Способ фиксации базового уровня импульсного сигнала и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к ядерной электронике, а именно к каротажным гаммаспектрометрическим системам с импульсными нейтронными излучателями . Цель изобретения - повьшение точности за счет подавления квазисинусоидальной помехи В устройство ;введена цепь из последовательно сое-, диненных дифференцирующего.усилителя и блока выборки - хранения, вход которой подключен к выходу интегрируИзобретение относится к ядерной электронике, а именно к каротажным гаммаспектрометрическим информационно-измерительным системам, работающим с импульсными нейтронными излучателями . Целью изобретения янляется повышение точности за счет подавления квазисинусоидальной помехи в течеющего усилителя и выход - к входу интегрирующего усилителя через введенный замыкаемый контакт управляемого ключа. Сигнал на выходе дифференцирующего усилителя и на прямом входе операционного усилителя 8 будет повторять сигнал помехи, а пбмеха на выходе последнего будет практически отсутствовать, при этом дифференцирующий усилитель вычисляет производную входного сигнала, т.е. осуществляет прогноз помехи, а это значение запоминается в блоке выборки - хранения. При поступлении на вход информационного сигнала замыкается замыкаемый контакт управляемого ключа, при этом спрогнозированное значение помехи с выхода блока выборки - хранения поступает на прямой вход операционного усилителя и вычитается из входного сигнала, содержащего информационное сообщение и помеху, что позволяет подавить квазисинусоидальную помеху и снизить искаж1ение амплитудного спектра информационного сигнала. 2 с,п. ф-лы, 2 ил. ние интервалов времени передачи информационных импульсов. Данный способ позволяет выделять импульсы пуассоновского потока на фоне квазисинусоидальной помехи практически без искажения закона амплитудного распределения потока импульсного потока. Такой сигнал имеет место при импульсном нейтронном каротаже скважин, когда на имi (Л со. О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) : 1А ...:;.:,, ИВА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 3997552/24-25 (22) 23.12.85 (46) 23.07.89. Бюл. я= 27 (71) Физико-механический институт им, Г.В.Карпенко (72) О.П.Бухало, А.А.Старинский и P.Ô.Ôåäoðèâ (53) 550.835(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 529539, кл, G 01 Т 7/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

У 1082154, кл. G 01 V 5/04, )974. (54) СПОСОБ ФИКСАЦИИ БАЗОВОГО УРОВНЯ

ИМПУЛЬСНОГО СИГНАЛА И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к ядерной электронике, а именно к каротажным гаммаспектрометрическим системам с импульсными нейтронными излучателями. Цель изобретения — повышение точности эа счет подавления квазисинусоидальной помехи. В устройство

;введена цепь из последовательно сое-. диненных дифференцирующего усилителя и блока выборки — хранения, вход ко- торой подключен к выходу интегрируИзобретение относится к ядерной электронике, а именно к каротажным гаммаспектрометрическии информационно-измерительным системам, работающим с импульсными нейтронными излучателями.

Целью изобретения является повышение точности эа счет подавления квазисинусоидальной помехи в тече(51) 4. С 01 Т 7/00, G О1 V 5/04

2 ющего усилителя и выход — к входу интегрирующего усилителя через введенный эамыкаемый контакт управляемого ключа ° Сигнал на выходе дифференцирующего усилителя и на прямом входе операционного усилителя 8 будет повторять сигнал помехи, а помеха на выходе последнего будет практически отсутствовать, при этом дифференцирующий усилитель вычисляет производную входного сигнала, т.е. осуществляет прогноз помехи, а это значение запоминается в блоке выборки — хранения. При поступлении на вход информационного сигнала замыкается замыкаемый контакт управляемого ключа, при этом спрогнозированное значение помехи с выхода бло ка выборки — хранения поступает на прямой вход операционного усилителя и вычитается иэ входного сигнала, содержащего информационное сообщение и помеху, что позволяет подавить квазисинусоидальную помеху и снизить иская(ение амплитудного спектра информационного сигнала. 2 с,п, ф"лы, 2 ил. ние интервалов времени передачи информационных импульсов.

Данный способ позволяет выделять импульсы пуассоновского потока на фоне квазисинусоидальной помехи практически без искажения закона амплитудного распределения потока импульсного потока, Такой сигнал имеет место при импульсном нейтронном каротаже скважин, когда на имз 13640 пульсный поток (передаваемый по одной из жил каротажного кабеля) накладываются квазисинусоидальная наводка, обусловленная питанием импульсного нейтронного излучателя переменным потоком по двум остальным жилам кабеля.

