Устройство для геоэлектроразведки

 

(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Э(я) С 0 1 V 3/02

-"=л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ!

ГОсудАРстВенный комитет сссР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий

Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕПЬСТВУ (2!) 338485/18-25. (22) 12,01.82 (46) 15.05.83,Бюл. й". 18 (72) В. A. !1опов, В. В. Сушкевич, Л. 3. Бобровников, Ю. В. Аладинский и Л, И. Орлов (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени геологоразведочный институт им., Серго Орджоникидзе (53) 550.83 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

1(860677, кл. G 01 3/08, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР .по заявке V 2933177/1б-25,. кл. G 01 V 8/02, 1981 (прототип}. (54) (57) . УСТРОЙСТВО ДНЯ 1 ЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, содержащее блоки согласования,к первым входам которых поключены входные кпеммы,а ко вторым входамвыходы автоматических компенсаторов поляризации, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, входы которого соединены с выходами блоков согласования, а выходы - с входами блока регистрации и управления, выходы которого соединены с входами управления автоматических компенсаторов поляризации и многоканального аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехозащищен- . ности, в него введены цифро-аналоговый преобразователь и нормирующие делители сигналов, причем вход управления цифро-аналогового преобразователя и блока согласования перcoro канала соединен с выходом блока регистрации и управления, а выход — с вспомогательным входом авто- ( матического компенсатора поляризации первого канала, вход нормирующих делителей соединен с выходом блока согласования первого- канала, а выходы подключены соответственно к вспомогательным входам автоматических компенсаторов поляризации пос" ледующих каналов.

1018081

Изобретение. относится к технической физике и может быть применено в

I геоэлектроразведке при выполнении вертикальных электрических зондирований вызванной поляризации (ВЭЗ ВП).

Известно устройство для геоэлект роразведки, содержащее сумматор сигналов„ к одному входу которого подключен выход основной приемной линии, а к другому - выход регулируемого усилителя, к входу которого подключен вход вспомогательной приемной линии, С помощью этого устройства измеряют параметры электрического поля основной и вспомогательной приемной линии Pl g, Недостатком этого устройства яв ляется то, что оно не позволяет измерять параметр вызванйой поляризации (ВП):среды, а этот параметр обязательно необходим при выполнении

ВЭЗ ВП. Действительно, при измерениях ВП на концах базы измерений располагаются питающие электроды. Там же, вблизи этих электродов, распола.гает и вспомогательную приемную линию, а основная приемная линия может располагаться в центре питающей линии. Пусть, например, соотно. шение длин основной и вспомогательных приемных линий равно 2,а измерительная база равна 1 км, длина основной приемной линии 50 м. В этом случае полезный сигнал ВП на выходе основной приемной линии примерно в 1000 раз меньше, чем на выходе вспомогательной приемной линии. При осуществлении указанного выше спосо

Ga сигнал с выхода вспомогательной линии должен быть усилен в 2 раза, а затем просуммирован в про— тивоположной полярности с сигналом из основной линии. В результате действительно достигается е подавление помех, однако при этом полезный сигнал, который принимается основной приемной линией, после ал-, гебраического суммирования будет иЗмеряться на фоне усиленного сигна ла из вспомогательной приемной линии, который в 2000 и более раз превышает измеряемый полезный сигнал.

Наиболее близкой к предлагаемому устройству является многоканальная электроразведочная станция, содержащая блоки согласования, к, первым входам которых. подключены входные клеммы, а ксь вторым входам через аналоговые ключи подключены

2 выходы автоматических компенсаторов поляризации, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, входы которого соединены с выходами бло,ков согласования, а выходы через блок логических ключей, блок защелок и блок счетчиков подключены к входам блока регистрации и управления, выходы которого соединены с входами управления автоматических компенсаторов поляризации, многоканального аналого-цифрового преобразователя, блоков аналоговых и логических ключей, а также блоков 5 защелок и счетчиков, С помощью этого устройства регистрируют алгебраическую сумму сигнала яа выходе основной приемной линии с линейно1д преобразованным сигналом, 20 причем линейное преобразование осуществляют путем изменения величины возоуждающего тока в питающей линии до получения нулевых значений фонового сигнала ВП во вспомогательной

25 приемной линии, а соотношение длин вспомогательной и основной приемных линий выбирают равным отношению коэффициентов установок для каждой из этих линий 2 g.

Недостатком известного устройства является ограниченная область применения, так как оно обеспечива. ет повышение помехозащищенности только при использовании одной: основной приемной линии, а помехи, которые поступают на .входы других основных приемных линий, .не могут быть подавлены.

