Измеритель отношения энергий импульсных акустических сигналов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическик

Республик

< >890314 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 06.07.?9 (21) 2791961/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 15. 12. 81. Бюллетень № 46

Дата опублнкованкя описания 17.12.81 (5i) М. Кд .

G 0I Ч l /40

9кударотаенный комитет

СССР но долам нзабретеннй н открытнй (53) УДК 550.8З (088. 8) 1

О.M. Адаменко, П.П. Драбич, В.П. Ст чай и P.- Ô (72) Авторы изобретения

Физико-механический институт АН У краинской С (7I) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ОТНОШЕНИЯ Э11ЕРГИЙ ИМПУЛЬСНЬ1Х

АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к промыслово-. геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано в аппаратуре акустического каротажа скважин. Кроме того, оно может использоваться в дефекгометрии для определения дефектов структуры объектов и новых материалов.

Известно устройство, содержащее зарядную цепь, разрядную цепь и запоминающий конденсатор. Зарядная цепь содержит дифференцирующий конденсатор, токовый повторитель, формирующий конденсатор, электронный ключ с двумя управляющими входами, преобразователь напряжение-ток, катушку индуктивности и диод. Разрядная цепь содержит дифференцирующий конденсатор, нормально разомкнутый электронный ключ, преобразователь напряжение †т, катушку индуктивности, транзистор и источник напряжения смещения (1).

Недостатком данного устройства является напичие пульсаций выходного напряжения, . вызванных неодновременным действием зарядной и разрядной цепей, что в значительной степени снижает точность измерений.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является . устройство, содержащее два дифференцирующих конденсатора, два токовых

t0 повторителя, два формирующих конденсатора, два управляемых электронных ключа с двумя управляющими входами, одновибратор, два квадратора, два интегрирующих конденсатора, два нор15 мально разомкнутых управляемых ключа повторитель напряжения, управляемый усилитель напряжения, зарядный доэирующий конденсатор, четыре ключе20 вых диода, запоминающий конденсатор, усилитель постоянного тока и регистратор. Через дифференцирующие конденсаторы токовые повторители подсоединяются к выходу акустического

8903) 4

K„c c

К

О К С С4 где К

С

1 зонда. Незаземленные полюсы формирую щих конденсаторов соединены с выходами токовых повторителей, незаземленными контактами .ключей и входами квадраторов. Первые управляющие входы ключей .соединены с выходом дискриминатора аппаратуры АК, а два других управляющих входа ключей соединены с выходом коммутирующего триггера и входом одновибратора, 10

Выходы квадраторов соответственно соединены с незаземпенными полюсами интегрирующих конденсаторов, незаземленными контактами нормально разомкнутых ключей, входами повторителя напряжения и управляемого усилителя, управляющие входы нормально разомкнутых управляемых ключей подсоединены к выходу одновибратора.

Выход повторителя напряжения через первый конденсатор соединен с катодом первого диода и анодом второго диода.

Выход управляемого усилителя через второй конденсатор соединен с анодом третьего диода и катодом четвертого диода. Анод первого диода и катод третьего диода подсоединены к шине

"земля". Катод второго диода, анод четвертого диода соединены с одним из полюсов запоминающего конденсато 30 ра и входом усилителя постоянного тока. Другой полюс. запоминающего конденсатора соединен с выходом усилителя постоянного тока, входом ре-. гистратора и управляющим входом управляемого усилителя 2).

Недостатком известного устройства является наличие двух каналов преобразования, неидентичность коэффициентов преобразования которых снижает точность измерения.:Это видно из выра- . жения для определения масштабного коэффициента коэффициент пропорциональности первого канала; коэффициент пропорциональности второго канала величина емкости интегрирующего конденсатора первого канала; величина емкости интегрирующего конденсатора второго канала величина емкости дозирующего конденсатора первого канапас

C4 — величина емкости дозирующего конденсатора второго канала постоянный коэффициент.

