Устройство для геоэлектроразведки

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ , сос тоящее из генератора, соединенного с входом коммутатора, на другие входы которого подключены две взаимно перпендикулярные рамки и блок амплитудно-фазовой компенсации , приемника, включающего детек тор, избирательный усилитель, регистратор , отличающееся тем, чт, Q целью повышения точности измерения злектрических свойств горных пород, в него введены дополнительная рамка, второй и третий ZJrE (« ,;. ii-Uv it i : коммутаторы, второй и третий детекторы , блок выборки и запоминания сигнала, блок сравнения, усилитель, блок управления, причем дополнительная рамка жестко прикреплена к первым двум рамкам и подключена к второму входу второго Коммутатора и к блоку амплитудно азовой компенсации , выход первого коммутатора подключен к первому входу второго коммутатора, а к его выходу последовательно подключены первый детектор , избирательный усилитель, второй Детектор, третий коммутатор, блое выборки и запоминания сигнала, блок сравнения, третий детектор и через переключатель регистратор, при этом второй выход третьего коммутатора соединен с вторым входом блока сравнения, вход усилителя соединен с выходом первого детектора, а выход подключен к переключателю, управлякшще входы первого, второго, третьего коммутаторов и блока выборки и запоминания сигнала соединены с соответствующими выходами блока управления. HiJSEK

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (It) 4(з1) (01 Ч 3/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3669239/24-25 (22) 06. 12.83 (46) 15.06.85. Бюл. В 22 (72) В.М.Скопа н М.С.Пушкарь (71) Днепропетровский горный институт им. Артема (53) 550.83(088.8) (56) 1. Матвеев Б.К. Электроразведка при поисках месторождений полезный ископаемых. М., "Недра", 1982.

2.. Авторское свидетельство СССР

В 475583, кл. С 01 Ч 3/06, 1972 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, со(;тоящее из генератора, соединенного с входом коммутатора, на другие входы которого подключены две взаимно перпендикулярные рамки и блок амплитудно-фаэовой компенсации, приемника, включающего детектор, избирательный усилитель, регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, чтд, с целью повышения точности измерения электрических свойств . горных. пород, в него введены дополнительная рамка, второй и третий коммутаторы, второй и третий детекторы, блок выборки и запоминания сигнала, блок сравнения, усилитель, блок управления, причем дополнительная рамка жестко прикреплена к первым двум рамкам и подключена к второму входу второго коммутатора и к блоку амплитудно- фазовой компенсации, выход первого коммутатора подключен к первому входу второго коммутатора, а к его выходу последовательно подключены первый детектор, избирательный усилитель, второй Детектор, третий коммутатор, блое выборки и запоминания сигнала, блок сравнения, третий детектор и через переключатель регистратор, при этом второй выход третьего коммутатора соединен с вторым входом блока сравнения, вход усилителя соединен с выходом первого детектора, а выход подключен к переключателю, управляюпцуе входы nepaoro, второго, е третьего коммутаторов и блока выборки и запоминания сигнала соединены с соответствующими выходами блока управления..

1161908

Изобретение относится к устройствам для геофизической разведки с применением переменных электромагнитных полей и может быть использовано для измерения электрических 5 свойств горных пород при поисках и разведке полезных ископаемых и при инженерно-геологических изысканиях.

Известно устройство для геоэлектроразведки типа АЭММ-З, состоящее из генератора и генераторной рамки, приемника и приемной рамки, позволяющее измерить составляющие вектора напряженности вторичного магнитного поля, возбуждаемого первичным полем генераторной рамки в горном массиве и определить по этим составляющим электрические свойства горных пород (1) .

Недос татки данного ус т ройс тва— низкая точность измерения вторичного поля, обусловленная влиянием первичного поля, и, как следствие, низкая точность определения. электрических свойств горных пород.

