Генераторное устройство для геоэлектроразведки

 

Изобретение относится к геоэлектроразведке с использованием искусственных переменных электромагнитных полей и может быть использовано для исследования пространственного распределения удельного электрического сопротивления пород, обнаружения локальных и протяженных неоднородностей. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей генераторного устройства за счет обеспечения смены направления вращения и сканирования в заданном секторе вектора излучаемого электромагнитного поля. Устройство содержит генератор высокой частоты, квадратурный генератор, балансные модуляторы, выходы которых через усилители мощности подключены к излучающей системе, а выходы квадратурного генератора подключены к первым входам балансных модуляторов. В предлагаемое устройство введены первый и второй компараторы, инверторы , коммутатор, схемы И-НЕ, схемы ИЛИ, полосовые-фильтры, датчик угла поворота вектора излучаемого поля. Выход генератора высокой частоты и выход последовательно соединенного с ним первого инвертора подключены к первым входам первой и второй схем И-НЕ и через коммутатор к первым входам третьей и четвертой схем И-НЕ, вторые входы первой и второй схем И-НЕ через коммутатор подсоединены к выходам первого компаратора и последовательно соединенного с ним второго инвертора. Вторые входы третьей и четвертой схем И-НЕ через коммутатор подсоединены к выходам второго компаратора и последовательно соединенного с ним третьего инвертора или к разнополярным шинам источника питания, выходы первой и второй схем И-НЕ через четвертый и пятый инверторы подсоединены к входам первой схемы ИЛИ, а выходы третьей и четвертой схем И-НЕ через шестой И седьмой инверторы подсоединены к входам второй схемы ИЛИ. 2 ил. Си (Л CZ ю со vl ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (111 (51) 4 G О1 Ч 3 10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

/ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3771120/24-25 (22) 12.07.84 (46) 23.05.86. Бюл. N- 19 (71) Днепропетровский горный институт им.Артема (72) Н.А.Нейбергер (53) 550.83(088.8) (56) Гончарский В.Н. и.другие. Технические основы аэроэлектроразведки.—

Киев: Наукова думка, 1969, с.352-353.

Авторское свидетельство СССР

N 960701, кл. G 01 V 3/18, 1981. (54) ГЕНЕРАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ (57) Изобретение относится к геоэлектроразведке с использованием искусственных переменных электромагнитных полей и может быть использовано для исследования пространственного распределения удельного электрического сопротивления пород, обнаружения локальных и протяженных неоднородностей. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей генераторного устройства за счет обеспечения смены направления вращения и сканирования в заданном секторе вектора излучаемого электромагНитного поля.

Устройство содержит генератор высокой частоты, квадратурный генератор, балансные модуляторы, выходы которых через усилители мощности подключены к излучающей системе, а выходы квадратурного генератора подключены к первым входам балансных модуляторов.

В предлагаемое устройство введень( первый и второй компараторы, инверторы, коммутатор, схемы И-НЕ, схемы

ИЛИ, полосовые.фильтры, датчик угла поворота вектора излучаемого поля.

Выход генератора высокой частоты и выход последовательно соединенного с ним первого инвертора подключены к первым вхоцам первой и второй схем

И-НЕ и через коммутатор к первым входам третьей и четвертой схем И-НЕ, вторые входы первой и второй схем

И-НЕ через коммутатор подсоединены к выходам первого компаратора и последовательно соединенного с ним второго инвертора. Вторые входы третьей и четвертой схем И-НЕ через коммутатор подсоединены к выходам второго компаратора и последовательно соединенного с ним третьего инвертора или к разнополярным шинам источника питания, выходы первой и второй схем

И-HE через четвертый и пятый инверторы подсоединены к входам первой схемы ИЛИ, а выходы третьей и четвертой схем И-НЕ через шестой и седьмой инверторы подсоединены к входам второй схемы ИЛИ. 2 ил.

1233

Изобретение относитс.я к геоэлек-троразведке с использованием искусственныхх. переменных электромагнитных и >лей и может быть использовано для исследования пространственного распределения удельного электрического сопротивления пород, обнаружения локальньтх и ..протяженных неоднородностей.

