Устройство для геоэлектроразведки

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 280780 (21) 29 б 7497/18-25с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано 230582, Бюллетень Мо 19Дата опубликования описания 23.05,82 Р 1 М Кд з а 01 Ч 3/0 Государственный комитет СССР о делам изобретений н открытий(71) Заявитель Физико-механический институт АН Украинской ССР 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРЬЭВЕДКИ Изобретение относится к геозлектроразведке индуктивными методами.Известно устройство для геозлектроразведки, используемое для изме" .рения инвариантных параметров магнитного поля, в частности реактивных компонентов, содержащее два ортогонально установленные датчика,перемножители, фильтры, устройствосреднеквадратичного сложения, измерительный прибор и источник опорного напряжения 1),Эти устройства позволяют измерятьреактивную компоненту в плоскостидатчиков только на одной частоте,что является их недостатком,Известно также устройство для геоэлектроразведки, содержащее два ортогональных приемных датчика,одни ,из которых через фаэовращатель, а другой непосредственно подключены к коммутатору, который через иэбира" тельный усилитель нагружен выходным коммутатором, причем избирательный усилитель через фазочувствительный детектор, нагруженный дополнительным усилителем частоты коммутации, и синхронный детектор подключен ко входу следящей системы 2). Это устройство позволяет проводить автоматическую ориентировку датчиков вдоль осей элипса поляризации, однако обладает невысокой точностью измерений.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для двухчастотных измерений в геоэлектрораэведке, содержащее два резонансных ортогонально установленных датчика .поля, два :множительных устройства, два фазочувствительных выпрямителя, суммирующее устройство и источник опорного 15 напряжения 3). Известное устройство позволяет из"мерять угол поворота эллипса поляризации магнитного поля при изменениичастоты независимо от ориентировкидатчиков в плоскости измерений, однако оно имеет низкое быстродействие и,следовательно, низкую точность измерении в движении (например, с самолета), что обусловлено модуляцией иэ"меряемых сигналов сигналом низкойчастоты. Время измерения с помощьютакого устройства не может быть меньше периода сигнала частоты модуляЗоЦель изобретения - повышение быстродействия и точности измерений.Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для геоэлектроразведки, содержащее два резонансных ортогонально установленных датчика, два множительных устройства, два фазочувствительных вы-, прямителя, суммирующее устройство и источник опорного напряжения, подключенный к входу одного фазочувствительного выпрямителя, введена вторая пара резонансных ортогональ но установленных датчиков, расположенных коллинеарно перной паре датчиков первой частоты и настроенных на другую частоту, вычитающее устрой ство и источник опорного напряжения, причем входы каждого из множитель- ных устройств подключены к двум взаимно ортогональным датчикам разных частот, а выходы множительных 20 устройств подключены к вычитающему устройству, соединенному с фазочувствительными выпрямителями, опорный вход второго фарочувствительного выпрямителя соединен со вторым 25 источником опорного напряжения, а выходы фаэочунствительных выпрямителей соединены со входом сумматора.Такая конструкция устройства 30 позволяет измерять новую инвариантную .относительно ориентировки датчикон величину: угол поворота вектора реактивной или любой другой составляющей поля при изменении частоты. З 5 В предлагаемой схеме измеряемые сигналы не умножаются на медленно изменяющийся сигнал, как в извест-, ной схеме, а перемножаются непо" средственно между собой, что повы" шает быстродействие измерений.