Скважинный трехкомпонентный феррозондовый магнитометр

 

Изобретение относится к-области геофизики, а именно к измерению компонентов вектора постоянного и переменного магнитного поля в скважинах. Область преимущественного применения изобретения - геофизические поиски и разведка магнитных и электропроводящих руд путем измерения постоянного магнитного поля, создаваемого магнитными рудами, и переменного магнитного поля токов растекания низкой частоты. Цель изобретения - повьшенне точности измерений составляющих и вариаций ма гнитного поля. С этой целью скважинный трехкомпонентный феррозондовый магнитометр содержит каротажный кабель, три феррозондовых преобразователя с продольным возбуждением дифференциального типа, имеющие обмотки возбуждения, съема и компенсации , генератор возбуждения, синхронные детекторы, усилители, интегратор и первый резистор обратной связи, а также регистр данных, двухпороговый компаратор, компаратор нулевого уровня, первый и второй реверсивные счетчики, тактовый генератор, первый и второй цифроаналоговые преобразователи , третий и четвертый коммутаторы, интерфейсный адаптер, регистр адреса канала и устройство управления и обработки данных. По команде устройства управления и обработки данных в регистр адреса канала записывается адрес выбираемого канала . Сигнал управления разрешает подключение обмотки возбуждения к генератору возбуждения. Выходное напряжение интегратора подается на входы двухпорогового компаратора и компаратора нулевого уровня. Выходной код первого реверсивного счетчика поступает на вход первого цифроаналогового преобразователя. Код, преобразованный в аналоговую величину, через первый резистор обратной связи и четвертый коммутатор подается на обмотку компенсации. 2 ил. с «б (Л : а СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (И) (59 4 С 01 Ч 3 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ . "ь яр е

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4022788/31-25 (22) 27.12.85 (46) 15.05.87. Бюл. У 18 (71) Уральский политехнический институт им, С.N.Êèðîâà (72) А.Л.Кушнир, А.П.Печерских, С.АаЛарионов, А.И.Человечков, В.В.Кормильцев, В.И,Уткин и А.М.Виноградов (53) 550.83(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

jj 911420 G 01 V 3/18, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1116409, кл. G Ol V 3/18, 1983. (54) СКВАЖИННЫЙ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЙ

ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР (57) Изобретение относится к области геофизики, а именно к измерению компонентов вектора постоянного и переменного магнитного поля в скважинах.

Область преимущественного применения изобретения — геофизические поиски и разведка магнитных и электропроводящих руд путем измерения постоянного магнитного поля, создаваемого магнитными рудами, и переменного магнитного поля токов растекания низкой частоты. Цель изобретения — повьппение точности измерений составляющих и вариаций магнитного поля. С этой целью скважинный трехкомпонентный феррозондовый магнитометр содержит каротажный кабель, три ферроэондовых преобразователя с продольным возбуждением дифференциального типа, имеющие обмотки возбуждения, съема и компенсации, генератор возбуждения, синхронные детекторы, усилители, интегратор и первый резистор обратной связи, а также регистр данных, двухпороговый компаратор, компаратор нулевого уровня, первый и второй реверсивные счетчики, тактовый генератор, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, третий и четвертый коммутаторы, интерфейсный адаптер, регистр адреса канала и устройство управления и обработки данных. По коф маиде устройства управления и обработки данных в регистр адреса канала записывается адрес выбираемого канала. Сигнал управления разрешает поп- С ключение обмотки возбуждения к генератору возбуждения. Выходное напряже- 2 ние интегратора подается на входы двухпорогового компаратора и компаратора нулевого уровня. Выходной код первого реверсивного счетчика поступает на вход первого цифроаналогового преобразователя. Код, преобразованный в аналоговую величину, через первый резистор обратной связи и четвертый коммутатор подается на обмотку компенсации. 2 ил.

1310765

Изобретение относится к геофизике, а именно к технике измерения компонентов вектора постоянного и переменного магнитного поля в скважинах.

Цель изобретения — повышение точности измерений составляющих и вариаций магнитного поля.

На фиг.l представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — временные диаграммы сигналов, поясняющие его работу.

