выдает сигнал в виде ,постоянного напряжения. Часть сигнала 37, прошедшая через аналоговый ключ 4, поступает на блок 6 выделе- 4 ния и запоминания фазы сигнала.

Он выделяет определенную составляющую в спектре вырезанной части сигнала и запоминает ее фазу. Этот блок может быть выполнен, например., на основе высокодобротного резонатора, настроенного на нужную частоту, в частности на основную частот5 сигнала. Так как в процессе измерения участвуют несколько первых фаз (например, 5 — 6), то на выходе резонатора вследствие накопления в нем ,полезного сигнала к моменту оконча50

55 состоит из формирователя 20 "окна" поиска, компаратора 21, схемы 22 совпадений и формирователя 23 команды на перенастройку "Вперед", а блок t9 автонастройки "Назад" состоит йз схемы 24 задержки, аналогового ключа 25, интегрирующей цепочки 26, нуль-органа 27, схемы

28 совпадений и ключа 29 разряда, блок 20 выключения автонастроек, состоящий из формирователя 3 1 "окна" измерения шума, измеритель 32 шума и компаратор 33.

Устройство работает следующим образом.

40 ния окна измерения оказывается возможным получить значительное повышение соотношения сигнал-шум. Это обеспечивает гораздо большую помехоустойчивость измерений, чем при слежении только за одной фазой сигнала, несущей сравнительно небольшую долю энергии всей волны, как это имеет место в устройстве-прототип е.

После запирания аналогового ключа 4 напряжение сигнала 38 на выходе резонатора начинает спадать по экспоненте. Эти колебания, фаза которых определяется фазой входного сигнала, усиленные до ограничения

39 в усилителе-ограничителе 7, поступают на один из сигнальных входов перемножителя.

Импульс 36 "окна" измерения своим задним фронтом запускает генератор модели сигнала, который вырабатывает цуг из нескольких прямоугольных колебаний 40, идущих с частотой, равной собственной частоте резонатора.

Эта модель сигнала, состоящая, например, из 20-30 колебаний, через нормально открытую схему 10 совпадений поступает на второй сигнальный вход перемножителя 8. Сигнал, полученный в результате перемножения, через стабилизатор 11 тока перезаряда, заряжает и разряжает интегрирующую емкость 12, напряжение 41 с которой через согласующий повторитель 13 напряжения, например истоковый повторитель, поступает на выход устройства для регистрации.

B результате действия обратной связи, поступающей с выхода зарядноразрядной цепочки 2 на преобразователь 1 напряжение-время, напряжение на интегрирующей емкости 12 будет изменяться до тех пор, пока сдвиг по фазе между колебаниями на сигнальных входах перемножителя 8 не станет равным 90 . При этом длительность

О

"окна" измерения делается такой, чтобы в установившемся режиме его начало совпадало с началом первой полуволны входного сигнала (см. эпюры

34 и 36, фиг. 2).

Таким образом, так как модель начинается после окончания "окна" измерения, в процессе перемножения участвуют только установившиеся колебания резонатора, чем достигается

1170396

Для автонастройки устройства на первое вступление служат блок 18 автонастройки "Вперед" и блок 19 автонастройки "Назад". Автоматичес- 45 кая настройка прибора "Вперед" включается в том случае, если система оказывается go каким-либо причинам настроенной не на первую фазу сигнала, а на последующие. Этот блок работает следующим образом. Выходной импульс преобразовательн 1 напряжение — время запускает формирователь 20 "окна" поиска, вырабатывающий интервал времени (эпюра 43, 55 фиг. 2), равный или немного меньше периода сигнала ° Порог срабатывания (cM. эпюру 34, фиг. 2) компаратора

50 дополнительное увеличение помехоустойчивости.

В процессе слежения за сИгналом напряжение на интегрирующей емкости 12 получает в ту или иную сторону приращения, величина которых прямо пропорциональна сдвигу во времени, полученном входным сигналом между двумя запусками. Эти прираще- 10 ния при заданной скорости каротажа в общем случае не могут превышать определенной величины, если это про1 исходит, значит измерение неверно и должно быть в данном цикле прервано,, При таком, алгоритме работы может быть достигнуто дополнительное увеличение помехоустойчивости.

На этом принципе основана работа блока 14 ограничения приращений. 20

Выходное напряжение с зарядно-разрядной цепочки 2 поступает на фильтр

15 верхних частот, где из него выделяется приращение сигнала (эпюра 42), которое затем поступает на 25 блок 16 передачи модуля, где независима от его знака оно приводится

Ф к одной полярности,.например положительной, и усиливается до величины, необходимой для нормальной работы компаратора 17.

Если величина приращения сигнала превышает определенный уровень (см. эпюру 42, фиг. 2), задаваемый пороговым напряжением на втором входе компаратора 17, то последний срабатывает и закрывает схему 10 совпадений, прекращая тем самым поступление сигнала модели на перемножитель 8, т.е. обрывает процесс 40 измерения.

