Устройство для настройки и поверки импульсной электроразведочной аппаратуры

 

Устройство для настройки и порерки импульсной электроразведочной аппаратуры относится к геофизическому приборостроению, а также к моделированию сигналов сложной формы и может быть использовано для настройки и поверки импульсной электроразведочной аппаратуры, предназначенной для поиска месторождений полезных ископаемых импульсными методами. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения регулирования фазового сдвига между синусоидальным и экспоненциальными сигналами. Устройство содержит генератор прямоугольных импульсов , два делителя частоты, а также генераторы сиоусоидальных, экспоненциальных и случайных сигналов, источник постоянного тока и сумматор , к которому подключены генераторы и источник постоянного тока. Новым в устройстве является введение формирователя кода фазы, схемы сравнения кодов и счетного триггера. Схема сравнения формирует сигнал равенства заданной фазы от формирователя кода фазы и фазы синусоидального сигнала, который управляет сбросом одного делителя частоты, подключенного к генератору экспоненциального сигнала, а также запуском этого генератора. Счётный триггер подключен к входу управления знаком генератора экспоненциального сигнала. Это позволяет задать произвольное соотношение между фазами синусоидального и экспоненциального сигналов в смеси со случайным сигналом. 8 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PKCflVSJNH (19) (1И (51) 4 G 01 V 3/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) .3827543/24-25 (22) 19.12.84 (46) 30.06.86. Бюл. Р 24 (71) Физико-механический институт им. Г.В.Карпенко (72) О.П.Бухало и П.П.Драбич (53) 550.837(088.8) (56) Аппаратура МПП0-1, В кн:: Руководство по применению метода переходных процессов в рудной геофизике / Под ред. Ф.М.Каменецкого, Л.: Недра, 1976, с. 56-59.

Генератор случайного процесса

ГСП-3. Приборы и системы управления, 1977, У 4, с.. 32.

Авторское свидетельство СССР

752768, кл. Н 03 К 3/94, 1980.

Контрольно-калибровочное устройство к аппаратуре ЦИКЛ-2. Техническое описание ЮД2Э 32860ТО. Сибирское

ОКБ НПО "Союзгеофизика".

Яковлев В.В. Федоров P.Ô. Стохасти. ческие,вычислительные машины. Л.:

Машиностроение, 1974. с. 238-301. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАСТРОЙКИ И ПОВЕРКИ ИМПУЛЬСНОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНОЙ

АППАРАТУРЫ (57) Устройство для настройки и поверки импульсной электроразведочной аппаратуры относится к геофизическому приборостроению, а также к моделированию сигналов сложной формы и может быть использовано для настройки и поверки импульсной электроразведочной аппаратуры, предназначенной для поиска месторождений полезных ископаемых импульсными методами. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения регулирования фазового сдвига между синусоидальным и экспоненциальными сигналами. Устройство содержит генератор прямоугольных импульсов, два-делителя частоты, а также генераторы сиоусоидальных, экспоненциальных и случайных сигналов, источник постоянного тока и сумма-. тор, к которому подключены генераторы.и источник постоянного тока. Новым в устройстве является введение формирователя кода фазы схемы сравнения кодов и счетного триггера.

Схема сравнения формирует сигнал равенства заданной фазы от формирователя кода фазы и фазы синусоидального сигнала, который управляет сбросом одного делителя частоты, подключенного к генератору экспоненциального сигнала, а также запуском этого генератора. Счетный триггер подключен к входу управления знаком генератора экспоненциального сигнала.

Это позволяет задать произвольное соотношение между фазами синусоидального и экспоненциального сигналов в смеси со случайным сигналом. 8 ил.

1 12411

Изобретение относится к метрологии геофизической импульсной электроразведочной аппаратуры и может быть использовано для целей настройки и поверки устройств электроразведки полезных ископаемых импульсными методами.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей генератора за счет регулирования фа- 1р зового сдвига между синусоидальным и экспоненциальным сигналами.

На: фиг. 1 представлена функциональная схема устройства на фиг. 2) временные диаграммы сигналов. поясня- 15 ющие раббту устройства на фиг. 3— структурная схема генератора сину- соидальных сигналов на фиг. 4 временные диаграммы сигналов, поясняющие его работу на фиг. 5 — струк- 2О

1 турная схема генератора экспоненциальных сигналов, вариант на фиг. 6— формирователь кода фазы на фиг.7 генератор случайных импульсов вариант на фиг. 8 приведен пример 25 реализации генератора псевдослучайных чисел с равномерным распределением.

Предлагаемое устройство состоит . из генератора 1 прямоугольных импуль сов (GN). первого 2 и второго 3 де- лителей частоты (СТ ). формирователя

4 кода фазы (F) схемы сравнения коJ дов 5 (= =) генератора 6 синусои- у

1 дальных сигналов (GN sin) счетного триггера 7 (Т) генератора 8 экспоУ 35 ненциальных сигналов (GN exo) гене) ратора 9 случайных сигналов (GN noice), источника постоянного тока 10 (I0) и сумматора 1.1 токов Д ).

Клемма 12 — выход устройства.

Выход генератора 1 соединен с входами делителей 2, 3 и входом генератора 9. Выход первого. делителя частоты 2 соединен с входом генератора

6. Выход второго делителя 3 соединен с тактовым входом генератора 8. Вы;.оды формирователя 4 соединены с первыми h входами схемы сравнения 5, ко вторым 11 входам которой подключены цифровые выходы генератора 6.

Выход Равно" схемы сравнения 5 соеди1! 11

50 нен со счетным входом триггера 7, входом установки в нуль делителя 3 и входом запуска генератора 8. Выход триггера 7 соединен с входом yriравления знаком генератора 8. Выходы блоков 6, 8, 9, 10 подключены к входам сумматора 11, выход которого соединен с клеммой 12.

77 . 2

Принцип действия устройства заключается в следующем.

Генератор 1 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов с частотой f<>. С выхода генератора 1 указанная импульсная последовательность поступает на входы делителей частоты 2, 3 и на вход генератора 9 случайных сигналов. На выходах делителей частоты 2 и 3;образуются периодические импульсные последовательности с частотами 1 fo k>fo (где k ; — коэффициенты деления делителей

2 и 3 соответственно). Под воздействием выходной. импульсной последовательности делителя 2 на цифровых выходах генератора 6 синусоидальных сигналов возникает линейно возрастаю- щая от 0 до 2 -1 числовая последои вательность, а на аналоговом выходе - ток синусоидальной формы с амплитудой Ао (фиг. 2, диаграмма а ).

При этом нулевое значение числовой последовательности на цифровых выходах генератора 6 совпадает с моментом перехода через нуль синусоидального сигнала с положительной крутизной.Таким образом, в течение периода синусоиды число на цифровых выходах генератора 6 представляет собой значение текущего времени (фазы) в цифровой форме. Это число подается на одну группу h входов схемы сравнения 5, на другую группу И входов которой поступает заданное значение фазы 1 в цифровой форме с выходов формирователя 4 кода фазы. В момент сравнения кодов на выходе схемы сравнения возникает импульс, который перебрасывает триггер 7 в противоположное состояние, сбрасывает в нуль счетчик 4 (делитель частоты 3) и дает разрешение на запуск генератора

8 экспоненциальных импульсов тока.

После этого под воздействием тактовых импульсов, поступающих на вход генератора 8, на его выходе начинается формирование очередного экспоненциального импульса с амплитудой

Во и соответствующим знаком (фиг.2, диаграммао ), Триггер 7 обеспечивает генерирование последовательности чередующихся разнополярных токовых импульсов, а начало каждого импульса имеет заданный фазовый сдвиг 9 относительно синусоидального сигнала.

Под воздействием тактовых импульсов генератора 1 на выходе генератора 9 случайных сигналов возникает

3 1241 псевдослучайный стационарный процесс (фиг. 2, диаграмма 6 ) .

Источник 10 постоянного тока Jo обеспечивает заданное значение смещения результирующего сигнала (фиг.2, диаграмма 2 ) относительно нулевого уровня. Результирующий сигнал образуется на выходе сумматора 11.

Изменением коэффициентов деления

k можно регулировать период ге- 10 нерируемого синусоидального сигнала и постоянную времени спада экспоненциальных импульсов соответственно.

Вариацией параметров отдельных составляющих результирующего сигнала можно задавать требуемое соотношение информационных и мешающих компонент сигнала и по измеренному поверяемой аппаратурой значению параметра информационного сигнала определять тре- gp буемые метрологические характеристики электроразведочной аппаратуры (коэффициент передачи и линейность измерительного тракта, коэффициенты подавления периодических и случайных по- 25 мех и т.д.).

Генератор синусоидальнь1х сигналов (фиг. 3), состоит из счетчика импульсов 13, элемента задержки 14, ж мультиплексора 15, реверсивного счетчика 16, формирователя 17 кода амплитуды синусоиды, постоянного запоминающего устройства {ПЗУ ) 18 и цифроаналоговых преобразователей 19 и 20.

Клемма 21 — вход генератора, клеммы

22-24 — цифровые выходы генератора, а клемма 27 — его аналоговый выход.

Счетчик 13 содержит и выходов (от

2 до 2 ), которые являются цифровы х-т ми.выходами генератора 6 (клеммы 22, 40

23, 24) . Число tl выбирается исходя из требуемой степени цифровой дискре. тизации периода синусоиды. Так, ес-. ли й=.10, то период синусоиды содержит 2"=1024 точки дискретизации.

Реверсивный счетчик 16 работает на сложение, если на его вход (gl) подан потенциал "0", и на вычитание— в противном случае. Емкость счетчика 16 — и-3 двоичных разрядов.

В ПЗУ 18, содержащем и-2 адресных входа, записаны в порядке возрастатт- 2. ния адресов от 0...0 до 11...1 2 числовых значений синусоиды в диапао 90о зоне от 0 до 90 с шагом — „ . Требуемая дискретность значений синусоидального сигнала обеспечивается соответст177 4 вующим выбором числа разрядов . одной ячейки памяти ПЗУ 18.

На входы 25 и 26 коммутатора 15 поданы опорные напряжения +g< F и-g<

ЦАП 20, на выходе которого генерируется токовый синусоидальньтй сигнал " с амплитудой, пропорциональной задаваемому формирователем 17 числу.

Генератор 6 сиоусдидальных сигналов работает следующим образом. На вход 21 поступает поток периодичеа" ких импульсов с выхода первого делителя частоты 2. Этот импульсный поток поступает на вход счетчика 13 и через элемент задержки 14 — на счетный вход реверсивного счетчика 16.

Пусть в начальный момент содержимое счетчиков 13 и 16 было нулевым. тт-т

Тогда до момента, пока в 2 -м разряде счетчика 13 не появится "1", счетчик 16 работает на суммирование, и на его выходах происходит возрастание числа (адреса) от 0 до Р

1. При этом с ПЗУ 18 последовательно выводятся значения синусоиды на интервале от 0 до 90 . Далее счетчик 16 включается на вычитание, а в течение следующих Р тактов адресация идет в .обратном порядке, т.е. формируется значение синусоидального сигнала на интервале 90о й-4

180 . Поскольку в -м разряде счет чика 13 в это время присутствует потенциал "0", то на опорный вход ЦАП

20 подается положительный потенциал и на его выходе формируется положи-. тельная полуволна тока.

Через полпериода в 2 -м .разряде счетчика 13 появляется логическая

"1", а в 2 †.м разряде — логический

"0". При этом через коммутатор 15 на опорные входы ЦАП 19 и 20 поступает отрицательное напряжение, а реверсивный счетчик 16 вновь включает1241177 ся на суммирование. При этом формируется часть отрицательного значения о синусоиды в интервале 180-270, а л- при появлении потенциала "1" в 2 -м

5 разряде счетчика 13 формируется остальная часть синусоиды в интервале

270-360

Далее счетчик 13 сбрасывается в нуль, сигналом переноса CR синхронизирует (устанавливает в "0" счетчик

16, и процесс многократно повторяется. Синхронизация .счетчиков необходима, поскольку при включении устройства последние могут находиться в 15 произвольном состоянии. Кроме того. при этом устраняется случайный сбой одного из счетчиков, а при нормальной работе устройства импульс синхронизации совпадает.:во времени с нулевым состоянием счетчика 16. Элемент задержки 14 согласует во времени совместную работу счетчиков 13 и 16.

На фиг. 4р.показан сигнал на выходе 2" -го разряда счетчика 13, на и-л фиг. 4á — сигнал на выходе 2 -ro разряда счетчика 13, на фиг. 4о— выходной синусоидальный сигнал.

Генератор экспоненциальных сигналов 8 (фиг. 5) состоит из элемента задержки 28, триггера 29, схемы

ИЛИ 30, мультиплексора 31, счетчика импульсов 32, формирователя кода амплитуды 33, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 34 и цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) 35

35 и 36 °

На клемму 37 поступает последовательность импульсов с выхода делителя 3, на клемму 38 — импульсы с выхода схемы сравнения 5 (фиг. 4г).

Аналоговые входы коммутатора 31 подключены к клеммам опорных сигналов

25, 26 (+Upped -Upped соответственно) на клемму 39 поступают импульсы с выхода триггера 7 (фиг. 4g), а клем45 ча 40 — выход генератора 8.

Счетчик 32 содержит 3+1, и выходов и выход переполнения CR, ПЗУ 34 содержит 3+1 адресных входов и r+1 выходов, причем в нем записано 2 Е 1 SO значений экспоненты заданной амплиги туды в диапазоне значение от 2 -1 до О, По нулевому адресу в ПЗУ 34 записан нуль.

При поступлении импульса с выхода схемы сравнения 5 триггер 29 пере-водится в состояние, разрешающее работу счетчика 32. Этим же импульсом, задержанным элементом 28, в счетчике

32 формируется первый адрес 0...01 для ПЗУ 34. Далее возрастающая последовательность адресов до 11...1 включительно формируется под воздействием импульсов с выхода делителя 3.

Последний адрес 11...1 на выходе счетчика 32 соответствует нулевому значению экспоненты. При переполнении счетчика 32 на era выходе CR появляется импульс .(фиг. 4 ф, перебрасывающий RS-триггер 29 в исходное состояние (фиг. 4ж). Тогда с выхода триггера 29 на К-вход счетчика 32 поступает потенциал запрета счета, при этом на его выходах содержится адрес 00...0, по которому в ПЗУ 34 записан нуль. Следовательно, после последовательного перебора всех адресов ПЗУ 34, на выходе 40 генератора

8 устанавливается нулевое значение тока. Очевидно, что во время последовательного перебора адресов ПЗУ 34 на выходе 40 генератора 8 осуществляется формирование экспоненциального сигнала (Фиг. 43).

Полярность этого сигнала определяется потенциалом, подаваемым на вход 39 коммутатора 31 с выхода триггера 7 задания знака. Поскольку на выходе последнего происходит поочередная сиена потенциалов "1" и "0" (сигнал типа "меандр" ), то на выходе 40 генератора 8 формируется последовательность разнополярных экспоненциальных импульсов тока. Задание амплитуды токовых импульсов осуществляется точно так же, как в генераторе синусоидального сигнала.

Структурная схема формирователя

4 (фиг. 1), 17 (фиг. 3), 33 (фиг.5) и 46 (фиг. 7) представлена на фиг.6, где обозначено: 41 — шина лог. "I","

42 — мультиплексор, 43 и 44 — выходы формирователя.

В качестве генератора случайных сигналов может использоваться генератор, представленный на фиг. 7, либо серийный генератор (2). Он состоит из мультиплексора 45, формирователя кода амплитуды 46, генератора 47 случайных чисел и аналого-цифровых преобразователей 48, 49. Клемма 50— вход генератора 9, а 51 — его выход.

Работа генератора 9 заключается в том, что при поступлении на клемму 50 тактовых импульсов с выхода ге! 241117 нератора 1 на выходе генератора 47 образуется последовательность псевдослучайных чисел, которые при помощи

ЦАП 49 преобразуются в аналоговую ве5 личину. Для управления знаком аналоговой величины используется один из разрядов генератора 47. Процедура управления знаком и амплитудой выходного параметра такая же, как и в генераторах 6 и 8.

Пример реализации генератора 47 псевдослучайных чисел. представлен на фиг. 8. Генератор содержит регистр сдвига 52, элемент ИЛИ-НЕ 53, полу- 15 сумматор 54 и элемент ИЛИ 55. Клемма 55 — тактовый вход генератора псевдослучайных чисел, а клеммы 5659 его выходы.

Регистр .сдвига 52 в любом разря- 20 де генерирует м-последовательность максимальной длины. Элементы 53 и

55 исключают запрещенное нулевое состояние регистра. На выходах генератора при каждом такте образуются псев 25 дослучайные равномерно распределенные числа.

Соответствующим выбором разрядности регистра сдвига и вида обратной связи по алгоритмам, описанным в (5) можно создать генератор псевдослучайных двоичных чисел практически любой разрядности,.

Таким образом, введенные узлы позволяют воспроизвести калибровочный

35 электрический сигнал с заданными характеристиками, близкий по структуре к реальному сигналу, регистрируемому при электроразведке месторождений полезных ископаемых методом переходных процессов и вызванной поляризации, Введение регулируемого фазового сдвига между информативной составляющей сигнала и периодической помехой расширяет функциональные воэможности устройства по сравнению с известными, поскольку при этом появляется возможность оценки помехозащищенности аппаратуры при любом сигнале и помехи на временной оси.

Формула изобретения

Устройство для настройки и поверки импульсной электроразведочной аппаратуры, содержащее генератор прямоугольных импульсов, первый и второй делители частоты, генераторы синусоидальных и экспоненциальных сигналов, генератор случайных сигналов, источник постоянного тока и сумматор токов, причем выход генератора прямоугольных импульсов соединен с входами первого и второго делителей частоты и входом генератора случайных сигналов, выход первого делителя часто-. ты соединен с входом генератора синусоидальных сигналов, выход второго делителя частоты соединен с тактовым входом генератора экспоненциальных сигналов, выходы источника постоянно- . го тока, генератор синусоидальных, экспоненциальных и случайных сигналов соединены с входами сумматора тока, выход которого является выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функцио-. нальных возможностей за счет регулирования фазового сдвига между синусоидальным и экспоненциальным сигналами, оно дополнительно содержит формирователь кода фазы, схему сравнения кодов и счетный триггер, причем выходы формирователя кода фазы соединены с первыми входами схемы сравнения, к вторым входам которой подключены цифровые выходы генератора синусоидальных сигналов, выход 1 Равно" схемы сравнения соединен с входом триггера, входом установки в нуль второго делителя частоты и входом запуска генератора экспоненциальньгх сигналов, а выход управления знаком последнего подключен к выходу счетного триггера.

1241177

1241177

Фиг.З г д

1241177 фиг,5

Г9

1241177

58

Составитель Л.Воскобойников

Редактор М.Бандура Техред О.Сопко Корректор А. Зимокосов

Заказ 3485/41 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делаи изобретений и открытий

11 3035, Москва,Ж-35, Раушская наб., д..4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4