Устройство для геоэлектроразведки

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 280780 (21) 29б7497/18-25 (Я) М. КЛ. а 01 V 3/ 0 с присоединением заявки Мо (23) Г1риоритет

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений н открытий (53) УДН 550.837 ..(088. 8) Опубликовано 230582, Бюллетень ¹ 19

Дата опубликования описания 23 „05. 82 (72) Авторы изобретения

Е.М.Ершов, Г.В,Прис, Л.Я.Мизюк и P.Â.Ïðîöü (71) Заявитель

Физико-механический институт AH Украинской CCP (54) VCTPOACTBO ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЭВЕДКИ

Изобретение относится к геозлектроразведке индуктивными методами.

Известно устройство для геозлектроразведки, используемое для изме- . рения инвариантных параметров магнитного поля, в частности реактивных компонентов, содержащее два ортогонально установленные датчика, перемножители, фильтры, устройство среднеквадратичного сложения, измерительный прибор и источник опорного напряжения (1).

Эти устройства позволяют измерять реактивную компоненту в плоскости датчиков только на одной частоте, что является их недостатком.

Известно также устройство для геоэлектроразведки, содержащее два ортогональных приемных датчика,одни ,из которых через фаэовращатель, а другой непосредственно подключены к коммутатору, который через избирательный усилитель нагружен выходным коммутатором, причем избирательный усилитель через фазочувствительный детектор, нагруженный дополнительным усилителем частоты коммутации, и синхронный детектор-подключен ко входу следящей системы (2).

Это устройство позволяет проводить автоматическую ориентировку датчиков вдоль осей элипса поляризации, однако обладает невысокой точностью измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для двухчастотных измерений в геоэлектрораэведке, содержащее два резонансных ортогонально установленных датчика .поля, два

:множительных устройства, два фазочувствительных выпрямителя, суммирующее устройство и источник опорного l5 напряжения (3).

Известное устройство позволяет измерять угол поворота эллипса поляризации магнитного поля при изменении частоты независимо от ориентировки датчиков в плоскости измерений, однако оно имеет низкое быстродействие и, следовательно, низкую точность измерении в движении (например, с самолета), что обусловлено модуляцией измеряемых сигналов сигналом низкой частоты. Время измерения с помощью такого устройства не может быть меньше периода сигнала частоты модуля30 „„„

930192

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для геоэлектроразведки, содержащее два резонансных ортогонально установленных датчика, два множительных устройства, два фазочувствительных вы-, прямителя, суммирующее устройство и источник опорного напряжения, подключенный.к входу одного фазочувствительного выпрямителя, введена вто1О рая пара резонансных ортогональ (. но установленных датчиков, расположенных коллинеарно перной паре датчиков первой частоты и настроенных на другую частоту, вычитающее устрой- 15 ство и источник опорного напряжения, причем входы каждого из множитель- ных устройств подключены к двум взаимно ортогональным датчикам разных частот, а выходы множительных 20 устройств подключены к вычитающему устройству, соединенному с фазочувствительными выпрямителями, опорный вход второго фарочувствительного выпрямителя соединен со вторым 25 источником опорного напряжения, а выходы фаэочунствительных выпрямителей соединены со входом сумматора.

Такая конструкция устройства ЗО позволяет измерять новую инвариантную .относительно ориентировки датчикон величину: угол поворота вектора реактивной или любой другой составляющей поля при изменении частоты. g$

В предлагаемой схеме измеряемые сигналы не умножаются на медленно изменяющийся сигнал, как в извест- » ной схеме, а перемножаются непо" средственно между собой, что повы" шает быстродействие измерений.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — приведены результаты расчета величин, измеряемых предлагаемым устройством над двухслойной прово- 45 дящей средой; на фиг. 3 показаны для сравнения результаты расчета полуосей эллипса поляризации магнитного поля над той же средой.

