Приемное устройство для низкочастотной электроразведки

 

Изобретение касается электроразведочных методов изучения месторождений полезных ископаемых и может быть использовано,.в частности, в скважинных электроразведочных методах . Цель изобретения - повьшение точности измерений низкочастотного электрического поля в скважинах с плохими условиями заземлений ..Цель достигается введением в известное приемное устройство, содержащее полый рабочий электрод, компенсирующий полый электрод и расположенный между ними антенный усилитель, дополнительный рабочий электрод, компенсирующий электрод и антенный усилитель . Кроме того, в скважинный прибор введены фильтр верхних частот, задающий генератор высоких частот, модулятор, буферный каскад,-демодулятор , а в наземный пульт - полосовой фильтр и детектор. Кроме того, в модулятор введены две цепи обратной связи по несущей частоте и по огибающей высокочастотного колебания, а рабочие электроды выполнены в виде сменных цилиндров, 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л СО 05 СО СО

(51) 4 G 01 V 3/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДа СТВЕННЫй HOMHTET CCCP пО делАм изОБРетений и ОтнРытий

Н АВТОРСКОМУ СВИДБТЕЛЪСТВУ (21) 37847 14/24-25 (22) 05.07.84 (46) 15.03.87. Бюл. Р 10 (71) Научно-производственное объединение "Рудгеофизика" и Ленинградский электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина) (72) Г.В. Редько, Б.П. Подкопаев, А.П. Савицкий и А.Б. Федоров (53) 550.83(088.8) (56) Комаров В.А. и др. Скважинная электроразведка методом вызванной поляризации. Л.: Недра, 1969, с.78-80.

Авторское свидетельство СССР

Р 646295, кл. G 01 Ч 3/12, 1976. (54) ПРИЕИНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОЧАСТОТНОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ (57) Изобретение касается электроразведочных методов изучения месторождений полезных ископаемых и может быть использовано,.в частности, в,SU„„1296973 А 1 скважинных электроразведочных методах. Цель изобретения — повьппение точности измерений низкочастотного электрического поля в скважинах с плохими условиями заземлений, Цель достигается введением в известное приемное устройство, содержащее полый рабочий электрод, компенсирующий полый электрод и расположенный между ними антенный усилитель, дополнительный рабочий электрод, компенсирукнций электрод и антенный усилитель. Кроме того, в скважипный прибор введены фильтр верхних частот, задающий генератор высоких частот, модулятор, буферный каскад, демодулятор, а в наземный пульт — полосовой фильтр и детектор. Кроме того, в модулятор введены две цепи обратной связи по несущей частоте и по огибающей высокочастотного колебания, а рабочие электроды выполнены в виде сменных цилиндров, 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1296973

Изобретение относится к электроразведочным методам изучения месторож. дений полезных ископаемых. Преимущественная область его применения— скважинные электроразведочные мета- 5 ды, в которых измеряется низкочастотное электрическое пале.

Цель изобретения — повышение точности измерения низкочастотного электрического поля в сухих скважинах.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2— блок-схема модулятора, используемого в устройстве.

Устройство содержит два полых рабочих электрода 1.1 и 1.2, выполнен ных из проводящего материала, например металла, два полых компенсирующих электрода 2.1 и 2.2, расположенных в пространстве между антенными усилителями 3.1 и 3.2 и рабочими электродами. Рабочие электроды соединены с входами антенных усилителей.

Антенные усилители соединены между собой двухпроводной линией 4. В одну 25 из ветвей двухпроводной линии 4 включен трансформатор 5 связи, к концам другой ветви присоединены полые компенсирующие электроды.

Трансформатор связи подключен к входу избирательного усилителя 6, выход которого присоединен к низкочастотному входу модулятора 7. К высокочастотному входу модулятора 7 через 35 буферный каскад 8 присоединен задающий генератор 9 высокой частоты. Выход модулятора двухпроводной симметричной линией 10, проходящей через один иэ полых компенсирующих элект- 4О радов и соответствующий ему рабочий, соединен с входом фильтра 11 верхних частот. Блоки с 1 па 11 конструктивно входят в состав скважинного прибора. Фильтр нагружен на каратажньФ 45 кабель 12, соединенный с наземным пультом. Кабель непосредственно связан с входом полосового фильтра 13 и демодулятором 14. Выход демодулятора соединен с детектором 15 и реги-5О стрирующим прибором 16.

На фиг.2.представлена схема модулятора 7 с отрицательными обратными связями по низкой Х„ (блок i7) и высокой f (блок 18) частотам. ь

Устройство работает следующим образом.

За счет емкости рабочих электродов на землю осуществляется связь измерительной линии с источником принимаемого сигнала. Так как конструктивно рабочие электроды представляют собой цилиндры из проводящего материала, расположенные на корпусе скважинного прибора из изолятора, то для уменьшения импеданса электродов целесообразно увеличить диаметр электрода. Ограничения здесь возникают в связи с обеспечением необходимого технологического зазора между стенкой скважины и электродом. Как показывают расчеты, разность диаметров скважины и рабочего электрода не должна превышать 10 мм.

Так как коэффициент усиления антенного усилителя близок к единице, а сам усилитель представляет собой широкополосное устройство, то в нем не происходит преобразования спектра принятого сигнала. Практически антенный усилитель служит для согласования высокого сопротивления рабочего электрода с низким сопротивлением последующих блоков устройства.

В связи с тем, что антенные усили тели связаны между собой симметричной линией, наводки на каждую из ветвей лиз ии одинаковы и в трансформаторе 5 связи вычитаются. Компенсация наразитных емкостных утечек осуществляется также и эа счет компенсирующих электродов. Длина линии связи между электродами определяется требуемым разносом рабочих электродов. Но для сохранения точечного характера электродов расстояние между электродами должно по крайней мере в три раза превышать их длину.