21, определяемый выходным напряжением измерителя 5 динамических характеристик, прямо пропорционален уровню входного сигнала. Коэффициент передачи этого напряжения на компаратор 21 подобран так, чтобы компаратор при правильной настройке системы реагировал только на три последующие фазы (см. эпюры 34 и

44, фиг. 2) . При этом через схему

22 совпадений сигналы пройти не могут, так как "окно" поиска оканчивается раньше, чем срабатывает компаратор.

В том случае, если система оказывается настроенной на три последующие нечетные фазы (полуволны) входного сигнала, уровень которых по сравнению с амплитудой первой полуволны в несколько раз выше, компаратор срабатывает от первой же фазы сигнала, следующей после открывания прибора (расположение "окна" поиска при настройке на третью фазы показано на эпюре 43, фиг. 2 пунктиром). В этом случае сигналы компаратора 21 проходят через схему 22 совпадений и запускают формирователь 23 команды на перестройку

"Вперед", импульс 45 с выхода формирователя 23 команды на перестройку "Вперед, длительность которое о больше длительности модели, поступает на первый управляющий вход перемножителя 8 и вызывает подачу на его первый сигнальный вход вместо сигнала с усилителя-ограничителя 7 постоянного напряжения, например отрицательного. В результате перемножения его с моделью происходит разряд интегрирующей емкости

12 и, следовательно, уменьшение времени задержки "окна" измерения в следующем цикле.

Этот процесс продолжается до тех пор, пока устройство не настроится на первую полуволну входного сигнала и через схему 22 совпадений перестанут проходить импульсы. Таким образом, блок автонастройки "Вперед" включается только в случае сбоя срабатывания устройства на последующие фазы сигнала и в обычных ус1 ловиях в процессе измерения не участвует, а следовательно, не вносит ошибок измерения из-за изменения соотношения порогового уровня к

7 11 703 сигналу, свойственных системам с выделением сигнала при помощи амплитудного дискриминатора.

Блок 19 автонастройки "Назад" работает следующим образом.

Импульс с выхода преобразователя

1 напряжение-время задержанный

Р схемой 24 задержки на величину, равную 3/4 периода сигнала, вызывает на короткий интервал времени 46 замыкание аналогового ключа 25.

В установившемся режиме при правильной настройке системы этот импульс приходится на экстремум второй полуволны входного сигнала, поэтому при замыкании аналогового ключа 25 на его выход будут проходить узкие отрицательные импульсы, которые постепенно вызовут накопление на выходе интегрирующей цепочки

26 отрицательного потенциала. Нульорган 27 при этом находится в выключенном состоянии и запирает схему

28 совпадения. В случае сбоя системы на один или более периодов впе- 25 ред на интегрирующую цепочку 26 будут поступать усиленные до ограничения акустические шумы. Так как шум и .запуск прибора события независимые, вероятности попадания в окно открывания положительных и отрицательных полуволн равны, поэтому на выходе интегрирующей цепочки 26 напряжение будет колебаться около нуля. Это вызовет срабатывание

35 нупь-органа 27, схема 28 совпадений откроется и на второй управляющий вход перемножителя 8 поступит сигнал к источнику постоянного напряжения, например положительного. Это напря,жение в результате перемножения с моделью и при нескольких прямоугольных колебаний вызовет увеличение потенциала на интегрирующей емкости

12, а следовательно, и увеличение .задержки срабатывания преобуазователя 1 напряжение — время в сле-— дующем цикле.

Этот процесс продолжается до тех пор, пока срабатывание не дойдет до первого вступления сигнала. При

96 8 последующем движении "Назад", т. е. в сторону увеличения задержки, включится блок автонастройки "Вперед" импульс с выхода которого вызовет замыкание ключа 29 разряда и перезаряд интегрирующей цепочки 26 до отрицательного потенциала, а следовательно, и выключение автонастройки "Назад

При уменьшении соотношения сигнал-шум увеличивается вероятность ложного включения автонастройки, поэтому в устройство включен блок

30 выключения автонастроек, сущность работы которого заключается в следующем.

Входной синхроимпульс запускает формирователь 31 "окна" измерения шума. Этот импульс, расположенный между синхроимпульсом и первым вступлением сигнала (см. энюру 47, фиг. 2), открывает измеритель 32 шума, который измеряет его какойлибо динамический параметр, например действующее значение. Это напряжение подается на вход компаратора 33, на второй вход которого подается напряжение с выхода измерителя 5 динамических характеристик сигнала.

Если произойдет превышение уровня шума над полезным сигналом, компаратор 33 срабатывает и закроет схемы 22 и 28 совпадений, находящиеся в, блоках автонастройки "Вперед"

18 и "Назад" 19, т.е. блоки автонастройки имеют возможность работы только на тех участках скважины, где соотношение сигнал-шум позволяет с высокой вероятностью исключить их ложное включение.

Использование предлагаемого устройства позволяет вести автоматическое слежение за временем прихода акустического сигнала при уменьшенном соотношении сигнал-шум, что повышает точность измерений, увеличивает достоверность каротажного материала на участках скважины с большим затуханием и повышает скорость каротажа на остальных участках.

7170396

1i 70396 .

Корректор М.Самборская

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

Составитель Н.Журавлева

Редактор Н.Киштулинец Техред М.Гергель — 1

Заказ 4701/43 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ ГосУдарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/5