Устройство для регистрации амплитуд при акустическом каротаже скважин

 

. /

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 533897

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.07.74 (21) 2050046/25 (51) М. Кл а G 01Ч 1/40 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.10.76. Бюллетень № 40

Дата опубликования описания 18.10.76 (53) УДК 550.834(088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

А. А. Сержантов, П. А. Прямов и В. П. Майоров

Всесоюзный научно-исследовательский и проектноконструкторский институт геофизических исследований геолого-разведочных скважин (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ АМПЛИТУД

ПРИ АКУСТИЧЕСКОМ КАРОТАЖЕ СКВА)КИН

Изобретение относится к технике регистрации амплитуд упругих волн при акустическом каротаже скважин.

Известны устройства, служащие для регистрации ам плитуд при акустическом каротаже. Эти устройства содержат приемник акустических сигналов, усилитель, схему, выделяющую .первое вступление сигнала, например селектор, преобразователь, преобразующий амплитуду первого вступления в длительность прямоугольных импульсов (1), либо в постоянный ток (2). Однако, указанные устройства имеют небольшой динамический диапазон, не позволяющий регистрировать с достаточной степенью точности сигналы с малыми амплитудами.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является схема регистрации амплитуд при акустическом каротаже (3), которая содержит приемник, усилители, ждущий мультивибратор (одновибратор), вырабатьквающий импульс «окна», который управляет селектором, выделяющим первое вступление, преобразователь (выпрямитель) и регистратор.

Основным узлом этой схемы, влияющим на динамический диапазон и чувствительность всей ап|паратуры, является преобразователь амплитуды акустического сигнала в постоянный ток. Вольтамперная характеристика преобразователя имеет нелинейный участок в области малых сигналов, в результате чего слабые сигналы действуют в области отсечки и преобразователь оказывается нечувствительным к слабым сигналам. По известным выражениям можно оценить ошибку измерений при любом отношении амплитуды полезного сигнала к напряжению отсечки. Так при десятикратном превышении

10 амплитуды, действующей на входе .преобразователя, над напряжением отсечки (минимальное напряжение отсечки диодов и транзисторов 0,15 — 0,25 в) ошибка измерений доходит до 10 — 15%, а в области двухкратного

15 превышения — она составляет 60 — 65%.

Ошибку измерений можно снизить за счет введения дополн ительного усиления сл абых сигналов. При этом, амплитуда на входе преобразователя должна превышать примерно

20 на порядок напряжение отсечки. В этом случае в средах с малым .поглощением акустического сигнала (карбонатный разрез, незацементированные колонны) амплитуда на входе преобразователя увеличится и может

25 достигнуть 300 — 400,в. А это ведет к дополнительным трудностям по реализации как самого преобразователя, так и предварительного усилителя.

Целью изобретения является повышение

30 чувствительности к слабым сигналам, расши533897 рение динамического диапазона и:повышение точности регистрации амплитуд акустических сити алов.

Для этого в устройство введены второй преобразователь, схема вычитания и стабилизатор-регулятор селектирующего импульса, вход которого соединен с выходом одновибратора, а выход — со вторым преобразователем, выходы же преобразователей соединены схемой вычитания с регистратором.

Сущность изобретения заключается в том, что выделенный полезный сигнал прямоугольным импульсом определенной амплитуды и длительности, сн имаемым с выхода селектора, выводится на линейный участок вольтамперной характеристики, преобразуется в постоянный ток, затем регистрируется с компенсацией постоянной соста вляющей таким же прямоугольным импульсом.

Фиг. 1 поясняет эффективность преобразования амплитуд слабых сигналов в постоянный ток от действия прямоугольных импульсов, выводящих рабочую точку преобразователя на линейный участок характеристики. Здесь 1 — вольт-ам|перная характеристика, 2 — область нелинейности и малой чувствительности вольт-амперной характеристики, 3 — область линейности и высокой чувствительности, 4 — величина входного сигнала на преобразо|вателе соответственно при отсутствии и наличии импульса, сдвигающего рабочую точку на линейный участок, 5— амплитуда управляющего импульса, 6, 7— величина полезного сигнала на выходе преобразователя и на входе накопителя соответственно при отсутствии и при наличии управляющих импульсов, 8 — величина тока от действия управляющих импульсов, На фиг. 2 дана блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из приемника акустических сигналов 9, усилителя-ограничителя

10, предварительного усилителя 11, одновибратора 12, подключенного к селектору 13, схемы 14, обеспечивающей преобразование полезного сигнала .в постоянный ток, содержащей преобразователи 15 и 16, стабилизатор-регулятор 17, вычитающее устройство 18 и регистратора 19.

Основными узлами, влияющими на динамический диапазон устройства, являются селектор 13 и преобразователи 15 и 16,,подключенные через схему вычитания 18 к регистратору 19. При этом выход селектора 13 связан со входом преобразователя 15, а выход одновибратора 12 — со входом преобразователя через стабилизатор-регулятор 17.