Устройство содержит датчики поля 50

1 — 4, множительные устройства 5 и б, вычитающее устройство 7, фаэочувствительные выпрямители (детекторы) 9 и 10, источники (генерато ры) опорного напряжения 8 и 11, сумматор 12. Выход сумматора является выходом устройства.

Работает устройство следующим образом.

Генераторное устройство (не по- 60 казано) возбуждает электромагнитное поле двух частот ж и w2. Датчики 1 и 2 установлены ортогонально и принимают сигналы частоты ж.(. Аналогично датчики 3 и 4 также установлены ор- Я тогонально и принимают сигналы частоти w . Возможно совмещение датчиков 1 и 3 (а также датчиков 2 и 4) в один с последующим разделением сигналов двух частот с помощью фильтров. Выражения для сигналов, принимаемых датчиками - можно записать н виде — ВеП з1пы, t +д )л, cos х t, „ t + Э )л2 cos w„t, Бей) з и 2(- 3 иИ2Х соз 1., Ugz= Rsin w и 3 L« — активная и реактивная составляющие частоты w no направлению

Множительное устройство 5 перемножает сигналы с датчиков 1 и 4, в результате чего на его выходе получаются сигналы комбинационных час тот ж — и и ж2+ ж

U Ц вЂ” --(-Н Ц 1 Ц Ц В Ц 1зтп(» -ы ) <+

+ 1

+ 1

7 н x 1 пЦ22-+ - .гРе 2z)

sin rw< +w2) t + — — -ReU iReUez+

?рЦлх 1щЦ д) cos(wq+ wgT.

Аналогичные выражения получают для сигнала U, 02хна выходе множительного устройства б, перемножающего сигналы с датчиков 2 и 3.

Вычитающее устройство 7 преобразует разность произведений 41 х U2z U fx 2х

Фаэочувствительный выпрямитель

9, на который подается опорное напряжение cos (ы — w„) t от генератора 8, выделяет из разностного сигнала величину

1 1 ("е "лх е".2 . R

Аналогично, фазочувствиуельный выпрямитель 10, управляемый опорным напряжением cos(ж + жл ) t от генератора 11, образует йа своем выходе сигнал

2 (е% х еп22 + ) е Ь Ве ах)

Ь л Х 22. 4э1 Л7. и 2 Х ) л

В результате суммирования на выходе сумматора 12 получается следующее напряжение, являющееся результатом измерений (— üÐ Ê иР22- eU z 3wU2 х (1)

Это напряжение, как видно из полученного выражения, равно векторному произведению векторов (J U<»0 Up ) H (3 U2х 3 U2z): (2)

h — ДФПл Ъуи2 sin (/

930192 где ЗпЦ, =-14Ы +3 U — модуль вектор <х в

3 U =у д„рП +З„„ П2 — To же, 1х частоте ч,. дф — разность геометрических углов между векторами. 1()

Все величины д„Д, д ц, дЧ1и д не зависят от ориентировки датчиков поля в плоскости измерений. Целесообразным является дальнейшая обработка результатов с целью определения величины ДЧ . Это может быть осуществлено, если известными устройствами измерить дополнительно величины 3 Uq и d U>. Тогда величина дЧ может быть вычислена по формуле (2) аналогичным вычислительным устройством. Величина Д является

1 наиболее инвариантной из всех, так, как она не зависит и от нестабильности токов двух частот в источнике тока.

Следует заметить, что выбор фазы опорного сигнала определяет ту составляющую измеряемого поля, угол поворота которой будет измерен устройством. В геофизике предпочтительным является измерение угла поворота реактивной составляющей поля, непосредственно связанной с изучаемым геоэлектрическим разрезом. Измерение угла поворота активной составляющей 35 суммарного поля данным устройством возможно, однако следует учесть, что влияние активной составляющей нормального поля источников приводит к уменьшению измеряемых величин 40 и увеличению погрешностей измерений.

В то же время, как показывают расче-> ты, измерение угла поворота активной составляющей поля не имеет преимуществ в отношении глубинности исследований по сравнению с измерением угла поворота реактивной составляющей.

