Устройство для предварительной обработки электроразведочных сигналов

 

Изобретение предназначено для использования в электроразведочных информационно-измерительных системах и может быть использовано при работе методами вызванной поляризации, индуктивным и заряда. Цель изобретения состоит в сокращении объема регистрируемой информации и в повышении достоверности регистрируемых значений параметров за счет вычисления показателей верности по заданным параметрам. Цель достигается за счет того, что в устройство для предварительной обработки электроразведочных сигналов, содержащее входной блок, соединенный со схемой управления и аналого-цифровым преобразователем, блок формирования и анализа оценок и регистратор, введены блок вычисления параметров, дополнительный блок определителей верности, дополнительный анализатор, управляемый переключатель и схема совпадения. Блок вычисления параметров содержит регистр оценки, вычислительное устройство, селектор адреса и запоминающее устройство. Вычислительное устройство содержит схему умножения, умножитель частоты, счетчик, постоянное запоминающее устройство, два сумматора, оперативное запоминающее устройство, два регистра, делитель, квадраторы, вычислитель квадратного корня. В предлагаемом устройстве реализуется накопление дискретных выборок и вычисление заданных параметров по отфильтрованным от помех оценкам сигнала. 3 ил.

СОЮЗ (ИВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1539708

А1 (51) 5 С 01 V 3/06

OllHCAHHE ИЭОБРКТЬНия

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4046024/24-25 (22) 28.03.86 (46) 30.01.90. Бюл. Ф 4 (7 1) Казахский опытно-экспериментальный завод геофизических приборов "Казгеофизприбор." (72) В.А.Мариненко, П,И.Тишин, А.И.Цимерман и В.П.Шевченко (53) 550.83(088.8) (56) Бобровников Л.3. и др. Электроразведочная аппаратура и оборудование. М.: 1985, с. 138-149.

Авторское свидетельство СССР

У 983620, кл. G 01 V 3/06, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ

СИГНАЛОВ (57) Изобретение предназначено для использования в электроразведочных информационно-измерительных системах и может быть использовано при работе методами вызванной поляризации, индуктивным и заряда. Цель изобретения состоит в сокращении объема регистригруемой информации и в повьппении достоверности регистрируемых значений параметров за счет вычисления показа(°

Устройство относится к геофизике, а именно к устройствам для электро . разведки, и предназначено для использования в электроразведочных информационно-измерительных системах.

Цель изобретения — сокращение объема регистрируемой информации и по( вьппение достоверности регистрируемых значений параметров. телей верности по заданным параметрам.

Цель достигается за счет того, что в . устройство для предварительной обработки электроразведочных сигналов, содержащее входной блок, соединенный со схемой управления и аналого-цифровым преобразователем, блок формирова-. ния и анализа оценок и регистратор, введены блок вычисления параметров, дополнительный блок определителей верности, дополнительный анализатор, управляемый переключатель и схема совпадения. Блок вычисления параметров содержит регистр оценки, вычислительное устройство, селектор адреса и запоминающее устройство. Вычислитель- (» ф ное устройство содержит схему умножения, умножитель частоты, счетчик, постоянное запоминающее устройство, два сумматора, оперативное запоминающее устройство, два регистра, делитель, квадраторы, вычислитель квадратного корня.В предлагаемом устройстве ре- yaaa ализуется накопление дискретных выборок и вычисление заданных параметров 1 д по отфильтрованным от помех оценкам р сигнала. 3 ил.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — структурная схема блока вы- Ъ числения параметров; на фиг. 3 — вариант выполнения схемы вычислительного устройства, входящего в блок вычис-, ления параметров.

Устройство для предварительной обработки электроразведочного сигнала 1539708 содержит входной блок 1, соединенный с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 2 и с первьм выходом схемы 3 управления. Первый, второй и третий входы блока 4 формирования и анализа оценок подключены соответственно к выходу АЦП 2, первому и второму выходам схемы 3 управления. Первый и второй входы блока 5 .вычисления параметров соединены соответственно с выходом и вторым входом блока 4 формирования и анализа оценок. Третий вход и управляющий выход блока 5 вычисления параметров подключены соот ветственно к выходу и управляющему входу управляемого переключателя 6, а информационный выход блока 5 вычисления параметров соединен с входом блока 7 определителей верности и с информационным входом регистратора

:8. Выход блока 7 определителей верно1 сти подключен к анализатору 9, выход которого соединен.с первым входом схемы 10 совпадения, второй вход этой 25 схемы подключен к управляющему выходу блока 4 формирования и анализа оценок, а выход схемы 10 совпадения соединен с управляющим входом регистратора 8.

