Устройство для электроразведки

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОВРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ((() 938233 (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 2 1.03.80 (21) 2897235l 18-25 (53}M. Кл.

g 019 3/12 с присоединением заявки М(23 ) П риоритет

3Ъоудпрстпеииый комитет

СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано 23.06.82. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 27 06.82 (53} УДК 550. .837(088.8) (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

Изобретение относится к устройствам для определения свойств труднодоступных обьектов по отраженным от них электромагнитным сигналам и может быть использовано при создании систем для. определения магнитной проницаемости вещест- 5 ва обьектов в земле, воде, воздухе и космосе.

Известна геофизическая система, содержащая антенну, приемно-передающую си о стему, импульсный генератор, ограничитель сигнала 1.).

Однако эта система имеет ограниченные возможности, так как на основе анализа отраженных сигйалов позволяет лишь

15 отслеживать профиль подземного рельефа, не обеспечивая при этом определение свойств залегающего там вещества, напри« мер, его магнитной проницаемости, Известен снссоб и реализующее его то устройство геоэлектроразведки, предназначенные для радиоволнового просвечивания земли. Устройство содержит антенну, антенный переключатель, усилитель мощ2 ности,: амплитуднс -фазовый измеритель, генератор гармонического сигнала, задающий генератор.

Устройство на основаая сопоставления амплитуды и фазы излученного и принято» го сигналов и при наличии соответстцующей методики интерпретации результатов позволяет с определенной достоверностью судить о наличии аномалии в зоидируемой области земли 32).

Однако к недостатку известного способа и устройства следует отнести отсутствие возможности определения свойства вещества выявленной аномалии, например, его магнитной проницаемости.

Наиболее близким техническим решением к .предлагаемому изобретению является устройство для электроразведки, со держащее последовательно соединенные . модулятор, задающий генератор, усилитель мощности излучаемых импульсса, щйемоизлучаюшую. антенну и .приемник отраженного сигнала, а также регистратор и блок обработки отраженного сигнала путем сраМАРКС

v, максимальное значение амплитуды излучаемого csv- " нала»

- круговая частота излучаемого сигнала3

- декремент затухания излучаемого сигнала;

- декремент затухания отраженного сигнала от слоя среды;

- интервал времени с момента излучения сигнала до момента его приема от

1 -слоя среды:.

- скорость распространения сижала в f -слое средь|

- коэфф щиенты пропорционал- " ьностии, эависяшие от магнитной проницаемости среды» ее ироиэводной и .

3 03823 внения фазы отраженного сигнала с фазой модулирующего сигнала умноженной частоты (31.

Мель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет количественного определения ма гнитной проницаемости исследуемых многослойных обьектов, а также расширение области приме. нения устройства эа счет использсаания его для разведки объектов, находящихся в >0 . земле, s воде и в космосе.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для электроразведки, содержащее последовательно соевяеиные модулятор, задакаций. генератор, усилитель15

Мсщности излучаемых импульсов, прие мо-излучавшую антенну и приемник отраженного сигнала, а также регистратор, дополнительно введены два генератора пи лообраеного напряжения, два блока диф-. zo ференцирования» четыре блока сложения, шесть блоков умножения, четыре блока деления, блок вычитания, блок инвертирования, четыре блока выдэлэния максимума, источник сигнала, пропорционального 25 величине магнитного поля земли, источ« ник единичного сигнала, четыре нуль-оргаиа, схему совпадения, два блока извле чения квадратного корня, блок переключения, управляемый генератор косинусоидального .5а напрякения и пять блоков формирования функций (-a„„„è ехр -)РР)),«р(ь;,.-v;), Р1=Р %п

2. Ь З g 4 4 4 д Ь

3 4 скорости распространения измученного сигнала в среде»

„! производные к-го порядЗ ка отракенного от среды

К сигнала;