Устройство содержит (фиг.l) гене- . ратор 1 возбуждения, первый 2, второй 3, третий 4 и четвертый 5 коммутаторы, первую 6, вторую 7 и третью

8 обмотки возбуждения первого, второго и третьего каналов феррозондовых преобразователей с продольным возбуждением дифференциального типа компонент магнитного поля Нх Н1. Не соответственно, а также их сигйальйые обмотки 9-11 соответственно первого, второго и третьего каналов и обмотки

12-14 компенсации первого, второго и третьего каналов, первый 15, второй

16 .и третий 17 усилители, первый 18, второй 19 и третий 20 синхронные детекторы, интегратор 21, двухпороговый компаратор 22, компаратор 23 нулевого уровня, первый 24 и второй 25 реверсивные счетчики, тактовый генератор 26, первый 27 и второй 28 цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), первый 29 и второй 30 резисторы обратной связи, регистр 31 данных, регистр 32 адреса канала, интерфейс-. ный адаптер 33, каротажный кабель 34 и устройство 35 управления и обработки данных.

Временные диаграммы сигналов, поясняющие работу устройства, представлены в виде эпюр 36-41 (фиг.2).

Стрелками указан уровень, опорного напряжения U „ .

Устройство работает следующим образом, По команде устройства 35 управления и обработки данных в регистр 32 адреса канала записывается адрес выбираемого канала, например первого

Н„. В этом случае сигнал управления, поступающий с выхода регистра 32 адреса канала на входы управления коммутаторов 2-5, разрешает подключение обмотки 6 возбуждения к первому выходу генератора 1 возбуждения, входа управления первого синхронного детектора 18 к второму выходу генератора 1 возбуждения, первого резистора 29 обратной связи к первой обмотке 12 компенсации и второго резистора 30 обратной связи к первой сигнальной обмотке 9.

В обмотке 6 возбуждения протекает импульсный ток возбуждения (эпюра

36), а на вход управления первого синхронного детектора 18 через вто® рой коммутатор 3 поступает напряжение прямоугольной формы (эпюра 38) удвоенной частоты с второго выхода генератора 1 возбуждения. На инфор15 мационный вход первого синхронного детектора 18 с первой обмотки 9 съема через первый усилитель 15 поступает сигнал второй гармоники (эпюра

37), пропорциональный величине внешнего магнитного поля. Из выходного сигнала первого синхронного детектора 18 (эпюра 39) интегратором 21 выделяется постоянная, составляющая, пропорциональная внешнему магнитному полю (эпюра 40), которая описывается выражением

U = k Н„ =- k(H„ + Н„, sin 2t), I где k — коэффициент преобразования;

Н вЂ” постоянная составляющая магIIO нитного поля, Н вЂ” амплитуда вариаций магнитХгп ного поля частоты Я .

Выходное напряжение интегратора

2l (эпюра 40) подается на входы двухпорогового компаратора 22 и компаратора 23 нулевого уровня. Пороги срабатывания двухпорогового компаратора

22 задают источниками опорных напряжений +Б„„ . Пороги срабатывания двухпорогового компаратора по магнитному полю определяют выражением иО„- ИОР

Компаратор 23 нулевого уровня работает как индикатор знака. При величине измеряемого поля Н, превышающей по абсолютной величине значение (U„ /k), двухпороговый компаратор

22 выдает сигнал разрешения счета на первый реверсивный счетчик 24 (сигнал

"0", эпюра 41). На входы синхронизации обоих реверсивных счетчиков 24 и

25 поступают тактовые импульсы с вы55 ходов тактового генератора 26, Нап" равление счета в реверсявных счетчиках 24 и 25 определяется выходным сигналом компаратора 23 нулевого

3 13107 уровня. При сигнале "1" реверсивные счетчики 24 и 25 находятся в режиме прямого счета, а при сигнале "0" — в режиме обратного счета.

Выходной код первого реверсивного счетчика 24 поступает на входы 12разрядного первого ЦАП 27. Код преоб. разованный в аналоговую величину, .через первый резистор 29 обратной связи и четвертый коммутатор 5 подается 10 на первую обмотку 12 компенсации.

Увеличение кода на выходах первого реверсивного счетчика 24 происходит до тех пор, пока ток обратной связи не скомпенсирует измеряемое поле до значения, не превьппающего по абсолютной величине (U„, /k). Как только выходной сигнал интегратора 21 становится по абсолютной величине ниже

11рор выходное напряжение двухпорого-20 вого компаратора 22 скачком изменяется от уровня 0 до уровня "1", при этом работа первого реверсивного счетчика 24 запрещается и на выходе первого ЦАП 27 сохраняется достигнутое значение тока обратной связи.

