Устройство для геологоразведки

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ к ьвтовскомю сви юаюльств . Союз Советскик

Социалистических

Реслублик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (2", Заявлено 170479 (21) 2755415/18-25 м g ç

G 01 V 3/12 с присоединением заявки No

1 (23) Приоритет

ГосударственныЯ комнтет

СССР но делам нзобретеннЯ н открытн Я

Опубликовано 2302.81. бюллетень HQ 7

Дата опубликования описания 03. 03. 81 (5З) УДК 550.837 (088.8) (72) Авторы изобретения

И.М.Бучма, .Е.М.Ершов, И.П.Калынюк, В.Ф.Лацдав..ПЯ,,МИзцщ и В.М.Поджарый

Д Ф

1 Y

В

Физико-механический институт AH Украинской CCP (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЭВЕДКИ

Изобретение относится к электроразведочным устройствам для поиска полезных ископаемых индуктивными методами с использованием гармонически изменяющихся электромагнитных

% полей и может быть также использовано в электроизмерительной технике в качестве указателя для индикатора малых квадратурных составляющих гармонических сигналов.

Известно устройство для геоэлектроразведки, используемое для измерения полуосей эллипса поляризацни магнитного поля, состоящее из схемы векторного преобразования, содержа- 1з щей входные ортогональные магнитоприемники, предварительные усили-. тели, свадратурный.фазовращатель и суммо-разностную схему, и дифференциального амплитудного указателя 20 коммутационного типа, содержащего последовательно соединенные коммутатор, усилитель несущей частоты, детектор, избирательный усилитЕль напряжения частоты коммутации, синхронный2 выпрямитель и выходной измерительный прибор, а также генератор коммутационного напряжения, управляющий работой коммутатора и синхронного выпрямителя. на низких частотах, с 30 целью получения высокой точности и чувствительности измерений, добиваются дробного отношения частот сигналов и коммутации. Для этого генератор коммутационного. напряжения, представляющий собой делитель частоты, синхронизируют от задающего генвратора рабочих частот, на которых возбуждается первичное электромагнитное поле j1).

Известно также устройство, в котором повьааение чувствительности и точности измерений при кратных отношениях частот сигналов и коммутации достигается путем синхронизации делителя частоты, управляющего работой коммутатора и синхронного выпрямителя, одним из сигналов, действующим на одном из входов суммо-разностной схемы. В таком устройстве при синхронизации делителя частоты сигналом с одного входа суммо-разностной схемы коммутация сравниваемых сигналов производится в моменты, когда мгновенные значения их равны по модулю, но противоположны по знаку. При синхронизации делителя частоты сигналом с другого входа суммо-разностной схемы коммутация сравниваемых сигналов произ807190

Если U =U, то

Ук э

40 ..е. асимметрия коэффициентов пере ачи каналов коммутатора прямо входит как погрешность измерений.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измере45

Поставленная цель достигается ем, что в устройство, содержащее .енератор сннусоидальных сигналов генераторной петлей, вариометр с первичной и вторичной обмотками, лервая из которых соединена с генераторной петлей, измерительную петлю, совмещенную с генераторной петлей, первый избирательный усилитель, соединенный входом зз через измерительную петлю с выходом вторичной обмотки вариометра, второй избирательный усилитель, квадратурный фазовращатель, последовательно соединенные усилитель несущей частоты, детектор, состоящий из дифференциатора, двух квадраторов и сумматора, избирательный усилитель частоты коммутации, синхронный выпрямитель и измерительный прибор, а также триггерный делитель чаводится практически в моменты равенства мгновенных значений сравниваемых сигналов. Последнее является очень важным свойством схемы, поскольку тогда может быть использован двухфазный детектор, состоящий иэ дифференциатора, двух квадраторов и сумматора, позволяющий еще повысить чувствительность и точность измерений разности амплитуд выходных сигналов суммо-разностной схема, поскольку в этом случае на выходе дифференциатора Д -импульсы отсутствуют, а это значит, что. отсутствует составляющая погрешности измерений, обусловленная Р-импульсами «23.