Наиболее близким к изобретению является устройство, реализующее способ измерения .вторичного магнитного поля (2),. состоящее из генератора, соединенного с входом комму- 30 татора, на другие входы которого подключены две взаимно перпендикулярные рамки и блок амплитудно-фазовой компенсации, приемника, включающего детектор, избирательный усилитель и регистратор. Это устройство позволяет измерить вторичное поле, .исключив влияние первичного, и по- . грешность, вызванную непостоянством компенсации f2) . 40

Известное устройство характеризу-. ется низкой точностью измерения электрических свойств горных пород обусловленной неоднородностью электрических свойств реального горно- 45 го массива, нестабильностью коэффициента усиления приемника и непостоянством выходной мощности генератора. Следствием неоднородности элек трических свойств горного массива у) является непостоянство сопротивления излучения, а значит, и магнитного момента рамок в разных точках на поверхности массива. К изменениям магнитного момента рамки приводит непостоянство выходной мощности генератора. Нестабильность магнитного момента рамок приводит к возникновению значительных погрешностей при измерении вторичного поля.

Другим источником погрешности измерения вторичного поля является изменение коэффициента усиления приемника под воздействием дестабилизирующих факторов (изменение температуры окружающей среды и напряжения источников питания). Указанные погрешности снижают точность определения электрических свойств горных пород, рассчитываемых по величине вторичного поля.

Целью изобретения является повышение точности измерения электрических свойств горных пород.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, состоящее из генератора, соединенного с входом коммутатора, на другие входы которого подключены две взаимно перпендикулярные рамки и блок амплитуднофазовой компенсации, приемника, включающего детектор, избирательный усилитель, регистратор, введены дополнительная рамка, второй и третий коммутаторы, второй и третий детек торы, блок выборки и запоминания сигнала, блок сравнения, усилитель, блок управления, причем дополнительная рамка жестко прикреплена к первым двум рамкам и подключена к второму входу второго коммутатора и к блоку амплитудно-фазовой компенсации, выход первого коммутатора подключен к нервому входу второго коммутатора, а к его выходу последовательно подключены первый детектор, избиратель" ный усилитель, второй детектор, третий коммутатор, блок. выборки и запоминания сигнала, блок сравнения, третий детектор и через переключатель регистратор, при этом второй выход третьего коммутатора соединен с вторым входом блока сравнения, вход усилителя соединен с выходом первого детектора, а выход подключен к переключателю, управляющие входы первого, второго, третьего коммутаторов и блока выборки и запоминания сигнала соединены с соответствующими выходами блока управления.

Такое конструктивное выполнение и включение дополнительных блоков позволяет осуществить автоматически относительные измерения вторичного поля и тем самым исключить погрешности обусловленные неоднородностью

1161908 горного массива, нестабильностью коэффициента усиления приемника и непостоянством выходной мощности:генератора.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства; а на фиг.2 — графики напряжений в различных точках схемы.

Устройство для геозлектроразведки содержит генератор 1, соединенный с входом коммутатора 4, к другим входам которого подключены рамки

2,3 и блок 5 амплитудно-фазовой компенсации, дополнительную рамку 6, подключенную к второму входу второго коммутатора 7 и к блоку 5 амплитудно-фазовой компенсации и жестко прикрепленную к рамкам 2 и 3 на расстоя нии 1-3 м от них таким образом, что ее ось перпендикулярна линии пересечения рамок 2 и 3, горизонтальна и проходит под углом 45 к плоскости рамок через их общий центр, с выходом коммутатора 4 соединен первый вход коммутатора 7, а к его выходу последовательно подключены блоки приемника 8: первый детектор 9, избирательный усилитель 10, второй детектор 11, третий коммутатор 12, блок

13 выборки и запоминания сигнала, блок 14 сравнения, третий детектор

15 и через переключатель П1 регистратор 16. Регистратор 16 с помощью переключателя П1 может быть отключен от выхода третьего детектора 15 и подключен к выходу усилителя 17, вход которого подключен к выходу первого детектора 9. Управляющие входы коммутаторов 4,7,12 и блока 13 выборки и запоминания подключены к выходам блока 18. управления.

