Многоканальное измерительное устройство для геоэлектроразведки

 

В. А. Полов, В. В. Сушкевич, Л. 3. Бобровннков, А. А;

-и Л. И. Орлов (72) Авторы изобретения

Московский ордена Трудовогв Красного Знамени геол институт им. Серго Орджоникидзе (7t) Заявитель (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ -ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕИКИ

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в геоэлектрораэведке при электропрофилировании, площадных измерениях вызванной поляризации (ВП) и нелинейной вызванной поляризации (НВП) с измерением электрической составляющей поля, принимаемого из земли одновременно несколькими заземленными нриемньтми линиями.

Известно многоканальное измерительное устройство для геоэлектрораэведки, содержащее несколько приемных заземленных линий, несколько компенсаторов поляризации, комму 3õîð каналов и измеритель сигналов (3j.

Недостатком этого устройства является то, что в ием используются очные коммута торы приемных линий и компенсация поляризации электродов также осуществляется вручную, что требует больших затрат времени на выполнение исследований. -20

Известно также многоканальное измеритель ное устройство для.геоэлектроразведки, содержащее три датчика магнитного поля, два датчика электрического поля, пять масппаб2 ных усилителей, пять следящих анаяоговоцифровых преобразователей, коммутатор каналов и измеритель сигналов, содержащий преобразователь аналог-код, сумматор, блок регистрации и блок управления (2).

Данное устройство имеет ограниченное число каналов измерения электрического поля (только два) н поэтому не позволяет получить необходимую производительность работ. Использовать в этой станции вместо датчиков магнитного поля датчики электрического ноля нельзя, так как датчики электрического поля (нриемные заземленные линии) в отличке от датчиков магнитного поля галЬванически связаны между собой через сопротивление геоэлектрического разреза, поэтому в измерительном устройстве все каналы должны быль гальванически развязаны друг от друга, а это в данном устройстве не предусмотрено.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является многоканальное измерительное устройство для геоэлектрораэведки, содержащее несколько

995047

3 масштабных усилителей, число которых на два меньше числа входных клемм устройства, несколько дифференциальных усилителей, число которых равно числу масштабных уси —. лителей, и измеритель сигналов, причем первая входная клемма соединена с общей шиной устройства, остальные входные клеммы, за исключением последней, соединены со входами соответствующего масштабного усилителя, выходы: масштабных усилителей, кро- 16 ме,первого, соединены с первыми входами соответствующих дифференциальных усилителей, кроме первого, выход первого масштабI ного усилителя н выходы всех дифференциальных усилителей соединены с .входами измерителя сигналов, содержащего несколько аналогово-цифровых преобразователей, wo числу каналов, блок фотооптической связи, соединенный с запоминающим устройством .и блоком регистрации, причем к вторым вхо 20 дам дифференциальных усилителей подключашя комненсаторы цоляризации (3).

Недостатком известного устройства являет- ся то, что оно не позволяет получить необходимую точность измеренпй из-за . извиМных связей между каналами. Так, s этом устройсгае используются четыре гальванически развязашых саьа@ртоятельньтх канала, вход каждого из которых соединен с двумя независимыми электродами. Ввиду этого, не Э© более, чем, в одиом канале один элект. род может .быть соединен с общей шиной устройства, оетальные электроды соединены попарно с входом каждого канала. Так как входное сопротивление каждого канала должно быть we менее -3 МОм, то даже при

35 сопротивлении утечки,: между каналами, рав- . ном 200-300 МОм, со входа одного канала на -вход другого будет поступать до

1% сигнала. Амплитуда сигналов на входах различных каналов может изменяться в 100—

1000 раз, поэтому утечка иэ канала, иа входе которого имеется большой cmsm, в ка-. нал с малой амплитудой сигнала может составлять 10-100%, что вообще не позволяет проводить измерения. Реально получить в по: левых условиях сопротивление утечки более чем 100 МОм ие удается даже при заливке измерительиьп плат зпоксиднымн смолами, ввиду появления микротрещин в процессе эксплуатации. В этом устройстве каждый канал должен быть запитан от своего гальванически развязанного источника питания.