-.число слоев среды с различными диэлектрическими и магнитными свойствами, причем вход первого блока дифференцирования соединен с выходом приемника отраженного сигнала, а его выход — с пер вым входом первого блока сложения, выход которого соединен с входом первого блока выделения максимума, а второй вход — с выходом первого блока умножения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами блока формирсвания функции (-бас ) с. Мох

x exp (-ф < t<) и управляемого генератора косинусоидального сигнала, входы которых соединены с выходом первого генератора пилообразного напряжения, выход первого блока сложения соединен также с входом второго блока дифференцирования» первый, второй и третий выходы которого соединены с входами второго, третьего и четвертого блоков выделения максиМума, выходы которых соответственно соединены с первыми входами блоков формирования функций Р » Р и Р4 °, первый вход блока фор)п рсвания функций Р„ подключен к выходу первого блока выделения .максимума, вторые входы блоков фо мирования функций Р„, Р, Р> Р4 соединены между собой и подключены к выходу первого блока деления, первый вход которого соединен с выходом блока вычитания, а его второй вход соединен с выходом второго блока сложения, первый вход которого соединен с первым входом блока вычитания и выходом источника единичного сигнала, а второй вход второго блока слржения соединен с вторым входом блока вычитания и выходом первого блока извлечения квадратного корня, вход которого подключен к выход третьего блока слскения, соединенного первым azopw с выходом второго блока умножения, и вторым входом — с выходом источника единичного сигнала, первый вход второго блока умножения соединен с выходом источника сигнала, пропорционального величине магнитного поля земли, а второй вход - с выходом второго блока деления, третьи входы блоков формирования функций Р)» Р » Р,,Р4 соединены межпу собой л с выходом третьего блока умножения, первый вход которого подключен к

5 9382 выхоцу третьего блока целения, а второй вход — к выходу блока формирования функ

-Ь. . Ч. ции, (}, вхоц которого соединен с выхацом блока инвертирования, поцключенного вхоцом к выходу четвертого блока умножения, первый вход которого соединен с первым вхоцом третьего блока деления и выхоцом пятого блока умножения, первый вхоц которого сое- 30 цинен с выходом второго генератора пилообразного напряжения, а второй входс выходом четвертого блока деления, пер»вый вход которого соецинен с вьщоцом второго блока извлечения квадратного корня, второй вход третьего блока целения подключен к выхоцу источника единичного сишала, выходы блоков формирования функций Р„, Р, Р, Р4 ож0г соответственно с первым, вторым, гретьим и четвертым входами блока переключения, первый выход которого соединен с первым входом четвертого блока сложе ния, с входом второго блока извлечения корня квадратного и первым входом второМ го блока деления, второй выход блока переключения соединен с.первым входам шестого блока умножения, соединенного ьторым входом с выходом источника сит нала, пропорционального величине магнит30 ного поля земли и вторым входом второго блока деления, третий выход блока переключения соединен с вторым вхоцом четвертого блока деления, четвертый выкоц бло- ка переключения соединен с вторым входом четвертого блока умножения, выход «лестого блока умножения сое анен с вторым вхоцом четвертого блока сложения, втоц которого подключен к первому входу регмстратора, второй вход которого соецииенщ с выходом схемы соьпацения, первый, второй, третий и четвертый входы которой.ео ецинены соответственно с выходами первого, второго, третьего и четвертого нульорганов» sxoды кОтopbKK соответстьэн43 но соединены с выхоцами блоков формирь1 ° г? ° 3 + 4-

На чертеже приведена структурная схема устройства цля злектрораэведки.

