Цифровая электроразведочная станция

 

ЦИФРОВАЯ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНАЯ СТАНЦИЯ по авт. св. 905994, отл и чающа я с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в нее введен дополнительный цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с вторым входом компаратора, причем входы управления дополнительного цифроаналогового преобразователя входного согласующего устройства и вход стробирования основного цифроаналогового преобразователя соединены с выходами блока программного управления, вспомогательный информационный вход которого соединен с вторым выходом вход-р ного согласующего устройства. , S (Л с -О5 00 ел ю

СОЮЗ СОВЕТС,НИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ц511 Q 01 Ч 3/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 905994 (21) 3390367/18-25 (221 04.02.82 (461 28.02.84. Бюл. Р 8 (72) В.А.Попов, В.В.Сушкевич, Л.З.Бобровников, Ю.В.Аладинский и Л.И.Орлов (711 Московский ордена Трудового

Красного Знамени геологоразведочный институт им. С.Орджоникидзе (531 550.83 (088.G) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Р 905994, кл. С (1 V 3/06,20.11.80 (прототип).

„.ЯЦ„„1076852 А (54 ) (57 ) ЦИФРОВАЯ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНАЯ СТАНЦИЯ по авт. св. Р 905994, о т л и ч.а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в нее введен дополнительный цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с вторым входом компаратора, причем входы управления

"дополнительного цифроаналогового преобразователя входного согласующего устройства и вход стробирования основного цифроаналогового преобразователя соединены с выходами блока программного управления, вспомогательный информационный вход которого соединен с вторым выходом вход- ного согласующего устройства.

1076852

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано н геозлектроразведке методами вы-. званной поляризации, переходных процессов и сопротивления.

По основному авт. св. Р 905994 известна цифровая электрораэведочная станция, содержащая входное согласующее устройство, выход которого соединен с входом компаратора,оперативное запоминающее устройство, выходы которого соединены с информационными входами цифроаналогового преобразователя, двухпозиционный трехконтактный аналоговый ключ, общий контакт которого соединен с выходом цифроаналого->5 ного преобразонателя, а первый и второй выходные контакты соединены cdответственно с входами согласующего устройства и блока обработки сигналон, выход компаратора соединен с входом блока программного управления, а управляющие выходы блока програмМного управления соединены с адресными, управляющими и информационными входами оперативного запоминающего устройства и входом управления блока обработки снгналов.

Известная станция позволяет получить высокую точность измерений параметрон низкочастотных сигналон при значительных величинах наложенных ЗО на них постоянных составляющих благодаря тому, что полезный сигнал вместе с помехой — постоянной составляющей — компенсируется на входе с помощью неградуированного 20-25- 35 разрядного цифроаналогоного преобразователя, код компенсации многократ-. но записывается в оператинное запоминающее устройство, а затем при обработке сигналов тот же цифроанало- (П говый преобразователь многократно воспроизводит в другом масштабе времени в аналоговой форме записанный ранее сигнал, этот сигнал фильтруется и с высокой точностью измеряется (1)

Недостатком известной цифровой электроразнедочной станции является ее ограниченное быстродействие, обусловленное тем, что ступенчато изменяющееся выходное, напряжение в соответствии с 20-25-разрядным кодом, подаваемым на цифроаналоговый преобразователь, поступает на входное согласующее устройство, в состав которого обязательно должны входить масштабные усилители с автоматическим изменением пределов измерений и фильтрами нижних частот.

После каждого ступенчатого изменения выходного напряжения цифроана- 60 логового преобразователя во входном согласующем устройстве возникает переходный процесс, особенно интенсивный при наборе кода старших значащих разрядов цифроаналогового преобразователя. Так как н процессе комп нсации информация о режиме уравновешивания (" Больше — меньше" ) поступает все время с одного и того же компаратора, то его порог срабатывания должен быть очень низким, например

0,25 мВ, и для обеспечения нормального преобразования входного сигнала в код опрос выходного состояния компаратора должен быть произведен только после того, как сигнал собственного переходного процесса усилителей входного согласующего устройства станет меньшим порога срабатывания компаратора, т.е. меньшим

0,25 мВ. Учитывая то, что при включении старшего значащего разряда на выходе цифроаналогового преобразователя появляется сигнал 5В (полонина максимального выходного напряжения ), получим время переходного процесса но входном согласующем устройстве до десятков-сотен миллисекунд, что в ряде случаев оказывается недопустимым. При этом даже в тех случаях, когда амплитуда измеряемого сигнала оказывается малой, например 10 мВ, процесс уравновешивания начинается с включения на выходе цифроаналогового преобразователя максимального напряжения 5В, что также значительно увеличивает время преобразования.

