Устройство для геоэлектроразведки

 

Союз Советеннх

Социалистических

Рее ублин

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6E) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29. 09.81 (21) 3343381/18-25 с присоединением заявки М

G 0l V 3/06

Веударетвееай кепитет

СВАР

N лелем яеебретеиеН н еткрытиЯ (23) Приоритет (53) УДК 550.8jy (088.8) I

Опубликовано 23.02 ° 8) Бюллетень М 7

Дата опубликования описания 2 (72у Авторы изобретения!

И.И. Бучма, В.Б..4удыкевич и Е.

Львовский ордена Ленина политехнический институт им.Ленинского комсомола

{71) Заявитель (5É) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

Изобретение относится к электроразведочным устройствам для поиска полезных ископаемых индуктивными методами с использованием гармонически изменяющихся электромагнитных полей и может быть также использовано в электроиэмерительной технике в качестве измерительного преобразователя малых квадратурных составляющих гармонических сигналов.

Известно устройство для геоэлектроразведки, используемое для измерения эллипса поляризации магнитного . поля, состоящее из схемы векторного преобразования, содержащей входные ор-1 тогональные магнитоприемники, предварительные усилители, квадратурный фазовращатель и сумморазностную схему, и дифференциального амплитудного указателя коммутационного типа, со- щ держащего последовательно соединен" ные коммутатор, усилитель несущей частоты, детектор, избирательный усилитель напряжения частоты коммутации, 2 синхронный выпрямитель и измеритель. ный прибор, а также делитель частоты, 1выход которого подключен к управляю- щим цепям коммутатора и синхронного выпрямителя,а вход - к одному из вхо" дов суммо-разностной схемы (11.

В таком устройстве при синхрониза" ции делителя частоты сигналом с входа" суммо-разностной схемы снижается составляющая общей погрешности, обуслов. ленной комбинационными частотами, а коммутация выходных сигналов сумморазностной схемы производится в момент, когда их мгновенные значения равны по модула, но противоположны по знаку (при синхронизации делителя частоты сигналом с одного входа суммо-разностной схемы), а при синхронизации с другого входа коммутации производится в моменты равенства мгно венных значений сравниваемых сигнапоп.

Последнее позволяет использовать двухфазный детектор, состоящий из дифференциатора, двух квадраторов и

998994 сумматора, позволяющий еще повысить чувствительность и точность измерений разности амплитуд выходных сигналов сумма-разностной схемы, поскольку в. этом случае на выходе дифференциатора отсутствуют d "èìèóëüñû, а значит и составляющая общей.погрешности, обусловленная д -импульсами.

Наиболее близким техническим ре- вв шением к изобретению является устройство, содержащее генератор синусоидальных сигналов с генераторной петлей, вариометр с первичной и вто ричной обмотками, первая из которых и соединена последовательно с генератарной петлей, а противоположные концы обоих соединены с генератором синусоидальных сигналов, измерительную петлю, совмещенную с генераторной в петлей и включенную встречно-последовательно с выходом вторичной обйотки вариометра, первый избирательный усилитель, соединенный выходои с входом инвертора, вход и выход которого подключены к соответствующим входам коммутатора, первый сумматор, один вход которого подключен к выходу коммутатора, второй избирательный усилитель, соединенный негюсредственно с точкой соединения концов вторичной обмотки вариометра измерительная петли, квадратурный фазовращатель, вход .которого подключен к выходу второго избирательного усилителя, а выходк второму входу первого сумматора, последовательно соединенные усилитель напряжения несущей частоты, вход которого соединен с выходом сумматора, первый квадратор, второ" сумматор, 40 избирательный усилитель напряжения частоты коммутации, синхронный выпрямитель и последовательно соединен" ные дифференциатор и второй квадратор, включенные между выходом усилителя напряжения несущей частоты и другим входом второго сумматора, измери- тельный прибор,.а также триггсрный делитель частоты, выход которого подключен к управляющим..входам коммутатора и синхронного выпрямителя, а вход " к выходу второго избирательного усилителя.