Необходимость устранения искажений амплитудного распределения передаваемого импульсного. сигнала обусловлена тем обстоятельством, что в нем содержится информация об энергетическом распределении гамма-квантов, возбуждаемых нейтронным импульсом s веществе околоскважинного пространства. При непосредственной регистрации многоканальным амплитудным анализатором указанного информационного импульсного сигнала, его 20 амплитудное распределение .будет

"размыто" квазисинусоидальной помехой, что не позволит выделить пики фотопоглощения исследуемого гаммаизлучения, а следовательно, не дает 25 возможности производить качественный и количественный анализ элементого состава вещества околоскважинного пространства. Для сохранения амплитудного спектра передаваемого им- 30 пульсиого сигнала компенсация помехи должна осуществляться для каждого иэ передаваемых импульсов, причем иэ амплитудного значения импульса должно вычитаться не усредненное значение помехи (равное нулю в данном, случае), а ее прогнозируемое реальное значение.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для фиксации 40 базового уровня импульсного сигнала,.а на фнг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу. !

Устройство содержит входную шину 1, разделительный конденсатор 2, 45 согласующий резистор 3, дифференцирующий усилитель 4, операционный усилитель 5, блок выборки хранения

6, блок задержки 7, управляемый к 8, интегриру щ и у т ь 9 50 и блок формирования импульсов блокировки 10.

Разделительный конденсатор 2, один вывод которого является входом устройства и подключен к входной шине 1, подключен другим выводом через согласующий резистор 3 к общей шине (на чертеже позицией не обозначена) и к инвертирующему вхо14 а ду операционного усилителя 5, выход которого подсоединен через блок,формирования импульсов блокировки 10 к управляющему входу управляемого ключа 8 и через последовательно соединенные блок задержки 7 и раэмыкаемый контакт управляемого ключа 8 к входу интегрирующего усилителя 9, подключенного к прямому входу операционного усилителя 5 и через дифференцирующий усилитель 4 - к информационному входу блока выборки-хранения 6, управляющий вход которого соединен с управляющим входом управляемого ключа 8, а выход подклю-! .чен через замыкаемый контакт управ ляемого ключа 8 к входу интегрирующего усилителя 9, Блок формирования импульсов блокировки 10 содержит входной резистор 11, подключенный к инвертирующему входу операционного усилителя 12, Анод диода 13 и катод диода 14 соединены с выходом операционного усилителя 12, а катод диода 13 и анод диода 14 через резисторы 15 и 16 сортветственно, подключены к инвертирующему входу операционного усилителя 12, прямой вход которого соединен с общей шиной. Катод диода 13 и анод диода 14 подключены к прямому входу комцаратора 17 и к инвертирующему входу компаратора 18 соответственно, Инвертирующий вход компаратора 17 и прямой вход компаратора 18 соединены с клеммами 19 и 20, на которые подаются опорные уровни положительного и. отрицательного напряжений соответственно, меньшие по абсолютной величине минимальной амплитуды информационных импульсов напряжения. При появлении на входе блока формирования импульсов блокировки )О положительного импулъса срабатывает компаратор 17, а при появлении отрицательного — компаратор 18. Положи- . тельные импульсы компараторов 17 н

18 объединяются в элементе ИЛИ 21, выходной сигнал .которого .запускает одиовибратор 22, длительность выходного импульса которого выбирается несколько большей (на время задержки в блоке задержки 7) длительности, информационных импульсов напряжения

На выходах 23 и 24 блока формирования импульсов блокировки 10 возникают соответственно разделенные по.ложительные и"отрицательные информа30

- . — -= -А (t„) д с.

R C

В. „I С9-3

5 13 ционные импульсы, которые подаются далее на обработку в дифференциальные амплитудные анализаторы. На выходах 25 и 26 появляются положительные импульсы, свидетельствующие о принадлежности очередного импульса первому {выход 25), либо второму (выход 26) информационному каналу (детектору).

Блок задержки 7 задерживает информационные импульсы на время срабатывания управляемого ключа 8 и предотвращает их прохождение на вход интегрирующего усилителя 9.

На фиг. 2 изображены следующие сигналы: на диаграмме 27 . — квазисинусоидальная помеха на входной ши-. не 1; на диаграмме 28 — информационный импульсный сигнал на входной шине 1; на диаграмме 29 — сигналы на выходе блока формирования импульсов блокировки 10; на диаграмме 30 — импульсы сигнала помехи, возникающие на выходе операционного усилителя 5 при прохождении информационных импульсов напряжения и складывающиеся по амплитуде с последними; на диаграмме 31 — импульсы компенсации прогнозируемого сигнала помехи, вычитающиеся из суммы сигнала и помехи на выходе операционного усилителя 5.

Устройство работает следующим образом.

В отсутствие информационных импульсов управляемый ключ 8 находит.ся в положении, указанном на фиг. 1.