Блок 5 вычисления параметров состоит из регистра 11 оценки, вычислительного устройства 12, селектора 13 адреса и запоминающего устройства 14.

Информационный вход запоминающего устройства 14 соединен с информацион- 35 ным выходом вычислительного устройства 12. Первый вход вычислительного устройства 12 подключен к информационному выходу регистра 11 оценки, 1I 11 40 вход Запись которого объединен с вторыми входами блока 5 вычисления параметров и вычислительного устройства 12. Третий вход блока 5 вычисления параметров соединен с третьим входом вычислительного устройства 12, 45 управляющий выход которого соединен с входом селектора 13 адреса. Первый, третий и второй выходы селектора 13 .адреса подключены соответственно к управляющим входам регистра 11 оцен50 ки, запоминающего устройства 14 и управляющему выходу блока 5 вычисления параметров.

Первый, второй и третий входы вычислительного устройства 12 соедине1ны соответственно с первым входом

I схемы 15 умножения, с входом умножителя 16 частоты и с управляющим входом счетчика 17, Выход постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 18 подключен к второму входу схемы 15 умножения, вь|ход которой соединен с первым входом первого сумматора 19.

Выход первого сумматора 19 подключен к информационному входу оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 20, выход которого объединен с вторым входом первого сумматора 19 и информационными входами первого 21 и второго 22 регистров. Первый выход счетчика 17 подключен к входу ПЗУ 18, к управляющему входу ОЗУ 20, а также к управляющим входам первого 21 и второго 22 регистров. Второй выход счетчика 17 является управляющим выходом вычислительного устройства 12. Вход счетчика

17 подключен к выходу умножнтеля 16 частоты. Выход первого регистра 21 соединен с первыми входами делителя 23 и квадраторов 24, к вторым входам ко.торых подключен выход второго регистра 22. Выход делителя 23 объединен с информационным выходом вычислительного устройства 12 и с выходом вычислителя 25 квадратного корня, вход которого через второй сумматор 26 подключен к выходам квадраторов 24. На вьгходе.делителя 23 может быть дополнительно включен вычислитель 27 арктангенса.

Блок 4 формирования и анализа оценок 4 выполняет статистическую обработку и анализ дискретных значений многократно повторяющегося сигнала и может состоять из распределителей, анализатора, устройства определения оценки и определителя верности.

Управляемый переключатель 6 позволяет формировать необходимые управляющие сигналы (код) и в простейшем случае может быть выполнено на обьтчном переключателе..

Блок 7 определителей верности содержит определители верности, число которых должно быть равно либо числу измеряемых параметров, либо может быть использован один определитель верности, вычисляющий показатели .верности последовательно и запоминающий их значения. Определитель верности вычисляет показатель, позволяющий судить о том, как велика разница между оценкой и истинным значением параметра. В качестве показателя верности может быть использована оценка дисперсии погрешности или модуль разности значений параметра в текущем и преды08 л а,„ = —, Х; cos(m

;.1 л

Ь,„= — . Х; sin(m

i=1

2fi — i)

2К вЂ” ° 1)

5 15397 дущем периодах, в этом случае блок 7 определителей верности может состоять из запоминающих устройств и блоков разности.

Анализатор 9.определяет достиг ли показатель верности заданного значения и может состоять из копаратора и переключателя, задающего код.

Устройство для предварительной обработки электроразведочных сигналов работает следующим образом.

Входной сигнал с длительностью периода T масштабируется во входном блоке 1, .здесь же осуществляется дискре- 15 тизация сигнала с периодом дискретизации 3t. Каждый период сигнала представляется выборками, количество котоN рых равно N = —, Тактовые импульсы

