Измерительное устройство для геоэлектроразведки

 

Союз Саеетскик

Сецкалнстнчесмнх

Респубякк

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6f) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 24. 04. 78 (2f) 2607б10/18-25 (5()М. Ил.

G 01 Ч 3/10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 151080. Бюллетень ¹ 38

Дата опубликования описания 17.10.80 (53) УДК 550.837 (088.8) A. М. Бухвостов, В. Д. Жильников, Ю. A. Лихоманов, П. Ф. Федосеев, В. Ф. Сарбаш, В. И. Лемец, Г, В. Орлов, A. В. Куликов, E. A. Шемякин и A. С. Горюнов

Казахский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института разведочной геофизики, Казахский опытноэкспериментальный завод приборов Научно-производственного объединения "Геофизика" и Всесоюзный научно-исследовательский институт геофизических методов разведки Научнопроизводственного объединения "Союэгеофизика"

{72) Авторы изобретения (7f) Заявители (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРЛЗВЕДКИ

e. .(X/ð) < 0,005, (1) полураэность установки,км> частота поля, Гц; удельное сопротивление сре. ды СИ м ° где

Изобретение относится к устройствам для измерения фазовых соотношений в низкочастотной геоэлектроразведке.

Известны одночастотные, двухчастотные и трехчастотные устройства,из«5 меряющие фазовые сдвиги (7вп)и времена запаздывания с целью определения поляризуемости горных пород и руд.

Устройства, производящие измерения10 сдвига фазы на одной частоте, работают в последовательном режиме и содерх<ат: формирователь опорного сигнала, избирательный усилитель, формирователи импульсов и временных интервалов, генератор импульсов заполнения сигналов, селектор(триггер)и счетчик результата j1).

В одночастотном устройстве сигнал иэ приемной линии пропускается через 20 перестраиваемый избирательный усилитель, а его сдвиг фазы определяется относительно опорного сигнала той же частоты. Измеренный сдвиг фазы в общем случае связан не только с поляри- 25 зацйонными, но и с злектродинамиче скими(индукционными) процессами во вмещающей среде. Для разделения этих процессов проводят измерения на 2-х3-х частотах и по полученным реэуль- 30 татам вычисляют величину @п . Это снижает производительность и точность определения поляризационного параметра.

Известны также двухчастотные измерительные устройства величины

Эти устройства содержат по два изби.рательных усилителя разных частот, формирователя импульсов и временных интервалов> а также генератор импульсов заполнения, селектор(триггер) и счетчик результатов (21 .

В двухчастотных устройствах для определения величины т „ используется интервал времени между моментами перехода через нуль сигналов двух частот. Измер нный сдвиг фазы равенвелнчине Яв в том случае, если наблюдения осуществляются в ближайшей зоне. условие ближайшей зоны для распространенной в злектроразведке установки срединного градиента в ее средней части выполняется, если

771592

При невыполнении неравенства (1) точность определения величины ЧВп эа счет влияния индукционных процессов снижается и не удовлетворяет запросам практики.

Влияние индукционных эффектов от части может быть уменьшено за счет

E снижения частот, что ведет к понижению производительности измерений.Например, при работах в средах с относительно высокой проводимостью(Я =

=50 Ом.м ) при =1 км нижняя рабочая частота, согласно (1), не должна превышать 0,05 Гц. Если принять время измерений равным 10 периодам нижней частоты, то оно составит 200 сек.

Таким образом, при измерениях в 15 сложных условиях двухчастотные устройства не обеспечивают необходимой точности определения параметра 9 л и производительности работ.

