Измерительное устройство для геоэлектроразведки

Сфез Сфветсник Социалистических Республик(53)М. Кл.з 6 01 Ч 3/06 ГосударственныЯ комитет СССР по делам изобретениЯ н открытиЯДата опубликования описания 300981 В.АдМариненко, В.А.Солнцев, П.Ф.Федосеев и В.ПдШевченко(72) Авторы изобретения Казахский опытно-экспериментальный завод геофизических приборов(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОИСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ где О,ив йд0о Изобретение относится к геоэлектрораэ ведке и предназ начено для паис ка поляризующихся объектов методом ,вызванной поляризации на переменном токе низкой частоты.Известны измерительные устройства для геоэлектрораэведки, позволяющие производить амплитудные и фазовые измерения методом поляризации на пере- . менном токе низкой частоты, содержащие избирательные усилители, частота настройки которых совпадает с частотой первой или высших гармоник принимаемого сигнала. Для работы данных измерительных устройств необходимы 15 калибровочные или компенсационныеустройства Ь 3.( Недостатком измерительных устройств содержащих компенсаторы, является их низкая производительность. гоОбщий недостаток измерительных устройств, содержащих избирательные усилители - невозможность получения информации (амплитуды гармоник, фазы и т.д.) в течение одного периода при нимаемого сигнала иэ-за наличия переходных процессов, происходящих в избирательных усилителях при амплитудно-фазовых измерениях. Дпительнасть переходного процесса опреде ляется добротностью и частотой настройки избирательного усилителя и может быть приближено определена по уровням 0,1 - 0,9 Оп 1 из выражениядд и - д -- ,070о амплитуда установившегосянапряжения на выходе избирательного усилителя;длительиость переходногопроцесса,.добротность избирательногоусилителямирезонансная частота избирательного усилителя. Если учесть, что добротность избирательных усилителей выбирается равной десяти и более, а современные измерительные устройства для геоэлект,- роразведки работают на частотах до 0,001 Гц, то время установления сигнала может бмть весьма велико. Снижение добротности избирательных усилителей с целью уменьшения длительности переходного процесса приводит к уменьшению точности амплитудно-фазовых, измерений, вследствие проникновения в полосу, избирательного усилителя побочных гармоник и помех.Кроме того в данных устройствах Устройство содержит входной блокнеобходимо осуществлять калибровку 1, амплитудно-фазовый измеритель 2,измерительного канала перед каждым содержащий избирательный усилитель 3,измерением, что приводит к снижению выход которого соединен со входомпроизводительности измерений. формирователя 4, фаэометр 5, блок 6Наиболее близким к предлагаемому 5 цифрового преобразования, содержаявляется измерительное устройство, со- щий аналого-цифровой преобразовадержащее входной блок, измерительйыетель (АЦП) 7, первую группу ключейусилители, формироватечи, фазометр 8, блок 9 памяти, вторую группу клюи калибратор. Параметры измеряе- чей 10, первый счетчик 11, второймого сигнала (амплитуда первой гар- счетчик 12, пер й дешифрато 13,моники, фаэовые сдвиги междУ гармо - второй дешифратор 14, делитель 15никами) опре;,еляются в результате частоты, генератор 16 тактовых имдвух измерений; калибровки при ко- пульсов (ГГИ), цифроаналоговый преторой на входное устройство подается обраэователь (цАП) 17. ПЕрвый входсигнал с известными параметрами и АЦП подключен к выходу входного блоизмерения Г 23 . 15 ка, выход АЦП соединен со входамиНедостатки измерительного устрой- первой группы ключей, а второй входства - длительное время измерений на АЦП - с выходом первого дешифратора,низких частотах, обусловленное пере- остальные выходы которого подключеныходными процессами в избирательных к управляющим входам первой группыусилителях, необходимость калибровки 20 ключей, выход которых объединеныизмерительного канала, сложность осу- со входами блока памяти, выходы блоществления многочастотных измерений, ка памяти подключены ко входам перс помощью которых возможно отделе- вой группы ключей, выход которыхние эффекта вызванной поляризации соединен со входом АЦП, а управляюот влияния индукции. 25 щие входы соединены с выходами втоЦелью настоящего изобретения яв- рого "дешифратора, один из оставшихсяляется повышение производительности выходов которого подключен к управтруда и точности амплитудно-фазовых ляющему входу ЦАП и второму входуизмерений. фаэометра, а другой выход - к управПоставленная цель достигается тем ляющим входам фазометра иеделителячто в измерительное устройство для частоты, вход делителя частоты объегеоэлектроразведки, содержащее вход- динен с выходом генератора тактовыхной блок и амплитудно-фазовый иэме- импульсов и выходом второго счетчика.ритель, включающий последовательно Выходы первого счетчика соединенысоединенные избирательный усилитель, со входами первого Дешифратора, выформирователь и фаэометр между выхо ход делителя частоты подключен ко35дом входного блока и входом амплитуд- входу второго счетчика, выходы котоно-фазового измерителя последователь- рого соединены со входами второгоно включен блок цифрового преобразо- дешифратора, кроме того, выход ЦАПвания и цифроаналоговый преобразова- подключен ко входу избирательноготель, причем два Управляющих выхода 40 усилителя,блока цифрового преобразователя под- Входной блок 1 может содержатьключены .к двум входам фаэометра,один широкополосный аттенюатор и предиз которых соединен с управляющим усилитель, служащие для нормированиявходом цифроаналогового преобразова- входного сигкала.теля45 Фазометр 5 измеряет интервалы вре.Блох цифрового преобразователя со- мени, длительность которых,соответстдержит последовательно соединенные вует разности между моментами переходааналого-цифровой преобразователь,пер- через ноль первой и третьей, первой и пявую группу ключей, блок памяти, вто- ,той, первой и и-й гармониками, обрую группу ключей, а также генератор 50 рабатывает данные временные интерватактовых импульсов, выход которого лы sо определенному алгоритму,с цельючерез две цепи, первая иэ которых получения на табло информации, харакоодержит последовательно включенные теризующей параметр вызванной поля-счетчик и дешифратор, а вторая - де- ризации.литель частоты, счетчик и дешифратор, Схемы АЦП 7, блок памяти 9, ЦАП 17соединен соответственно с управляю- . счетчиков 11 и 12, дешифраторов 1355щими входами аналого-цифрового преоб- и 14, делителя частоты 15, Гти 16,разователя и первой группы ключей, и первой.и второй группы ключей 8 и 10управляющими входами второй группы выполняют известные Функции и строятключей при этом дешифратор второй ся на основе типовых элементов.цеп подключен также к управляющему 60 Устройство работает следующим обвходу делителя частоты и двум управ" разом.ляющим выходам блока цифрового пре- Иэмеряеьвй сигнал, пронормированный входным блоком 1, поступает вНа чертеже представлена структур- АЦП. 7, который за пери(щ входного сиг+ная схема устройства. нала частотой Г производит е преобразований напряжения с выхода входного устройства 1 в кодовые слова, Шаг квантования задается импульсами, поступающими с выхода первого дешифратора 13 на второй вход АЦП 7. С помощью первой группы ключей 8, управляемых первым дешифратором 13, кодовые слова записываются в в ячеек блока памяти 9. Ключи второй группы 10, управлявшие вторым дешифратором 14, последовательно включают ячейки блока 9 памяти к ЦАП 17, который вырабатывает аналоговый сигнал, соответствующий цифровому коду. Частота преобразования шкод-аналог" (считывания) берется в К раз выше частоты преобразования "аналог-код" (записи), чем обеспечи 15 вается линейное преобразование спектра входного сигнала в более высокочастотный, причем амплитудно-Фазовые соотношения между гармониками преобразованного сигнала соответствуют 20 амплитудно-Фазовым соотношениям между гармониками входного сигнала с точностью, определяемой дискретностью преобразования, С выхода ЦАП 17 сигнал поступает на избирательный уси литель 3, настроенный на частотуГ а 1К, который за время с вйделит первую гармонику преобразованного сигнала. Целое число В показывает сколько раэ необходимо повто- Л рить операцию считывания запомненного сигнала до момента полного установления переходного процесса в избирательном усилителе 3. Если произвести циклическое считываие запомненного сигнала с частотой - , то избирательный усилитель вделит третью гармонику данного преобразованного сигнала, причем частота данной третьей гармоники будет равна частоте первой гармоники сигнала, преобразованного с частотой У т .е, одновременно с выделением гармоник, изменением час-, тоты преобразования производится приведение гармоник к одной частоте, что необходимо при Фазовых иэмере ниях. Для выделения 5, 7. ,и гармоник частота считывания берется соответственно равной , фС выхода избирательного усилителя 3 гармонический сигнал подается на 50 вход формирователя 4, который вырабатывает импульсы, передний фронт которых формируется в момент перехода напряжения выделенного еигиала через нуль, Сигнал с выхода Формирователя 4 поступает на первый вход фаэометра 5, на второй вход кбторого посту- лают импульсы с выхода второго дешифратора 14, соответствующие о времени началу считывания запомненного сигнала, В режиме многочастотных иэ 60 мерений после прохождения и запоминания первого периода входногб сигнала начинаются одновременно процес- сы записи и измерения параметров входного сигнала, Измерение начинает 1 ся циклическим считыванием запомненного сигнала с частотой 1. За каждый период считывания Фазометр 5 измеряет временной интервал, пропорциональный начальному Фазовому сдвигу первой гармоники, причем начало временного интервала определяется моментом прихода импульса,с выхода второго дешифратора 14, аокончание - моментом прихода импульса с выходр формирователя 4, Через время +=ф -ф на управляющие входы делителя частоты 15 и фазометра 5 приходит импульс с выхода дешифратора 14, при воздействии которого коэффициент деления делителя 15 частоты увеличивается в 3 раза, следовательно, частота считывания становится равной ф . Под действием импульса, приходящего на управляющий вход фаэометра 5, производится запоминание измеренного интервала времени и подготовка фазометра 5 к следующему циклу измерений. При частоте считывания + эа время Ы - фазометр измеряет интервал8времени, пропорциональный фазовому сдвигу третьей гармоники. С приходом импульса с выхода второго дешнфратора 14 на управляющие входы фазометра 5 и делителя частоты 15 происходит запоминание измеренного интервала времени, частота считывания становится равной -з-,фаэометр подготавливается к измерениям временного интервала, пропорционального начальному фаэовому сдвигу пятой гармоники входного сигнала. Измерение интервалов времени, соответствующих начальным Фазам 7, , л гармоник, проиэводйтся аналогично. После окончания измерений начального фазового сдвига л-ой гармоники Фазометр 5 определяет Фазовые сдвиги между первой и третьей, первой и пятой. первой и и-ой гармониками как разность между интервалами времени, пропорциональными начальной фазе первой гармоники и интервалами времени, пропорциональ" ными начальным фазам 5, 7 п гармоник. Полученные сдвиги Фаз ббрабатываются по определенному алгоритму с целью получения на табло информации, характеризующей параметр вызванной поляризации. Генератор 16 тактовых импульсов, первый и второй счетчики 11 и 12 служат для управления работой дешифраторов 13 и 14.П р и м е р. Предположим, что для трехчастотных измерений частота входного сигнала Г = 0,01 Гц, число преобразований в = 100, частота настройки избирательного усилителя10 кГц, Примем50, что соответствует добротности избирательного усилителя, равно 1; 50. Общее время измерения предлагаемым устройствам составитФ 3 1 50с + 3 -- + 3 д щ.0,0868676 формула иэ обретения 8322/67писное ВНИИПИ 3Тираж 735 100 с + 0,015 с = 100,015 с,г,е. практически, время измеренийна данной частоте определяется лишьпериодом входного сигнала.Для выполнения измерений известным устройством даже при добротностиизбирательных усилителей не более10 требуется не менее 10 периодовна выполнение операции "Измерение"и столько же на "Калибровку", т.е.всего 20 периодов, что на частоте0,01 Гц составляет 2000 с.В предлагаемом устройстве осуществляется.преобразование спектра частотвходного сигнала в более высокочас-тотный, что позволяет определить необходимые параметры сигнала (амплитуды гармоник, фазовые сдвиги и т .д.)не только за более короткое время,а, практически, сразу же после прохождения первого периода входного сигнала, но с более высокой точностью, 20которая достигается увеличением добротности избирательного усилителя.Увеличение добротности избирательного усилителя, работающего на болеевысокой частоте, чем частота входного сигнала, по существу, не приводит к увеличению времени измерений.Кроме того, изменяя частоту преобразованного сигнала, можно выделитьодним избирательным усилителем, настроенным на одну фиксированную частоту, любую гармонику, чем и достигается возможность многочастотныхизмерений, а также исключается необходимость калибровки измерительногоканала перед каждым измерением,1. Измерительное устройство для геоэлектрораз ведки, содержащее вход ной блок и амплитудно-.фазовый измеритель, включающий последовательносоединенные избирательный усилитель,формирователь и фазометр, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения производительности трудаи точности измерений между выходомвходного блока и входом амплитуднофазового измерителя последовательновключен блок цифрового преобразования и цифро-аналоговый преобразователь, причем два управляющих выходаблока цифрового преобразования подключены к двум входам Фазометра,одиниз которых соединен с управляющимвходом цифро-аналогового преобразователя.2, Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок цифровогопреобразования содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, первую группу ключей,блок памяти, вторую группу ключей,а также генератор тактовых импульсов,выход которого через две цепи, перваяд которых содержит последовательновключенные счетчик и дешифратор, авторая - делитель частоты, счетчики дешифратор, соединен соответственно с управляющими входами аналогоцифрового преобразователя и первойгруппы ключей и управляющими входамивторой группы ключей, при Ътом дешифратор второй цепи подключен такжек управляющему входу делителя частотыи двум управляющим выходам блока цифрового преобразования.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 327428, кл. 6 01 Ч 3/10, 1971.2. Куликов А.В. и др. Фазовые из-,мерения в методе ВП на переменном