Устройство работает в двух режимах: "компенсация" и "измерение".

В режиме "компенсация" блок 18 управления отключен, управление коммутаторами 4 и 7 осуществляется вручную, а регистратор 16 с помощью переключателя П1 отключен от выхода детектора 15 и подключен к выходу детектора 9 через усилитель 17.

Устройство в режиме "компенсация". работает следующим образом. Через коммутатор 4 генератор 1 подключен к рамке 2, а рамка 3 подключена к блоку 5 амплитудно-фазовой компенсации и к первому входу коммутатора 7.

Подключив с помощью коммутатора 7 к входу приемника 8 (через коммутатор 4) рамку 3, путем регулировки амплитуды и фазы подаваемого на нее напряжения из блока 5 амплитуднофазовой компенсации компенсируют суммарный сигнал первичного поля, создаваемого рамкой 2, и вторичного поля изучаемого горного массива, добиваясь минимальных показаний регистратора 16. Подключив через коммутатор 7 на вход приемника рам5

1О мутатор 12 подключен непосредствен5О но к второму входу блока f4 сравнения.

В момент времени, соответствующий пер ому полупериоду частоты переклюРамки 2 и 3 подключены срответственно к генератору f и вход приемника 8 через коммутаторы 4 и 7.

55 ку 6, осуществляют компенсацию суммарного сигнала в ней путем регулировки амплитуды и фазы подаваемого из блока амплитудно-фазовой

15 компенсации на рамку 6 напряжения.

Максимальная степень компенсации достигается, как и в предыдущем случае, при минимальных показаниях регистратора 16. Блок 5 ампли20 тудно-фазовой компенсации имеет раздельные выходы для подключения рамки 6 и рамок 2 или 3 (через коммутатор 4) и раздельные органы регулировки амплитуды и фазы напряже25 ний на этих выходах.

В режиме "измерения коммутаторы 4, 7, 12 и блок выборки и запоминания сигнала управляются командами, периодически поступающими от работающего в автоматическом режиме блока

18 управления. Коммутатор 4 производит переключение рамок 2 и 3 с генератора 1 на приемник 8 и обратно с частотой Я,, меньшей частоты генератора .ca . .Коммутаторы 7 и 12 работают синхронно и частота их переклю" чений Q меньше частоты переключений коммутатора 4 Я . Вход регистратора

16 через переключатель П1 подключен

4О к выходу детектора 15. В момент времени, когда через коммутаторы 7 и 4 к приемнику подключена одна из рамок 2 или 3, с помощью коммутатора

12 выход детектора 11 подключен, к блоку 13 выборки и запомщ4ания сиг-.. нала, а когда к вход;у приемной части через коммутатор 7 подключена рамка 6, выход детектора 11 через ком1161908

Блок 5 амплитудно-фазовой компенсации через коммутатор 4 подключен к рамке 3 и осуществляет компенсацию суммарного сигнала, наводимого в рамке 3 первичным полем, создаваемым рамкой 2 и вторичным полем изучаемого массива. Сигнал, поступающий на вход приемника 8, будет равен некоторой нескомпенсированной части суммарного сигнала д0 . Во

10 второй полупериод частоты коммутации

g коммутатор 4 подключает рамку 3. к генератору 1, а рамку 2 к блоку 5 амплитудно-фазовой компенсации и через коммутатор 7 к входу приемника

8. С рамки 2 через коммутатор 4 на вход приемника поступает сигнал, равный сумме нескомпенсированной части суммарного сигнала д ц и напряжения 2 Ц 1, пропорционального удвоенному значению составляющей напряженности вторичного поля 2Н 1.