Цель изобретения — повышение быстродействия работы цифровой электрораэведочной станции.

Для достижения поставленной цели н цифровую электрораз:ведочную станцию, содержащую входное согласующее устройство, выход которого соединен с входом компаратора, оперативное запоминающее устройство, выходы которого соединены с информационными входами цифроаналогового преобраэователя, двухпозиционный трехконтактный аналоговый ключ, общий контакт которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а перный и второй выходные контакты соединены соответственно с входами согласующего устройства и блока обработки сигналов, выход компаратора соединен с входом блока программного управления, а упрайляющие ныходы блока программного управления соединены с адресными, управляющими и информационными входами оперативного запоминающего устройства и входом управления блока обработки сигналов, введен дополнительный цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с вторым входом компаратора, причем входы управления,цополнительного цифроаналогового преобразователя, входного согласующего устройства и вход стробирования основного цифроаналогового преобразонателя соединены с выходами блока программного уп1076852 равления, вспомогательный информационный вход которого соединен с вторым выходом входного согласующего устрой ст ва .

На фиг. 1 .дана структурная схема предлагаемой станции; на фиг. 2 — 5 временная диаграмма ее работы; на фиг. 3 — диаграмма напряжения на выходе входного согласующего устройства.

Цифровая электроразведочная станция содержит входное согласующее устройство 1, к первому входу которого подключены входные клеммы станции, компаратор 2, к первому входу которого подключен выход согласующего устройства 1, блок 3 программного управления, к входу которого подключен выход компаратора 2, а к вспомогательному информационному входу — выход согласующего устрой— ства 1, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ 1 4, информационные входы A. Б, В, адресные входы Г и управляющие входы Д которого соединены с управляющими выходами блока 3 программного управления, основной цифроаналоговый преобразователь (ЦАП I 5, информационные входы которого соединены с выходами ОЗУ 4, двухпозиционный трехконтактный аналоговый ключ б,общий контакт которого соединен с выходом ЦАП 5,блок 7 обработки сигналов, дополнительный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП 8, выход которого подключен к второму входу компаратора 2, причем первый 35 и второй выходные контакты ключа б соединены соответственно с входами согласующего устройства 1 и блока 7 обработки сигналов, а выходы блока 3 программного управления соеди- 40 нены также с входами управления согласующего устройства 1, блока 7. обработки сигналов и дополнительного ЦАП 8 и с входом стробирования основного ЦАП 5. 45

Цифровая электроразведочная станция работает следующим образом.

В режиме записи ключ б по команде из блока 3 управления замыкает общий контакт с первым выходным контактом и таким образом подключает выход основного ЦАП 5 к входу согласующего устройства 1. По следующей команде, вырабатываемой в блоке 3 управления, подается сигнал

"0" на вход стробирования ЦАП 5, и на выходе последнего устанавливается нулевое выходное напряжение.

На этом подготовка к началу измерений закончена.

На первый вход согласующего уст-. 60 ройства 1 подается непрерывно изменяющийся сверхнизкочастотный полезный сигнал с наложенной на негб постоянной или еще более медленно меняющейся составляющей, причем скорость изме- 65 кения полезного сигнала в моменты после переключения полярности тока в источнике электромагнитного поля очень большая (ранняя стадия ВП, процессы становления электромагнитного поля ). Согласующее устройство имеет высокое входное сопротивление, содержит двухвходовой сумматор, на входы которого подаются измеряемый сигнал с шины "Вход" и сигнал с выхода ЦАП 5, а также масштабный усилитель с автоматическим переключателем пределов измерений и устройством выборки-хранения на выходе.

На следующей команде из блока 3 во входном устройстве 1 устанавливается такой коэффициент усиления,чтобы сигнал на входе устройства выборки-хранения был оптимальным, т.е. коэффициент усиления должен быть максимальным, но при этом выходной усилитель не должен перегружаться (известно несколько схем автоматического выбора предела измерений, в предлагаемом устрог"тве может быть использована любая из этих схем !.