Qt 20 для осуществления дискретизации поступают с первого выхода схемы 3 управления, Эти же тактовые импульсы и импульсы с второго выхода схемы 3 управления поступают на второй и третий входы блока 4 формирования и анализа оценок. На первый вход блока 4 формирования и анализа оценок поступают отсчеты с выхода АЦП 2, соответствующие дискретным значениям измеряемого сиг- 30 нала. В блоке 4 формирования и анализа оценок для каждого из N дискретных значений сигнала определяется оцен-. ка X. которая уточняется при поступлении следующих периодов. В случае, когда потребителю информации нужны не все дискретные значения за период измеряемого сигнала, а лишь значения конкретных целевых параметров, например, значения амплитуд и фаз несколь- 40 ких гармонических составляющих сигнала, в анализаторе блока 4 формирования и анализа оценок может быть установлен высокий уровень допустимых— показателей верности, что обеспечива- 45 . ет поступление оценок на информационный выход блока 4 формирования и анализа оценок после прохождения двухтрех периодов измеряемого сигнала и появление разрешающего сигнала на 5р управляющем выходе блока 4 формирования и анализа оценок. Уменьшение влияния помех на значение оценки с .поступлением каждого нового периода сигнала, т.е. предварительная фильт- 55 рация сигнала позволяет производить определение параметров по М оценкам безынерционным устройством, каким и является блок 5 вычисления параметров. Перед началом измерений оператор задает с помощью управляемого переключателя 6 параметры, значения которых необходимо вычислить. По коду, поступающему с управляемого переключателя 6 на третий вход блока 5 вычисления параметров, а точнее на вход вычислительного устройства 12 (фиг.2), устанавливается программа вычисления заданных параметров. Оценки, поступающие через первый вход блока 5 вычисления параметров на информационный вход регистра 11 оценки, при поступлении импульса с выхода схемы

3 управления переписываются в регистр оценки. Вычислительное устройство 12 после прихода импульса с выхода схемы 3 управления завершает предыдущие вычисления и через селектор 13 адреса (в простейшем случае это дешифратор и и формирователь) формирует управляющий сигнал, позволяющий считать код оценки из регистра 11 оценки.

В качестве вычйслительного устройства 12 может быть использована стандартная или специализированная микроЭВМ, позволяющая выполнять команды сложения, вычитания, деления, умножения, сравнения, ветвления и пересылки по заданной программе.

Один из вариантов реализации вычислительного устройства приведен на фиг.3. Данный вариант позволяет вычислить амплитуды и фазы нескольких гармоник. При отсутствии устройства синхронизации в схеме 3 управления вычисление фазы гармонических составляющих производится относительно какой-либо произвольной точки периода сигнала. Вычисление параметров выполняется следующим образом. л

По .N дискретным оценкам Х. вычис1 ляются коэффициенты разложения Фурье где — номер оценки, m — номер гармоники.

Коды, значения которых пропорци2п . Ю. ональны созт — 1 и sinm-"-i записываN N ются в ПЗУ 18, ПЗУ опрашивается кодаьж, поступающими с первого выхода счетчика 17, тактируемого выходными импульсами умножителя 16 частоты.

1539708

Умножение частоты нужно для того, чтобы,при поступлении каждой оценки опрашивалось несколько ячеек ПЗУ, так например, для определения значений

5 амплитуд и фаз трех гармоник необходимо опрашивать шесть ячеек ПЗУ 18, т.е. частота, поступающая на второй вход вычислительного устройства 12, должна быть увеличена в 6 раз. Изме- 10 няя коэффициенты деления счетчика 17

I с помощью устройства задания, можно менять число гармонических составляющих, параметры которых должны быть вычислены. Для упрощения рассмотрим 15 случай измерения первой гармоники л сигнала. Оценки Х . поступают с входа

1 вычислительного устройства 12 на первый вход схемы 15 умножения, на второй вход которой последовательно 20 поступают из ПЗУ 18 коэффициенты, про21Г . пропорциональные значениям сов †и

2 .

sin †; Произведения последовательно 25

М поступают на первый вход первого сумматора 19. Перед началом очередного периода ОЗУ 20 очищается, поэтому после прихода первой оценки на второй вход первого сумматора 19 поступают нулевые значения и в ячейки ОЗУ

20 с выхода сумматора записываются

I 7У 7л

Я 1 N произведения Х cos — и Х,sin †" . Перед приходом третьей оценки в ячейках

ОЗУ 20 записываются- 35

27(Х cos — +

N л, 2)i

Х sin — +

Х .сов — и

Н л . 4g

Х sin -„-.

Таким образом, к концу периода. в ячейках ОЗУ 20 находятся коэффициенты

N N а1 2 и Ъ 1 2 которые по управляющему

45 сигналу с первого выхода счетчика 17 переписываются в первый 21 и второй

22 регистры.