На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - приведены результаты расчета величин, измеряемых предлагаемым устройством над двухслойной прово дящей средой; на фиг. 3 показаны для сравнения результаты расчета полуосей эллипса поляризации магнитного поля над той же средой.устройство содержит датчики поля 50 1 - 4, множительные устройства 5 и б, вычитающее устройство 7, фаэочувствительные выпрямители (детекторы) 9 и 10, источники (генерато ры) опорного напряжения 8 и 11, сум матер 12. Выход сумматора является выходом устройства.Работает устройство следующим образом.Генераторное устройство (не по казано) возбуждает электромагнитное поле двух частот ю и ю 2. Датчики 1 и 2 установлены ортогонально и принимают сигналы частоты ж,(, Аналогично датчики 3 и 4 также установлены ор тогонально и принимают сигналы частоти ч , Возможно совмещение датчиков 1 и 3 (а также датчиков 2 и 4) в один с последующим разделением сигналов двух частот с помощью фильтров, Выражения для сигналов, принимаемых датчиками . можно записать н виде- веП з 1 пы, с +д 3 соз хс, 47 ВЕП зфпС +,Э )2 соз ы Ъ 2 х - БВП 2 Хзз и ы 2 С + ЗиЦ 2 Х соя ю 022= Ве"22 81 п И 2 + Дир 1 х сон Ю 2 с где В П и ЭД,) - активная и реактивная составляющие частоты ы по направлениюМножительное устройство 5 перемножает сигналы с датчиков 1 и 4, в результате чего на его выходе получаются сигналы комбинационных час- 2+Ц- - ( Н О 1 П +Ц 1 ВеО )этиа ъ ) С+2 2+ 12е х 1 е22. 1 гРе ы) 51 пы+и )С + - 2 - Г-ЦЯ+11 нЬх 1 щ1) сои(ы+ юд) САналогичные выражения получают для сигнала 1) , П хна выходе множи" тельного устройства б, перемножающего сигналы с датчиков 2 и 3.Вычитающее устройство 7 преобразует разность произведенийих Цаг - Бт Пг,хФаэочувствительный выпрямитель 9, на который подается опорное напряжение соя(ы - ы ) С от генератора 8, выделяет из разностного сигнала величину1 1 фе "4 Х е".22 е 42. Ве П 2 х ) + 2( 3 ьПх 3 лП 2 л. 3 ьР- мМАналогично, фазочувствиуельный выпрямитель 10, управляемый опорным напряжением соз(ж + ж )С от генератора 11, образует йа своем выходе сигнал12 ( ЕХ е 22 + еЬ е Ъх)1+ 2 (ЪП 4 Х 0 ф 22. ЙэР 12. ф 2 х)л ФВ результате суммирования на выходе сумматора 12 получается следующее напряжение, являющееся результатом измерений( = ИР Х ИР 22-АиЪ г. еЪ 2 Х (1) Это напряжение, как видно из полученного выражения, равно векторному произведению векторов930192поля на частоте жвПт=4 рП +ьЫ 2 г то же на 51 хчастоте ч,д 9 - разность геометрическихуглов междувекторами.дВсе величины дД, Эвц, ЬЮ и дне зависят от ориентировки датчиковполя в плоскости измерений. Целесообразным является дальнейшая об- пработка результатов с целью определения величины дЧ . Это может бытьиосуществлено, если известными устройствами измерить дополнительно величины 3 и 3 п,У. Тогда величинадЧ может быть вычислена по формуле(2) аналогичным вычислительнымустройством. Величина дЧ являетсянаиболее иннариантной из всех,так, как она не зависит и от нестабильности токов двух частот в источнике тока,Следует заметить, что выбор фазыопорного сигнала определяет ту составляющую измеряемого поля, угол поворота которой будет измерен устройством. В геофизике предпочтительнымявляется измерение угла поворотареактивной составляющей поля, непосредственно связанной с изучаемымгеозлектрическим разрезом. Измерениеугла поворота активной составляющей 35суммарного поля данным устройствомвозможно, однако следует учесть,что влияние активной составляющейнормального поля источников приводит к уменьшению измеряемых величин 40и увеличению погрешностей измерений.В то же время, как показывают расче ты, измерение угла поворота активной составляющей поля не имеет преимуществ н отношении глубинности ис" 4следований по сравнению с измерениемугла поворота реактивной составляющей.