Устройство цля злектроразвецки соцер->0 жит4приемоиэлучающую антенну l с антенным переключателем, усиегтель мяцности

2 излучаемого сигнала, зацающий генератор 3, модулятор 4, приемник 5 отрщкенного сигнала, первый генератор пилообраэ ного напряжения 6, первый 7 и второй 8 блоки дифференцирования, первый 9, второй

10, третий 11, четвертый 12 блоки сложения, первый 13, второй 14, третйй 15„

33 6 четвертый 16, пятый 17 и шестой 18 блоки умножения, первый 19, второй 20, третий 21, четвертый 22 блоки деления, блок 23 вычитания, блок 24 инвертирования, первый-25 и второй 26, третий 27, четвертый 28 блоки выделения максимума второй генератор 29 пилообразного напри«сепия, источник 30 сигнала, про порциоиального вежчине магнитного поля земж, источник 3 1 епиничного сигнала, первый 32, второй 33, третий 34, четвертый 35 нуль-органы, схему совпа« цения 36, блоки 37 формирования функф 1 ций (-аглае,., Е ) Р -38, Р, 39, -6,." v,.-,.—

РЗ -40, Р 41, (e ); - 42,уп« равляемый генератор . 43 косинусоицального напряжения, первый 44 и второй

45 блоки извлечения квадратного корня, блок 46 переключения и регистратор 47.

Работа устройства цля злектроразвецки осуществляется следующим образом. °

Выход приемника 5 отраженного сигнала соединен с входом первого блока 7 рифференцирования, его выход — с первым входом первого блока 9 сложения, второй вход которого поцключен к выхоцу первого блока 13 умножения, а выход соединен с вхоцом первого блока 25 выделения максимума, и входом второго блока дифференцирования 8, первый, второй и третий выхоцы которого соединены соответственно с вхоцами второго 26, третьего 27, и четвертого 28 блоков вы- цеюния максимума, выхоц первого гене. ратора пилообразного напряжения 6 сое» .цинен с вхоцом блока 37 4ормироьания

- Рд гни («" щд»(® » < ) ) и ьхоцом управляемого генератора 43 косинусскцажного напряжения, выходы которых соецинены соответственно с первым и вторым вхоцами первого блока 19 умножения, первые вхоцы блоков 98, 39, 40, ФР Р 1 1 3 4 соединены соответственно с выхоцами блоков 25, 26, 27, 28 выцеления мацсимума, вторые объединенные вхоцы блоков . 38-41 соегынены с вькоцом первого блока ражния 19, первый вхоц которого соединен с выхоцом блока 23 вычитания, а его второй вход - с выхоцом второго (блока 10 сложения, первые вхоцы . блоков 23 и 10 соединены с выхоцом источника 31 единичного сигнала, à его втоьые вхоцы - с выхоцом первого блока

44 извлечения квацратного корня,,: вход которого соединен с выходом третье7 93823 го блока 11 сложения, соединенного первым входом c выходом второго блока 14 умножения, и вторым с выходом источника 31 ещгничного сигнала, первый ьход второго блока 14 умножения соединен с выходом источника 30 сигнала, пропорцио-; нального величине магнитноГо поля земли и с первым входом шестого блока 18 ум« ножения, а второй ьход — с выходом второго блока.20 деления, третьи соединен-1о ные входы блоков 38-41 формирования функций Р1 -Р.4, соединены с выходами третьего) блока 15 умножения, первый ( ьход которого соединен с выходом третьего блока 2 1 деления, а Второй - c pwro rS дом блоКа 42 формиррвания функции

-Ь"М.- t1

Е . " "фход которого соединен с выходом блока 24 инвертирования, подключенного к выходу четвертого блоки 16 умно-20 жения, первый вход третьего блока 21 деления соединен с первым Входом четВертого блока 16 деления и выходом пятого блока 17 умножения, его второй вход - с ьыходом источника 31 единичного сигна-25 ла, первый вход пятого блока 17 умно жения соединен с выходом второго генератора 29 пилообразного напряжения, его второй ивд соединен с ьыходом четвертоГ О блока 22 деления, соединенного пер О вым входом с выходом второго блока 45 извлечения кьадратного корня, въгход блька 38 формирования функции Р, соединен с первым входом блока 46 .переключения . и входом пеРВОГО нУль-орГана 32и Выход э5 блока 39 формирования функции Р(ссе динен с ьторым входом блока 46 переключения и входом второго нуль-органа