В таком устройстве снижаются составляющие общей погрешности измере ний за счет снижения влияния неста" бильности фазовых характеристик избирательнога усилителя, квадратурного фазовращателя, .инвертара, неидентичности коэффициентов передачи каналов коммутатора. При измерении на нижних частотах звукового диапазона, и верхних - инфранизкочастотного обычно применяются избирательные RC-усилители, например усилители с 2Т-мостом в цепи отрицательной.обратной связи (2 1.

Недостаток известного устройства заключается в том., что при реализации высокой чувствительности из-за паразитных наводок через емкостные, индуктивные связи и связи fl0 сторонним проводам с выхода второго избирательного усилителя на вход первого избирательного усилителя на верхних частотах, а на нижних - из-за прохождения сигнала по цепям питания, происходит смещение нуля устройства, .т.е.. появляется аддитивная погрешность, ограничивающая чувствитеЛьность и точность измерений, так как наведеннь1й сигнал имеет квадратурнув составляющую по отношению к выходному сигналу второго избирательного усилителя, Смещение нуля происходит также из-за врененной и температурной нестабильности фазовых характеристик избирательных усилителей.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для геоэлектроразведки, содержащее генератор синусоидальных сигналов с генераторной пет" лей, вариометр с первичной и вторичной обмотками, первая из которых последовательно соединена с генераторной петлей, а противоположные концы обоих соединены с генератором синусоидальных сигналов, измерительную . петлю, совмещенную с генераторной . петлей и включенную встречно-последовательно с выходом вторичной обматки вариометра, первый избиратель" ный усилитель, соединенный выходом с входом инвертора, вход и выход которого подключены к. соответствующиМ входам коммутатора, первый сумма" тор, один вход которого подключен к выходу коммутатора, второй изби рательный усилитель, соединенный входом непосредственна с точкой соединения концов измерительной пет" ли и вторичной обмотки вариометра, квадратурный фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго избирательного усилителя, а выходк второму входу первого сумматора, 3 9 последовательно соединенные усилитель напряжения несущей частоты, . вход которого,подклочен к выходу первого сумматора, первый квадратор, второй сумматор, избирательный уси- литель напряжения частоты коммута" .ции, синхронный выпрямитель, последовательно соединенные.дифференциатор и- второй квадратор, вклоченные между выходом усилителя напряже"ния-несущей:частоты и вторым входом ..второго сумматора,- измерительный прибор, а также триггерный делительчастоты, аыход которого подключен к управляющим цепям коммутатора и синхронного выпрямителя, а вход " к выходу второго избирательного усилителя, дополнительно введены управляемый делитель напряжения, вход которого соединен с вторым (противофазным) выходом триi--герного делителя частоты,. а выход подключен к третьему входу второго сумматора, последовательно соединенные первый и второй ключи; причем выход первого ключа подклочен к входу первого избирательного усилителя, вход первого ключа соединен с выходным концом измерительной петли., а выход второго ключа заземлен, последовательно соединенные источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, третий ключ и первый элемент памяти, выход которого нодклочен к управляющему входу управляемого делителя на- пряжения, а другой вход дифференциа льного усилителя подклочен к выходу синхронного выпрямителя, последовательно соединенные четвертый «люч, вход которого соединен с выходом синхронного выпрямителя, и второй элемент памяти, выход которого подключен к измерительному прибору, -а также делитель частоты, вход которого подключен к выходу триггерного де-4> лителя..частоты, а выход - к управляющим входам первого, второго, третьего и четвертого ключей.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 3 синусоидальных сигналов, генераторную петле 2, вариометр Я, первичная .обмотка которого последовательно соединена с генераторной петлей, изме, рительную петлю 4, соединенную встречйо-последовательно с выходом вторичной обмоткой вариометра >, последовательно соединенные ключ 5 и ключ 6, 94 4 выход которого заземлен, первцй из" бирательный усилитель 7, вход которого соединен с точкой соединснуяключей 5 и 6, а выход -- с входбм инвертора 8,. вход и выход которого подключены к соответствующим:входам коммутатора 9, первый сумматор 30, один вход которого подключен к выходу коммутатора 9, второй избирательный. усилитель 33, вход которого подключен . к точке соединения концов вторичной обмотки вариометра и измерительной петли, квадратурный фазовращатель 32, вход которого подклочен к выходу второго избирательного усилителя, а . выход - к второму входу первого сум" матора, последовательно соединенные усилитель 33 несущей частоты, вход которого подключен к выходу первого сумматора, первый квадратор 34 вто-рой сумматор 35, .избирательный уси.литель частоты коммутации 36; .симхронный выпряиитель 37, клоч 38, злемент-памяти 39, измерительный прибор 20, последовательно соединенные днфферен

