Устройство для геоэлектроразведки

(22) Заявлен вкиисоединением осударственныи комнте Саавта Министроа СССР оо делам изобретений н открытийано 30.05.77, Бюллетень2 Опубли к ата опубликования оп сания 22,0 б.7 2) Авторы изобретеци 71) Заявитель(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВ я к области геоэлек устройствам для на ктропроводностц про ти морской воды оке определения удельроводящих сред, в Изобретение относитстроразведки, а именно кхождения удельной элеводящих сред, в частносанов и морей.Известно устройство дляной электропроводности пчастности морской воды.Это устройство содержит задающие датчики электромагнитного поля, через которые пропускают ток в исследуемую среду, и приемные датчики электромагнитного поля, принимающие сигналы, несущие информацию об электропроводности исследуемой среды. Недостатком указанного устройства является низкая точность результатов измерения.Известно другое устройство для геоэлектроразведки, позволяющее измерять электромагнитные поля в проводящих средах. Устройство состоит из датчиков, представляющих собой тороидальную катушку со стержнем, усилителей и регистраторов. Использование индуктивных датчиков позволяет исключить влияние прцэлектродных явлений, однако связано с затратами мощности на создание рабочего тока.Известно также устройство, позволяющее работать с естественными электромагнитными полями земли( моря), состоящее из датчика чассивного типа, выполненного в виде тороД. Ларионов и Е. ф. Зими идальнои катушки с проводящим стержнем, снабженным сгустцтелем, согласующего трансформатора, усилителя и регистратора.Последнее из указанных выше устройств 5 является наиболее близким к изобретению.Недостатком этого устройства является то, что оно позволяет измерять плотность тока в заданной точке пространства, а для расчета удельной электрической проводимости недо стает сведений о напряженности электромагнитного поля, создаваемого этим током. Поэтому известное устройство не позволяет однозначно определить проводимость изучаемой среды.5 Целью изобретения является увеличениеточности измерений ц получение однозначных величин электропроводностц изучаемых сред путем одновременного замера на одной установке, помешасмой в заданную точку среды, О напряженностц электромагнитного поля цплотности тока, создающего это поле.Указанная цель достигается тем, что в устройстве для геоэлектроразведки датчик плотности тока снабжен дополнительным электро дом, установленным на диэлектрическом стержне ц расположенным по главной осц сгустцтеля, и устройство содержит канал измерения электрической напряженности, включающий дополнительный электрод ц сгустцтель тока, О согласующий трансформатор ц логапцфмцчс(6) ский усилитель, а перед регистратором введен блок вычитания, два входа которого соединены через логарифмические усилители соответственно с тороидальной катушкой и каналом измерения электрической напряженности,Принципиальная возможность определения проводимости обуславливается существованием плотности тока проводимости, вызванного воздействием этих полей и зависящего от удельной электропроводности среды (дифференциальный закон Ома)о=аЕ, (1) где б - плотность тока проводимости;Е - напряженность естественного (илипромышленного) электрического поля Земли.Если в заданной точке пространства одновременно замерить плотность тока проводимости и напряженность поля, то в соответствии с формулой (1) удельная электропроводность среды находится делением двух найденных величин,где о - удельная электропроводность исследуемой среды. С целью увеличения чувствительности и улучшения соотношения сигнал/шум измерительная система сгуститель - дополнительный электрод согласуется со входом усилителя через согласующий трансформатор. В качестве усилителей измерителя плотности тока (о) и напряженности электрического поля (Е) выбраны логарифмические усилители, что позволяет в дальнейшем применить простейшее вычитающее устройство и подать сигнал на регистратор удельной электропроводности (например, стрелочный прибор с логарифмической шкалой) .Так как электромагнитное поле Земли формируется глобальной системой эндовибратора Земля в ионосфе, то для него характерно наличие трех четко выраженных полей резонанса Шумана на частотах1=7 - 8 Гц; =14 - 16 Гц; з=21 - 24 Гц или в случае близко расположенных промышленных предприятий - существование поля промышленной частоты. Электромагнитное поле Земли в силу глобального характера формирования является однородным на значительных пространствах и зависит лишь от электропроводности подстилающих структур Земли (моря).