Цель изобретения - повышение поме40 хозащищенности.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее блоки согласования, к первым входаи которых подключены входные клеммы, а ко вторым входам - выходы автоматических компенсаторов поляризации, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, входы которого соединены с выходами блоков согласования, а.выхо<0 ды - с входами блока регистрации и управления, выходы .которого соеди- . нены с входами управления автоматиче ских компенсаторов поляризации и многоканального аналого-цифрового . преобразователя, введены цифро-анало.говый преобразователь и нормирующие делители сигналов, причем вход управления цифро-аналогового преобразователя и блока согласования первого канала соединен с выходом бло- ка регистрации и управления, а выходс вспомогательным входом автоматического компенсатора поляризации первого канала, вход нормирующих делителей соединен с выходом блока согласования первого канала, а выходы подключены соответственно к вспомогательным входам автоматических компенсаторов поляризации последующих 10 каналов . ф

На чертеже изображена структурная схема устройства для геоэлектрораз- ведки, Устройство содержит несколько М входных клемм 1 и 2 по числу канапов, несколько блоков 3 и 4 согласования, по числу каналов,.к первым входам которых подключены входные. клеммы е

1 и 2, несколько автоматических ком- 20 пенсаторов 5 и 6 поляризации по числу:каналов, подключенных к вторым входам блоков 3 и 4 согласования, цифро-аналоговый, преобразователь (ЦАП) 7., выход. которого соединен с 2$ вспомогательным входом автоматического компенсатора 5 поляризации первого канала, нормирующий делитель 8 .1 сигналов, вход которого подключей к выходу блока 3 согласования пер-. вого канала, а выход - к вспомогательному входу автоматического компенсатора 6 поляризации последующего канала, многоканальный аналогоцифрОвой преобразователь (АПЦ) 9, ..входы которого соединены с выходами

Ьлоков 3 и 4 согласования, а выходыс выходами блока 10 регистрации и управления, и генератор 11 импульсов тока, причем выходы блока 10 регистрации и управления соединены с вхо40 дами управления блока согласования

3, автоматических компенсаторов 5 и

6 поляризации, ЦАП 7, многоканаль: . ного дЦП 9 и генеРатоРа 11 импульсов тока, 45

Сущность предложенного техничес. кого решения заключается в следующем, .На оЬьекте исследований, где требуется определить глубинное строение участка по результатам измерений параметра Bfl, располагают заземленную питающую линию длиной до 2- 3 км и более. На участке между питающими электродами А и б, к которым подключают питающую линию, распола- ,гают множество приемных электродов, к которым подключают множество при3 1О18О81 ф емных линий, Приемные электроды можно располагать симметрично относительно центра питающей линии и на прямой, соединяющей питающие электроды, причем каждая пара приемных электродов должна быть все более удалена от питающих электродов, Однако, как для приведенного выше при. мера, целесообразно один из приемных электродов поместить в центре питающей линии, а остальные - между этим приемным электродом и од.ним из питающих электродов на одной прямой линии. В таком слу. чае все приемные линии имеют один общий электрод, помещенный в цент- ре питающей линии, а сигнал на выходе каждой приемной линии представ-: ляет собой потенциал той точки, в которой помещен другой приемный элект. род. При этом первая приемная:линия подключается к ближайшему к питающему приемному электроду а последующие приемные линии к последующим приемным электродом.

Обычно длина первой приемной линии в

5-10 раз Ьольше длины последующей приемной линии, а длины остальных приемных линий строго известны и меньше длины первой, но больше длины последней приемной линии.

После раскладки питающей и приемных линий пропускают через питающую линию несколько импульсов тока и измеряют во время пропускания и после выключения тока сигнал на (выходе первой приемной линии, рас.положенной наиболее близко к питаю- . щим электродам. Сигналы на выходе первой приемной линии после выключения тока состоят из суммы полезного спадаюуего во времени сигнала ВП . и импульсных помех. Так как первая приемная линия находится вЬлизи питающих электродов, то амплитуда полезного . сигнала на выходе этой приемной линии значительно превышает уровень помех. Для дальнейшего уменьшения влияния помех на результа. ты измерений сигналы на выходе первой измерительной линии, полученные после выключения нескольких импульсов тока, осредняют. Осреднение проводят как путем накопления, так и путем сравнения наблюдаемого спада сигнала ВП с теоретическим спадом ВП.

Как известно из опыта проведения

ВЭЗ ВП при решении задач гидрогеологии и инженерной геологии для ocat

18081 б

10 д1/ - -Л-ЪР! К! (4) 20

30, где р среднее удельное эле ктрическое сопротивление пород, слагающих изучаемый горизонтально-слоистый разрез;

j(t)- плотность тока помехи, которая может непрерывно изменяться во времени;

И„М - длина первой приемной

1 1 линии.

4О

Сигнал на выходе последующих приемных линий может быть представлен в виде:

l Ч = --2 — -- — — j(t) М Н (г) р %1(с)

К, Гср -! . 45

1 где К - коэффициент установки для

i - приемной линии;

p„ (t}- кажущееся удельное сопротивление для установки .с i -й приемной линией;

1 - сила тока, который пропускался в питающей линии;

g (t)- коэффициент поляризуемости для установки с i-й приемI

55 нои линиеи.