Схема селектора 13 изображена на фиг, 3, где 20 — полезный сигнал, подаваемый на вход селектора, 21 — селектирующий импульс, вырабатываемый одновибратором 12, 22 — сигнал, получаемый на выходе селектора. Селектор построен на транзисторах 23, 24, 25 с гальван ичеокой связью, имеющих общую эммитерную нагрузку 26 и два неза ви5

25 зо

55 оо

65 симых входа, а также делители напряжения

27, 28 и 29, 30. Вход транзистора 23 соединен с выходом усилителя 11, а вход транзистора 25 — с выходом одновибратора 12.

Транзисторы 23 и 24 включены по схеме составного эмиттерного .повторителя, для того, чтобы увеличить коэффициент усиления по мощности.

Сигнал с приемника 9 посту пает с одной стороны на усилитель-ограничитель 10, затем на одно вибратор 12, формирующий прямоугольный импульс, обеспечивающий прохождение на преобразователь первого вступления акустического сигнала, с другой — на предварительный усилитель 11, с выхода которого он подается на вход селектора 13 (сигнал 20, фиг. 3). В исходном состоянии транзисторы 23 и 24 селектора закрыты, а

25 открыт. Величина запирающего напряжения определяется делителями напряжений

27, 28 и 29, 30, т. е. напряжение смещения на базе транзистора 25 неаколько больше смещения на транзисторах 23, 24, на вход транзистора 25 поступает прямоугольный импульс

27, вследствие чего транзистор закрывается, а транзисторы 23 и 24 открываются. Параллельно резистору 28 включается входное сопротивление транзисторов 23, 24. Так как это входное сопротивление у составного эмиттерного повторителя достигает большой величины (в 50 — 100 раз больше сопротивления делителя), то напряжение на базе транзистора 23 не изменится и, следовательно, с выхода селектора при отсутствии полезного сигнала будет сниматься прямоугольный импульс с амплитудой, равной разности напряжений на базах транзисторов 23, 24:и 25, т, е. равной отпирающему напряжению транзисторов 23, 24. При малом входном сопротивлении транзисторов 23 и 24 на их базе может возникнуть перепад напряжения в момент воздействия селектирующего импульса, а это ведет к изменению режима предыдущего каскада и к появлению нелинейности. Использование составного транзистора исключает такое явление. При воздействии сигнала

20 на входы транзисторов 23, 24 с выхода селектора (фиг. 3) снимается сигнал 22, наложенный на прямоугольный импульс, стабилизированный по амплитуде. Амплитуда этого прямоугольного импульса не зависит от амплитуды управляющего импульса, изменения температуры окружающей среды и равна разности напряжений между входными цепями селектора. Стабильность выходной амплитуды прямоугольного импульса обеспечивает стабильность выходного постоянного тока на выходе преобразователя от воздействия этого импульса. На вход преобразователя 15 подается измеряемая амплитуда с прямоугольным импульсом 22, на вход преобразователя

16 только прямоугольный импульс 21. В результате действия прямоугольного импульса, рабочая точка преобразователя выводится на более крутой и линейный участок вольт533897

Фиг. 1 амперной характеристики и осуществляется усиление амплитуды полезного сигнала по мощности. Величина этой амплитуды может быть в несколько раз больше (или соизмерима) величины полезного сигнала малой амплитуды, поэтому, чтобы полезно использовать диаграммную бумагу, ввод ится компенсация постоянной составляющей такими же прямоугольными импульсами. Вследствие того, что преобразователь работает в режиме вычитающей схемы, компенсация постоянного тока, полученного от воздействия прямоугольного импульса, не зависит от колебаний напряжения источника питания, частоты посылок излучателя, температуры окружающей ареды. Использование в аппаратуре акустического каротажа предлагаемого устройства для регистрации амплитуд позволило по сравнению с известными разработками расширить динамический диапазон с 30—

40 дб до 60 дб и более в сторону малых амплитуд, что позволило, в свою очередь, использовать усилители в сиважинном приборе и в наземной панели с малым коэффициентом усиления, а последний фактор ведет к уменьшению собственных шумов усилителя.

Формула изобретения

Устройство для регистрации амплитуд при акустическом каротаже скважин, содержа5 щее приемник акустических сигналов, усилители, одновибратор, селектор, подключенный к преобразователю и регистратор, о т л и ч аю щее ся тем, что, с целью повышения чувствительности к слабым сигналам, расширеl0 ния динамического диапазона и повышения точности регистрации амплитуд, в него введены второй преобразователь, схема вычитания и стабилизатор-регулятор селектирующего импульса, вход которого соединен с вы15 ходом одновибратора, а выход — со вторым преобразователем, выходы же преобразователей соединены с помощью схемы вычитания с регистратором.

Источники информации, принятые во вни20 мание при экспертизе:

1. Патент СШЛ No 3251029, кл. 340 †, 1966.

2. Патент США Хо 3270833, кл. 740 — 18, 1966.

25 3. Патент CIIIA _#_ 3270316, кл. 340 — 18, 1966.

533897

Фиг. 2

Корректор Л. Денискина

Редактор Н. Коляда

Заказ 2257/20 Изд. № 1695 Тираж 690 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Э. Терехова

Техред М. Семенов

Л"