Цифровой вольтметр для метода нелинейной вызванной поляризации

(511 4 С О 1 К 19/2 тГс етеТЕНИЯ ОПИСАНИ ЛЬСТВ АВТОРСКОМУ С(21 22 омал ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(46) 30.11.86. Бюл. М 44 (71) Уральский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов (72) М.В. Поздняков, А.И. Человеч" ков и Л.И. Позднякова(56) Кормильцев В,В., Федоров И М., Человечков А.И., Поздняков М.В, Цифровая аппаратура для электроразведки методом вызванной поляризации, Геофизическая аппаратура, вып. 61, 1977, с. 55-60.Поздняков М.В Юферева Л.П. Цифровой милливольтметр для метода нелинейной вызванной поляризации. Геофизическая аппаратура. вып. 81, 1984, с. 43-47.(54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР ДЛЯ МЕТОДА НЕЛИНЕЙНОЙ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ (57) Изобретение относится к области электроизмерительной техники инфра- низких частот и может быть использовано в злектроразведке при оценке вещественного состава поляризующихся массивных руд электропроводных материалов при гальваническом возбуждении поляризующего тока. Цель изоб-,ретения - расширение динамическогодиапазона вольтметра путем преобразования напряжения в частоту по осредненной для положительного и отрицательного полупериодов поляриэующего тока вольт-частотной характеристики, Цель достигается путем введения коммутатора 1 и двух элементовИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, 10 Кроме того,устройство содержит измерительно-частотный блок 2, задающий генератор 3,триггерный делитель 4 частоты, пирамидальную матрицу 5, счетчик 6 времени, элементы И 7, 8, реверсивныесчетчики 11, 12, 13 иииульсое, цифра- Ц)вой индикатор 14. В устройстве умень- (фшается аппаратный шум, а также снятие в большой степени ограничений напредельную величину 60 д (разностьпотенциалов вызванной поляризации Рва(ВП) между приемными электродами), Ьувеличивается точность измерения иболее надежное определение ан ьного эффекта асимметрии ВП. 2Изобретение относится к электро- измерительной технике инфранизких частот и может быть использовано в электроразведке при оценке вещественного состава поляризующихся массивных 5 руд электропроводящих минералов при гальваническом возбуждении поляризующего поля.Цель изобретения - расширение динамического диапазона вольтметра пу О тем преобразования напряжения в частоту йо осредненной для положительного и отрицательного полупериодов. поляризующего тока вольт-частотной характеристике, 15На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений в отдельных точках устройства.Устройство содержит коммутатор 1, измерительный частотный блок (ИЧБ) 2, 20 задающий генератор (ЗГ) 3, триггерный делитель 4 частоты, пирамидальную матрицу 5, счетчик 6 времени, два элемента И 7, 8, два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 10, три реверсивных счетчика 11, 12, 13 импульсов (РСИ) и цифровой индикатор 14, причем входные клеммы (приемные электроды "М" и "М") соединены с входами коммутатора 1, выходы которого сое динены с входами ИЧБ 2, выход ЗГ 3 через триггерный делитель 4 частоты соединен с управляющим входом коммутатора 1, с входом пирамидальной матрицы 5, с первыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, 10 и с входом счетчика б времени, выход которого соединен с первыми входами элементов ,И 7, 8, вторые входы которых соединены с выходом ИЧБ 2, а третьи входы - с первым и вторым выходами пирамидальной матрицы 5, третий и четвертый выходы которого соединены с вторыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, 10, выходыкоторых соединены 45 соответственно с управляющими входами первого и второго РСИ.11, 12 и с управляющим входом третьего РСИ 13, выходы РСИ 11, 12, 13 соединены с входами цифрового индикатора 14, а выходы элементов И 7, 8 соединены соответственно со счетным входом пер" вого РСИ 11 и со счетными входами второго и третьего РСИ 12, 13. Устройство работает следующим образом.