Сопротивление утечки между источниками питания создает точно такую же параэитную связь, как и сопротивление утечки между каналами, которую также нельзя полностью устранить. Кроме сопротивления утечек большое влияние оказывает также eaacoctww

4 связь между каналами, в особен."ости через трансформаторы преобразователей при измерении ранних стадий ВП. Кроме того, данное устройство является сложным н громоздким нз-за необходимости использовать в каждом канале гальваническн развязанные автономные датчики питания.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем устранения погрешностей, обусловленных взаимнымн связями между каналами при одновременном упрощении устройства, Цель достигается тем, что в многоканальное измерительное устройство для геоэлектроразведкн, содержащее несколько масштабных усилителей, число которых на два меньше числа входных. клемм устройства, насколько дифференциальных усилителей, число которых равно числу масштабных усилителей, и измеритель сигналов, причем первая входная.клемма соединена. с общей шиной устройства, остальные входные клеммы, за исключением последней, соединены с входами соответствующего масштабного усилителя, выходы масштабных усилителей, кроме .первого, соединены с .первыми входами соответствующих дифференциальных усилителей, кроме первого, выход первого масштабного усилителя и выходы всех дифференциальных усилителей соединены с входами измерителя сигналов, введен масштабный делитель .сигналов, включенный между выходом первого масштабного усилителя н первым входом первого дифференциального усилителя и соединенный с общей шпион устройства, а второй вход первого н всех последующих дифференциальных усилителей соединены соответственно с третьей и всеми последующими входными клеммами устройства.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит входные клеммы 1 — 5, масштабные усилители 6 — 8, дифференциальные усилители 9 — 11, масштабный делитель

12 сигналов н измеритель 13 сигналов, причем первая входная клемма 1 соединена с общей шиной устройства, входные клеммы

2 — 4 соединены с входами масштабных усилителей 6 — 8 н вторымн входами дифференциальных усилителей 9 и 10, входная клемма 5 соединена с вторым входом дифференциального усилителя 11, выход масштабного усилителя 6 и выходы дифференциальных усилителей 9 — ll соединены с входами нзмери1 теля 13 сигналов, выходы масштабного делителя 12 сигналов и масхзтабных усилителей

7 и 8 соединены соответственно с первыми входами дифференциальных усилителей 9, 10 н 11, вход делителя 12 сигналов соеднМасштабные усилители 6-8 выполняют по схеме неинвертирующнх усилителей, так как именно такие усилители позволяют получить максимальную величину -входного сопротивления, а выходы этих усилителей 7 н

8 и делителя 12 соединяют (через масштабнрующие резисторы) с riервыми инверсными входами дифференциальных усилителей.

Вторые прямые входы диффереипиялькых усилителей 9, 30 и 11 соединяют соответственно с входными клеммами 3, 4 и 5;

Так как коэффициент усиления дифференциальных усилителей по прямаму входу на единнпу болыйе, чем по инвеосйому входу, получим следующие сигналы на выходах дифференциальных усилителей 9 — Ц: с = 1к +11 е Е -к " к4к1=к с; (,+ ) (е,.е е,)-,(,+ )-", ()(+Я р + )-К К (Я Е ф

Таким образом, Ня входы измерителя 13 сигналов с выхода масштабного усилителя 6 и дифференциальных усилителей 9 — 11 -посту-: .пают усиленные в К, раз сигналы .Е,, fa, Ез я Е», т.е. усиленные в заданное число раз подлежащие измерению сигналы.

Измеритель 13 сигналов- выполняется по. стандартной схеме. Он содержит аиалоговоцифровой преобразователь (одноканальный илн многоканальный), цифровое запоминающее устройство и, если это необходимо, asтоматические или ручные компаисатврь поляризации. С помощью аналого-цифрового ереобразователя одновременно (при использовании многоканального преобразователя) или поочередно поступающие на вход измерителя

13 усиленные сигналы преобразуются в- цифровой код и заносится в цифровое заномннвющее устройство, а - затем .с штываются с помощью цифропечатакнцйо устройства нли вводятся непосредственно в ЗВМ NM обработки полученно33 -информашш.

Технико-экономическая эффективность применения предлагаемого устройства заключается в повышении точности измерений нри одновременном упрощении устройства. Так .как в предлагаемом устройстве не требуется приМейять гальванически развязанных измерительных каналов — в нем все каналы имеют общую шину, связанную с общей шиной питаяия устройства„то исключаются все погреш5, 995О47 нен. с -выходом масппабного .усилителя 6,. кроме того, делитель 22- сигналов соединен с обп3ей шиной устройства.

Устройство работает следующим образом.

K входным -клеммам 1 — 5 подключают прй- S емные датчики. сигналов — заземленные при-.— —.. емные.пинии — таким образом, что каждый-= приемный электрод соединяют с одной из входных клеь3м 1 — 5 устройСтва. Приемные .электроды располагают последовательно друт- 36 с другоМ вдоль профиля измерений. С помощью мцогоканапьнОго измерительного усг-: . райства должны бйть. измерены следующие сигналы: напряжение Ет приложенное между вэдныйк клеммами 3 и 2, напряжение Е,-qs прйложеииое между .входными клеммами 2 н 3,;напряжение Бз, приложенное между яхо3П3ыми клеммами 3 и,4, напряжение Б», йфилежепйое между входными клеммами