Известный измеритель имеет малый динамический диапазон измерений, так как дозирующие конденсаторы заряжаются и разряжаются через диоды, что вызывает необходимость нри измерениях выполнения условия, при котором напряжение на выходе повторителя напряжения и на выходе управляемого усилителя намного больше чем 2 Од, где Одостаточное напряжение на диоде.

Целью изобретения является повышение точности измерения отношения энергий импульсных акустических сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее дифференцирующий конденсатор, токовый повторитель, формирующий конденсатор, квадратор, интегрирующий конденсатор, че-Г тыре нормально разомкнутые управляемые ключа, одновибратор, запоминающий конденсатор и инвертирующий усилитель постоянного тока, причем токовый повторитель через дифференцирующий конденсатор соединен со входом устройства, незаземленный полюс формирующего конденсатора соединен с выходом токового повторителя, с первым контактом первого ключа и с входом квадратора, второй контакт первого ключа заземлен управляющий вход соединен с выходом дискриминатора аппаратуры АК, выход квадратора соединен с незазеипенным полюсом интегрирующего конденсатора и с первыми контактами второго и третьего клю - . чей, второй контакт третьего ключа заземлен, а управляющий вход его соединен с выходом одновибратора, первая обкладка запоминающего конденсатора соединена со входом инвертирующего усилителя постоянного тока, а вторая обкладка соединена с выходом инвертирующего усилителя. постоянного тока, который является выходом устройства, дополнительно содержит схему ИЛИ, второй одновибратор, триггер, схему

И, источник опорного напряжения, блок перемножения, переключающий ключ, преобразователь напряжение-ток буферный конденсатор, причем второй контакт второго ключа соединен с первым входом блока перемножения, второй вход блока перемножения соединен со средним контактом переключающего ключа, нормально замкнутый контакт

390

5S которого соединен с источником опорного напряжения, а нормально разомкнутый — о выходом устройства, выход блока перемножения соединен со входом преобразователя напряжение-ток, выход которого соединен с незаземпенной об-, кладкой буферного конденсатора и с первым контактом четвертого ключа, второй контакт которого соединен со входом инвертирующего усилителя постоянного тока, вход сигнала синхронизации канала ближнего приемника соединен с первым входом схемы ИЛИ и с первым установочным входом триггера, вход сигнала синхронизации канала дальнего приемника соединен со вторым входом схомы "ИЛИ" и со вторым установочным входом триггера, выход схемы "ИЛИ" соединен со входом второго одновибратора, выход которого соединен с входом первого одновибратора и с управляющим входом второго ключа, выход триггера соединен с управляющим входом переключающего ключа и со вторым входом

t схемы И, выход которой соединен с управляющим входом четвертого ключа, . выход первого одновибратора соединен с первым входом схемы И.

На фиг.l представлена функциональная схема измерителя отношения энергий> на фиг.2 — временные диаграммы сигналов в соответствующих точках ф нкционзльно11 схемы.

Измеритель состоит из дифференцирующего конденсатора 1, токового повторителя 2, первого, второго, третьего и. четвертого нормально

t разомкнутых управляемых ключей 3-6р схемы ИЛИ 7, формирующего конденсатора 8, квадратора 9, одновибраторов

10 и 11, интегрирующего конденсатора

12, триггера 13, источника опорного напряжения 14, схемы И 15, блока перемножения 16, переключающего ключа 17, преобразователя напряжениеток 18, буферного конденсатора 19, запоминающего конденсатора 20, инвертирующего усилителя 21 постоянного тока, На первый вход 22 устройства подается сигнал с выхода акустического зонда (фиг.2с1), на второй вход

23 — импульсы (фиг.2Ю) с выхода дискриминатора аппаратуры АК, на третий вход 24 — синхроимпульсы (фиг. 24 ) разделения канала ближнего приемника аппаратуры АК, на четвертый вход

25 — синхроимпульсы (фиг. 2 1. разделения канала дальнего приемника аппа314 Ь ратуры АК. Выход. устройства обозначен позицией 26.

Через дифференцирующий конденсатор l токовый повторитель 2 подсоединен к выходу акустического зонда.

