Устройство для геоэлектроразведки

 

Изобретение относится к геофизике, в частности к геоэлектроразведке с использованием нестационарных электромагнитных полей, и может быть применено для решения хозяйственных задач, связанных с изучением приповерхностного слоя Земли, в том числе антропогенных объектов. Задачей изобретения является создание высокопроизводительного устройства для геоэлектроразведки с расширенными функциональными возможностями, обеспечивающего высокие точность и разрешающую способность при поиске и локализации объектов в сложнопостроенных слабоконтрастных средах. Устройство для геоэлектроразведки, включающее генератор тока, связанный с излучающим контуром, и соединенные с согласующими устройствами n пар попарно симметричных приемных контуров, оси симметрии которых лежат в плоскости симметрии излучающего контура, содержит n дифференциальных усилителей, суммирующий усилитель, n нормирующих усилителей разностного сигнала, нормирующий усилитель суммарного сигнала и нормирующий усилитель сигнала датчика тока, а также многоканальный аналого-цифровой преобразователь, через оперативное запоминающее устройство связанный с компьютерным устройством, и таймер. При этом приемные контуры расположены так, что момент взаимоиндукции между каждым приемным контуром и излучающим контуром в непроводящем пространстве равен нулю. Применение n пар приемных контуров в сочетании с соответствующей многоканальной измерительной системой и оптимальным расположением излучающего и приемных контуров обеспечивает данному устройству высокие производительность, точность, разрешающую способность и широкие функциональные возможности. Наибольший выигрыш система дает при работе методом МПП в ранней стадии становления. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к геофизике, в частности к геоэлектроразведке с использованием нестационарных электромагнитных полей, и может быть применено для решения хозяйственных задач, связанных с изучением приповерхностного слоя Земли, в том числе антропогенных объектов.

Известно устройство для обнаружения скрытых металлических масс (а.с. СССР N 1092453, G 01 V 3/11), принятое за прототип, содержащее генератор тока, излучатель, две пары приемных катушек измерения глубины залегания, две приемные катушки поиска трассы, усилители каналов поиска трассы и измерения глубины залегания, схему амплитудно-фазового сравнения сигналов, индикатор трассы, одновибратор, блок управления, линейные детекторы, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), множительно-делительный блок, дешифратор, цифровой индикатор. При этом приемные катушки измерения глубины залегания соединены встречно-последовательно в каждой паре и подключены попарно через согласующее устройства к усилителям каналов измерения глубины залегания, оси всех приемных катушек параллельны и расположены в одной плоскости попарно симметрично относительно общей оси. Недостатком устройства является ограниченность функциональных возможностей из-за неопределенности параметров первичного электромагнитного поля, индуцирующего токи в проводящем объекте, и в связи с этим низкая точность определения глубины залегания объекта и его электрофизических параметров. Для определения глубины залегания в данном устройстве необходимо обеспечивать симметричное расположение приемных рамок относительно исследуемого объекта, что ограничивает его функциональные возможности и снижает производительность работ. Проблема осложняется при оценке электрофизических и геометрических параметров малоконтрастных объектов, а также при работе в условиях электромагнитных помех высокого уровня.

Задачей изобретения является создание высокопроизводительного устройства для геоэлектроразведки с расширенными функциональными возможностями, обеспечивающего высокую разрешающую способность при поиске и локализации объектов в сложнопостроенных слабоконтрастных средах.

Поставленная задача решается тем, что устройство для геоэлектроразведки, содержащее генератор тока, первый выход которого связан с излучающим контуром, и связанные с согласующими устройствами n пар попарно симметричных приемных контуров, оси симметрии которых лежат в плоскости симметрии излучающего контура, а также многоканальный аналого-цифровой преобразователь, согласно изобретению, содержит n дифференциальных усилителей и суммирующий усилитель, входы которого через согласующие устройства соединены с соответствующими приемными контурами, входы каждого из n дифференциальных усилителей через согласующее устройство соединены с соответствующей парой приемных контуров, а их входы - с первыми входами соответствующих нормирующих усилителей разностного сигнала, выход суммирующего усилителя соединен с первым входом нормирующего усилителя суммарного сигнала, входы многоканального аналого-цифрового преобразователя связаны с выходом нормирующего усилителя суммарного сигнала, выходами нормирующих усилителей разностного сигнала и через нормирующий усилитель сигнала датчика тока - с вторым выходом генератора тока, выходы многоканального аналого-цифрового преобразователя связаны с информационными входами оперативного запоминающего устройства, по каналу считывания данных связанного с компьютерным устройством, выход которого соединен с вторыми входами нормирующих усилителей разностного сигнала, нормирующего усилителя суммарного сигнала и нормирующего усилителя сигнала датчика тока, через шину управления компьютерное устройство связано с таймером, другой вход которого соединен с выходом сигнала синхронизации генератора тока, выходы таймера соединены со входом сигнала стробирования многоканального аналого-цифрового преобразователя, адресным входом оперативного запоминающего устройства и входом внешней синхронизации генератора тока, при этом приемные контура расположены так, что момент взаимоиндукции между каждым приемным контуром и излучающим контуром в непроводящем пространстве равен нулю.