При пропускании через геологическую среду с исследуемым рудным телом5 знакопеременных импульсов тока с периодом Т (эпюра 15) между приемными электродами "М" и "Х" возникает разность потенциалов дП, существующая также некоторое время после окончания токового импульса, и прикладывается к входу устройства. Измеряемое напряжение дП инвертируется во время каждого четного периода тока (эпюра 16). Инверсия дП осуществляется коммутатором 1 при помощи потенциалов (эпюра 17), поступающих на его управляющий вход, Измеряемое напряжение по необходимости ослабляется и преобразуется в частотную последовательность прямоугольных импульсов в ИЧБ 2. Частота следования импульсов пропорциональна напряжению на входе ИЧБ 2Й+ БЙПщм 1где 1 - собственная частота генерации ИЧБ 2;В крутизна вольт частотноихарактеристики ИЧБ 2,С выхода ИЧБ 2 последовательностьимпульсов через элементы И 7, 8 поступает на счетные входы РСИ 11,12,13.При этом потенциалами (эпюры 18,19), снимаемыми с пирамидальной матрицы 5 и подаваемыми на входы элементов И 7, 8 осуществляется строби-рование сигнала. Прохождение последовательности импульсов через элементыИ 7, 8 определяется также потенциалами логической единицы, поступающимина третьи входы элементов И 7, 8 сосчетчика 6 времени, Зти потенциалызадают длительность измерительногоцикла вольтметра.Инверсия режимов счета РСИ 11, 12,13 осуществляется при помощи потенциалов, подаваемых на их управляющиевходы (эпюры 20, 21). Эти потенциалыполучены логической трансформациейпотенциалов (эпюры 22, 23, 17) припомощи элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, 10.Результаты счета РСИ 11, 12, 13 завремя измерения иТ, где п - натуральное число, выводятся на табло цифрового индикатора 14. Первый РСИ 11считает импульсную последовательность,стробированную во время импульсовполяризующего тока (эпюра 18), приэтом во время пропускания положительных импульсов тока РСИ 11 работает врежиме вычитания (эпюра 20), а вовремя пропускания отрицательных импульсов - в режиме сложения (на управ24 3 12738ляющие входы подана логическая " 1") .За время пТ результат счета РСИ 11равен 8(Е) = 8, + ьБ(Е),В известном устройстве аппаратурный шум повторяется каждый последующий период и накапливается по мере увеличения времени счета, в данном устройстве аппаратурный шум устраняется инверсией входного напряжения в четные периоды поляризующего тока и соответствующим изменением режимов счета РСИ 13. Покажем это.В четный период Т=2 п напряжение ВП преобразуется в частоту по "обращенной" вольт-частотной характеристике ИЧБ 2, поэтому результаты счета РСИ 13 за первый и второй полупериоды соответственно равны а результат счета за весь периодТ 2 п при ьУ= ь Ув = ь 5 в равенМз(Т = 2 п) = Ейз + ЕЕ 2 ьБбоНвп ют.е. противоположен по знаку результату счета РСИ 13 во время предыдущего периода,При ьУьПрезультат счета РСИ13 за два следующих друг за другоми =2 п Б ац йю 2 п Бедц Бгде ьПр - разность потенциалов междуприемными электродами, существующая во время пропускания через среду поляризующего тока;С - момент времени начала стро 1бирования;- длительность стробирования, 15По измеренным величинам ь 0 делается оценка электропроводности геологической среды по известным формулам.Второй РСИ 12 считает импульсную.последовательность, стробированную в 20каждой паузе пол 4 ризующего тока дважды (эпюра 19). При этом после выключения положительного тока РСИ 12 работает в режиме сложения, а после выключения отрицательного тока -в режи 25ме вычитания (эпюра 20). За время пТ1 результат счета при малом дУ(1 з)Равен з Е Фз+ЕИ =2 пБь 0(с)с 1 е+2 пБ ь 0 (с)йс(ь 0 - ьПвп )где дПЬе 2разность потенциалов вызванной поляризации (ВП) между приемнымиэлектродами; , 35дО - то же, при положительныхимпульсах тока;,дЦ" то же, при отрицательныхимпульсах тока;й ,С - моменты времени началастробироваиия.