НаиболеЕ близким по своей техниче.ской сущности к изобретению является трехчастотное и измерительное устройство, которое содержит три избирательных усилителя, умножитель частоты, три формирователя инпульсов, делитель частоты, триггеры, счетчик периодов, индикатор фазовых углов и измеритель отношений фазовых углов (3$

На вход устройства подаются сигналы трех частот. В нем осуществляется: преобразование сигналов нижней (g!g ) и верхней (Ю ) частот в сигналы средней частоты (UOy ), определение сдвигов фаз (9„- Ч ) и (1 -Vz) и вычитание полученных фазовых углов: (Ч,-Ч,) — (Ч„-Ч,) Ч,-,, 35 где Ч . — сдвиги фаз. сигналов соот1 ветственно нижней, средней и верхней частот относительно тока питающей линии после приведения частот.

Устройство осуществляет также из- 40 мерение отношений фазовых углов (Чъ М )l(Мъ "Yg)

Недостатком этогл трехчастотного устройства является то, что оно не измеряет непосредственно величину параметра поляризуемости в промежуточ-, ной зоне(при р)0,005) и поэтому не снижает погрешности измерений по сравнению с последовательными одночастотными измерениями на трех частотах.

В ближнеК,: зоне это устройство работает с такой же эффективностью, как и двухчастотное.

Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения 55 за счет создания устройства, непосредственно измеряющего поляризационный параметр (Ч ) геологических сред с исключением индукционных влияний в промежуточной зоне. 60

Ниже приведен расчет, подтвержда- ющий целесообразность достижения поставленной цели и, в частности, иллюстрирующий эффективность трехчастотного способа измерения по сравнению с двухчастотным. для точки в центре питающей линии

AB длиной 2г, находящейся на поверх. ности однородного полупространства на расстоянии 0,1 6 от линии АВ, запишем низкочастотное разложение для фазового угла .компоненты поля Е (фазовый угол в радианах)

М=- 1 вп+- + yd+0 0450, (3) где Ю = )КЦ) Я; K= /(щ ц -волновое число; проводимость среды; магнитная проницаемость cpe— ды.

В двухчастотном способе требуется, чтобы третий член выражения (3)был пренебрежимо малым. Обозначим максимально допустимую его величину через д . Таким образом, условие применимости двухчастотного способа (ближняя зона) 2 р) д (4)

Здесь и далее индекс означает номер члена в выражении (3).

В случае трехчастотных измерений ошибку создает последнии член выражения (3).

Условие возможности применения трехчастотного способа записывается поэтому в виде(промежуточная зоьа):

0,045d из (4) и (5): зд() = 0,045а() (6) где 6(g), cf ) — соответственно, максимально допустимые величины индукционных параметров при двухчастотном и трехчастотном способах измерений.

Если Дд) 0,4, то величина последнего члена в (3) равна в(граду— сах) 0 02, то есть лежит ниже порога погрешности современной фазовой аппаратуры для метода вызванной поляризации(ВП) .

Приняв величину дну=0,4, рассчитываем с помощью (6) величину сГ(д .Она равна 0,088. Частота пропорциональна квадрату индукционного параметра,поэтому соотношение между максимально допустимыми частотами в трехчастотном и двухчастотном вариантах равно: () д (м — — — 20 раз. у) d (a)

Учитывая, что в трехчастотном варианте верхняя частота в 1,7-2 раза выше,чем в двухчастотном способе(с использованием например, 1-й и 3-й гармоник),реальный выигрыш в частотах будет равен 12. Мы рассмотрели случай, соответствующий однородному полупространству. Для реальных разрезов коэффициенты при степенях индукционного параметра в разложении(3) изменяются и можно не получить укаэанного выж выигрыша, однако он все

771592 же будет значительным, так как именно полупространство оказывает доминирующее влияние на вид разложения (3), Практически результаты измерений с трехчастотным устройством показывают, что в самых неблагоприятных случаях выигрыш в 4 раза является минимальньм .

Таким образом, применение трехчастотного устройства, исключающего индукцию в промежуточной зоне, позволяет при одинаковых с днухчастотным устройством нижних частотах увеличить !

