Устройство для геоэлектроразведки

 

0О 560l96

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.10.74 (21) 2068907/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.05.77. Бюллетень № 20

Дата опубликования описания 22.0б.77 (51) М. Кл. - G 01V 3,106

< осударственный комнте

Саавта Министроа СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 550.837.2 (088.8) (72) Авторы изобретения

Э. С. Кочанов, В. Д. Ларионов и Е. Ф. Зимин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

Изобретение относится к области геоэлектроразведки, а именно к устройствам для нахождения удельной электропроводности проводящих сред, в частности морской воды океанов и морей.

Известно устройство для определения удельной электропроводности проводящих сред, в частности морской воды.

Это устройство содержит задающие датчики электромагнитного поля, через которые пропускают ток в исследуемую среду, и приемные датчики электромагнитного поля, принимающие сигналы, несущие информацию об электропроводности исследуемой среды. Недостатком указанного устройства является низкая точность результатов измерения.

Известно другое устройство для геоэлектроразведки, позволяющее измерять электромагнитные поля в проводящих средах. Устройство состоит из датчиков, представляющих собой тороидальную катушку со стержнем, усилителей и регистраторов. Использование индуктивных датчиков позволяет исключить влияние приэлектродных явлений, однако связано с затратами мощности на создание рабочего тока.

Известно также устройство, позволяющее работать с естественными электромагнитными полями земли(моря), состоящее из датчика чассивного типа, выполненного в виде тороидальной катушки с проводящим стержнем, снабженным сгустптелем, согласующего трансформатора, усилителя и регистратора.

Последнее из указанных выше устройств

5 является наиболее близким к изобретению.

Недостатком этого устройства является то, что оно позволяет измерять плотность тока в заданной точке пространства, а для расчета удельной электрической проводимости недо10 стает сведений о напряженности электромагнитного поля, создаваемого этим током. Поэтому известное устройство не позволяет однозначно определить проводимость изучаемой среды.

15 Целью изобретения является увеличение точности измерений и получение однозначных величин электропроводности изучаемых сред путем одновременного замера на одной установке, помешасмой в заданную точку среды, 20 напряженности э.1ектромагннтного поля и плотности тока, создающего это поле.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для геоэлектроразведки датчик плотности тока снабжен допо 1нптельны м э1ектро25 дом, установленным на диэлектрическом стержне и расположенным по главной осп сгустителя, и устройство содержит канал измерения электрической напряженности, включающий дополнительный электрод н сгуститель тока, 30 согласую|ций трансформатор и логаппфмнчс560196

10 (2) 45

50 (4) 55

00 т тд

U= Ко1п эд (6) ский усилитель, а перед регистратором введен блок вычитания, два входа которого соединены через логарифмические усилители соответственно с тороидальной катушкой и каналом измерения электрической напряженности.

Принципиальная возможность определения проводимости обуславливается существованием плотности тока проводимости, вызванного воздействием этих полей и зависящего от удельной электропроводности среды (дифференциальный закон Ома) о=аЕ, (1) где о — плотность тока проводимости;

E — напряженность естественного (или промышленного) электрического поля

Земли.

Если в заданной точке пространства одновременно замерить плотность тока проводимости и напряженность поля, то в соответствии с формулой (1) удельная электропроводность среды находится делением двух найденных величин. где о — удельная электропроводность исследуемой среды.

С целью увеличения чувствительности и улучшения соотношения сигнал/шум измерительная система «сгуститель — дополнительный электрод» согласуется со входом усилителя через согласующий трансформатор. В качестве усилителей измерителя плотности тока (о) и напряженности электрического поля (E) выбраны логарифмические усилители, что позволяет в дальнейшем применить простейшее вычитающее устройство и подать сигнал на регистратор удельной электропроводности (например, стрелочный прибор с логарифмической шкалой) .

Так как электромагнитное поле Земли формируется глобальной системой эндовибратора «Земля †ионосфе», то для него характерно наличие трех четко выраженных полей резонанса Шумана на частотах

fI=7 — 8 Гц; f — — 14 — 16 Гц; f3 — — 21 — 24 Гц или в случае близко расположенных промышленных предприятий — существование поля промышленной частоты. Электромагнитное поле Земли в силу глобального характера формирования является однородным на значительных пространствах и зависит лишь от электропроводности подстилающих структур

Земли (моря).

С целью улучшения соотношения сигнал— помеха и упрощения измерений входные цепи датчика (тороидальная катушка измерителя плотности тока, входные и выходные цепи согласующего трансформатора измерителя напряженности поля) настроены в резонанс на

Шумановские частоты электромагнитного поля Земли или на промышленные частоты энергосети.

