Устройство для электроразведки

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Раслублик но968777

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 030481 (21) 3270212/18-25

> с присоединением заявки №(И) М. Кп.3

G 01 Ч 3/10

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет— (53) УДК 550. 83 (088.8) . Опубликовано23.10.82. Бюллетень ¹ 39

Дата опубликования описания 23.10.82

I >>>>. j > : ъ и Е.в ;Й(ош>евс>кий

1 .>.

I (72) Авторы изобретения

В.И.Гордиенко, Н.Д.Печеняк,В,П.Убогий

> ,.i>" >: °

Физико-механический институт им. Г.В .Карпенко---(71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОРЛЗВЕДКИ

Изобретение относится к электромагнитным методам исследований и может быть использовано при электрораэведке аномальных включений в непроводящих и слабо проводящих средах, для обнаружения инженерных коммуникаций и т.п.

Известно устройство для компенсации мешающего переменного магнитного поля, содержащее приемную и компенсационную катушки, расположенные на общей оси, при этом компенсационная катушка расположена между приемной катушкой и местом, в котором требуется ограничение мешающего переменного магнитного .поля, а между приемной и . комфзнсационной катушками расположены на общей оси с ними две дополнитез ьные катушки, одна иэ которых соединена последовательно с компенсационной катушкой, а другая Нагру- . жена на комплексное сопротивление (1).

Недостатками известного устройства являются низкая чувствительность и низкий уровень автоматизации измерения и регистрации амплитудно-фазовых характеристик слабых аномальных полей. 1

Наиболее .близким к предлагаемому является металлоискатель, содержа-. щий генератор периодических сигналов, выход которого подключен к излучателю, последовательно соединенные при- емник магнитного поля, предварительный избирательный усилитель, суммирующее устройство, к второму входу которого через регулируемые аттенюатор и фазовращатель подключен .выход генератора, избирательный усилитель, демо- . дулятор, усилитель постоянного тока, подсоединенный к входу .блока измерения и регистрации 523.

Недостатками данного устройства являются. низкая чувствительность, а также низкий уровень автоматизации измерения и регистрации амплитуднофазовых характеристик слабых аномальных полей, обусловленные наличием остаточного нескомпенсированного сигнала первичного поля.

Целью изобретения является повышение чувствительности и уровня автоматизации измерения и регистрации амплитудно-фазовых характеристик слабых аномальных полей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для электроразведки. металлоискатель, содержащее генератор периодических сигналов, выход которого подключен к излучателю,пос968777 ледовательно соединенные приемник магнитного поля, предварительный усилитель, суммирующее устройство, к нторому входу которого через регулируемые аттенюатор и Фазовращатель подключен выход генератора периодичес- 5 ких сигналов, избирательный усилитель и демодулятор, а также усилитель постоянного тока, подсоединенный к входу блока измерений и регистрации, дополнительно Введены два суммирующих устройства, два сравнивающих устройства, два фильтра с большой постоянной времени, два упранляемых делителя напряжения, усилитель постоянного тока, два дифференциальных усилите:15 ля постоянного тока, четыре источника опорного напряжения, масштабный преобразователь, две схемы АРУ и фазометр, причем выход генератора периодических сигналов через масштабный преобразователь подсоединен к входу первой схемы АРУ, выход которого подключен к опорному входу фаэометра, сигнальный вход которого соединен с выходом второй схемы АРУ, вход которой подключен к выходу избирательного усилителя,выход демодулятора подсоединен к одному из .входов второго суммирующего устройства, другой вход которого подсоединен к выходу первого дифференциального усилителя постоянного тока, один из входов которого соединен с выходом первого источника опорного напряжения, а другой — с выходом первого управляемого делителя напряже- З5 ния, вход которого подключен.к выходу первого фильтра с большой постоянной времени, к входу которого подсоединен выход первого сравнивающего устройства, выход первого усилителя постоян- 40 ного тока одновременно подключен к одному из входов первого сравнивающего устройства, второй вход которого подсоединен к выходу второго источника ОпОрнОГО напряжения, ВыхОд ФаэО- 45 метра подсоединен к одному иэ входов третьего суммирующего устройства, другой вход которого подключен к вы- . ходу второго дифференциального усилителя постоянного тока, а выход— к входу второго усилителя постоянного токй, выход которого одновременно подсоединен к второму входу блока измерения и регистрации и одному из входов второго сравнивающего устройст ва, к одному из входов нторого дфференциального усилителя постоянного тока подсоединен выход третьего источника опорного напряжения, а к другому — выход второго управляемого делителя напряжения, вход управляе- 60 мого делителя напряжения подсоединен к выходу второго фильтра с большой