Наиболее близким по технической 15 сущности к предлагаемому является устройство, содержащее магнитоприемник поля в виде петли, раскладываемой на исследуемой поверхности в виде квадрата со стороной 50-200 м, 2О вариометр, с вторичной обмотки которого снимается опорное напряжение, а первичная обмотка, включенная цо" следовательно с генераторной петлей, одинаковых размеров с измерительной и совмещенная с ней, подключена к генератору сииусоидальных сигналов, предварительные избирательные усилители., квадратурный фаэовращатель, суммо-разностиую схему, дифференциальный амплитудный указатель коммутационного типа, состоящий из последовательно соединенных коммутатора, усилителя несущей частоты, двухфазного детектора, включающего дифференциатор, два квадратора и сумматор, избирательного усилителя напряжения частоты коммутации, син« хроиного выпрямителя и измерительного прибора, а также генератор коммутационного напряжения, выход которого подключен к управляющим цепям коммутатора и синхронного выпрямителя «3».

В таком устройстве измеряемая квадратуриая компонента сигнала преобразуется в разность амплитуд выходных сигналов суммо-разностной схемы, разность квадратов которых измеряется дифференциальным амплитудным указателем. При выравнивании модулей. входных сигналов измеряемоxO U> и опорного U0 для квадратичного детектора управление преобразования такой схемы имеет вид и ..

arctg — и s! лЧв

Vx где 0„ - квадратурная составляющая измеряемого сигнала;

Uq - амплитуда измеряемого сигнала;

- сдвиг фаэ между измеряемым и опорным сигналом;

01„01 ф

0, 0Р— амплитуды выходных сигналов суммо-разностной схемы.

Недостаток этого устройства состоит в том, что нестабильность фазовых характеристик элементов схемы векторного преобразования, а также временная и температурная асимметрия коэффициентов перецачи каналов входного коммутатора прямо входит в погрешность измерений. При таких измерениях, если имеет место фазовая погрешность дV .схемы векторного преобразования, то

m2 àrctg — + аФ" s in (Ч +аУ)

Uê ох фаэовая погрешность схему векторного преобраэования прямо входит в погрешность измерения и является одним из основных ограничений порога чувствительности измерительного устройства.

Аналогичная ситуация. и с асимметрией коэффициентов передачи каналов коммутатора дифференциального указателя. Если коэффициент передачи одного канала коммутатора ра вен К, а другого

К (1+д К), где о К=, а л К вЂ” абсолютная раза Д,К ность (асимметрия) коэффициентов передачи каналов, то измеряемую величину m можно выразить как

К1(0+УКРЦ1 02) (1+ЕК)йу1 уа 1-Р РЯ (q+da) Vg u

807190 стоты, выход которого подключен к управляющим входам коммутатора и синхронного выпрямителя, введены инвертор и второй сумматор, причем вход инвертора подключен к выходу первого избирательного усилителя и к одному из входов коммутатора, а выход— к второму входу коммутатора, один иэ входов второго сумматора соединен с выходом квадратурного фазовращателя, второй вход этого сумматора соединен с выходом ко;.з.утатора, а выход — с входом усилителя нес,"щей частоты, вход триггерного делителя частоты подключен к выходу второго избирательного усилителя, при этом измерительная петля и вторичная обмотка вариометра включены встречно.

На Фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2-4. — векторные диаграммы положения векторов опорного напряжения, скомпенсированного, разностногои суммарного сигналов, в зависимости от периода коммутации.

Устройство содержит генератор 1 синусоидальных сигналов, генераторную петлю 2, вариометр 3, первичная обмотка которого последовательно соединена с генераторной петлей 2, измерительную петлю 4, соединенную встречно последовательно одним концом с корпусом вторичной обмотки вариометра 3, избирательный усилитель 5, вход которого соединен с выходным концом измерительной петли 4, а выход — с инвертсром б, избирательный усилитель 7, вход которого подключен к точке соединения концов вторичной обмотки вариометра. 3 и измерйтельной петли 4, квадратурный фазовращатель 8, вход которого подключен к выходу избирательного усилителя 7, а выход — к первому входу сумматора 9, коммутатор 10,входы которого подключены соответственно ко входу и выходу инвертора б, а выход — ко второму входу сумматора 9, и последовательно соединенные усилитель 11 несущей, вход которого подключен к выходу сумматора 9, двухфазный детектор, состоящий из дифференциатора

12, квадраторов 13 и 14 и сумматора

15, избирательный усилитель 16 огибающей, синхронный выпрямитель 17 и измерительный прибор 18, а так« же трйггерный делитель 19 частоты, выход которого подключен к управляющим цепям коммутатора 10 и синхронного выпрямителя 17, а вход - к выходу избирательного усилителя 7.