Таким образом, на выходе трансформатора 5 связи будет действовать сигнал, равный разности сигналов, наведенных на рабочих электродах. В из— бирательном усилителе 6 происходит фильтрация н усиление сигнала низкой частоты f.

В дальнейшем сигнал поступает на низкочастотный вход модулятора. На высокочастотный вход модулятора с задающего генератора 9 через буферный каскад 8 подается сигнал высокой частоты f В результате на выходе модулятора в спектре сигнала существует три "астаты ь ь—

Модулированный сигнал по двухпроводной линии, проходящей в том числе внутри полых компенсирующего и антенного электродов, поступает на фильтр

3 12969

11 верхних частот, полоса пропускания которого выбрана таким образом, что он пропускает без искажения модулированньпr сигнал, т.е. частоты Е,f +f„ ь ь и срезает низкочастотную часть спек- 5 тра.

Затем по кабелю 12 сигнал поступает на вход полосового фильтра 13, который конструктивно является элементом наземной части аппаратуры. В tp целом система преобразования сигнала и его фильтрации с помощью фильтров

11 и 13 позволяет избавиться как от возможных электромагнитных наводок от посторонних источников, так и от 15 сигнала рабочей частоты f который наводится на каротажный катель.

Как уже отмечалось выше, учитывая большую длину кабеля и его возможную близость к источнику рабочего сигналад> (например, при работе в варианте заряда) величина сигнала, наводимого на кабель может превзойти сигнал, поступающий с электродов. Само по себе применение в подобных случаях в 25 геофизической аппаратуре передачи полезного сигнала с преобразование его спектра известно давно (например, в аппаратуре радиоволновых метров). Там используется принцип супергетеродин- 3р ного приема, а в устройстве применяются соответствующие блоки.

Учитывая низкочастотный спектр рабочего сигнала, а именно сотни,а в перспективе десятки Гц, применение суперге.геродинного приема практически невозможно. Последнее обстоятельство объясняется тем, чтб при небольшой промежуточной частоте и близости ее к рабочей, резко возрастают требова- 4О ния к блокам фильтрации сигналов,что в габаритах скважинных приборов на низких частотах осуществить трудно или невозможно. Сужение полосы про— пускания тракта сигнала, кроме того, 45 по необходимости должно привести к увеличению требований по стабильности частоты источников рабочих сигналов, т.е. вызовет сложности при создании генераторных устройств, которые бу- 5О дут использоваться одновременно с предлагаемым приемным устройством.

Учитывая, что диапазон изменения рабочего сигнала ве ик, к модулятору предъявляются повышенные требования в отношении динамического диапазона и линейности. Кроме того, из самой схемы устройства следует, что модулятор через фильтр 11 связан с каро73 4 тажным кабелем 12, длина и марка которого могут быть различны, а следовательно, модулятор должен стабильно работать на различные нагрузки. Для выполнения указанных выше требований в модулятор введены две цепи обратной связи по несущей частоте f и по огнь бающей высокочастотного колебания f„.

Если испольэовать только одну петлю обратной связи, то большая величина коэффициента связи приведет систему к самовозбуждению на соответствующей частоте.

Использование одновременно двух цепей позволяет создать в целом систему с глубокой обратной связью, в которой расширение динамического ди апазона, улучшение линейности, уменьшение зависимости параметров от величины нагрузки, происходит при сравнительно слабых обратных связях по высокой и низкой частоте, т.е. гарантировать отсутствие воэможности самовозбуждения.

Операции с сигналом в наземном пульте вытекают иэ предыдущего.Сигнал при необходимости усиливается после полосового фильтра 14 и поступает, на демодулятор, где преобразуется в сигнал рабочей частоты fq.Äàëåå сигнал поступает на детектор и измерительный прибор.

На основе:предлагаемого устройства бып разработан прибор, позволяющий измерять низкочастотное электрическое поле в скважине. Преимущества такого прибора очевидны при работе в условиях скважин, пройденных в условиях вечной мерзлоты, в горах, в подземных горных выработках, т.е. где встречаются в большом количестве сухие скважины.

Формула изобретения

1. Приемное устройство для низкочастотной электроразведки, содержащее, по крайней мере, один полый металлический рабочий электрод, антенный предусилитель, компенсирующий полый электрод, расположенный в пространстве между антенным предуснлителем и рабочим электродом, избирательный усилитель, детектор, выход которого соединен с измерительным прибором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности измерения в скважинах с плохими условиями заВНИИПИ Заказ 774/48 Тираж 731

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r Ужгород, ул. Проектная, 4 земления, например, сухих, в сважинный прибор введен дополнительный по-. лый металлический рабочий электрод, антенный предусилитель, компенсирующий полый электрод, расположенный между антенным предусилителем и рабочим электродом, задающий генератор высокой частоты, буферный каскад; модулятор и фильтр верхних частот, причем связь между двумя рабочими электродами выполнена в виде симметричной двухпроводной линии, в одну из ветвей которых включен трансформатор связи, вторичная обмотка которого соединена через избирателЬный усилитель с низкочастотным входом модулятора, один выход модулятора соединен с входом фильтра верхних частот симметричной двухпроводной линией, 6973 6 проходящей через полый компенсирующий электрод и соответствующий ему рабочий электрод, а к высокочастотному входу модулятора через буферный каскад подсоединен задающий генератор высокой частоты, выход фильтра высоких частот через каротажный кабель соединен с наземным пультом, в котором полосовой фильтр соединен

f0 с демодулятором, выход которого соединен с входом детектора.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

15 увеличения точности измерений путем уменьшения сопротивления заземления, оба рабочих электрода выполнены в виде сменных цилиндров различных диаметров.