Кроме того, целесообразно применение данного устройства, отличающегося тем, что оно содержит две идентичные пары приемных контуров, лежащих в одной плоскости, расположенные так, что оси симметрии каждой пары взаимно перпендикулярны.

Целесообразно также, чтобы момент взаимоиндукции между приемными контурами пары приемных контуров в непроводящем пространстве был равен нулю.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - 4 изображены возможные варианты расположения излучателя и приемных контуров согласно изобретению.

Устройство для геоэлектроразведки (фиг. 1) содержит плоский излучающий контур 1, связанный с первым выходом генератора тока 2, n пар попарно симметричных приемных контуров 3, оси симметрии которых лежат в плоскости симметрии излучающего контура 1 (фиг. 2). Через согласующие устройства 4 каждая пара приемных контуров 3 связана с соответствующим дифференциальным усилителем 5, при этом каждый приемный контур 3 связан с суммирующим усилителем 6. Выходы дифференциальных усилителей 5 и суммирующего усилителя 6 соединены соответственно с первыми входами нормирующих усилителей 7 разностного сигнала и первым входом нормирующего усилителя 8 суммарного сигнала. Второй выход генератора тока 2 соединен с первым входом нормирующего усилителя 9 датчика тока. Выходы нормирующих усилителей 7, 8 и 9 связаны с соответствующими входами многоканального аналого-цифрового преобразователя 10 (АЦП). Выходы многоканального АЦП 10 связаны с информационными входами оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 11, по каналу считывания данных 12 связанного с компьютерным устройством 13, выход которого связан с вторыми входами нормирующих усилителей 7 разностного сигнала, нормирующего усилителя 8 суммарного сигнала и нормирующего усилителя 9 датчика тока. Через шину управления 14 компьютерное устройство 13 связано с таймером 15, другой вход которого соединен с выходом сигнала синхронизации генератора тока 2. Первый выход таймера 15 соединен с входом сигнала стробирования АЦП 10 и адресным входом ОЗУ 11, второй выход таймера 15 соединен с входом сигнала внешней синхронизации генератора тока 2. При этом приемные контура 3 расположены так, что момент взаимоиндукции (М_ип) между каждым приемным контуром 3 и излучающим контуром 1 в непроводящем пространстве равен нулю. Определение взаимного положения контуров (имеющих преимущественно форму окружностей или прямоугольников) возможно расчетным путем (см. Немцов М.В. Справочник по расчету параметров катушек индуктивности. Энергоатомиздат. М., 1989 г.). Как правило, контура при этом располагают с перекрытием в параллельных плоскостях, и минимизация взаимной индукции М между контурами реализуется за счет неоднородности полей вблизи этих контуров, возникающих при протекании в них контурных токов.

Устройство работает следующим образом. Генератор тока 2 создает в излучающем контуре 1 периодический переменный ток (например, по методу переходных процессов - МПП - периодические прямоугольные импульсы тока). Синхронно с формируемым в излучающем контуре 1 током с датчика тока, который расположен в генераторе тока 2, на нормирующий усилитель 9 поступает сигнал, форма и амплитуда которого однозначно связаны с током в излучающем контуре 1. В варианте с внутренней синхронизацией, сигнал синхронизации с соответствующего выхода генератора тока 2 поступает на вход таймера 15. При варианте с внешней синхронизацией на вход сигнала внешней синхронизации генератора тока 2 подается соответствующий сигнал с таймера 15. Под влиянием исследуемой среды в приемных контурах 3, согласованных по комплексной нагрузке согласующими устройствами 4, наводятся сигналы ЭДС. Эти сигналы суммируются суммирующим усилителем 6, попарно вычитаются дифференциальными усилителями 5 и поступают на входы нормирующих усилителей 7 и 8. Коэффициенты усиления нормирующих усилителей 7, 8 и 9 устанавливаются по результатам анализа текущих измерений компьютерным устройством 13 такими, чтобы уровни сигналов на входах многоканального АЦП 10 могли быть измерены с заданной точностью. По сигналу синхронизации таймер 15 осуществляет дискретизацию сигналов во времени. Сигналы временной дискретизации с выхода таймера 15, который управляется компьютерным устройством 13 и обменивается с ним данными по шине 14, поступает на вход стробирования многоканального АЦП 10, который синхронно с ними осуществляет аналого-цифровое преобразование измеряемых сигналов. Результаты этого преобразователя запоминаются в буферном ОЗУ 11, объем и быстродействие которого обеспечивает требуемую временную дискретность и продолжительность непрерывной регистрации данных с учетом быстродействия компьютерного устройства 13 и канала 12 передачи в него данных из ОЗУ 11. Временная шкала для дискретизации измеряемого сигнала выбирается исходя из требуемой точности, статистические параметры режимов измерения выбираются исходя из соотношения сигнал/помеха. Результаты измерений визуализируются на компьютером устройстве 13 и используются оператором для управления процессом измерения. Количество пар приемных контуров 3 выбирают в зависимости от соотношения разноса приемных контуров 3 в паре и расстояния между параллельными профилями. Оси симметрии пар приемных контуров 3 располагают, как правило, в одной плоскости, которая делится этими осями на сектора преимущественно с равными углами с общей вершиной в точке их пересечения.