Пронормировав амплитуду суммарного си. гнала (1) на отношение длин первой и последующей приемных линий и про5 10 дочных пород спад ВИ с высокой степе мью точности аппроксимируется про-— изведением экспоненциальиой функции .ма функцию эффектом. Поэтому, проведя анализ наблюдаемых на выходе. первой приемной линии спадов сигналов ВП, можно с высокой степенью точности запомнить, а затем многократно воспроизвести в аналоговой

,форме истинный спад сигнала ВП на выходе этой приемной линии.

Затем проводят измерение сигналов ВП на выходах всех последующих

1 приемных линий. Для этого пропускают следующйй импульс тока в питаю щую линию и измеряют. сигналы на выходах этих приемных линий во время пропускания тока, .После включения тока воспроизведенный.в аналоговой форме осредненный спад сигнала ВН суммируют в противоположной полярмости синхронно через одни и те же промежутки времени после выключения .-.тока и сигналом на выходе первой приемной линии. Полученный таким образом суммарный сигнал дЧ„ представляет собой чистый сигнал-помеху на выходе первой приемной линии: V„- М(с) М„й„, {1) суммировав полученные нормированные сигналы в противоположной полярности с .сигналами (2) на выходах последующих приемных линий, получаем".

aV - — - - — - (3)

o iq (t)

Ki

Как видно, полученный сигнал (3) полностью свободен от влияния помех и пропорционален параметру вызванной поляризации.

Так как во времени пропускания тоI ка был измерен сигнал дЧ„р;на выхо.дах всех приемных линий: то в процессе обработки сигналов, разделив (3) на (4), получают непосредственно коэффициент поляризуемости q, (t) в процентах. Однако

1 довольно часто ограничиваются измерением сигнала (3), считая его сигналом ВП, по которому определяется глубинное строение объекта исследований .

Таким образом, можно значительно уменьшить погрешности измерений сигналов ВП, обусловленные влиянием внешних импульсных электрических помех, при аинхронных измерениях с множеством приемных .линий. устройство работает следующим образом.

К приемным клеммам 1 и 2 устройства, число которых равно числу измерительных каналов, например 12 подключают приемные линии, причем электрод, расположенный в центре питающей линии, соединяют с общей шиной устройства, а приемный электрод, расположенный вблизи питающего электрода, подключают к входной клемме 1 nepsoro канала измерительного устройства. Затем подключают к выходу генератора 11 импульсов тока питающую линию, До начала измерений проводят компенсацию поляризации приемных электродов и естественного поля на выходе всех приемных линий. Для этого по команде из блока 10 регистрации и управления устанавливается нулевое напряжение на выходах автоматических компенсаторов 5 и 6 полярис зации, а на входы многоканального йЦП 9 поступают сигналы с выходов блоков 3 и 4 согласования. Ьлоки

3 и 4 согласования предназначены для согласования высокого выходного соп7 10 1-80 ротивления приемных линий и низкого входного сопротивления АЦП 9 и представляет собой дифференциальные усидители с полевыми транзисторами на входе, например серии 544УД1А. К одному из входов этих дифференциальных усилителей подключает входные клеммы 1 и 2, а к другому входу - вы ходы автоматических компенсаторов

5 и 6 поляризации . В состав блока 3 10 согласования первого канала входит также аналоговый ключ, который по команде из блока 10 управления подключает вход нормирующих делителей

8 к выходу блока 3 согласования. В исходном положении аналоговый ключ блока 3 разомкнут, а на выходе ЦАП / установлено нулевое выходное напряжение, Иногоканальный АЦП 9 выполня ется по стандартной схеме, напри- 20 мер, в виде преобразователей поразрядного уравновешивания с плавающей запятой,т,е. с несколькими последовательно включенными масштабными усилителями на входе. В 25 режиме компенсации .поляризации

АЦП 9 вначале измеряет амплитуду сигналов, поступающих на входные клеммы

1 и 2, передает код в блок 10 реги.страции и управления„ откуда этот 30 код передается на вход управления автоматических компенсаторов 5 и 6 поляризации. С выхода компенсаторов

5 и 6 сигнал компенсации подается на вторые вхОды дифференциальных уси - 35 лителей блоков 3 и 4 согласования, благодаря чему сигнал, поступающий на клеммы 1 и 2, компенсируется. В качестве автоматических компенсагоров 5 и 6 наиболее целесообразно ц использовать цифро-аналоговые преобразователи с сумматорами на выходе, В каждый компенсатор может входить-два ЦАП. 8 этом случае послеукааанного выше цикла код из блока

10 подается на ЦАП грубой компенсации, затем с помощью АЦП 9 измеряется сигнал раскомпенсации, и код сигнала раскомпенсации с выхода блока 10 управления посгупает на ЦАП точной компенсации в каждом канале.