;циатор 23 и.второй квадратор 22, вкпюченные .мещду выходом, усилителя несу" щей частоты и вторым сумматором, no" следовательно соединенные дифференциальный усилитель 23, клоч 2ч и элемент памяти 25, выход которого-под" ключен к управляющему входу упрафляеизго делителя напряжения 26, источник опорного напряжения 27, подключенный к второму входу дифференциального усилителя, первый вход которого под-ключен к выходу синхронного выпрямителя, триггерный делитель частоты 28, один выход которого подключен. к уп" равляющнм цепям коммутатора и синхронного выпрямителя, а второй выход (противофазный f " к входу управляемого делителя частоты, а .вход - к .выхо-, ду второго и эбирател ьного усилителя, а также делитель частоты 29,. вход которого подклочен к выходу: триггер" ного делителя частоты 28, а выход к управляющим входам клочей: перво" го 5, второго б, третьего 38 и четвертого 24.

Устройство работает следуюцим образом.

Генератор 3 синусоидальных сигнапов питает последовательно соединенные генераторную петлю 2 и первичную обмотку вариометра 3 током заданной частоты, который создает первичное магнитное поле. Иаводимый на..вторич-. ной обмотке. вариометра 3 сигнал

998994

7 представляет собоМ сигнал только от .первичного магнитного поля тока генератора. Принимаемый измерительной петлей 4 сигнал представляет собой сумму сигналов первичного магнитного поля и вториЧного магнитного полл вихревых токов, возникающих в прово. дящих неоднородностях. Сигнал вторичной обмотки вариометра 3 подаетсл на избирательный усилитель 11, а за- 1в тем через квадратурный фазовращатель 12 - на второй вход сумматора 10. 8 исходном состоянии управляющим сигналом с выхода делителя час; тоти 29 размыкаются ключи 5 и 18 и 35 замыкаются ключи 6 и 24. В этом случае отключается от избирательного усилителя 7 сигнал встречно включенных измерительной петли и выходно obмотки вариометра, а вход согласующе- pэ го каскада избирательного усилителя 7 эаземляется . Тогда, если нет паразитных наводок через емкостные, индуктивные связи и связи по сторонним проводам и цепи питания с выхода иэ- у» бирательного усилителя ll на избирательный усилитель 7, выходной сигнал коммутатора 9 равен нулю и на выход сумматора .10 проходит только сигнал ,с выхода квадратурного фазовращате- @ ля 12, в котором отсутствует амплитудная модуляция. Этот сигнал усиливается усилителем 13, детектируется детектором, состоящим из квадратов 14 и 22 дифференциатора 21 и сумиатоИ ра 15. В этом случае отсутствует сигнал коммутации на входе усилителя частоты коммутации 16 и сигнал и» выходе синхронного выпрямителя 17 равен нуло.