С целью улучшения соотношения сигнал - помеха и упрощения измерений входные цепи датчика (тороидальная катушка измерителя плотности тока, входные и выходные цепи согласующего трансформатора измерителя напряженности поля) настроены в резонанс на Шумановские частоты электромагнитного поля Земли или на промышленные частоты энергосети,5 15 2 О 25 зо 35 4 О На фиг. 1 схематически изображено предложенное устройство; на фиг. 2 - блок-схема устройства; на фиг, 3 - схема устройства для измерения электропроводности морской воды.Устройство состоит из двух металлических сгустителей 1 и 2, разделенных диэлектрической прокладкой 3 и соединенных металлическим стержнем 4, и электрода 5 (металлический шар с кадмированной поверхностью), соединенного диэлектрической трубой 6 со сгустителем 2.На металлическом стержне 4 расположена тороидальная измерительная катушка 7, концы которой связаны с входом логарифмического усилителя 8. Выход логарифмического усилителя соединен с вычитающим устройством 9. Внутри диэлектрической трубы 6 от электрода 5 проходит соединительный провод 10 к одному из концов первичной обмотки согласующего трансформатора 11, второй конец первичной обмотки этого трансформатора соединен со сгустителем 2. Вторичная обмотка согласующего трансформатора 11 соединена со входом второго логарифмического усилителя 12, выход которого -- с вычитающим устройством 9.Выходные концы с вычитающего устройства 9 с помощью соединительного кабеля 13 выводятся из корпуса датчика через сальник 14.При внесении устройства в исследуемое пространство под воздействием переменного электрического поля Земли (моря, океана) через сгустители 1 и 2 и стержень 4 протекает переменный ток, пропорциональный плотности тока производимости в среде. На концах тороидальной катушки 7, индуктивно связанной со стержнем 4, возникает напряжение, пропорциональное напряженности поля Ео, удельной электропроводности среды о и константе датчика Ктд, зависящей от параметров и геометрии катушки 7 и сгустителей 1 и 2бртд - ттд оС другой стороны, между сгустителем 2 и дополнительным электродом 5 под воздействием того же поля возникнет напряжение Уэд, пропорциональное только напряженности действующего поля Ео и коэффициенту преобразования К,д (с учетом согласующего трансформатора 11) электродного датчика:7 вд - КвдЕоОчевидно, что отношение сигналовтд ттд эдэд пропорционально только постоянным датчиков (Ктд и Код и удельной электропроводности среды. Указанная операция в устройстве осуществляется с помошью двух логарифмических усилителей 8 и 12 вычитающего устройства 9, выходной сигнал с которого будет ра- вен560196 6 1 7,7 где Ко - коэффициент усиления логарифмических усилителей 8 и 12. Сигнал (6) поступает в дальнейшем на регистратор 15 с логарифмической шкалой. Для улучшения соотношения сигнал/помеха входные цепи измерителя плотности тока (тороидальная катушка 7) и электродного измерителя (первичная обмотка трансформатора 11 и дополнительный электрод 5) настраиваются в резонанс на Шумановские частоты естественного переменного электрического поля Земли (моря) или на промышленные частоты энергосети. Настройка может быть осуществлена либо с помощью вспомогательной регулируемой емкости либо с помощью специально намотанного трансформатора, учитывающего существующую емкость двойного электрического слоя на сгустителе 2 и электроде 5.На фиг. 3 представлена схема использовавания предлагаемого устройства для измерения электропроводности морской воды с исследовательского судна 16,При измерениях на ходу используется буксируемая система, состоящая из датчика 17, стабилизатора 18 и соединительного кабеля 19. При стоповых измерениях система состоит пз груза 20, датчика 21 и соединительного кабеля 21. Формула изобретения5 Устройство для геоэлектроразведки, содержащее пассивный датчик плотности тока естественного электромагнитного поля Земли в виде тороидальной измерительной катушки со сгустителями тока, логарифмический усили тель и регистратор, отличающееся тем,что, с целью увеличения точности измерений и получения однозначных величин электропроводности изучаемых сред, датчик плотности тока снабжен дополнительным электродом, 15 установленным на диэлектрическом стержнеи расположенном по главной осп сгустителя, устройство содержит канал измерения напряженности естественного электромагнитного поля Земли, включающий дополнительный элек трод и сгуститель тока, согласующий трансформатор и логарифмический усилитель, а перед регистратором введен блок вычитания, два входа которого соединены через логарифмические усилители соответственно с тороидальной Б катушкой и каналом измерения напряженности электромагнитного поля Земли.560196 Составитель И. ВоскобойниковРедактор В. Левитов Тскред Л. Денискина 1 Сор рс скина Подписное аказ 1382/14 1303 ва, 2 Типография, пр. Са Издка 482 ударственного комитета о делам изобретений 5, Москва, )К, Раун