Таким образом с высокой точностью осуществляется компенсация поляризации электродов и естественного поля в каждом канале, Блок 10 регистрации и управления наиболее целесооб55 разно выполнять на основе микро- или мини-Э ВМ, например, т и па "Эле ктроника-60".

После окончания цикла компенсации естественного поля из блока 10 поступает управляющий сигнал на ге нератор 11. импульсов тока, представляющий собой электромашинный генератор мощностbe до 20-30 кВт, с ключевым каскадом на выходе. Под действием этого сигнала ключ срабатывает на заданное время, и в питающей линии пропускается ток до 20-30 А, 81 длительность импульса тока от десятков секунд до 3-4 мин и более.

Во время пропускания первых нескольких импульсов тока по команде из блока 10 АЦП 9 проводит измере-.. ния только сигнала на выходе первой приемной линии, т.е. сигнала на вы оде блока 3 согласования. Код сигнала с выхода АЦП 9 передается в блок 10 регистрации и управгения и запоминается. После выключения каждого из этих импульсов тока регистрируется также только спад ВП по первому каналу, т .е . сигнал на выходе блока 3 согласования. Сигналы ВП регистрируются в дискретной форме, например, через 0,1; 0,2;

0,5; 1,0; 2,0; 5,0;.10; 20; 45 cñ после выключения тока. Коды сигналов, измеренных s каждый из указанных моментов времени, записываются в оперативное запоминающее устройство блока 10 регистрации управления, а затем рсредняются .для каждого из указанных моментов времени по результатам измерений после выключения нескольких импульсов тока. Окончательное осреднение (при необходимости ) производится в ненциальной функции на функцию эрфектум. Коды усредненного спада ВП сигнала первого канала в указанные моменты времени после выключения тока в дальнейшем выводятся на ЦАП 7.

После окончания цикла усреднения спада ВП сигнала первого канала начинают выполняться измерени" по остальным каналам. Для этого из блока

10 регистрации и управления на генератор 11 импугьсов тока вновь подается управляющий сигнал такой же длительности1 как и ранее, генератор 11 вырабатывает импульс тока, который пропускается в питаюблоке 10 управления путем сравнения полученного результата с теоретическим спадом, записанным в пострянное запоминающее устройство, который представляет собой произведение экспо9 10 щую линию Во время пропускания тока, в конце импульса, по команде из. блока 10 АЦП 9 измеряет амплитуду сигналов на выходе всех блоков 3 и соглвоования. После выключения тока, например, через 0,05 с на управляющий вход ЦАП 7 с выхода блока 10 поступает код усредненного сигнала ВП первого канала в момент времени 0,1 с после выключения тока. Одновременно на все время измерений замыкается аналоговый ключ в блоке 3 согласования первого канала, и выход этого блока подключается к входу нормирующих делителей 8.

После набора кода на выходе ЦАП 7 появляется дополнительный компенсирующий канал, складывающийся с выходным сигналом компенсатора 5 flo ляризации. Поэтому в момент времени 0,1 с после выключения тока сигнал на выходе блока 3 согласования равен сигналу помехи, действую- . щему в этот момент времени . Этот . сигнал нормируется (ослабляется по амплитуде) нормирующими делителями, 8. Коэффициент деления/ослабления делителей 8 устанавливается индивидуально для каждого канала и равен отношению длины первой приемной линии к длине приемной линии, подключенной к данному каналу . Если, 18081 10 например, длина первой приемной линии 250 м,. а линии подключенной к данному каналу, 50 м, то коэффициент реления делителя 8 выбиs рвется равным 5. Поэтому с выхода блока 3 согласования на вторые входы блоков 4 согласования поступает компенсирующий сигнал помехи, равный ho амплитуде сигналу помехи в данном канале, что позволяет регистрировать "чистый" сигнал ВИ. 3атем поочередно на ЦАП 7 набирается код усредненного спада ВП по первому каналу в моменты времени 0,2 с;

0,5 с и т.д, и в эти же моменты времени регистрируется "чистый" сигнал ВП по остальным каналм. Коды сигналов с выходов АЦП 9 поступают на блок 10 регистрации и управле20 i ния и запоминаются, а затем по команде оператора выводятся на цифровое табло или записываются на магнитную ленту для дальнейшей обработки на ЭВМ, Технико-экономическая эффектив

I ность применения предлагаемого уст ройства заключается в расширении области применения способа путем снижения погрешностей, обусловленных

30 влиянием внешних импульсных электрических помех, и обеспечении измерений абсолютных значений параметра ВП.

ВНИИПИ Заказ 3539/46

Тираж 710 Подписное

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