33, Выход блока 40 формироьания фу.на ции Р соегкнен с третьим входом блока 46 переключения и входом третьего нуль-органа 34, выход блока 41 формирования функции Р4 соединен с четвертым

Входом блока 46 переключения и входом четвертого нуль-органа 35t. перВый ьы- 4 ход блока 46 переключения соединен с перьым входом четвертого блока 12 слс жения, входом второго блока 45 изьлече . ния квадратного корня и первым входом

Второго блока 20 деления, второй вход блока 46 переключения соединен с вторым входом шестого блока 18 умножения и вторым входом второго блока 20 дежния, третий и четвертый вьасоды блока 46 переключения соответственно,. к вторым входам четвертого блока 22 деления и.

SS четвертого блока 16 умнсисения, выходы нуль-органов 32-35 соединены с входами схемы совпарения 36, выход кото3 : 8 рой соединен с вторым ьходом регистратара 47, первый вход которого соединен через четвертый блок 12 сложения с шестым блоком 18 умножения.

Работа предлагаемого устройства по определению маГнитной проницаемссти са исследуемого образца основана на решении системы уравйений для функций Р.,Р1, В которой коэффициенты пропорциональности R -;R зависят от величины ф и ее прсйзьодной.

Задик)щий генератор 3 вырабатывает радиоимпульс, который модулируется амплитудно модулятором 4, усиливается . по мощности усилителем 2 и излучается

Приемо-излучающей антенной 1 в направлении исследуемого обьекта, Спустя время +,,, Определяемое расстоянием до первого слоя вещества обьекта, приемником 5 регистрируется сигнал, отраженный от первого из интересующих нас слоев вещества обьекта, пгри етом на выходе приемника 5 отраженный сигнал имеет амплитуду, равную величине.Gi д, представляюшую сумму отраженных сигналов от г) слсев среды.

Из принятого сигнала выделяется составляк)щая g (6 ) путем дифффренцир Ования 9 по BpervfeHH и вычитания из Ironyченной производной функции (4 „„„- шо)( п)Йх О

„-р аа„

Е СО& сто ), т е < пЮ= 31 с те()( Я1

Х -В -COSN t

0 О

Подученное значение(а(t ) дифференцируется по времени, в результате опре ееиеюееи еиии Щи(е ) 3t („()/8t . В Ееееиеиием иеиееезуются лигпь максимальные значения нулевой и, четных производных фракции .(р,(t ), Определенных для первого слоя

o6sem „, РС „/ Ю, а ц„ ж4-,Ь ц„ н, яти переменные являются компонентамн уравнений исходной. системы.

Опишем раба,у устройства, начиная с момента появления на выходе приемника

5 отраженного сигнала g . Рассуждения будем вести, для общности, ориентируясь ни огтределение,гс i -r о слоя.

Генератор 6 пилоображого напряжения вырабатывает линейно-нарастающий cnr нал-аналог аргумента Ь с периодичностью Т. брозд)ейстьие этого,напряжения на Входы блоки 37 формирования функции и управляемоГо генератора 43, обуславливает получение произведения функций (1 а 0 8 f и (,саяно

-Oa<

9 9382 в блоке 13, а алгебраическая сумма-результата перемножения с производной, полученной в блоке 7, определяют появление на выходе блока 9 сиг

Dt нала g<(+ ), описываемого вышеприведенным выражением. Многократное дифференцирование этого сигнала в блоке 8 позволяет получить производные по времени

3 о / A. до шестой включительно, приап чем с первого, второго, третьего выходов!0 снимаются значения cooTaeTcTaeHHo второй, четвертой и шестой производных. С помощью блоков 25-28 ьыдэляются максимальные значения соответственно „;а „/а О, а с „/а и и a|q;„/аа -" " слоя.

Сигнал, пропорцисеальный скорости. распространения отраженного сигнала Ч формируется на выходе блока 22. р0

Получение сигнала, пропорционального

R обеспечивается на выходе блока 15, 1 благодаря соответствующей организации . связей между ойерационными и функциональными блоками 15,16, 17, 21, 22, 2s

24, 29, 42.