:постоянной времени, вход которого подключен к выходу второго сравнивающего устройства, к другому входу ко- 65 торого подключен выход четвертого источника опорного напряжения.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для злектрораэведки состоит из генератора 1 периодических сигналов, излучателя 2, приемника 3 магнитного поля, предварительного усилителя 4, первого суммирующего устройства 5, избирательного усилителя 6, демодулятора 7, второго суммирующего устройства 8, первого усилителя 9 постоянного тока, регулируемого фаэонращателя 10, регулируемого аттенюатора 11, первого источника 12 опорного напряжения первого дифференциального усилителя 13 постоянного тока, первого управляемого делителя

14 напряжения, первого фильтра 15 с большой постоянной времени, первого

-сравнивающего устройства 16, второго источника 17 опорного напряжения, масштабного преобразователя 18,пер вой 19 и второй 20 схем ЛРУ, фазометра 21, третьего суммирующего устройства 22, второго усилителя 23 постоянного тока, третьего источника 24 опорного напряжения, второго дифференциального усилителя 25 постоянного тока, второго управляемого делителя 26, второго фильтра 27 большой постоянной времени, четвертого источника 28 опорного напряжения, второго сравнивающего устройства 29 и блока 30 измерения и регистрации.

Устройство работает следующим образом.

Выходной сигнал приемника 3 магнитного поля, усиленный предварительным усилителем 4, поступает на один из входов.первого суммирующего устройства 5, на другой вход которого через регулируемые фазовращатель 10 и аттенюатор

11 подается выходной сигнал генератора 1 переменного напряжения. Блоки

5, 10 и 11 составляют компенсатор переменного тока, задачей которого является. ослабление сигнала, обусловленного мешающим первичным магнитным полем излучателя 2 в точках расположения приемника 3. Усиленный узкополосным избирательным усилителем 6 выходной сигнал первого суммирующего устройства 5 подается на вход демодулятора 7, представляющего собой знаконечувствительный преобразователь переменного напряжения в постоянное с низким уровнем минимального входного сигнала и большим динамическим диапазоном. Выходное напряжение демодулятора 7 подается на один из нходон второго суммирующего устройства 8, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 13 постоянно го тока, входящего в состав стабилизатора дрейфа нуля, который содержит, кроме того, первый источник 12 опорного напряжения, первый управляемый

968777 делитель 14, первый фильтр 15 с большой постоянной времени, первое сравнивающее устройство 16 и второй источник 17 опорного напряжения.

Стабилизатор дрейфа нуля (блоки

12 - 17) совместно с вторым суммирующим устройством 8 и первым усилителем 9 постоянного тока составляют схему компенсации по постоянному току в канале измерения амплитуды предложенного устройства. Задача схемы ком- () пенсации по постоянному току заключается в полной компенсации остаточного нескомпенсированного сигнала первичного поля, т.е. приведении этого сигнала к нулю при отсутствии неодно- 35 родности в зоне действия предложенного устройства, и в компенсации временного дрейфа остаточного (нулевого) выходного сигнала первого усилителя

9 постоянного тока, поступающего на ;щ вход блока 30 измерения и регистрации.

Выходное напряжение первого усилителя 9 постоянного тока подается на один иэ входов первого сравнивающего устройства 16, на другой вход которого поступает выходное напряжение второго источника 17 опорного напряжения. При отсутствии неоднородности в зоне действия устройства на выходе второго суммирующего устройства 8 напряжение близко или равно нулю. При этом его значение определяется выходным напряжением третьего источника 17 опорного напряжения. Выходное напряжение первого сравнивающего устройства 16 через первый фильтр 15 с большой постоянной времени поступает на первый управляемый делитель 14 напряжения, напряжение с выхода которого поступает 40

I ! на один иэ входов второго усилителя

13 постоянного тока, на второй вход которого подается напряжение с первого источника 12 опорного напряжения.