49

Если иэ-за паразитных наводок и связей на выходе избирательного усилителя 7 есть сигнал рабочей частоты, содержащий квадратурную составляющую, по отношению к выходному сигналу из45 бирательного усилителя 11, то он поступит на инвертор 8, входной и выходной сигналы которого периодически коммутируются коммутатором 9 и образуют íà его выходе балансно-модулированный сигнал. Этот сигнал подается на первый вход сумматора 10. В результа" те этого на выходе сумматора 10 в первый полупериод коммутации образуется сумма, а во второй - разность выходных сигналов коммутатора 9 и квадратурного фазовращателя 12.

Коэффициент амплитудной модуляции выходного сигнала, сумматора,-измеряемый в дальнейшем с помощью усилителя 13 несущей частоты, дифференциа" тора 21, квадратов 14 и 22, сумматора 1, избирательного усилителя частоты коммутаций 16 синхронного выпрямителя 17, управляемого сигналом триггерного делителя частоты, запускаемым сигналом с выхода избирательно. го усилителя ll, пропорционален квадратурной компоненте сигнала на выходе избирательного усилителя 7. Выделенный на выходе синхронного выпрямителя сигнал постоянного тока, пропорциональный величине квадратурной компоненты, обусловленной паразитными наводками, поступает на первый вход дифференциального усилителя 23, на второй вход которого подается напряжение постоянного тока от источника опорного напряжения 27, Усиленный разностный сигнал с выхода дифференциального усилителя 23 через замкнутый ключ 24 и элемент памяти 25 подается на управляющий вход управляемого делителя напряжения 26, через который с второго выход» (противофазного первому ) триггерного делителя частоты 28 на третий вход сумматора 15 подается напряжение частоты коммутации, компенсирующее сигнал огибающей, обусловленной паразитными связями и наводками.

В результате этого выходное на)пряжение постоянного тока синхронного выпрямителя, обусловленное паразитными наводками, уменьшается до величины, определяемой погрешностью некомпенсации цепи с замкнутой обратной связью, состоящей из дифференциального усилителя 23, ключа 24, элемента памяти 25, управляемого дели-. теля напряжения 26.

После этого выходным сигналом делителя частоты 29 замыкаются ключи 5 и

18, а размыкаются ключи 6 и 24. В том случае„ сигнал со встречно-последовательно включенных измерительной петли 4 и вторичной обмотки вариометра 3, подается на вход избирательного усилителя 7.

Элемент памяти 25 после отключения ключа 24 сохраняет неизменным напряжение на управляющем входе управляемого делителя напряженил 26, обеспечивая компенсацию влияния внутренних паразитных связей и наиодок на результат измерения. Измеряемый выходной сигнал избирательного усилителя 7 подается на инвертор 8. оц9 - ., 998994, 10 ной и выходной сигналы которого пе" сигналов с генераторной петлей, варио. риодически коммутируются коммутато- метр с первичной и .вторичной обмотка- ром 9 управляемым как и синхронный ми, первая иэ которых соединена повыпрямитель, выходным сигналом,триг- следовательно с генераторной .петлей, герного делителя частоты 28, и обра- s а противоположные концы обоих соеди" эуют на выходе .коммутатора 9 баланс- нены с генеРатором синусоидалъных но- модулированный сигнал. сигналов, измерительную петлю, совмеВыходиой сигнал коммутатора 9 по» щенную с генераторной петлей и. вклю-.

1 .дается на второи вход сумматора. 10. ченную встречно-последовательно с вы-

В результате этого на выходе сумма- 1О ходом вторичной обмотки варионетра тора l0 образуется в первый полупе- первый измерительный усилитель, со-.:

-риод коммутации сумма, а во второй - единенный выходом с входом инверторазность входных-сигналов. Часть ко- ра, вход и выход. которого подключены эффицнента амплитудной модуляции вы- к соответствующим-.входам коммутатора, ходного-сигнала сумматора 10 пропор- И первый сумматор, один вход которого циональна измеряемой квадратурной ком- подключен к выходу коммутатора, втопоненте сигнала измерительной петли. Рой избирательный усигитель, соединен Сйгнал частоты коммутации, прапор- ный входом непосредственно с точкой. циональный этой части коэффициента . соединения концов измерительной петмодуляции, выделяется на выходе сум- 26 ли и вторичной обмотки вариометра, матора 15, усиливаетая избирательным квадратурный фазовращатель, вход коусилителем 16 и выпрямляется синхрон- торого подключен к выходу второго из . ным выпрямителем 17. бирательного усилителя, а выход " к

Выпрямленный сигнал через ключ. 18: второму входу первого сумматора, поподается на элемент памяти 19 и из-- 2$ следовательно соединенные усилитель меряется измерительным прибором 20 . . напряжения несущей частоты, вход ко- .

После .этого цикр повторяется вновь. . торого подключен к выходу первого, Таким образом, введение в-устрой- сумматора, первый квадратор, второй ство управляемого делителя напряже- сумматор, избирательный усилитель ния,, четырех ключей, дифференциаль- зэ напряжения частоты коммутации,.синхного усилителя, источника опорного. ронный выпрямитель, последовательно напряжения, двух элементов памяти включенные дифферанциатор и второй позволяет существенно снизить по= . квадратор, включенные между выходом гревность нуля устройства и благодаря усилителя напряжения несущей частоты этому повысить чувствительность и точ- и вторым входом второго сумматора, ность измерений. А это, в свою оче- измерительный прибор, а также тригредь, повышает глубинность поисковых герный делитель частоты, выход кото" работ при геофизических исследова- ; рого подключен к управляющим цепям

,ниях. . коммутатора и синхронного выпрямителя, Так относительный порог чувстви-,а вход - к выходу второго избирательтельности известного устройства со- нога усилителя, о т л и ч а ю щ е е- ставляет примерно ()"5 ) 10 от уровня с я . тем, что, с целью повьвения чувпервичного магнитного поля. В предла- ствительности и точности измерений, гаемом устройстве относительный порог в него введены управляемый делитель чувствительности может быть снижен напряжения; вход которого соедйнен до уровнй 1 10, определяемого внут- с .вторым (противофазным ) выходом

У 45 ренними шумами элементов и узлов.уст" . триггерного делителя частоты, а вы- роиства. Возможность измерять в пять ход -подключен к третьему входу вто. раэ более слабые сигналы позволит уве- рого сумматора, последовательно со личить размер квадрата петель с единенные первый и-, второй ключи при»

56

Э

200-.х 200 м до 500 х 500 м . А так. чем выход первого ключа подкл)чен к как глубинность исследований определя" входу первого избирательного усилите- ется размером стороны квадрата-петли, ля, вход первого ключа соединен с вы- то возможная глубина исследований мо- ходным концом измерительной петли, а же1 быть доведена до 560 м. выход второго клана заэемлен, последовательно соединенные источник опорЗВ

Фор у зобретения . ного напряжения дифференциальный усиФормула изоб етения

Устройство для геоэлектроразведки, литель, третий ключ и первый элемент содержащее генератор синусоидальных памяти, выход которого подключен к

11 998994 . - 12 .управляацему входу управляемого дели- делителя частоты, а выход - к управлл. теля напряжения, а другой вход диф- ющим входам первого, второго, треференциального усилителя подключен к тьего и четвертого ключей, выходу синхронного выпрямителя, последовательно соединенные четвертый Источники информации, ключ, вход которого соединен с выхо- принятые во внимание при экспертизе дом .синхронного выпрямителя, и вто-: 1. Авторское свидетельство СССР рой элемент памяти, выход которого . If 661473, кл. G 01 V 3/06, 1976. подключен к измерительному прибору, 2. Авторское свидетельство СССР а также делитель частоты, вход кото- © У .807190, кл ° 6 0 1 V 3/12, 1979 рого подключен к выходу триггерного (прототип).

ВНИИПИ Заказ 1150/69

Тираж 708 Подписное

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