При N, кратном 2, деление íà N можно осуществить отбрасыванием младших. разрядов при перезаписи чисел в регистры, а можно и не делить на Я, а учесть этот коэффициент. В следующем периоде коэффициенты разложения вычисляются аналогично. С выходов регистров 21 и 22 коэффициенты разложения

55 поступают на входы делителя 23 и квадраторов 24. В делителе 23 вычисляется отношение а,/Ь,, а в квадраторах определяются à„ b,. Делитель

23 и квадраторы 24 могут быть выполнены на основе арифметических расширителей. В квадраторах 24 может быть использовано либо два устройства для возведения кода в квадрат, либо одно устройство, выполняющее операции последовательно. Значение а,/b„ является тангенсом фазового угла паровой гармоники, либо относительно импульса синхронизации (при наличии устройства синхронизации в схеме 3 управления), либо относительно некоторой произвольной точки периода сигнала, относительно которой могут быть также вычислены фазовые углы других гармонических составляющих. Значение

tg ср=. a,/b, может быть подано на выход вычислительного устройства 12 или же, для обеспечения традиционного представления, пропущено через специальный вычислитель 27 арктангенса. Вычислитель арктангенса может быть реализован, например, на основе ПЗУ, в котором записана таблица арктангенсов. Значения а2 и b, с выходов квадраторов 24 поступают на входы второго сумматора

26, а оттуда сумма а, + b, поступает в вычислитель 25 квадратного корня, где и определяется значение амплитуды

А =/аг Ьа которое поступает на выход вычислительного устройства 12.

Поступающие с выхода вычислительного устройства 12 значения фазы и амплитуды переписываются в запоминаю- . щее устройство 14 (фиг.2) под управлением селектора 13 адреса. С выхода блока 5 вычисления параметров, а точнее из запоминающего устройства 14, вычисленные параметры поступают на вход олока 7 определителей верности (фиг.1) и на информационный вход регистратора 8. Показатели верности поступают на вход анализатора 9, где " сравниваются с заранее установленными значениями. Поскольку оценки N с каждым новым периодом вычисляются все точнее, через несколько периодов (их количество зависит от уровня помех) на выходе анализатора 9 появляется разрешающий сигнал. Так как на управляющем выходе блока 4 формирования и анализа оценок сигнал был сформирован ранее, на выходе схемы 10 совпаде1539708 йия формируется сигнал, разрешающий запись вычисленных параметров в ре" гистратор 8.

В том случае, когда потребителю информации нужны статистические оценки всех значений периодического сигнала, в анализаторе блока 4 формирования и анализа оценок может быть установлен такой уровень показателей верности, который позволяет получить за счет накопления оценки дискретных значений сигнала с допустимой точностью.

Таким образом, в предлагаемом устройстве реализуется накопление дискретных выборок и вычисление заданных параметров по отфильтрованным от помех оценкам сигнала. Запись в регистратор необходимых параметров вместо всех взятых за период сигнала оценок позволяет существенно сократить объем регистрируемой информации. Вычисление показателей верности по заданным параметрам, а не по оценкам дискретных отсчетов сигнала повышает достоверность их значений. Кроме того, при работе с конкретными параметрами оператору легче оценить ситуацию, например, обнаружение аномалии или неисправности прибора. формула изобретения

Устройство для предварительной обработки электроразведочных сигналов, Ох содержащее входной блок, соединенный с аналого-цифровым преобразователем, схему упрайления, блок формирования и анализа оценок и регистратор, причем выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом блока формирования и анализа оценок, второй и третий входы которого соединены с выходами схемы управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения объема регистрируемой информации и повышения достоверности регистрируемых значений параметров, в него дополнительно введены блок вычисления параметров, блок определителей верности, анализатор, управляемый переключатель и схема совпадения, причем информационный выход блока формирования и анализа оценок, а также второй .вход этого блока подключены соответственно к первому и второму входам блока вычисления параметров, третий вход и управляющий выход которого соединены соответственно с выходом и управляющим входом управляемого переключателя, а информационный выход — с информационными входами регистратора и блока определителей верности, выход которого подключен к анализатору, соединенному с первым входом схемы совпадения, второй вход которой подключен к управляющему выходу блока формирования и анализа оценок, а выход — к управляющему входу регистратора.

1539708

Фм

Составитель О. Коршунов

Редактор H.Êèøòóëèèeö Техред М.Ходанич. Корректор В.Гирняк

Заказ 216 Тираж 407 Подписное

ВНИИПИ Государственного ком тета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинач "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101