Полученные сигналы - аналоги компонентов исходной системы уравнений подаются на входы функциональных блоков 3841, что позволяет На выходе этих блоков 30 . получать значения функций соответственно

Р,, Р, Р, ° 4, при организации связей между известйыми оцерационными элементами внутри этих блоков в соответствии с содержанием компонентов . Rg- и струк 35 турой уравнений исходной сйстемы.

В результате подача на входы блока

46 переключения, реализующ его извесюный метод поиска корней уравнений задан

40 ного вида в автоматическом режиме значений Р, Р, Р>, Р4 Ha elo выходах формируются значения величин-.

Искомая,К приобретает в процессе ко е неисканйя истинное значение только тог45 да, когда закончен процесс решения всех уравнений исходной системы,. т.е. Р =Ро=

P> — — P4 = О. Зафиксировать такой факт пс : зьоляют нуль-органы 32, ЗЗ, 34, 35, .вырабатывающие одиночные сигналы на . своих выходах, когда соответственно

Р =О, Р =О, P — — О, Р4=0.

В момент, когда все Р-=О, появляется сигнал на выходе схемй совпадения

36, воздействующий на управляющий вход

55 регистратора, который и зарегистрирует значение искомой величины магнитной проницаемости i -го слоя объекта 0

33 10

Описанный процесс протекает аналогично при определении любого из слоев вещества объекта.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства для электрораэведки определяется его новыми по сраь» нению сð известными аналогами функциональными возможностями по определению количественного значения одного из характерных физических < свойств вецества исследуемого объекта — егр магнитной проницаемости и возможностью выполнения вновь введенных блоков целиком на базе элементов вычислительной техники, в том числе и с примененивм микросхем, что открывает возможности построения . малогабаритных мобильных и бортовых устройств для электроразведки.

В основу работы предлагаемого ус ройства положены принципы, одинаково справедливые для процессов электроразведки в любой физической среде и комбинации сред, что позволяет значительно расширить область применения устройства для определения магнитной проницаемос« ти вещества объектов, залегающих в земле, находящихся aводе,,воздухе и космос э б

Ф ор мула изобретения

Устройство для электроразведки, содержащее последовательно соединенные модуJlBTop задающий leHepaTop> усилитель мо шности излучаемых импульсов, приемоиэ:лучающую антенну и приемник отраженного сигнала, а также регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет количественного определения магнитной проницаемости исследуемых многослойных объектоь, а также расширения области применения TpoOCTaa Telvt HCHoBBB» зования его для разведки объектов, находящихся в земле, в воде и в космосе, в него дополнительно введены два генерато- ра пилообразного,напржкения, два блока дифференцирования, четыре блока сложе ния, шесть блоков умножения, четыре блока деления, блок вычитания, блок ннвертировайия, четыре блока выделения максимума, источник сигнала, пропорциснального величине магнитного поля земли, источник единичного сигнала, четыре нуж органа, схему совпадения, два блока извлечения квадратного корня, блок переключения, управляемый генератор косинуформирования функции (-а„„„ ы ехр -ф 1 )); ехр Ь,,.Ч„.1; P„= à„- „; Р = а „

Ъ 3 дС 4 4 8 .Ь

$0 где 4 — максимальное значеМс Кс ние амплитуды и:-щучаемого сигнале (U - круговая частота изО

qy÷àåìoãî сигнала;

f5» цекремент затухания, излучаемого сигнала;

Ъ. - цекремент затухания

1 отраженного сигнала от i -слоя срецы, - интервал времени с

1 момента излучения сигнала цо момента его приема от -1 -слоя 25 сре дьем

Ч; - скорость распростране . ния сигнала в 1 -cnoe среды;.

"„- Р4 -- козФфициенты пропорп зо ональности, зависящие от магнитной.проница емости среды и ее. производной и скорости распространения нзцу ченного сигнала ь ере а„ „ це;.