Рамки 2 и 3 подбирают с близкими параметрами и, кроме того, они содержат делители для подбора коэффициента передачи. На вход приемника 8 в режиме "измерения" будет поступать амплитудно-модулированный сигнал с несущей частотой са и огибающей в виде прямоугольных импульсов с ам- 30 плитудой 2 U и частотой $3 (фиг.2а).

Параметры третьей рамки 6 подбираются близкими к параметрам рамок

2 и 3, и она также содержит делитель для подбора коэффициента передачи. Поскольку рамка 6 подключена к блоку амплитудно-фазовой компенсации и в ней также осуществлена компенсация суммарного сигнала, то на вход приемника 8 будет поступать 40 амплитудно-модулированный сигнал с несущей частотой Q и огибающей в випе прямоугольных импульсов с частотой д, и амплитудой 2 0, пропорциональной удваРчному значению 43 составляющей 2Н, принимаемой рамкой 6 (фиг.2б)..

В первый полупериод переключения коммутаторов 7 и 12 на вход приемника 8 поступает через коммутатор SO амплитудно-модулированный сигнал с коммутатора 4. После детектирования детектором 9 получают сигнал, содержащий постоянную составляющую.и составляющие с частотами g,, 2.Q< 53 и 2И + и . С помощью избирательного усилителя 10 происходит выделение сигнала с частотой ? (фиг.2в), который выпрямляется детектором 11, и постоянная составляющая через ком- мутатор 12 поступает на блок 13 выборки и запоминания сигнала, где хранится в течение первого полупериода частоты коммутации A . .Во втором полупериоде частоты 52 амплитуд но-модулированный сигнал с рамки 6 через коммутатор 7 поступает на вход приемника 8, претерпевает преобразования, аналогичные преобразованиям сигнала, поступающего с коммутатора 4, и через коммутатор 12 поступает непосредственно на второй вход блока 14 сравнения. Одновременно, по команде блока управления, с блока

13 выборки и запоминания сигнала поступает хранившийся там сигнал на первый вход блока 14 сравнения. На выходе блока сравнения получают периодический сигнал с частотой я, огибающей в виде прямоугольных импульсов, амплитуда которых равна отношению амплитуд составляющих на- . пряженности вторичного поля Н» и Н принимаемых рамками 2 или 3 и рамкой б (фиг.2г). Этот сигнал выпрямляется детектором 15 и постоянная составляющая поступает через переключатель П1 на регистратор 16, При этом исключаются погрешности, вносимые неоднородностью горного массива, нестабильностью коэффициента усиления приемной части и выходной мощности генератора. Это видно из следующих соотношений для напряжеHHH и

1 « Ki ЗСМК Кр H)ë (1) где 0 — напряжение, пропорциональное напряженности составляющей вторичного поля, принимаемой рамки 2 или 3 — коэффициент пропорциональности, связывающий напряженность поля, в котором находится рамка, с напряжением на ее выходе, " — коэффициент, учитывающий изменение параметров генераторной рамки

К - коэффициент, учитывающий изменение параметров приемной рамки," (— коэффициент, учитывающий изменение выходной мощности генератора, kq — коэффициент усиления приемного тракта, 1161908

Ц< — напряженность составляющей вторичного поля, принимаемой рамки 2 или 3 при постоянном магнитном моменте генераторной рамки.

Выражение (1) справедливо для попере менного использования в режиме генераторной и приемной рамок 2 и 3, так как они имеют близкие параметры и подобранные с помощью делителей равными коэффициенты передачи.

Напряжение 0,, пропорциональное напряженности составляющей вторичного поля принимаемой рамкой 6 равно

ЦК kz Ê) К Нг) (2) аналогичные коэффициентам г 3 4

s выражении(1); 11

Нг — напряженность составляющей вторичного поля принимаемой рамкой 6 при постоянном магнитном моменте генераторной рамки.