При этом устройство восстанавливает базовый уровень и компенсирует квазисинусоидальную помеху A(t) с пос тоянной времени = К,Сд

Rg,< и Сдд сопрбтивление и емкость элементов соответственно резистора и конденсатора интегрирующего усилителя 9, а К вЂ” коэффициент усиления операционного усилителя 5 по первоR му входу, причем К = — †. При дос

К 5.4 таточно . высоком быстродействии устройства фиксации базового уровня (а (Т, где Т вЂ” период квазисинусоидальной помехи) помеха на выходе операционного усилителя 5 будет практически отсутствовать, а сигнал на прямом входе операционного усилителя 5 и на входе дифференцирующего усилиК теля 4 с коэффициентом будет

К + 1 повторять сигнал помехи A(t). Диф64014 6 ференцирующий усилитель 4 вычисляет производную входного сигнала, т.е. осуществляет линейный прогноз изменения сигнала помехи. При этом напря5 жение на его выходе

К

U = К С А (t).

Пусть в момент t появился очеред10 ной информационный импульс {диаграмма 28 на фиг. 2), при этом под действием выходного импульса блока формирования импульсов блокировки

10 длительностью 4 (диаграмма 29 на фиг. 2) замкнется на время действия импульса эамыкаемый контакт управляемого ключа 8. Одновременно в блоке выборки — хранения 6 будет зафиксировано (на время Ю) напряже20 ние

U)(t ) — — — R С А (t ), 1 К I

К + ) 3 Фf

Это напряжение поступает на вход интегрирующего усилителя 9, на выходе которого напряжение будет изменяться по закону

U (t + д1} = — — -A(t„) +

К К

g a K+1 " К+1 где 0 ipt

При условии R,> С4., = R< < С сигнал компенсации прогнозируемой помехи на выходе операционного усилителя 5 будет иметь вид (диаграмма

31 на фиг. 2):,П -(" ) + д" =* CA(t, + А (с)дфоп

В это же время сигнал помехи на выходе операционного усилителя 5

45 (диаграмма 30 на фиг. 2)

U, (с,+ A t) -KA(t„ + ht) Алгебраическая сумма значений сиг50 нала помехи и сигнала компенсации на выходе операционного усилителя 5 имеет вид:

aU(t;+ at) = .U (t +at) + U (t„+ дС)=

5 ь

KEA{t„ + А (t„ )дс — A(t„.+ д )).

Разлагая последний член в квадратных скобках в ряд Маклорена и ограничи1364014 ваясь квадратичным членом разложения, получаем

hU(t„+ h,t) -А (t;) (Д1) Если A(t) A sin(et, то.hU(t;+ 6t)(— (eat) Isinst)C

Ао

2 10

+ -(Ма)

При отсутствии компенсации прогнозируемого значения помехи, что имеет место в прототипе, погрешность фик.сации базового уровня будет обусловлена в основном линейным членом разложения, т.е.

lnU(t;+ et)l " lA(t„- A(t„+ Ьй )l 20 и lA (t;)bt А,иlвй )cosset„. l (А td4t °

1, Способ фиксации базового уровня импульсного сигнала, состоящий в том, что производят компенсацию помехи в интервалах между импульсами информационного сигнала, путем вычитания .из текущего значения помехи сигнала, пропорционального измеренному ее значению, о.т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности, в момент прохождения

45. Поскольку в. реальных условиях и =

2 71 °,10зc-4, а 9 = 10 с, то предлагаемое устройство обеспечивает подавление синусоидальной помехи A(t) по сравнению с прототипом в

2 — й32 (раза), а подавление реально воздействующей квазисинусоидальной помехи обеспечивается более, чем на порядок.

Формула и з о б р е т е н и я

35 импульсов информационного сигнала для вычитания используют сигнал, спрогнозированный по значению помехи в интервале между импульсами информационного сигнала.

2. Устройство для фиксации базового уровня импульсного сигнала, содержащее разделительный конденсатор, один вывод которого является входом устройства, операционный, усилитель, элемент задЕржки, общую шину, интегрирующий усилитель, блок формирования импульсов блокировки, первый и второй выводы которого являются соответствующими выходами устройства, управляемый ключ с размыкаемым контактом и согласующий резистор, один вывод которого соединен с общей шиной и другой вывод подключен к другому выводу разделительного конденсатора и к инвертирующему входу операционного усилителя, подсоединенного выходом к входу блока формирования импульсов блокировки.и через последовательно соединенные элемент задержки и размыкаемый контакт управляемого ключа к входу интегрирующего усилителя, выход которого подключен к прямому входу операционного усилителя, а третий выход блока форми-: рования импульсов блокировки соединен с управляющим входом управляе-: .мого ключа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, в непо введены дифференцирующий усилитель и блок выборки— хранения, а управляемый ключ выполнен двухполюсным и снабжен замыкаемым контактом, подсоединенным входным выводом к выходу блока выборки -. хранения, управляющий и информационный входы которого подключены соот-, ветственно к выходам блока формирования импульсов блокировки и дифференцирующего усилителя, подсоединенного входом к выходу интегрирующего .усилителя.

13640!4

Составитель В. Костюхин

Техред М.Моргентал Корректор Т, Колб

Редактор Н. Коляда

Тнржк 483

Заказ 4901

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по .изобретениям и открытиям цри ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,,101