Незаземпенный полюс формирующего конденсатора 8 соединен с выходом тс кового повторителя 2, незаземпенным контактом ключа 3 и входом квадра16 тора 9, управляющий вход ключа 3 соединен с выходом дискриминатора аппаратуры AK. Выход квадратора 9 соединен с незаземпенным полюсом интегрирующего конденсатора 12, с незаземпенным контактом ключа 5 и с первым контактом ключа 4, второй контакт которого соединен с первым входом блока перемножения 16. Первый вход схемы ИЛИ 7 и первый вход щ триггера 13 соединены со входом 24 сигнала синхронизации канала ближнего приемника, второй вход схемы

ИЛИ 7 и второй вход триггера 13 соединены со входом 25 сигнала сини хронизации канала дальнего приемника. Выход схемы ИЛИ 7 соединен со входом второго одновибратора 11, выход которого соединен со входом одновибратора 10 и с управляющим вхо щ дом ключа 4, выход одновибратора 10 соединен с управляющим входом ключа

5 и с первым входом схемы И 15 второй вход которого соединен с управляющим входом переключающегося ключа 17 и выходом триггера 13, второй вход блока перемножения 16 соединен со средним контактом переключающегося ключа 17, нормально замкнутый контакт которого соединен с источником опор= ного напряжения 14, а нормально разомкнутый соединеН с выходом инвертирующего усилителя 21 постоянного тока, со второй обкладкой запоминающего конденсатора 20 и выходом 26

45 устройства, выход схемы И 15 соединен с управляющим входом нормально разомкнутого ключа 6, выход блока перемножения 16 соединен со входом преобразователя напряжение-ток 18, выход которого соединен с незазем50 ленным полюсом буферного конденсатора

19 и с первым контактом ключа 6, второй контакт которого соединен со входом инвертирующего усилителя

21 постоянного тока и первой обкладкой конденсатора 20.

При поступлении на вход 22 устройства измерителя импульсов напряжения сигнала ближнего-или дальнего прием8903) 4 ников акустического зонда, через дифференцирующий конденсатор 1, -.îêîвый повторитель 2 и формирующий конденсатор 8 протекают импульсы тока положительной полярности. Каждый импульс тока заряжает формирующий конденсатор 8 до некоторого напряжения, пропорционального амплитудному значению входного сигнала, После окончания каждого импульса тока производится сброс заряда с конденсатора

8 с помощью ключа 3 ° Последний управляется передними фронтами импульсов, указанных на фиг. 2Д, поступающих на его управляющий вход. Осциллограмма напряжения на конденсаторе 8 показана на фиг.2Д. Далее импульсы напряжения с конденсатора 8 поступают на вход квадратора 9, на выходе которого образуются импульсы токов величиной, равной квадратам амплитуд входных импульсов напряжения. Каждый из импульсов тока, поступающий с выхода квадратора 9 на интегрирующий конденсатор 12, сообщает ему заряд, пропорциональный квадрату значения амплитуды .сигнала. Таким образом, к моменту прихода. очередного синхроимйульса по входу 24 или по входу

25 устройства на протяжении времени срабатывания одновибратора 10 на вход блока перемножения подается напряI. жение от сигнала. ближнего приемника

О„=К„Z, А„ - =К„Э„ и от сигнала дальнего приемника

О "-К,1 ЕД ° =К 3

2 1, 21 2 где К4 — коэффициентпропорциональ"ности1

А . — амплитудное значение j -го

1i колебания сигнала ближнего приемника;

А — амплитудное значение 1 -ro

21 колебания сигнала дальнего при емника;

3.1 — величина, пропорциональная энергии сигнала ближнего приемника; 2 — величина, пропорциональная энергии сигнала дальнего приемника.

Одновибратор 10. срабатывает по заднему фронту импульса с одновибратора 11 и с помощью ключа 5 обнуляет конденсатор 12,. а также с помощью

-ключа 6 после приема сигнала от дальнего приемника разряжает конденсатор 19 на вход усилителя 21 постоянного тока.