В предлагаемом устройстве сравне- 30 ние величин составляющих напряженности поля, принимаемых рамками 2 или 3; и рамкой 6, осуществляется через малый промежуток времени, равный половине периода частоты g =100- 55 г

200 Гц, т.е. (5-10) ° 1О с. За это время изменений выходной мощности и коэффициента усиления прямого тракта под воздействием дестабилизирующих факторов практически не проиэой- 4©

l I дет в поэтому К3 К К4 Кф °

Предлагаемое устройство предназначено для измерения электрических свойств горных пород в движении. При этом, поскольку результат измерений .45 зависит от отношения напряжений

4 и 0>, пропорциональных напряженностям составляющих поля Н1 и Нг, которые измеряются через промежуток времени, равных половине периода Тг /2 частоты 5iO

Яг, возникает погрешность за счет различия параметров рамок в точках, располокенных на расстоянии, равном пути, проходимому транспортным средством за это время. Оценим это рас- . 55 стояние, При скорости транспортного средства 1 =10 м/с (36 км/ч) и частоте HZ=100 Гц оно будет равно

S= = = 0,05 (м) .

V.Т V

2яг

Параметры антенн в двух точках на поверхности неоднородного горного массива при столь незначительном расстоянии между ними останутся практически неизменными, так как размеры геологических неоднородностей (карстовых воронок, наклонных пластов, рудных тел, скальных включений и т.п.), наличие которых в горном массиве приводит к неоднородности распределения его электрических свойств, значительно больше указанного расстояния. Зто позволяет счи( тать К1=К,, К2=Кг. Тогда независимо от изменения величины коэффициентов

1 у 1 1 02 Hi

Kl Kl KZ-Кг К3 3 К K%9 ) т.е. наличие дестабилизирующих факторов и неоднородности распределения электрических свойств горного массива не будет оказывать влияния на результаты измерения электрических свойств горных пород.

Отношение амплитуд составляющих вектора магнитного поля Н (н зависит от электромагнитных свойств среды (удельное электрическое сопротивление, диэлектрическая и магнитная проницаемости), расстояния между генераторной и приемной рамками и частоты поля. Магнитная проницаемость для подавляющего большинства горных пород равна 1, а диэлектрическая проницаемость горных пород в диапазоне частот, обычно используемом в электрораэведке по методу, основанному на измерении вторичных полей, воэбуздаемых в горном массиве генераторной рамкой, практически не влияет на амплитуды составляющих поля и ею можно пренебречь.

Расстояния между генераторной и приемными рамками у предлагаемого устройства постоянно, поэтому для конкретных значений частоты поля

I шкала регистратора 16 мокет быть проградуирована в единицах измерения электрического сопротивления.

Погрешности измерения электрических свойств горных пород за счет нестабильности коэффициента усиления приемника и выходной мощности генератора при условии применения мер по стабилизации режимов работы блоков устройства не превышают нескольких процентов. Основная погрешность обу1161908

Составитель И.Абрамова

Техред О.Ващишина Корректор Л.Пилипенко

Редактор М.Бандура

Заказ 3967/49 Тираж 748 Подписное

ВЦИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгоррд, ул. Проектная, 4 словлена неоднородностью электрических свойств реального горного массива, приводящей к изменению сопротивления излучения рамок, а значит и их магнитного момента. Так, при изменении волнового числа, являющегося функцией электромагнитных свойств горного массива, в 4 раза, что соответствует изменению электрического сопротивления в 16 раз, а на практике сопротивление пород одного участка может измениться и в более широких пределах, сопротивление излучения рамки, следовательно, и ее магнитный момент изменяют s в 3 раза.

Таким образом, точность измерения электрического сопротивления горных пород за счет применения предлагаемого устройства может быть повышена в 2-3 раза по сравнению с прототипом. Высокая точность измерения элек трического сопротивления позволит, кроме изучения его пространственного

10 распределения, изучить корреляционные зависимости между электрическими и инженерно-геологическими свойствами горных пород. С помощью этих зависимостей по электрическим свойствам могут быть определены типы

1S и физико-механические свойства горных пород.