Так как множительные устройства перемножают непосредственно сигналы д рабочих частот, то это способствует повышению быстродействия измерений

Быстродействие устройства определяется главным образом постоянной времени фазочувствительных детекторов которая может быть выбрана доста —— точно малой.

Измеряемая устройством величина является-для геофизической разведки новой. Поэтому целесообразно указать ее полезные свойства, во-первых, она не зависит от ориентировки приемных датчиков, что повышает точность измерений, во-вторых, при измерении этой величины повышается глу+ бинность геофизической разведки по 65 сравнению с измерениями, например, полуосей эллипса поляризации магнитного поля.

Пример. Над двухслойной средой с проводимостью .- Ц и мощностью первого слоя и прОводимостью G< основания расположен на высоте h от поверхности слоя вертикальный магнитный диполь. Поле измеряется в точке (Z p),,где: :Z — высота

l датчика поля, а p - era расстояние по горизонтали от генераторного диполя, На фиг. 2 и 3 приведены графики нормированного отношения полуосей эллипса поляризации Ь» и д4> для случая, когда (Z+ h )/J = 4

a h< = Z + h, постоянные в зависи- - -- -*-,атон

Индексы кривых равны 6< /G . Рассматриваемый случай соответствует первому слою довольно большой мощности, сравнимой с высотой измери- тельной установки в аэроэлектроразведочном методе ДИП-A.

Графики величины

z +h 1+3 сов, Ь

3 sin 8 cos 9 а т.е. нормированного отношенич полуосей эллипса поляризации ф магнитного поля (Р и 9 — сферические координаты с центром в месте расположения генераторного диполя), слабо зависят от 0„/Q<, что показывает невозможность определения в данном случае проводимости основания С2 ..

В то же время графики величины

Ьч, рассчитанные для отношения частот, рЮвного 4, причем в параметр g входит верхняя частота, для различных О /gg заметно различаются.

Т.о. путем измерения величины дЧ можно определить проводимость основания в тех случаях,.когда измерение полуосей не дает такой возможности.

Повышенную глубинность исследований при измерении Ь9 можно пояснить следующим. При вычислении AV по формуле (1) в зоне малых параметров вычитаются первые члены разложения вторичного поля, и поле начинает зависеть от следующих членов разложения, пропорциональных w . Как видно из приведенных графиков,эти члены разложения несут информацию о более глубоких частях геоэлектрического разреза.

Формула изобретения

Устройство для геоэлектрораэведки, содержащее два резонансных ортогонально установленных датчика, два множительных устройства, два фаэочувствительных выпрямителя, суммирующее устройство и источник опорного напряжения, подключенный к входу

930192

Рив. Z одного фазочувствительного выпрямителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерений, в него дополнительно введена вторая пара резонансных ортогонально установ- 5 ленных датчиков, расположенных кол линеарно датчикам первой частоты и

/ настроенных на другую частоту,вычитающее устройство и источник опорного напряжения, причем входы каждого из множительных устройств подключены к двум взаимно ортогональным датчи"кам разных частот, а выходы множительных устройств подключены к вычитающему устройству, соединенному с фазочувствительными выпрямителяI ми, опорный вход второго фазочувст- вительного выпрямителя соединен cQ вторым источником опорного напряжения, а выходы фаэочувствительных выпрямителей соединены с входом сумматора.

Источники информации, принятые.во внимание при экспертизе;

1. Светов Б.С, и др. Рудная электроразведка по методике эллептически поляризованного поля. H., Недра, 1969, с. 28-32.

2. Авторское "видетельство СССР

Р 176334, кл. G 01 V 3/10, 1962, 3. Авторское свидетельство СССР

Р 417754, кл. С 01 Ч 3/10, 1974 (прототип) .

Составитель Л.Воскобойников

Редактор B.Ëàçàðåíêî Техред Т. Фанта КорректоР У.Пономаренко

Заказ 3461/59 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий !

)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 е «е мета

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