Второй контур обратной связи, состоящий из компаратора 23 нулевого уровня, второго реверсивного счетчика 25, второго ЦАП 28 и второго резистора 30 обратной связи, подключенного через третий коммутатор 4 к первой сигнальной обмотке, работает непрерывно, поскольку на второй реверсивный счетчик 25 сигнал разреше- 35 ния счета поступает постоянно. Поэтому в режиме поиска и захвата до тех пор, пока ток обратной связи с выхода первого ЦАП 27 не достигнет величины, необходимой для компенсации внешнего 10 магнитного поля с точностью до + Н „ каор второй ЦАП 28 вырабатывает непрерывно нарастающее или убывающее в зависимости от направления счета второго реверсивного счетчика 25 пилообразное напряжение. Тактовая частота для второго реверсивного счетчика 25 выбрана в 2" раэ вьппе тактовой частоты первого реверсивного счетчика 24, где n — число разрядов ЦАП 27.

В режиме слежения код на выходе второго реверсивного счетчика 25 изменяется по закону изменения внешнего магнитного поля, повторяя его вариации, в то время как код на Ьыхо- 5 де первого реверсивного счетчика 24 содержит информацию о постоянной состэвляющей внешнего магнитного поля.

65 4

В данном случае выходной код второго реверсивного счетчика 25 изменяется по синусоидальному закону. Код с первого реверсивного счетчика 24 поступает на входы старших разрядов регистра 31 данных, а код с второго реверсивного счетчика 25 — на входы его м адших разрядов. С выхода регистра 31 данных 24-разрядный код (в случае применения 12-разрядных ЦАП

27 и 28) поступает на информационную шину интерфейсного адаптера 33 и далее через каротажный кабель 34 в устройство 35 управления и обработкй данных.

Таким образом, первая ступень компенсации, состоящая из первого реверсивного счетчика 24, первого ЦАП 27 и первого резистора 29 обратной связи, обеспечивает измерение внешнего магнитного поля в пределах (+Б„

И-1 2 ) с разрешающей способностью (UA /1 ), а вторая ступень компенсации, состоящая иэ второго реверсивного счетчика 25, второго ЦАП 28 и второго резистора 30 обратной связи, позволяет измерять поля в пределах (U/2» k) с разрешающей способностью (Un> /2 1 ) .

Аналогично работает устройство в режиме измерения составляющих Н и

Н внешнего магнитного поля. Для этого из устройства 35 управления и обработки данных через каротажный кабель 34 и интерфейсный адаптер 33 в регистр 32 адреса канала подаются команды, устанавливающие режим измерения составляющей Н> (второй канал) или Н (третий канал).

Формула изобретения

Скважинный трехкомпонентный феррозондовый магнитометр, содержащий генератор возбуждения, каротажный кабель, первый резистор обратной связи, три феррозондовых преобразователя с продольным возбуждением дифференциального типа, имеющие сигнальные обмотки, обмотки возбуждения и компен-. сации, при этом первый выход генератора возбуждения подключен через первый коммутатор к обмоткам возбуждения, а второй выход через второй коммутатор подключен к входам управления трех синхронных детекторов, информационные входы которых подключены к выходам трех усилителей, входы

5 !3 которых соединены с сигнальными обмотками ферроэондовых преобразователей, при этом выходы трех синхронных детекторов подключены к входу интегратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения составляющих и вариаций магнитного поля, он содержит регистр данных, двухпороговый компаратор, компаратор нулевого уровня, первый и второй реверсивные счетчики, тактовый генератор, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, третий и четвертый коммутаторы, интерфейсный адаптер, регистр адреса канала, устройство управления и обработки дан.ных, при этом выход регистра адреса канала соединен с входами управления первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов, а вход его соединен с шиной управления интерфейсного адаптера, выход интегратора соединен с сигнальными входами компараторов, выход двухпорогового компаратора сое!

0765 6 динен с входом разрешения счета первого реверсивного счетчика, а выход компаратора нулевого уровня соединен с входами управления направлением счета первого и второго реверсивных счетчиков, выходы которых соединены с входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей и входами регистра данных, выход которого под10 ключен к информационной шине интерфейсного адаптера, соединенного двунаправленной шиной через каротажный кабель с устройством управления и обработки данных, выходы первого и !

5 второго цифроаналоговых преобразователей соединены через первый и второй резисторы обратной связи с сигнальными входами третьего и четвертого коммутаторов, которые подключены

20 к обмоткам компенсации и сигнальным обмоткам соответственно, выходы тактового генератора соединены с входами синхронизации первого и второго реверсивных счетчиков.

1310765

Фиг. 2

Составитель В.Попадько

Техред А.Кравчук Корректор Л.Пилипенко

Редактор А.Огар

Заказ 1887/42

Тираж 73) Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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