Переключакнций ключ.17 при приеме сигнала от ближнего приемника подключает на вход блока перемножения ис. точник опорного напряжения 14, а

5 при приеме сигнала от дальнего при— емника — выход инвертирующего усилителя постоянного тока 21. Следовательно, заряд на запоминающем конденсаторе 20 изменяется на величину заряда конденсатора 19 за один цикл измерений, т.е. на

Ь%„ К204× Ео Kiu2087В г где k — коэффициент преобразования

15 преобразователя напряжениеток; à — время срабатывания одновибратора 10

0 — напряжение на выходе усили20 теля постоянного тока.

Выходное напряжение 0 изменяется до тех пор, пока не закончится переходной процесс.

В установившемся, режиме заряд на конденсаторе 19 за полный цикл . измерения равен нулю, т.е. после окончания переходного процесса

1 2 Ц Ea = 1 д 2 0в +

Тогда напряжение на выходе уси30 лителя постоянного тока п - КтО ЪЕ -Е 04 -Е К1Э"

1 м1 о3

Следовательно, напряжение на выходе усилителя постоянного тока линейно зависит от измеряемого отношения энергий сигналов ближнего и дальнего приемников, а нестабильность

40 масштабного коэффициента не зависит от элементов схемы по сравнению с известным устройством, а определяется стабильностью источника опорного напряжения.

43 Формула изобретения .Измеритель отношения энергий импульсных акустических -сигналов, содержащий дифференцирующий конденсатор, токовыи повторитель, формирующии

50 конденсатор, квадратор, интегрирующий конденсатор, первый второй, третий, четвертый нормально разомкнутые управляемые ключи, одновибратор, запоминающий конденсатор и инЯ вертирующий усилитель постоянного тока, причем дифференцирующий конденсатор соединен с токовым повторителем, а вход дифференцирующего конденсатора является первым входом измерите9 8903 ля, незаземленный полюс формирующего конденсатора соединен с выходом токового повторителя, с первым контактом первого ключа и с входом квадратора, второй контакт первого ключа заземпен, а управляющий вход является вторым входом измерителя, выход квадратора соединен с незаземпенным полюсом интегрирующего конденсатора, который соединен с первыми контактами вто- !О рого и третьего ключей, причем второй контакт третьего-ключа заземлен, а управляющий вход его соединен с выходом одновибратора, первая обкладка запоминающего конденсатора соединена со входом инвертирующего усилителя постоянного. тока, а вторая обкладка соединена с выходом инвертирующего усилителя постоянного тока, который является выходом измерителя, щ отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он дополнительно содержит схему ИЛИ, второй одновибратор, триггер, схему И, источник опорного напряжения, блок перемножения, переключающий ключ, преобразователь напряжение-ток, буферный -конденсатор, причем второй контакт второго ключа соединен с первым входом блока перемножения, 30 второй вход блока перемножения соединен со средним контактом переключающего ключа, нормально замкнутый контакт которого соединен с источни14 10

КоМ опорного напряжения, а нормально разомкнутый - с выходом измерителя, выход блока перемножения соединен со входом преобразователя напряжение-ток, выход которого соединен с незаземленной обкладкой буферного конденсатора и с первым контактом четвертого ключа, второй контакт которого соединен со входом инвертирующего усилителя постоянного тока, третий вход измерителя соединен с первым входом схемы "ИЛИ" и с первым установочным входом триггера четвертый вход измерителя соединен со вторым входом. схемы ИЛИ, со вторым установочным входом триггера, выход схемы "ИЛИ" соединен со входом второго одновибратора, выход которого соединен со входом первого одновибратора и с управляющим. входом второго ключа, выход триггера соединен с управляющим входом переключающего ключа и со вторым входом схемы И, выход которой соединен с управляющим входом четвертого ключа, выход первого одновибратора соединен с первым входом схемы И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Авторское свидетельство СССР № 652517, кл. 5 01 V 1/40, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 739344, кл. GOl Н 1/00, 1978 (прототип). иг.

890314

К

Составитель Н, Журавлева

Редактор Ю. Петрушко Техред 3, Фанта Корректор б Синицкая

Заказ 10984/74 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и- открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4