Необходимый динамический диапазон 45 стабилизатора дрейфа нуля обеспечивается узлом, состоящим из первого управляемого делителя 14 напряжения, первого источника 12 опорного напряжения и второго усилителя 13 постоянного тока. Применение фильтра 15 с большой постоянной времени обеспечивает компенсацию временного дрейфа остаточного (нулевого ) сигнала, не влияя на форму и абсолютные значения полезного сигнала, обусловленного аномальным полем.

Схема компенсации по постоянному

:току работает следующим образом.

При отсутствии неоднородности в зоне действия устройства напряжение на выходе первого усилителя 9 постоянного тока должно быть близкое или равное нулю.С помощью компенсатора переменного тока (блокн 5, 10 и 11) ,на выходе демодулятора 7 устанавли-. вается остаточное постоянное напряжение, поступающее на первый вход второго суммирующего устройства 8.

В начальный момент выходное напряжение первого усилителя 9 постоянно-. го тока не равно нулю. Это приводит к тому, что на выходе первого сравнивающего устройства 16 появляется напряжение, которое через первый Фильтр ,15 с большой постоянной времени поступает. на первый управляемый делитель 14 напряжения, изменяя его коэффициент преобразования и, соответственно,выходное напряжение второго усилителя 13 постоянного тока, поступающее на второй вход второго суммирующего устройства 8.

Этот процесс продолжается до тех пор, пока выходное напряжение первого усилителя 9 постоянного тока не сравняется с выходным напряжением второго источника 17 опорного напряжения.

Постоянная времени первого Фильтра 16 выбирается исходя иэ скорости нарастания и спада полезного сигнала,обусловленного аномальным полем неоднородности, и скоростью дрейфа нуля, обусловленного изменением во времени электрических параметров блоков и узлов устройства. Поэтому при появлении неоднородности в зоне действия устройства полезный сигнал регистрируется

;,блоком 30 измерения и регистрации, 1 а долговременный дрейф нуля на выходе первого усилителя 9 постоянного тока стабилизируется с помощью стабилизатора дрейфа нуля, т.е. устраняется необходимость в частых калибровках и установках нуля устройства.

Одновременно выходное напряжение генератора 1 периодических сиг налов через масштабный преобразователь 18 подается на вход первой cxej ьы АРУ 19, представляющей собой широкодиапазонный компенсационный стабилизатор переменного напряжения. Постоянное по амплитуде выходное напряжение первой схемы АРУ 19 поступает

;на опорный вход фазометра 21, на сигнальный вход которого через вторую схему АРУ 20 подается напряжению с выхода избирательного усилителя 6.

В предложенном устройстве осуществляется частичная компенсация мешающего первичного поля по переменному току до уровней, находящихся в динамическом диапазоне входных напряжений второй схемы АРУ 20.

Постоянное выходное напряжение фазометра 21, абсолютное значение и знак которого определяется фазовым сдвигом между входными напряжениями, поступает на один из входов третьего суммирующего устройства 22, на другой вход которого подается выходное напряжение четвертого усилителя

25 постоянного тока, входящего в состав стабилизатора дрейфа нуля ка968777 амплитудно-фазовых характеристик слабых аномальных полей.

Предложенное устройство для злектроразведки может найти применение при решении задач наземной и морской геофизической разведки электромагнитными методами. Оно может быть использовано также для поиска и обнаружения локальных или протяженных метал1 лических объектов в слабопроводящей

10 среде и локальных диэлектрических включений в массе высокопроводящего материала.

Формула изобретения нала измерения фазы, содержащего кроме того, третий 24 и четвертый 28, источники опорного. напряжения, второй ,управляемый делитель 26 напряжения, второй фильтр 27 с большой постоянной времени и второе сравнивающее устройство 29. Стабилизатор дрейфа нуля (блоки 24 †.29 ) совместно с третьим суммирующим устройством 22 и третьим усилителем 23 постоянного тока составляет схему компенсации по постоянному току в канале измерения фазы.