Устройство работает следующиМ образом.

Генератор 1 синусоидальных сигналов питает последовательно соеди-ненные генераторную петлю 2 и первичную обмотку вариометра 3 током сумматора 9. Сигнал со встречно последовательно включенных вторичной

15 обмотки вариометра 3 и измерительной петли 4 с частично компенсированной синфазной составляющей подается на вход избирательного усилителя 5, а с его выхода - на инвер20 тор б. Входной и выходной сигналы

45 Работа устройства основана на выравнивании амплитуд напряжений измерительной петли и вторичной об$0

$5

65 заданной частоты, который создает первичное магнитное поле. Наводимый на вторичной обмотке вариометра 3 сигнал представляет собой сигнал только от первичного магHHTH I поля.

Принимаемый измерительной петлей 4 сигнал представляет сумму сигналов первичного магнитного поля и вторичного поля вихревых токов, возникающих в проводящих неоднородностях.

Сигнал вторичной обмотки вариометра

3 подается на избирательный усилитель 7, а затем через квадратурный,фаэовращатель 8 - на первый вход инвертора б периодически коммутируются коммутатором 10, образуя на его выходе балансно-модулированный сигнал. Выходной сигнал коммутато-. ра .подается на второй вход сумматора 9, в результате чего íà его выходе в первый полупериод коммутации образуется сумма, а во второй— разность входных сигналов. Коэффициент амплитудной модуляции выходного сигнала сумматора, измеряемый в дальнейшем с помощью усилителя 11 несущей, дифференциатора

12, квадраторов 13 и 14, сумматора

15, избирательного усилителя 16 отстающей,синхроиного выпрямителя 17 и измерительного прибора "8, пропорционален измеряемой квадратурной составляющей сигнала измерительной петли 4. Напряжение управления коммутатором 10 и синхронным выпрямителем 17 вырабатывается триггерным делителем 19 частоты, который запускается выходным сигналом избирательного усилителя 7. мотки вариометра. Последовательно встречное включение. напряжений вторичной обмотки вариометра и измерительной петли позволяет произвести компенсацию синфазной составляющей.

Пусть эта компенсация уменьшает амплитуду измеряемого сигнала в р раз.

Тогда в этом случае измеряемая величика m может быть представлена следующим выражением.

m — ы и (arc tg — « +Ы), О. Uê

9 Оса где U „- амплитуда синфазной составляющей нескомпенсированной части сигнала.

В этом случае угол arctg „ „ при кз близительно в fh раз больше угла

arctg-000" - Поэтому влияние фазовой нестабильности а 4 схемы векторного

807190 преобразования снижается тоже в р раз.

Снижение влияния временной и температурной асимметрии коэффициентов передач каналов коммутатора на погрешность измерений достигается тем, что компенсированный сигнал подают на инвертор, на его выходе олучакт сигнал -- —, а затем npoUx тивофазные сигналы и — — подают

Uõ Ох на соответствующие входы коммутатора (ъ 6 и получают на его выходе периодически инвертированный сигнал, который подают на один вход сумматора, а на второй вход сумматора поступает опорный сигнал. При этом величина m для выходного сигнала сумматора равна 15

Учитывая, что U é 00, получаем д к

m»

f3

Таким образом, влияние асимметрии

Уk коэффициентов передачи каналов д коммутатора на погрешность измерений уменьшается в — раэ.

f3 а

Наличие в устройстве двухфазного детектора с днфференциатором требу- ет, чтобы для исключения д -импульсов э дифференциаторе мгновенные значечия выходных сигналоэ сумматора для разных полупериодов коммутации были равны между собой в моменты коммутации.

Так как на одном входе схемы формирующей суммарный и разностный сигналы (в данном случае она состоит из инвертора, коммутатора и сумматора), действует компенсированный сигнал " малого уровня с наложенны- 40

1ь ми на него помехами, то синхронизировать им триггерный делитель чаcToTbI (ТДЧ) невозможно. Однако можно синхронизировать ТДЧ опорным сигналом io с другого входа схемы. 45

Рассмотрим векторную диаграммук где Up — опорное напряжение,-+ - компенсированный сигнул; 0> — сигнал

Up, повернутый на+ ; U и Up — суммарный и разности и сигналы в разные полупериоды коммутации.

Если ТДЧ синхронизировать сигнаАМ 0р, то коммутация соответствует моментам, когда U »О. На векторной о дигйрамме этому соответствует положение вектора 00 на оси абсцисс.