З0

На фиг. 1 схематически изображено предложенное устройство; на фиг. 2 — блок-схема устройства; на фиг, 3 — схема устройства для измерения электропроводности морской воды.

Устройство состоит из двух металлических сгустителей 1 и 2, разделенных диэлектрической прокладкой 3 и соединенных металлическим стержнем 4, и электрода 5 (металлический шар с кадмированной поверхностью), соединенного диэлектрической трубой 6 со сгустителем 2.

На металлическом стержне 4 расположена тороидальная измерительная катушка 7, концы которой связаны с входом логарифмического усилителя 8. Выход логарифмического усилителя соединен с вычитающим устройством 9. Внутри диэлектрической трубы 6 от электрода 5 проходит соединительный провод

10 к одному из концов первичной обмотки согласующего трансформатора 11, второй конец первичной обмотки этого трансформатора соединен со сгустителем 2. Вторичная обмотка согласующего трансформатора 11 соединена со входом второго логарифмического усилителя 12, выход которого — — с вычитающим устройством 9.

Выходные концы с вычитающего устройства

9 с помощью соединительного кабеля 13 выводятся из корпуса датчика через сальник 14.

При внесении устройства в исследуемое пространство под воздействием переменного электрического поля Земли (моря, океана) через сгустители 1 и 2 и стержень 4 протекает переменный ток, пропорциональный плотности тока производимости в среде. На концах тороидальной катушки 7, индуктивно связанной со стержнем 4, возникает напряжение, пропорциональное напряженности поля Ео, удельной электропроводности среды о и константе датчика Ктд, зависящей от параметров и геометрии катушки 7 и сгустителей 1 и 2 бртд — титл Lo °

С другой стороны, между сгустителем 2 и дополнительным электродом 5 под воздействием того же поля возникнет напряжение U», пропорциональное только напряженности действующего поля Ео и коэффициенту преобразования К» (с учетом согласующего трансформатора 11) электродного датчика: 7вл — вл Ею °

Очевидно, что отношение сигналов тд т.тл эд эд пропорционально только постоянным датчиков (К,;, и К» и удельной электропроводности среды. Указанная операция в устройстве осуществляется с помошью двух логарифмических усилителей 8 и 12 вычитающего устройства 9, выходной сигнал с которого будет равен

560196

1 7 .7 где Ao — коэффициент усиления логарифмических усилителей 8 и 12. Сигнал (6) поступает в дальнейшем на регистратор 15 с логарифмической шкалой. Для улучшения соотношения сигнал/помеха входные цепи измерителя плотности тока (тороидальная катушка

7) и электродного измерителя (первичная обмотка трансформатора 11 и дополнительный электрод 5) настраиваются в резонанс на Шумановские частоты естественного переменного электрического поля Земли (моря) или на промышленные частоты энергосети. Настройка может быть осуществлена либо с помощью вспомогательной регулируемой емкости либо с помощью специально намотанного трансформатора, учитывающего существующую емкость двойного электрического слоя на сгустителе 2 и электроде 5.

На фиг. 3 представлена схема использовавания предлагаемого устройства для измерения электропроводности морской воды с исследовательского судна 1б.

При измерениях на ходу используется буксируемая система, состоящая из датчика 17, стабилизатора 18 и соединительного кабеля 19. При стоповых измерениях система состоит пз груза 20, датчика 21 и соединительного кабеля 21.

Формула изобретения

Устройство для геоэлектроразведки, содержащее пассивный датчик плотности тока естественного электромагнитного поля Земли в виде тороидальной измерительной катушки со сгустителями тока, логарифмический усилитель и регистратор, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерений и получения однозначных величин электропроводности изучаемых сред, датчик плотности тока снабжен дополнительным электродом, 1 установленным на диэлектрическом стержне и расположенном по главной осп сгустителя, устройство содержит канал измерения напряженности естественного электромагнитного поля Земли, включающий дополнительный элек20 трод и сгуститель тока, согласующий трансформатор и логарифмический усилитель, а перед регистратором введен блок вычитания, два входа которого соединены через логарифмические усилители соответственно с тороидальной

25 катушкой и каналом измерения напряженности электромагнитного поля Земли.

560196

11

I I

Р а. У

Составитель И. Воскобойников корректор Л. Денискина

Тскред Л. Денискина

Редактор В. Левятов

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1382/14 Изд. ¹ 482 Тираж 725 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, )K-35, Раушская паб., д. 4 5