О точность измерения параметра и на вп фоне индукционной помехи, а при одинаковой заданной точности повысить н несколько раз частоты, на которых проводятся измерения. Эти рассуждения являлись одним из оснований для формулировки цели изобретения.

Поставленная цель достигается тем

I что в предлагаемом трехчастотном устройстве измеряется величина, опреде- 20 ляемая следующим выражением:

Коэффициент Г исключается из счетчик: результата.

Работа устройства заканчивается после того, как пройдет заданное число периодов нижней частоты и со счет чика 17 периодон поступит сигнал для остановки счета на. счетчик резуль тата.

Рассмотрим алгоритм, на основе кр торого работает устройство. ПустЬ на входе измерительного устройства де . ствует гармоническое колебание, содержащее три частоты:

Ug!i — Uo< - s > n (eu t %< ) +U<2s > n (tt>2t - 4) ->+Uo s i n (t>U3E 9З) с учетом (3), пренебрегая последним членом, можно ""а.— писать:

>)n

К, (Ю

Ч = g isn + К <у +

%2 (ьп + K4 "2 + ъ

Sn q+ (->1 g3 +N yt (щ (> где К! tt>2,U > — частоты, определяемые сост ноше н ием (С, О>2(ц;», gt (а -и ), gt (è

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство между выходами формирователей временных интервалов и счетчиком результата дополнительно включен аналого-цифровой преобразователь временных интервалон, дна входа которого соединены с выходами формирователей временных интер- 4О валов, а выход — со входом счетчика результатов.

При этом аналого-цифровой преобразователь(АЦП) содержит трехнходовую и днухвходовую схемы И,схемы НЕ, схему ИЛИ и дна генератора неравных частот, подключенных соответственно к одному из входов трехвходовой и днухвходовой схем И, два других входа «О которых являются входом аналого-цифрового преобразователя, а третий вход трехвходовой схемы И посредством схемы НЕ соединен со входом днухвходовой схемы И, а схема ИЛИ соединена с вы55 ходами схем И, причем ее выход является выходом аналого-цифрового преобразователя.

На чертеже представлена функциональная схема устройства. схема содержит избирательные уси- бО лители 1,2,3, формирователи 4,5,6 импульсов, Формирователи 7,8 временных интервалон, аналого-цифровой пре- образователь 9 временных интервалов, включающий схему НЕ 10, генераторЫ . 65

11,12 неравных частот, схемы H-13,14, и схему ИЛИ 15, счетчик 16 результата, счетчик 17 периодов.

Устройство работает следующим образом. Измеряемый сигнал, содержащий частоты t>U<,uy2,,и>, поступает на входы избирательных усилителей,настроенных соответственно на частоты

UU<, t>Ug, Ц> . С выходов усилителей синусоидальные сигналы поступают на формирователи импульсов, которые вырабатывают короткие импульсы, соот- ветствующие моментам переходов через нуль входных синусоидальных сигналов.

Далее сигналы с формирователей 4,5 и

4,6 поступают соответственно на формирователи временных интервалов 7 и

8, на входах которых формируются сиг» налы, длительностью равные промежуткам времени между импульсами 4-ro u

5-го формирователей и, соответственно, между импульсами 4-ro и 6-го фор;.ирователей. С выхода формирователя

8 сигнал длительностью д с((в -<ю )постулает на вход АЦП, то есть на схему И 14, где заполняется импульсами высокой частоты 1 от генератора 12.

На схему 13 поступают сигналы с выхода формирователя 7 и со схемы HE

10. Образующийся сигнал длительностью

f д t =st(„-è> )- t(! -U!y заполняется импульсами Высокой частоты т or генератора 11. С выходов схем И 13 и 14 импульсы,. заполняющие интервалы времени, поступают на схему HJlH 15, где происходит суммирование, и, далее,на счетчик 16 результата.

Частоты т„и 2 генераторов 11 и .12 выбираются нз условия н„.F; где Г - некоторое произвольное число.