После выбора предела измерения код коэффициента усиления масштабного усилителя с второго выхода согласующего устройства 1 поступает на вспомогательный информационный вход блока программного управления и запоминается в нем. По следующей команде из блока 3 во входном устройстве 1 отключается от масштабного усилителя устройство выборки-хранения, на котором фиксируется мгновенное значение амплитугы измеряемого сигнала. Выходное напряжение устройства 1 подается на первый вход компаратора 2, а на второй вход последнего начинает поступать ступенчато изменяющееся напряжение с выхода дополнительно ЦАП, управляемого от блока 3. ЦАП 8 обычно выбирают 1012-разрядным, а -.oä сигнала, поступающего на первый вход компаратора 2, определяют методом поразрядного уравновешивания путем поразрядного изменения кода управляющего сигнала, подаваемого с выхода блока 3 на вход

ЦАП 8. Выходной сигнал компаратора, поступающий на вход блока 3, указывает на необходимость увеличения или уменьшения выходного напряжения ЦАП 8 до тех пор,пока 12-разрядный код не будет установлен на входах ЦАП 8.

Полученный код соответствует ам" плитуде сигнала на первом входе компаратора 2. Амплитуда же сигнала, поступающего из земли на первый вход устройства 1, меньше амплитуды сигнала на входе компаратора 2 в число раз, равное коэффициенту усиления масштабного усилителя в устройстве 1.

Так как код коэффициента усиления масштабного усилителя был ранее записан в блок 3, то полученный код

1076852 сигнала на ныходе компаратора 2 преобразуется с учетом кода коэффициента усиления масштабного усилителя. Преобразованный код,соответ- ствующий коду сигнала на входе устройства 1, подается на информационные нходы А, Б, В ОЗУ 4. По команде, поступающей на вход Г управления, где эти коды (12-разрядный и код полярности) записываются в ОЗУ 4 и одновременно поступают на 13 информационных входов ЦАП 5. ЦАП 5 наиболее целесообразно выполнить н виде двух совершенно одинаковых 10-12-разрядных преобразователей, выходы которых соединены между собой через сумматор, причем выход сумматора является выходом ЦАП. При этом коэффициент передачи сумматора по второму входу устананливают и 2 — 2"2 раз меньшим, чем по первому(в зави- 20 симости от числа (10 или 12) разрядов перного преобразователя). Б таком случае на 12 разрядных входов первого преобразователя ЦАП 5 подается с выхода ОЗУ 4 грубый код вход- 25 ного сигнала, а на 12 разрядных входов второго преобразователя с выхода

ОЗУ - код "0". Поэтому после поступления команды с блока 3 на вход стробирования ЦАП 5, снимающей бло- 30 кировку ЦАП 5 (вместо сигнала "0" поступает сигнал "1" ), на его выходе устанавливается напряжение, близкое к входному сигналу, поступающему на первый вход устройства 1.

По следующей команде, поступающей из блока 3, на выходе ЦАП 8 устанавливается нулевое выходное напряжение, коэффициент усиления масштабного усилителя н устройстве 1 устанавливается максимальным, устройство выборки-хранения постоянно подключается к выходу масштабного усилителя. Затем по командам из блока 3 управления начинает изменяться код в следующих 12 разрядах ОЗУ 4, подключенных к разрядным входам второго преобразователя ЦАП . Меняя зти коды, методом поразрядного уравновешивания добиваются нулевого напряжения на первом входе компаратора 2.

Команды на увеличение или уменьшение кода, устанавливаемого в ячейках

ОЗУ 4 и соответственно н 13-25 разряцах ЦАП 5, поступают с выхода ком.паратора 2 на вход блока 3. (по обыч- 55 ному принципу "Много — мало"). При необходимости на каждый такт компенсации входного сигнала устройство выборки-хранения может быть отключено от выхода масштабного усилителя.,6О

Кодирование входного сигнала заканчивается после установления 2024-разрядного кода и ячейках ОЗУ 4 и соответственно на входах ЦАП 5.

По окончании цикла кодирования с вы- 65 хода блока 3 поступает сигнал переадресовки на адресные входы Г ОЗУ 4 и тем самым устройство подготавливается к следующему циклу кодирования, который выполняется в том же порядке, что и рассмотренный выше, только результат второго кодирования записынается в другие ячейки ОЗУ 4.

Обычно заранее известна частота полезного искусственно возбуждаемого н земле электромагнитного поля. Поэтому запись сигналон длится н течение промежутка нремени не менее одного периода этого сигнала.

По окончании цикла записи ключ 6 устанавливается во второе положение и таким образом выход ЦАП 5 подключается к входу блока 7 обработки сигналов, который целесообразно ныполнить точно по такой >ке схеме,как и н прототипе: н виде днухвходоного сумматора, к одному из входов которого подклк>чен выход ключа 6, к другому — выход вспомогательного ЦАП, а к выходу — вход градуированного

ЦАП. Б процессе обработки сигналон по командам с выхода блока 3 начинают циклически с высокой частотой (несколько десятков герц ) подаваться сигналы переадресовки на адресные входы Г ОЗУ 4. При этом на выходе ЦАП 5 будет получен тот же сигнал, который поступал на вход устройства 1 во время записи, но воспроизводиться этот сигнал будет н другом масштабе времени.