В этот момент мгновенные значения сигналов 0 и 0>» определяемые про кциями векторов U и 0Р иа ось ординат, определяется из равенства

1 „ -U „ т.е. в выходном сигнале сум- g)

pQ I матора в момент коммутации будет скачок от значения 0, до значения

-U> При дифференцировании такого сигнала возникают Р -импульсы, что вносит погрешность в измерения. 65

Аналогична ситуация, если квадратурный фазоэращатель поставить в измерительном канале. Этому случаю соответствует векторная диаграмих ма, где сигнал †образован из сигнала " при помощи квадратурного фазовраг ателя.

Если синхронизировать ТДЧ сигналом 0>, то коммутация происходит в момент, когда вектор 0< займет положение на оси абсцисс, т.е. когда картинка на фиг. 3 поворачивается на+ . В момент коммутации мгновенные значения сигналов U и Пр, определяемые хах проекции этих векторов на ось ординат, также равны.по модулю и противоположны по знаку, т.е.

Ъм.

Исключение Р -импульсов, а соответственно, и погрешностей от них, в предлагаемом устройстве достигается тем, что вход триггерного делителя частоты подключается ко входу квадратурного фазовращателя, установленного в опорном канале. В этом случае ТДЧ синхронизируется сигналом Uo. Момент коммутации соответствует моменту, когда вектор Up займет положение на оси абсцисс, т.е. когда картинка повернется на

В этот момент проекции векторов U u

U> на ось ординат близки к максимальному (амплитудному) значениям и различаются мало, если мала величина измеряемой квадратурной компоненты (порядка 10 2-10 4) . Далее, так как производная от этих сигналов в момент достижения.ими амплитудных значений близка к нулю, то при дифференцировании выходного сигнала сумматора д -импульсы не возникают.

Таким образом, введение в устройство инвертора, сумматора, квадратурного фазоэрашателя и включение измерительной петли встречно последовательно со вторичной обмоткой вариометра позволяет значительно уменьшить влияние нестабильностей фазовых характеристик элементов схемы векторного преобразования, .температурной и временной асимметрии коэффициентов передач коммутатора на точность измерений и обеспечить измерения квадратурной составляккцей сигнала в нижней области низкочастотного диапазона с повышенными точностью и чувствительностью.

Формула изобретения

Устройство для геоэлектрораэведки, содержаШее генератор сич соидальных сигналов. с генераторной петлей, вариометр с первичной и вторичной обмотками, первая из которых соединена с генераторной петлей, измери9

807190 ельную петлю, совмещенную с генеаторной петлей, первый избирательый усилитель, соединенный входом . ерез измерительную петлю с выходом вторичной обмотки вариометра, второй избирательный усилитель, квадратурный фазовращатель, последовательно соединенные усилитель несу@ей частоты, детектор, состоящий из цифференциатора, двух квадраторов и сумматора, избирательный усилитель частоты коммутации, синхронный выпрямитель, измерительный прибор и триггерный делитель частоты, выход которого подключен к управляющим входам коммутатора и синхронного выпрямителя, о т л и ч а ю щ е е-, с я тем, что, с целью повыщения чувствительности и точности измерений, s него введены инвертор и второй сумматор, причем вход инвертора подключен к выходу первого избирательного усилителя и к одному из входов коммутатора, а выход - к второму входу коммутатора, один иэ входов второго сумматора соединен с выходом квадратурного фазовращателя, второй вход этого сумматора соединен с выходом коммутатора, а выход - с входом усилителя несущей частоты, вход триггерного делителя . частоты подключен к выходу второIro избирательного усилителя, при этом измерительная петля и вторичная обмотка вариометра включены

1 встречно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1..Авторское свидетельство СССР

Ю 338879, кл. G 01 Ч 3/06, 1972.

3Я 2. Авторское свидетельство СССР

Р 661473, кл. G 01 Ч 3/06, 1976.

3. Бучма И.М. и др. Возможности построения низкочастотной электроразведочной аппаратуры для инщ тегральных измерений. Отбор и передача информации;Е.,"Наукова думка", 1976, вып. 47, с. 28-32 (прототип).

807190 и ,В Г/рффи

Фми2, Составитель В.Иайоршин

РЕдактор В.Еремеева Техред M.Påéâåñ Корректор Г.Решетник

Эаказ 2 6 THpcUK

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4