Так как множительные устройстваперемножают непосредственно сигналырабочих частот, то это способствуетповышению быстродействия измерений,Быстродействие устройства определяется главным образом постояннойвремени фазочунствительных детекторов 5которая может быть выбрана доста --точно малой.Измеряемая устройством величинаявляется для геофизической разведкиновой. Поэтому целесообразно указатьее полезные свойства, во-первых,она не зависит от ориентировки при"емных датчиков, что повышает точ"ность измерений, во-вторых, при из"мерении этой величины повышается глу+бинность геофизической разведки по 65 рмула изобретены где ДпЦ, =-)ФЫ +3 тУ - модуль вектоех в ира реактивной ,составляющей сравнению с измерениями, например, полуосей эллипса поляризации магнитного поля.П р и м е р. Над двухслойной средой с проводимостью (3 и мощностьюпервого слоя и прОводимостью б основания расположен на высоте Ъ от поверхности слоя вертикальный магнитный диполь. Поле измеряется в точке ( 1), где :Е - высотаатчика поля, а- его расстояние по горизонтали от генераторного иполя, На фиг, 2 и 3 приведены графики нормированного отношения олуосей эллипса поляризации Ь и д 9 для случая, когда (Х+ Ь )/Я = 4= 2 + Ь, постоянные в зависимости от параметра Индексы кривых равны Й /Г , Рассматриваемый случай соответствует первому слою довольно большой мощности, сравнимой с высотой измери- тельной установки в аэрозлектроразведочном методе ДИП-А. Графики величины х+Ь+1+3 сов О, Ьг 3 з 1 п В соя О а т.е. нормированного отношения полуо" сей эллипса поляризации ф магнитного поля (и 9 - сферические координаты с центром в месте расположения генераторного диполя), слабо зависят от О/б , что показывает невозможность определения в данном случае проводимости основания С 2В то же время графики величины дЧ, рассчитанные для отношения частот, рбвного 4, причем в параметр Я входит верхняя частота, для различных О /(7 заметно различаются, Т.о. путем измерения величины дЧ можно определить проводимость основания в тех случаях, когда измерение полуосей не дает такой возможности.Повышенную глубинность исследований при измерении Ь 9 можно пояснить следующим. При вычислении АЧ по формуле (1) в зоне малых параметров вычитаются первые члены разложения вторичного поля, и поле начинает зависеть от следующих членов разложения, пропорциональных ч , Как видно из приведенных графиков,эти члены разложения несут информацию о более глубоких частях геоэлектрического разреза. Устройство для геоэлектрораэведки, содержащее два резонансных ортогонально установленных датчика, два множительных устройства, два фаэочувствительных выпрямителя, суммирующее устройство и источник опорного напряжения, подключенный к входуодного фазочувствительного выпрямителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности ибыстродействия измерений, в негодополнительно введена вторая парарезонансных ортогонально установленных датчиков, расположенных коллинеарно датчикам первой частоты и/настроенных на другую частоту,вычитающее устройство и источник опорного напряжения, причем входы каждого 10из множительных устройств подключенык двум взаимно ортогональным датчи"кам разных частот, а выходы множительных устройств подключены к вычитающему устройству, соединенномус фазочувствительными выпрямителя ми, опорный вход второго фазочувст-вительного выпрямителя соединен совторым источником опорного напряжения, а выходы фаэочувствительныхвыпрямителей соединены с входом сумматора.Источники информации,принятые.во внимание при экспертизе;1. Светов Б.С, и др. Рудная электроразведка по методике эллептически поляризованного поля. М.,Недраф, 1969, с. 28-32.2. Авторское "видетельство СССРР 176334, кл. С 01 Ч 3/10, 1962,3. Авторское свидетельство СССРР 417754, кл, С 01 Ч 3/10, 1974 (прототип) .тавитель Л,В ред Т. Фанта азаренко Редак т Заказ 3461/5 тент, г. Ужгород, ул. Проектн Филиал ПП 1 9 Тираж 719 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 3035, Москва, Ж, Ра