° производные к-го поК рядка отраженного от среды сигнала;

l0

- число слоев среды с различными диэлектрическими и магнитными свойствами,. причем ахоп перього блока иифференцировения соецинен с выходом приеммка отраженного сигнала, а его выход - c первым входом первого блока сложения, вы ход которого соединен с входом первого блока выделения максимума, а второй вход - с выходом первого блока умножения, первый и Второй входы которого соединены соответственно с вьаоцами блока формир с@анин функции (-4 „, „- ехр (-р + )

55 и управляемого генетаторе косннусоидального сигнала, входы которых соецинены с выходом первого генератора пилообреэt ОЗ82 сои дального напряжения и .пять блбкоь

ЗЗ наго напряжения, выход первого блока сложения соединен также с входом второго блока дифференцирования, первый, второЯ и третий выходы которого соединены с входами Второго, третьего и че1 вертого олоков выделения максимума, выходы которых соответственно соединены с первыми входами блокоь формирования функций Р1, Р3 и Р<, первый вход блока формироьания функции Р„, подключен к выхоцу первого блока выделения максимума, вторые входы блоков формирования функций Р, Р, Р> и Р4 оеци ме жцу собой и поцключейы к ьыхоцу первого блока деления, первый ьхоц которого соединен с выходом блока вычитания, а его второй вход соединен с выходом второго блока сложения, первый вход которого соединен с первым входом блока вычитания и выходом источника единичного сигнал, а второй вход второго блока сложения соединен с вторым входом. блока вычитания и выходом первого блока извлечения квадратного корня, вход которого подключен к выхоцу третьего блока сложения, соединенного первым входом с выходом второого блока умножения н вторым входом - с выходом источника единичного сигнала, первый вход второго блока умножения соединен с выходом источ.ника сигнала, пропорционального величине магнитного поля земли, а второй входс выходом второго блока. деления, третьи входы блоков формирования функций Р„, и Р4 coeцинены межцу собой и выходом третьего блока умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего блока деления, а второй вход — к выхоцу блока формирования функции

-Ь.- . v. !

111

),1. вход которого соединен н с выходом. блока инвертирования, подключенного входом к выхоцу четьертого блока умножения, первый вход которого соединен с первым входом третьего блока деления и выходом пятого блока умножения, первый вход которого соецинен с ьыхоцом второго генератора пилообразного наприкения, а второй вход - с ВМсодом четвертого блока деления, первый вход каторого соединен с выходом второго блока извлечения; квадратного корня, второй вход третьего блока деления подключен к выхоцу источника ециничного сигнала, выходы блоков формирования функций Р„, Р, и ++ соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока переключения, первый выход которого соединен с первым входом четвео13 938233 14 того блока сложения, с входом второго которого соединен с выходом схемы совблока иэвлечения квадратного корня и пер- падения, первый, второй, третий и четвервым входом второго блока деления, второй тый входы которой соединены соответственвыход блока переключения соединен с пер- но с вьжодами первого, второго, третьего вым входом шестого блока умножения, со- и четвертого нуль-органов, входы которых единенного вторым входом с выходом ис- соединены соответственно с выходами блоточника сигнала, пропорционального вели- ков формирования ф нкций Р,, Р, Р„и Р чине магнитного поля эемювг, и вторым входом второго блока деления, третий вы- . - . Источники информации, ход блока переключения соединен с вторымй щинятые во внимание щи экспертиэе входом четвертого блока деления, четвер- 1. Патент США N 3806795, тый выход блока переключения соединен с кл. 324-6, отблик. 1974. вторым входом четвертого блока умиоже- 2; Авторское, свидетельство СССР ния, вькод шестого блока умножения со- М 324602, кл. С 01 V 3/12, 1970. единен с вторым входом четвертого бло- IS 3. Авторское свидетельство СССР ка сложения, выход которого подключен к М 344391, кл. g 01V 3/12, 1970 первому входу регистратора, второй вход (прототип).

ВН ИИПИ Закаэ 4455/70 Тираж 71 7 По апис ное

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