Цель изобретения — расширение 10 функциональных возможностей .генераторного устройства за счет обеспечения смены направления вращения и сканирования в заданном секторе вектора излучаемого электромагнитного поля. 15

На фиг.1 представлена структурная схема генераторного устройства для геоэлектроразведки; на фиг.2 — осциллограммы напряжений на отдельных участках схемы в режиме кругового 20 вращения вектора излучаемого электромагнитного поля.

Генераторное устройство содержит (фиг.1) генератор 1 высокой частоты, квадратурный генератор 2, первый 3. 25 и второй 4 балансные модуляторы, пер.вый 5 и второй 6 усилители мощности, щлучандцую систему 7, состоящую из двух взаимно ортогональных магнитных диполей, коммутатор 8, первый 9 и второй 10 компараторы напряжения, семь инверторов 11-25, четыре схемы

И-НЕ 13-16 совпадения, две схемы ИЛИ

21 и 22, два полосовых фильтра 23 и

24, датчик 26 угла поворота вектора иэлучаемого электромагнитного поля, источник 27 питания, а также переключатепи 28-30 коммутатора 8.

Генератор 1 высокой частоты соеди40 нен с входом инвертора 25, выходы которых непосредственно подключены к первым входам первой 13 и второй 14 схем И-HE совпадения, и через переключатель 29 коммутатора 8 — к первйм входам третьей 15 и четвертой 16

45 схем совпадения И-НЕ. Вторые входы первой 13 и второй 14 схем И-НЕ совпадения через переключатели 28 коммутатора 8 подсоединены к выходам первого компаратора 9 и последовательно соединенного с ним второго инвертора 11 или к разнополярным шинам источника 27 питания. Вторые входы третьей 15 и четвертой 16 схем совпадения И-HE через переключатель

30 коммутатора 8 подсоединены к выходам второго компаратора 10 напряжения и последовательно соединенного с ним

075 2 инвертора 12 ипи к разнополярным шинам источника 27 питания. Выходы первой 13 и второй 14 "õåì И-НЕ через инверторы 17 и 18 подсоединены к входам первой схемы ИЛИ 21, а выходы третьей 15 и четвертой 16 схем

И-HE через инверторы 19 и 20 подсоединены к входам второй схемы ИЛИ 22.

Зь::ходы первой 21 и второй 22 схем

ИЛИ через полосовые фильтры 23 и 24 подсоединены к входам соответственно первого 3 и второго 4 балансных модуляторов, выходы которых через первый

5 и второй б усилители мощности подключены к излучающей системе 7. Входы первого 9 и второго 10 компараторов и входы датчика 26 угла поворота вектора излучаемого электромагнитного поля подсоецинены к выходам квадратурного генератора 2, связанного с. первыми входами балансных модуляторов 3 и 4. Квадратурный генератор 2 представляет собой, например, генератор низкой частоты и последовательно соециненный с ним ортогональный фазоврашатель. Излучающая система 7 представляет собой два взаимно ортогональных магнитных диполя. Коммутатор

8 может быть выполнен, например, с исглэлъзованием электромагнитных реле или программного устройства, если необходимо определить свойства массива в различных секторах излучаемого поля по заданному алгоритму. Датчик 26 угла поворота вектора излучаемого поля предназначен для преобразовачия сигналов квадратурного генератора 2 пропорционально положению вектора поля в пространстве.

Генераторное устройство для геоэлектроразведки работает следующим образом.

Генератор 1 высокой частоты вырабатывает прямоугольные колебания с частотой сд. Поскольку в тракте усиления генератора производится выделение первой гармоники этого колебания, для пояснения работы устройства в дальHpéøåì используются выражения для гармонических сигналов.

Таким образом, на выходе генератора 1 высокой частоты и последовательно соединенного с ним инвертора

25 имеем колебания

U1 = U,Ô " Sin co t;

U = U„, Sin(180 + и t) =-UÄ ° Sin v t.

Эти колебания подаются на первые входы схем И-НЕ 13 и 14 непосред3 1 ственно, и на входы схем И-НЕ 15 и

16 через переключатель 29 коммутатора 8. Квадратурный генератор 2 вырабатывает син .;"оидальные колебания

U и U4 с частотой 52(л2 ась)и относио тельным сдвигом фаз на 90 „ которые описываются выражениями

U Cos52 t

U — U2 . 81па t

M bin g>l CO/ +$

h,5i803t со,2

233075 4 ются на усилители 5 и 6 мощности и далее на излучающую систему 7.

Выражения для мгновенных значений магнитных моментов диполей можно записать В Виде

U: S in co t при и t = (О- — — ) ЗТ 45

-U Sin mt при Sl t =(— — — — — ) Ы 2 2

3 и

U S in я t при 12 t = (— — — 2V);

Лл 2

U, sin у с при g t= (О .— i ) U = ю

Sin t npu g с=(лл — 2л ) .

1лъ

Балансный модулятор 3 производит перемножение сигналов U и U» а балансный модулятор 4 — сигналов U+ и U, . С выходов балансных модуляторов

3 и 4 модулированные колебания подаЭти колебания. подаются на первые входы балансиых модуляторов 3 и 4 и на входы компараторов 9 и 10 напряжения. Компараторы напряжения 9 и 10 вырабатывают прямоугольные импуль-

15 сы, сигналы U и U<, длительность ,которых определяется временем действия положительных полуволн синусоидальных сигналовБ и U+, и которые подаются через переключатели 28 и 30

20 коммутатора 8 соответственно на вторые входы схем И-НЕ 13 и 16, а через инверторы 11 и 12 (сигналы Uz è П, ) и контакты переключателей 28 и 30

25 коммутатора 8 — на вторые входы схем

И-НЕ 14 и 15. С выходов схем И-НЕ 13 и 14 сигналы через инверторы 17 и 18 подаются на входы схемы ИЛИ 21 и да— лее через полосовый фильтр 23 на второй вход балансного модулятора 3.

Аналогично с выходов схем И-НЕ 15 и

16 сигналы подаются через инверторы

19 и 20, схему ИЛИ 22 и полосовой фильтр 24 на второй вход балансного модулятора 4. 35

При положениях переключателей 2830 коммутатора 8 в соответствии с фиг.1 на выходе полосовых фильтров за время действия одного периода напряжейия квадратурного генератора имеем сигналы, которые описываются выражениями

) Мо sillat singt npg л21 ={0-л) ш

Мо лп бюЫ пои л2 л. = { и -27)

Пл. где М =M S I u I о о о

Э

Мо — действующее значение магнитного момента диполей;

M — число витков диполя;

S — площадь одного витка диполя;

I — действующее значение тока о диполя;

U — амплитуда колебаний высокой ллл частоты;

m — коэффициент модуляции.

Результирующее поле излучающей системы пропорционально результирующему магнитному моменту

m = m + m г г

1 2

Так, например, в первой четверти периода напряжения квадратурного генератора 2 имеем

m, = М S in u t ° cos 12 С;

m М Sin at SinQ. t;

m=, (}=и,.sin nы1, т.е. амплитуда результирующего поля не зависит от частоты модулирующего сигнала с частотой 52.

Угол между направлением начала отсчета (например, оси Х, по которой ориентирован диполь с магнитным моментом m ) и результирующим вектором излучаемого поля можно определить из соотношения

m1 ло.sinя1 соей агс co5 — *агс со =Ы л л л

Мо 5iYl g i

В первой четверти периода ш mi

Cos q — — — положителен, Sinq= — —Ill m положителен и результирующий вектор излучаемого поля поворачивается в

Ц первом квадранте от = 0 до cp=

2 (фиг. 2) .

1233075

Рассматривая аналогичную работу устройства во второй, третьей и четвертой четвертях периода напряжения квадратурного генератора 2 получаем полный поворот вектора результирую- . щего поля против часовой стрелки за один период действия напряжения квадратурного генератора 2, т.е ° вектор вращается вокруг общей Оси излучающей 10 системы 7 с частотой и .

При нажатии переключателя 29 коммутатора 8 происходит смена фазы на

180 сигнала высокой частоты на первых входах схем И вЂ” НЕ 15 и 16.

Результирующий вектор вращается по часовой стрелке с частотой 52.

При нажатии переключателя 28 коммутатора 8 вторые входы схем И-НЕ 13 и 14 подключаются к разнополярным шинам источника 27 питания, т.е. Осуществляется подача логического "0" и логической "1". В результате одна иэ схем И-НЕ 13 или 14 запирается, и на выходе полосового фильтра 23 сигнал высокой частоты генератора 1 не мео няет фазу иа 180 в моменты смены полярности модулирующего сигнала У

Аналогично при нажатии переключателя 30 коммутатора 8 на выходе фильтра 24 сигнал высокой частоты о генератора 1 не меняет фазу на 180 в Моменты смены полярности модулирующего сигнала. . Таким образом, предлагаемое генераторное устройство может обеспечивать четыре режима работы:- cKGHHpoBB ние вектора излучаемого электромагнитного поля по кругу часовой стрелки, сканирование EEo Kp E ElpoTHB часовой стелки сканирование в секторе с уг 0 лом 1.80 и сканирование в секторе с о углом 90

Датчик 26 угла поворота вектора излучаемого электромагнитного поля путем преобразования сигналов, поступающих с квадратурного генератора 2 выдает сигнал, пропорциональный положению вектора поля в пространстве.

Предлагаемое генераторное устройство для геоэлектроразведки.позволяет вести избирательный поиск, наприа и мер, с углом 90 и 180 за счет обес— печения сканирования вектора излучаемого поля в заданном секторе. Благода55 ря сканированию вектора излучаемого поля в заданном секторе обеспечивается воэможность определения геометрических параметров залегания локальных и протяженных объектов при однократном пересечении исследуемой

I эоны.

Кроме того, предлагаемое устрой— ство позволяет обеспечить смену направления вращения вектора излучаемого электромагнитного поля и тем самым обеспечить смену направления воздействия излучаемого поля, что позволяет повысить точность определения пространственного распределения удельного соПротивления пород, вследствие возможности учитывать естественную поляризацию массива. Генераторное устройство позволяет производить поисковые работы при наличии домех от металлических масс, например, от подвижной платформы при проведении геофизических измерений в составе подвижной механизированной колонны.

Формула и з о б р е т е н и я

Генераторное устройство для геоэлектроразведки, содержащее генератор высокой частоты, квадратурный генератор, балансные модуляторы, выходы которых через усилители мощности подключены к излучающей системе, а выходы квадратурного генератора подключены к первым входам балансных моцуляторов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональнык возможностей устройства эа счет обеспечения смены направления вращения и сканирования в заданном секторе вектора излучаемого электромагнитного поля, устройство дополнительно содержит первый и второй компараторы, инверторы, коммутатор, схемы И-НЕ, схемы ИЛИ, полосовые фильтры, датчик угла поворота вектора излучаемого поля, причем выход генератора высокой частоты и выход последовательно соединенного с ним первого инвертора подключены непосредственно к первым входам соответственно первой и второй схем И-НЕ и через коммутатор к первым входам третьей и четвертой схем И-НЕ, вторые входы первой и второй схем И-НЕ через коммутатор подсоединены к выходам первого компаратора и последовательно соединенного с ним второго инвертора или к разнополярным шинам источника питания, вторые входы тре10 турного генератора. тьей и четвертой схем И-НЕ через коммутатор подсоединены к выходам второго компарато, а и последовательно соединенного с ним третьего инвертора или к разнополярным шинам источника питания, выходы первой и второй схем

И-HE через четвертый и пятый инверторы подсоединены к входам первой схемы ИЛИ, а выходы третьей и четвертой схем И-НЕ через шестой и седьмой инверторы подсоединеньi к входаМ второй схемы ИЛИ, выходы первой и второй схем ИЛИ через полосовые фильтры подсоединены к вторым входам соответственно первого и второго балансных модуляторов, а входы первого и второго компараторов и входы датчика угла поворота вектора излучаемого поля подсоединены к выходам квадра1233С 75

RR EFtF гЩ Щ/1щщу

1 ф 1

Г !

) РсЖ1 Л 4 " Qn

Фв..Я

Составитель И.Абрамова

Техерд О.Гортвай Корректор М. Макс имнпи нец

Редактор 0,1 оловач с 2 1 / 7 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, lci.óøñêàÿ наб., д. ч/5

Про ианодс гвеIIH:>-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул .111»ектн а я, ч