По результатам счета в первом ивтором каналах по известным формуламвычисляется параметр НВП-поляризуемость.45Третий РСИ 13 считает во времяпауз тока ту же импульсную последовательность, что и второй РСИ 12, норежим счета РСИ 13 иной (эпюра 21).Вне зависимости от порядка полупери Оода тока каждый первый строб-импульсприходится на режим вычитания, акаждый второй - на режим сложения,Рассмотрим два следующих один задругим периода поляризующего тока 55Т = 2 п. и Т = 2 п и найдем результат счета РСИ 13 за эти периоды,Дляпростоты изложения .учтем лишь первые из двух стробов в паузе тока, афункцию крутизны вольт-частотной характеристики ИЧБ 2 аппроксимируемлинейной функцией где 8, - крутизна характеристики вотсутствии входного напряжения;ьБ(Е) - приращение .крутизны при напряжении Е.При нечетном периоде Т2 пнапряжение ВП преобразуется в частоту в соответствии с "прямой" вольт-частотной характеристикой ИЧБ 2. Результаты счета РСИ 13 за первый и второй полупериоды соответственно равны:1 8 ь вд (Б д ) ПьоЕ, =-Б,Е ь О,"- -(Б, - д 8) ь 0 Согласно эпюре 21 РСИ 13 работал во время периода Т = 2 пв режиме вычитания, что учтем изменением знаков перед результатами счета, При отсутствии эффекта НВП (при ь 0+впьбв= ьб ) результат счета за период Т. = 2 правен 1 з (Т=2 п) =-И -Из =Е(82 Бт ь вп -гьБ П,. Ейз = -Бз д "вп - -(8. дБ)ь"вв фН =. 8 Еь 3 м (8 +дБ)ЕьПа ь-тие, г. иэв. полигр 5 12 периода равен с (Б, +Б, ) ьБ - й 13 )2 Е, Я, ЬдП = 2 Е Ядб(ЬУ,- разность потенциалов нелинейной вызванной поляризации). Преобразование напряжения в частоту по некоторой осредненной вольт-частотной характеристике частично компенсирует ее нели-нейность и этим достигается существенное расширение динамического диапазона измерений. При этом уменьшение аппаратурного шума, а также снятие в большей степени ограничений на предельную величину д 0обеспечивают увеличение точности измерения дП , более надежное определение аномального эффекта токой асимметрии НВП и, в конечном итоге, более надежное определение вещественного состава исследуемого рудного тела. формула изобретения Цифровой вольтметр для метода нелинейной вызванной поляризации, содержащий измерительный частотный блок, последовательно соединенные задающий генератор, триггерый делитель частоты и пирамидальную матрицу, счетчик времени, два элемента И, три реверсивных счетчика импульсов и цифровой индикатор, причем выход триггерного делителя частоты соединен с входом счетчика времени,выход которого соединен с первыми вхо 73824 Ьдами элементов И, вторые входы которых соединены с выходом измерительного частотного блока, третьи входысоответствующих элементов И соединены соответственно с первым и вторымвыходами пирамидальной матрицы, выход первого элемента И соединен сосчетным входом первого реверсивногосчетчика импульсов, выход второго 1 О элемента И соединен со счетными вхоами второго и третьего реверсивныхсчетчиков импульсов, выходы трех реверсивных счетчиков импульсов соединены с соответствующими входами циф рового индикатора, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона, в него введены коммутатор и два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем входные 20 клеммы соединены с входами коммутатора, выходы которого соединены свходами измерительного частотногоблока, а управляющий вход соединен свыходом триггерного делителя частоты 25 и первыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами пирамидальной матрицы, выход первогоэлемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с ЗО управляющими входами первого и второго счетчиков импульсов, выход второгоэлемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен суправляющим входом третьего реверсивного счетчика импульсов,