Б процессе обработки вначале с помощью вспомогательного ЦАП в блоке 7 компенсируется постоянная составляющая закодиронанного сигнала. Для этого выходное напряжение вспомогательного ЦАП изменяется до тех пор, пока на ныхоце сумматора амплитуда положительного и отрицательного полупериодов не станет одинаковой, что фиксируется по отсчетам аналогоцифрового преобразователя в блоке,7.

После этого полученный сигнал преобразуется н цифровой код с помощью градуированного АцП н блоке 7, который может иметь 10-12 разрядов, а затем обрабатывается с использованием методов цифровой фильтрации.

Как и н прототипе, блок 7 может быть выполнен в виде устрой" òâà а.налоговой обработки, например селективного милливольтметра, настроенного на частоту измеряемого с:игнала, умноженную в чис:ло раз, равное масштабу изменения времени вос:произведения одного периода сигнала пс сравнению с временем записи.

Низкочастотный сигнал Е„(фиг. 2( вместе с наложенной на него постоянной составляющей Ео с.начала на интервале времени Т1- Т многократно

1076852 кодируется с помощью пре.лагаемой станции, а полученные коды эаносятя в ОЗУ и хранятся там. Затем по истечении периода низкочастотного сигнала цикл кодирования заканчивается и начинается цикл обработки сигналов. Для этого аналоговый ключ

6 устанавливают во второе положение.

С помощью основного ЦАП 5 многократно в ускоренном масштабе времени цифровые коды преобразуются в аналоговый сигнал, форма которого изображена на интервале нремени Ò3- Т (фиг. 2 /.

Так как частота воспроизведенного сигнала гораздо выше частоты рабочего сигнала, то с помощью блока 7 обработки сигнала, содержащего избирательные усилители или другие фильтры, легко отделяется ненужная составляющая Ео и выделяются необходимые параметры полезного сигнала.

Для того, чтобы воспроизвести без искажений исходный сигнал, необходима достаточно высокая частота кодирования исходного сигнала. В предлагаемой станции подлежащий кодированию в каждом цикле сигнал Е (фиг. 3) на интервале времени Т - Т6 преобразуется в цифровой код с йспользованием дополнительного ЦАП 8 и компаратора 2. Так как в данном цикле кодирования ступенчато изменяющийся сигнал на вход блока 1 не поступает (в отличие от прототипа), то переходной процесс в фильтрах блока 1 не возникает и быстрота кодирования оп. еделяется только быстродействием ЦАП 8 и компаратора 2.

По окончании цикла грубого кодирования полученный с помощью ЦАП 8 код записывается в ОЗУ 4 и затем передается на основной ЦАП 5. Появляющееся на выходе ЦАП 5 напряжени в момент Т подается на второй вход согласующего устройства 1, на выходе которого появляется сигнал рассогласонания Е>, амплитуда которого не превышает 5 мВ. После окончания переходного процесса в блоке 1 с помощью ЦАП 5 начинается ступенчатая компенсация сигнала Eg методом последовательных приближений (поразрядного уравновешивания1 на временном интервале Т - Т> (фиг. 3!. Как только напряжение на выходе устройства 1 станет равным нулю, окончательный код точной компенсации запи15 сывается в ОЗУ. Таким образом, н

ОЗУ записывается 25-30-разрядный код, который в цифровом виде не мо жет служить точным кодом истинного значения измеряемого сигнала, так как ЦАП 5 имеет только 10-,12 градуированных разрядов. Однако, если на этот ЦАП подать 25-30-разрядный код, то на его выходе будет получен аналоговый сигнал, с высокой сте25 пенью точности воспроизводящий исходный измеренный сигнал °

Быстродействие предлагаемой станции достигается тем, что в процессе грубого определения кода сигнала на второй вход блока 1 не поступает ступенчато изменяющееся напряжение.

Предлагаемая станция по сравнению с базовым объектом, в качестве кото35 рого принят прототип, имеет почти на

3 порядка большее быстродействие за счет того, что н ней устранены переходные процессы, наблюдающиеся н прототипе н начале процесса ураннове40 шинания при подаче на вход входного согласующего устройства ступеней на пряжения 5 и 2,5 В.

2076852

Корректор И.Муска

Редактор A.Ëåæíèíà Техред С.Мигунова

Закаэ 741/43 . Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

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