На счетчике результата Фиксируется количество поступивших импульсов, равное- K„ bь м„ ) %2K F(N а (а, 771592 к и y — - функции геометрических Раз- Формула изобретения меров установки и проводимости среды. 1. Измерительное устройство для

Задача измерений заключается в on- геозлектроразведки, содержащее три ределении параметра Чвп, когда зна- параллельно включенные цепи, каждан ффициентов К1 и К остают- » из которых содержит последовательно ся неизвестны(учет индукционных эф- включенные избирательный усилитель и

3 фектов в первом и втором приближени- формирователь импульсов, а также два ях). формирователя временных интервалов, Определим времена перехода через последовательно соединенные счетчик н л синусоидальных сигналов с часто- © Результата и счетчик периодов, вход тами (N Ю, которого подключен к выходу одного из и Ъ формирователей импульсов, причем вхо- ды формирователей временных интерваЧ1 2- и ъ Ч (,) ,лов подключены соответственно к выхоОпределим интервалы времени дам первого и второго, первого и (1 " 1 („ -.1 ) 5 третьего формирователей импульсов, (7 } о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с

=(— - — ) +K щ- Ы

1 (- -„ целью повышения точности измерения, (8) между выходами формирователей времен-, 1 )щ + ных интервалов и счетчиком результата

20 включен аналого-цифровой преобразова(9) тель временных интервалов> два входа которого соединены с выходами формирователей временных интервалов,а вы(9), найдем: ход — со входом счетчика результатов. (.— ь и1-uV 5< г < » 2. устройство по П.1, о т л и е Ф т (а ) т а л а и е е е с л тел, лтс ааалстс аеГ (1 (.Г 1 фровой преобразователь содержит трех » Ъ) Ъ - ) 4 2 < 1 ВХОДОВУЮ И ДВУХВХОДОВУЮ СХЕМЫ И, 1 (.1б) схему НЕ, два генератора неравных ча30 стот, подключенных соответственно к или зп (2 а (2 Ъ (11) ОДНОМУ ИЗ ВХОДОВ ТРЕХВХОДОВОй И ДВУХ1 Ъ входовой схем И, два других входа когде Nq и М4 — коэффициенты, опреде- торых являются входом аналого-цифроляемые выражением(10). вого преобразователя, а третин вход

Выражение (10) не содержит коэф трехвходовой схемы И посредством схетов К и S что свидетельст 5 мы НЕ соединен с входом двухвходовой фициентов вует о б учете индукционных эффектов схемы И, схему ИЛИ, с которой соедиво втором пр тором приближении(промежуточная иены выходы схем И, причем выход схеэона). мы ИЛИ является выходом аналогогенераторы неравных частот, схема цифрового преобразователя.

НЕ схемы И и ИЛИ и связи между ними @) Источники информации, P позволяют осуществить весовое сложе- принятые во внимание при экспертизе ние интервалов времени, то есть выполнить алгоритм: звуковая аппаратура длч измерений в методе ВП . В сб. "Вопросы рудной и - и 1 +N t(о - ь)

1 -ДС (щи-Щ ) 2 Ь ШД- геофизики в Казахстане". Алма-Ата, Конечной величиной, измеряемой 1974. устройством, является величина поляризационного параметра Ц зп . Поско- 2. Мельников В. П. и др. Основы льку эта величина непосредственно из- амплитудно-фазовых измерений вызванмеряется устройством, определение о ной поляризации . якутск, Книжное будет более точное и будет про- изд-во, 1974, с. 134-1р2 водиться с большей производительно- 3. Авторское с стью с применением настоЯщего Устрой- @ З2742Н кл ства. тотип) .

771592

Составитель Л. Воскобойников

Редактор Т. Лошкарева Техред И. Вабурка Корректор И.Муска

Заказ 6689/57 Тираж 649 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам изобретений и открйтий

113035,-Москва, й-35, Рауюская иаб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная,