Цифровой вольтметр для метода нелинейной вызванной поляризации

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (б)) 4 G 01 R 19/25

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3923274/24-21 (22) 04,07,85 (46) 30.11.86. Вюл. V 44 (71) Уральский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов (72) М.В. Поздняков, А.И. Человечков и Л.И. Позднякова (53) 681.325(088.8) (56) Кормильцев В.В., Федоров И М., Человечков А.И., Поздняков М.В. Цифровая аппаратура для электроразведки методом вызванной поляризации.

Геофизическая аппаратура, вып. 61, 1977, с. 55-60.

Поздняков М.В., Юферева Л.П. Цифровой милливольтметр для метода нелинейной вызванной поляризации.

Геофизическая аппаратура. вып. 81, 1984, с. 43-47. (54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР ДЛЯ МЕТОДА

НЕЛИНЕЙНОЙ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ (57) Изобретение относится к области электроизмерительной техники инфра- . низких частот и может быть использовано в злектроразведке при оценке вещественного состава поляризующихся массивных руд электропроводных материалов при гальваническом возбуждении поляризующего тока. Цель изоб- . ретения — расширение динамического диапазона вольтметра путем преобразования напряжения в частоту по осредненной для положительного и отрицательного полупериодов поляриэующего тока вольт-частотной характеристики. Цель достигается путем введения коммутатора I и двух элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, 10..Кроме того, устройство содержит измерительно-частотный блок 2, задающий генератор 3, триггерный делитель 4 частоты, пирамидальную матрицу 5, счетчик 6 времени, элементы И 7, 8, реверсивные счетчики 11, 12, 13 иииульсое, цифра- (/) вой индикатор 14. В устройстве умень- С шается аппаратный шум, а также снятие в большой степени ограничений на предельную величину 60вд (разность потенциалов вызванной поляризации Ф рр (ВП) между приемными электродами), ф ) увеличивается точность измерения и более надежное определение аномального эффекта асимметрии ВП. 2- ил.

1273824

Устройство работает следующим образом.

При пропускании через геологическую среду с исследуемым рудным телом

55

Изобретение относится к электроизмерительной технике инфранизких частот и может быть использовано в электроразведке при оценке вещественного состава поляризующихся массивных 5 руд электропроводящих минералов при гальваническом возбуждении поляризующего поля.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона вольтметра пу- 10 тем преобразования напряжения в частоту йо осредненной для положительного и отрицательного полупериодов. поляризующего тока вольт-частотной характеристике. 15

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 — эпюры напряжений в отдельных точках устройства.

Устройство содержит коммутатор 1, измерительный частотный блок (ИЧБ) 2, 20 задающий генератор (ЗГ) 3, триггерный делитель 4 частоты, пирамидальную матрицу 5, счетчик 6 времени, два элемента И 7, 8, два элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 10, три реверсивных счетчика 11, 12, 13 импульсов (РСИ) и цифровой индикатор 14, причем входные клеммы (приемные электроды "И" и "М") соединены с входами коммутатора 1, выходы которого сое- 30 динены с входами ИЧБ 2, выход ЗГ 3 через триггерный делитель 4 частоты соединен с управляющим входом коммутатора 1, с входом пирамидальной матрицы 5, с первыми входами элементов ИСКЛ10ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, 10 и с входом счетчика 6 времени, выход которого соединен с первыми входами элементов ,И 7, 8, вторые входы которых соединены с выходом ИЧБ 2, а третьи входы — с первым и вторым выходами пирамидальной матрицы 5, третий и четвертый выходы которого соединены с вторыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 9, 10, выходы которых соединены 45 соответственно с управляющими входами первого и второго РСИ.11, 12 и с управляющим входом третьего РСИ 13, выходы РСИ 11 12, 13 соединены с входами цифрового индикатора 14, а выходы элементов И 7, 8 соединены соответственно со счетным входом первого РСИ 11 и со счетными входами второго и третьего РСИ 12, 13. знакопеременных импульсов тока с периодом Т (эпюра 15) между приемными электродами "M" и "N" возникает разность потенциалов дП„„, существующая также некоторое время после окончания токового импульса, и прикладывается к входу устройства. Измеряемое напряжение дП„„ инвертируется во время каждого четного периода тока (эпюра 16). Инверсия дП„„ осуществляется коммутатором 1 при помощи потенциалов (эпюра 17), поступающих на его управляющий вход, Измеряемое напряжение по необходимости ослабляется и преобразуется в частотную последовательность прямоугольных имI пульсов в ИЧБ 2. Частота следования импульсов пропорциональна напряжению на входе ИЧБ 2

f(t) - f, + $аП„„„ где f — собственная частота генерации ИЧБ 2;

$ — крутизна вольт-частотнои характеристики ИЧБ 2.

С выхода ИЧБ 2 последовательность импульсов через элементы И 7, 8 поступает на счетные входы РСИ 11,12,13.

При этом потенциалами (эпюры 18, 19), снимаемыми с пирамидальной матрицы 5 и подаваемыми на входы элементов И 7, 8 осуществляется строби- рование сигнала. Прохождение последовательности импульсов через элементы

И 7, 8 определяется также потенциалами логической единицы, поступающими на третьи входы элементов И 7, 8 со счетчика 6 времени, Зти потенциалы задают длительность измерительного цикла вольтметра.

Инверсия режимов счета РСИ 11, 12, 13 осуществляется при помощи потенциалов, подаваемых на их управляющие входы (эпюры 20, 21). Эти потенциалы получены логической трансформацией потенциалов (эпюры 22, 23, 17) при помощи элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9,10.

Результаты счета РСИ 11, 12, 13 за время измерения пТ, где п — натуральное число, выводятся на табло цифрового индикатора 14. Первый РСИ 11 считает импульсную последовательность, стробированную во время импульсов поляризующего тока (эпюра 18), при этом во время пропускания положительных импульсов тока РСИ 11 работает в режиме вычитания (эпюра 20), а во время пропускания отрицательных импульсов — в режиме сложения (на управ24

3 12738 ляющие входы подана логическая " 1") .

За время пТ результат счета РСИ 11 равен

S(E) = S + 4$(Е), В известном устройстве аппаратурный шум повторяется каждый последующий период и накапливается по мере увеличения времени счета, в данном устройстве аппаратурный шум устраняется инверсией входного напряжения в четные периоды поляризующего тока и соответствующим изменением режимов счета РСИ 13. Покажем это.

Э

В четный период T=2n напряжение

ВП преобразуется в частоту по "обращенной" вольт-частотной характеристике ИЧБ 2, поэтому результаты счета

РСИ 13 за первый и второй полупериоды соответственно равны а результат счета за весь период

Т 2п при а"вп = в 0вп = ь|3в„ равен

N (Ò = 2n) = E f + ЕЕ„ 2 ь БЯоUg„1 т.е. противоположен по знаку результату счета РСИ 13 во время предыдущего периода.

При 4Uвп hU „ результат счета РСИ

13 за два следующих друг за другом

ti)

N =2п Sj аЦ (t)dt s 2п БЕьЦ„,, t, где 6UÄр — разность потенциалов между приемными электродами, существующая во время пропускания через среду поляризу- 10 ющего тока; — момент времени начала стро1 бирования;

Š— длительность стробирования. 15

По измеренным величинам аб„р делается оценка:электропроводности геологической среды по известным формулам. Второй РСИ 12 считает импульсную .последовательность, стробированную в 20 каждой паузе пол4ризующего тока дважды (энюра 19). При этом после выключения положительного тока РСИ 12 работает в режиме сложения, а после выключения отрицательного тока -в режи 25 ме вычитания (эпюра 20). За время пТ

1результат счета при малом л0 „ (t,) равен 3 рЕ 1ъ+Е

N2=2nS J aU „(t)dt+2nSf aU Й (вU - U„) где aU

Bfl 2 разность потенциалов вызванной поляризации (ВП) между приемными электродами;, 35 а0 — то же, при положительных импульсах тока;, Ю „ " то же, при отрицательных импульсах тока;

Йя Сз моменты времени начала стробироваиия.

По результатам счета в первом и втором каналах по известным формулам вычисляется параметр НВП-поляризуемость. 45

Третий РСИ 13 считает во время пауз тока ту же импульсную последовательность, что и второй РСИ 12, но режим счета РСИ 13 иной (эпюра 21).

Вне зависимости от порядка полупери- 5О ода тока каждый первый строб-импульс приходится на режим вычитания, а каждый второй — на режим сложения.

Рассмотрим два следующих один за другим периода поляризующего тока 55

Т = 2n-1 и Т = 2n и найдем результат счета РСИ 13 за эти периоды.Для простоты изложения .учтем лишь первые из двух стробов в паузе тока, а функцию крутизны вольт-частотной характеристики ИЧБ 2 аппроксимируем линейной функцией где S, — крутизна характеристики в отсутствии входного напряжения; лБ(Е) — приращение .крутизны при напряжении Е.

При нечетном периоде Т 2п-1 напряжение ВП преобразуется в частоту в соответствии с "прямой" вольт-частотной характеристикой ИЧБ 2. Результаты счета РСИ 13 за первый и второй полупериоды соответственно равны:

Б1K aU вп — (S a S)f. а U „э

Efg Бз Пвп Бо — S)f 6 Пвп °

Согласно эпюре 21 РСИ 13 работал во время периода Т = 2n-1 в режиме вычитания, что учтем изменением знаков перед результатами счета. При отсутствии эффекта НВП (при а0

+ вп ив„= 60 „) результат счета за период Т. = 2n-1 равен

N3 (T=2n-1)=-И Из=Е(Бз S а вп

-2 Б П „.

Efç = -SçE ° Uâï — -(S a S)CnUâ.

Нf =. S Еь0 „(Б + а Б)ЕьП „, l5 !

79

7б

Фиг.2

ВНИИПИ Заказ 6471/42

Подпис ное

Произв. полигр. пр-тие, r. ужгород, ул. Проектная, 5 12 периода равен f.($, +S,) (4"р„ а"еп )

= 2 8.,ЬдП = 2Е Я„дб„,„(д „,„- разность потенциалов нелинейной вызванной поляризации). Преобразование напряжения в частоту по некоторой осредненной вольт-частотной характеристике частично компенсирует ее нели- нейность и этим достигается существенное расширение динамического диапазона измерений. При этом уменьшение аппаратурного шума, а также снятие в большей степени ограничений на предельную величину 60 „ обеспечивают увеличение точности измерения дП„ „, более надежное определение аномального эффекта токой асимметрии НВП и, в конечном итоге, более надежное определение вещественного состава исследуемого рудного тела.

Формула изобретения

Цифровой вольтметр для метода нелинейной вызванной поляризации, содержащий измерительный частотный блок, последовательно соединенные задающий генератор, триггерый делитель частоты и пирамидальную матрицу, счетчик времени, два элемента

И, три реверсивных счетчика импульсов и цифровой индикатор, причем выход триггерного делителя частоты соединен с входом счетчика времени,выход которого соединен с первыми вхоФ

73824 Ь дами элементов И, вторые входы которых соединены с выходом измерительного частотного блока, третьи входы соответствующих элементов И соединены соответственно с первым и вторым выходами пирамидальной матрицы, выход первого элемента И соединен со счетным входом первого реверсивного счетчика импульсов, выход второго

1О элемента И соединен со счетными вхоами второго и третьего реверсивных счетчиков импульсов, выходы трех реверсивных счетчиков импульсов соединены с соответствующими входами циф15 рового индикатора, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона, в него введены коммутатор и два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем входные

2р клеммы соединены с входами коммутатора, выходы которого соединены с входами измерительного частотного блока, а управляющий вход соединен с выходом триггерного делителя частоты

25 и первыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами пирамидальной матрицы, выход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с

Зр управляющими входами первого и второ-! го счетчиков импульсов, выход второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с управляющим входом третьего реверсивного счетчика импульсов.