Выходной сигнал третьего суммирующего устройства 22 через третий усилитель 23 постоянного тока одновременно поступает на другой вход блока 30 измерения и регистрации и один из входов второго сравнивающего устройства 29, на другой вход которого поступаетовыходное напряжение четвер- у0 того источника 28 опорного напряжения. Выходное напряжение второго сравнивающего устройства 29 через второй фильтр 27 с большой постоянной времени подается на вход второго управляемого делителя 26 напряжения, выходное напряжение которого поступает на один из входов четвертого усилителя 25 постоянного тока, а на другей его вход подается неизменное во времени выходное напряжение тре.тьего источника 24 опорного напряжения.

Назначение и работа схемы компенсации по постоянному току .канала измерения фазы аналогичны назначению З5 и работе схемы компенсации по постоянному току канала измерения амплитуды.

В известных устройствах,.используемых для решения аналогичных за- 40 дач, применяется компенсация мешающего первичного магнитного поля только по переменному току, а также отсутствует стабилизация дрейфа нуля по постоянному току. 45

В связи с нелинейностью передаточ ных характеристик .функциональных уз лов и блоков устройства, наличия соб ственных шумов, антенного эффекта ! и неидеальности передаточных характеристик узкополосных фильтров и избирательных усилителей достичь полной компенсации мешающего первичного поля невозможно.

Применение в настоящем техническ м решении, наряду с глубокой комнсацией мешающего первичного магнитного поля по переменному току,. схем компенсации по постоянному току . в каналах измерения амплитуды и фазы дает возможность осуществить полную

60 компенсацию мешающего первичного поля., что обеспечивает значительное повышение чувствительности устройства. Стабилизация дрейфа нуля повышает уровень автоматизации, процесса измерения 65 о

Устройство для электроразведки, содержащее генератор периодических сигналов, выход которого подключен к излучателю, последовательно соединенные приемник магнитного поля, предварительный усилитель, суммирующее устройство, к второму входу которого через регулируемые аттенюатор и фаэовращатель подключен выход генератора периодических сигналов, избирательный усилитель и демодулятор, а также усилитель постоянного тока, подсоединенный к входу блока измерения и регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и уровня авто- матизации измерения и регистрации амплитудно-фазовых характеристик слабых аномальных полей, дополнительно содержит два суммирующих устройства, . два сравнивающих устройства, два фильтра с большой постоянной времени, два управляемых делителя напряжения, усилитель постоянного тока, два дифференциальных усилителя постоянного тока, четыре источника опорного напряжения, масштабный преобразователь, две схемы ЛРУ и фазометр, причем выход генератора периодических сигналов через масштабный преобразователь подсоединен к входу первой схемы АРУ, выход которого подключен к опорному входу фазометра, сигнальный вход которого соединен с выходом второй схемы АРУ, вход которой подключен к выходу избирательного усилителя,выход цемодулятора подсоединен к одно- му из входов суммирующего устройства, другой вход которого подключен к выходу первого дифференциального усилителя постоянного тока, один из входов которого соединен с выходом первого источника опорного напряжения, а другой — с выходом первого управляемого делителя напряжения, вход которого подключен к выходу первого фильтра с большой постоянной времени, к входу которого подсоединен выход первого . сравнивающего устройства, выход первого усилителя постоянного тока одновременно подсоединен к одному иэ вхо10

968777

Составитель Е.Городничев

Редактор И.Николайчук Техред Ж.Кастелевич Корректор С.111екмар

Заказ 8162/75 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,;1осква, И-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 дов первого сравнивающего устройства, второй вход которого подсоединен к выходу второго источника опорного напряжения, выход фазометра подсоединен к одному из входов третьего суммирующего устройства, другой вход которого подключен к выходу второго дифферен-. циального усилителя постоянного тока, а выход — к входу второго усилителя постоянного тока, выход которого одновременно подсоединен к второму входу блока измерения и регистрации и одному из входов второго сравнивающего устройства, к одному из входов второго дифференциального -усилителя постоянного тока подсоединен выход третьего источника опорного напряжения, а к другому - выход второго управляемого делителя напряжения, вход управляемого делителя напряжения подсоединен к выходу второго фильтра с болыюй постоянной вре5 мени, вход которого подсоединен к выходу второго сравнивающего. устройства, к другому входу которого подключен выход четвертого источника опорного напряжения.

30 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лвторское свидетельство СССР в 483636, кл. 6 01 V 3/00, 1973.

2. авторское свидетельство СССР

>5 9 600496, кл. G Oi Ч 3/10, 1976, (прототип).