Первичные результаты измерений разностного и суммарного сигналов, а также формы и величины тока излучающего контура 1 обрабатываются компьютерным устройством 13. Оценивается достаточность и достоверность данных. По результатам интерпретации полученных данных судят о распределении проводимости в исследуемой среде.

Для определения полного градиента неоднородности исследуемой площади в ближней зоне в общем случае необходимо произвести измерения на профилях, расположенных под разными углами. Но практически достаточно произвести профилирование по двум ортогональным направлениям с учетом размеров установки и расстояний между профилями. Для реализации такой технологии площадных исследований целесообразно использовать описанную выше установку, содержащую две идентичные пары приемных контуров 3, лежащих в одной плоскости, расположенные так, что оси симметрии каждой пары взаимно перпендикулярны (фиг. 3).

При проведении детальных исследований для повышения точности определения местоположения неоднородности, авторы предлагают вариант вышеописанного устройства, отличающийся тем, что приемные контура 3, имеющие преимущественно форму прямоугольника или окружности, в паре располагают таким образом, что момент взаимной индукции (М_ип) между ними в непроводящем пространстве был равен нулю (фиг. 4). Преимущество данного варианта заключается в том, что токи, возникающие в одном из контуров пары, наводят минимальные токи в другом контуре этой пары. Такая установка позволяет повысить точность локализации поискового объекта, особенно на малой глубине.

Применение n пар приемных контуров в сочетании с соответствующей многоканальной измерительной системой и оптимальным расположением излучающего и приемных контуров обеспечивает более высокую производительность, точность, разрешающую способность и широкие функциональные возможности патентуемого устройства. Наибольший выигрыш система дает при работе методом переходных процессов (МПП) в ранней стадии становления. Кроме того, поскольку в устройстве предусмотрено минимальное взаимное влияние излучающего и приемных контуров, оно может быть использовано без существенных изменений и при работе по методу частотного зондирования (ЧЗ).

Формула изобретения

1. Устройство для геоэлектроразведки, содержащее генератор тока, первый выход которого связан с излучающим контуром, связанные с согласующими устройствами n пар попарно симметричных приемных контуров, оси симметрии которых лежат в плоскости симметрии излучающего контура, а также многоканальный аналого-цифровой преобразователь, отличающееся тем, что оно содержит n дифференциальных усилителей и суммирующий усилитель, входы которого через согласующие устройства соединены с соответствующими приемными контурами, входы каждого из n дифференциальных усилителей через согласующие устройства соединены с соответствующей парой приемных контуров, а их выходы - с первыми входами соответствующих n нормирующих усилителей разностного сигнала, выход суммирующего усилителя соединен с первым входом нормирующего усилителя суммарного сигнала, входы многоканального аналого-цифрового преобразователя связаны с выходом нормирующего усилителя суммарного сигнала, выходами нормирующих усилителей разностного сигнала и через нормирующий усилитель сигнала датчика тока с вторым выходом генератора тока, выходы многоканального аналого-цифрового преобразователя связаны с информационными входами оперативного запоминающего устройства, по каналу считывания данных связанного с компьютерным устройством, выход которого соединен с вторыми входами нормирующих усилителей разностного сигнала, нормирующего усилителя суммарного сигнала и нормирующего усилителя сигнала датчика тока, через шину управления компьютерное устройство связано с таймером, другой вход которого соединен с выходом сигнала синхронизации генератора тока, выходы таймера соединены с входом сигнала стробирования многоканального АЦП, адресным входом оперативного запоминающего устройства и входом внешней синхронизации генератора тока, при этом приемные контуры расположены так, что момент взаимоиндукции между каждым приемным контуром и излучающим контуром в непроводящем пространстве равен нулю.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит две идентичные пары приемных контуров, лежащих в одной плоскости, расположенные так, что оси симметрии каждой пары взаимно перпендикулярны.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что момент взаимоиндукции между приемными контурами в паре приемных контуров в непроводящем пространстве равен нулю.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4