Ф и.-5 =и т,ц.. эп

Так как., входная клемма 3 соединена с ейцей. пишой уствойетиа, клеммы 2 — 4 сое-. .дищны с входамя масштабиых усилителей- -

6- 8,: а клемма 5 — c вторым- дифференцнайьным,усилнталем 11,. причем все усиля ° 3)5 асеан н- мааигтабные и .дифференциальные .соедйненьь е обшей шиной устройства, то на входах этих усилителей -действуют следующие сигналы: на вхоп)в усилителя 6 Е>, на входе усилителя 7 Бт + Еэ на входе уси- зе .питала 8 Ет + Бз:Ф Еэ, на втором входе усилителя 11 Б< + Ea + Бэ+ Е». Коэффициент усиления Кт масштабного усилителя .6 выбирается . фиксированным и может- быль

3s сированным выбирается н коэффициент усиления Кз.масштабных усилителей 7, 8,исходяиз условия Кч

К = —., 313 ,К1 1

Коэффициент усиления Кэ дифференциаль= ных усилителей 9 — 11 по первому (инверсному) входу должен быль жестко связан по величине с коэффициентом усиления Kq масппабных уснлителеи 7 и 8 и выбирается следующим образом: 4s 3

К 1

Коэффициент деления К» масштабного делителя 12 сигналов должен быль жестко зи-..— . зак по величине с коэффициентом ycmenia Кт масштабного усилителя 6:

К4 = — - (э1

К„-1

После усиления входных сигналов на выходах масштабных-„усилителей 6, 7 и 8 дей- SS

c3syse соответственно следующие сигналы:

С1=К1Е1

С --К (Е + );

6 C =y (+p +E ) . а на выходе делителя 32 сигналов

С4=, К1К»Е .

995047

ВНИИПИ Заказ 637/32

Тираж 708 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæòoðoä, ул.Проектная,4 ности, обусловленные взаимными связями между каналами, эа счет утечек, что позволяет повысить точность измерений. Кроме того, вместо гальванически развязанных аналогово.цифровых преобразователей, число которых З у известного равно числу каналов, в предлагаемом устройстве используется один многоканальный аналогово-цифровой преобразователь. Как известно, многоканальный аналогоцифровой. преобразователь может быль . выпол- 1О нен по схеме: один общий цифро-аналоговый преобразователь (генератор ступенчатого напряжения) соединяют с первыми входами компараторов, к вторым входам, которых подключают .выходы усилителей 6,9 — 11 и подсчи- - 11 тывают число ступенек, вырабатываемых цифро-аналоговым преобразователем, которые соответствуют амплитуде сигнала в каждом

: канале. При эхом также значительно повы- шается точность измерений, так как источник п сигналов сравнения — цифро-аналоговый преобразователь — общий для всех каналов. Упрощение устройства заключается в том, что, например при 24.каналах иэ предлагаемого устройства по сранению с известным можно исключить 23 автономных блока питания и

23 цифро-аналоговых преобразователя. Это также значительно уменьшает габариты устройства, резко снижает его: себестоимость.

Устранение взаимных связей между кана- gg лами позволяет проводить измерения гораздо меньших по амплитуде сигналов, что увеличивает производительность труда s 1,6 раз за счет увеличения длины питающей линии и сокращения числа раскладок питающей линии на участке съемки.

Формула изобретения

Многоканальное измерительное устройство для геоэлектроразведкн, содержащее несколь8 ко масштабных усилителей, чи ло которых на два меньше входных клемм устройства, несколько дифференциальных усилителей, число которых равно, числу масштабных усилителей, и измеритель сигналов, причем первая входная клемма соединена с общей шиной устройства, остальные входные клеммы, за исключением последней, соединены с входами соответствующего масштабного усилителя, выходы масштабных усилителей, кроме первого, соединены с первыми входами соответствующих дифференциальных усилителей, кроме первого, выход первого масштабного усилителя и выходы всех дифференциальных усилителей соединены с входами измерителя сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений путем устранения погрешностей, обусловленных взаимными связями между каналами при одновременном упрощении устройства, в него введен масштабный делитель сигналов, включенный между выходом первого масштабного усилителя и первым входом первого дифференциального усилителя и соединенный с общей шиной устройства, а второй вход первого и всех последующих дифференциальных усилителей соединены соответственно с третьей и всеми последующими клеммами устройства.

Источники информации, принятые во внймание при экспертизе

1. Комаров В. А. Электроразведка методом вызванной поляризации. "Недра"; 1972, с. 193-199, 2, Авторское свидетельство СССР: М 717668, кл. 6 01 Ч 3/08, 1975, 3. Электроразведочная аппаратура для исследования рудных месторождений на больших глубинах тина GP — 2/78. Проспект-описание.

Венгерский геофизический ин-т им. Л. Этвеша.

Будапешт, 1980 (прототип).