Устройство для геоэлектроразведки

СОЮЗ СОВЕТСКИ СОЦИАЛИСТИЧЕСН ПУБЛИК(54) (57РАЗВЕДКния, к певходныевыходыполяризго-цифркоторог ГОсудАРстВенный кОмитет сссРпО делАм изОБРетений и ОтнРытий ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬС(71) Московский ордена ТрудовогоКрасного Знамени геологоразведочныйинститут им., Серго Орджоникидзе(56) 1.Авторское свидетельство СССМ 868 б 77, кл . 6 01 У 3/08, 1979 .2, Авторское свидетельство СССР.по заявке г 2933177/16-25,.кл. 6 01 Ч 8/02, 1981 (прототип). УСТРОЙСТВО ДНЯ 1 ЕОЭЛЕКТРОИ,содержащее блоки согласоварвым входам которых поключены кпеммы,а ко вторым входам- автоматических компенсаторов . ации, многоканальный аналоовой преобразователь, входы о соединены с выходами блоков согласования, а выходы - с входами блока регистрации и управления, выходы которого соединены с входами управления автоматических компенсаторов поляризации и многоканаль. ного аналого-циФрового преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехозащищен. ности, в него введены цифро-аналоговый преобразователь и нормирующие делители сигналов, причем вход управления цифро-аналогового преобразователя и блока согласования первого канала соединен с выходом блока регистрации и управления, а выход - с вспомогательным входом авто-матического компенсатора поляризации первого канала, вход нормирующих делителей соединен с выходом блока согласования первого канала, а выходы подкпючены соответственно к вспомогательным входам автоматичес- Я ких компенсаторов поляризации пос" ледующих каналов,1018081 Изобретение. относится к технической физике и может быть применено вгеоэлектроразведке при выполнении вертикальных электрических зондированийвызванной поляризации (ВЭЗ ВП).Известно устройство для геоэлектроразведки, содержащее сумматор сигналов к одному входу которого подключен выход основной приемной линии, а к другому - выход регулируемого усилителя, к входу которого подключен вход вспомогательной приемнойлинии, С помощью этого устройства измеряют параметры электрического поляосновной и вспомогательной приемнойлинии 1 1,Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет измерять параметр вызванйой поляризации ВП):среды, а этот параметр обязательно необходим при выполненииВЭЗ ВП. Действительно, при измерениях ВИ на концах базы измерений располагаются питающие электроды. Тамже, вблизи этих электродов, распола.гает и вспомогательную приемную линию, а основная приемная линия может располагаться в центре питающей линии, Пусть, например, соотношение длин основной и вспомогательных приемных линий равно 2 ,а измерительная база равна 1 км, длинаосновной приемной линии 50 м. В этомслучае полезный сигнал ВП на выходе основной приемной линии примернов 1000 раз меньше, чем на выходевспомогательной приемной линии, Приосуществлении указанного выше способа сигнал с выхода вспомогательной линии должен быть усилен в 2раза, а затем просуммирован в про -тивоположной полярности с сиГналомиз основной линии, В результатедействительно достигается е подавление помех, однако при этом полез-ный сигнал, который принимаетсяосновной приемной линией, после ал",гебраического суммирования будетиЗмеряться на фоне усиленного сигнала из вспомогательной приемной линии, который в 2000 и более разпревышает измеряемый полезный сигнал.Наиболее близкой к предлагаемому устройству является многоканальная электроразведочная станция, содержащая блоки согласования, к, первым входам которых. подключенывходные клеммы, а ко вторым входамчерез аналоговые ключи подключены 1выходы автоматических компенсаторовполяризации, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, входыкоторого соединены с выходами бло- ,ков согласования, а выходы черезблок логических ключей, блок защелок и блок счетчиков подключенык входам блока регистрации и управления, выходы которого соединены свходами управления автоматическихкомпенсаторов поляризации, многоканального аналого-цифрового преобразователя, блоков аналоговыхи логических ключей, а также блоков 15 защелок и счетчиков, С помощьюэтого устройства регистрируют алгебраическую сумму сигнала яа вы. ходе основной приемной линии с линейно 1 д преобразованным сигналом, 20 причем линейное преобразование осуществляют путем изменения величинывозоуждающего тока в питающей линиидо получения нулевых значений фонового сигнала ВП во вспомогательной 25 приемной линии, а соотношение длинвспомогательной и основной приемныхлиний выбирают равным отношению коэффициентов установок для каждой изэтих линий 2 1Недостатком известного устройства является ограниченная областьприменения, так как оно обеспечива. ет повышение помехозащищенноститолько при использовании одной основной приемной линии, а помехи, которыепоступают на входы других основныхприемных линий, .не могут быть подавлены. Цель изобретения - повышение поме О хозащищенности.Цель достигается тем, что в устройство, содержащее блоки согласования, к первым входаи которых подключены входные клеммы, а ко вторымвходам - выходы автоматических компенсаторов поляризации, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, входы которого соединены с выходами блоков согласования, а,выхо дц - с входами блока регистрациии управления, выходы .которого соединены с входами управления автоматических компенсаторов поляризации имногоканального аналого-цифровогового канала соединен с выходом бло-ка регистрации и управления, а выходс вспомогательным входом автоматического компенсатора поляризации первого канала, вход нормирующих делителей соединен с выходом блока согласования первого канала, а выходыподключены соответственно к вспомогательным входам автоматических компенсаторов поляризации последующих 10каналов.УНа чертеже изображена структурнаясхема устройства для геоэлектрораз-ведки,Устройство содержит несколько Ювходных клемм 1 и 2 по числу канапов,несколько блоков 3 и 4 согласования.,по числу каналов,.к первым входамкоторых подключены входные. клеммыФ1 и 2, несколько автоматических компенсаторов 5 и 6 поляризации по числу :каналов, подключенных к вторымвходам блоков 3 и 4 согласования,цицеро-аналоговый, преобразователь(ЦАП) 7, выход. которого соединен с 25вспомогательным входом автоматического компенсатора 5 поляризации первого канала, нормирующий делитель 81сигналов, вход которого подключейк выходу блока 3 согласования пер-.вого канала, а выход - к вспомогательному входу автоматического компенсатора 6 поляризации последующего канала, многоканальный аналогоцифрОвой преобразователь (АПЦ) 9,,.входы которого соединены с выходами35Ьлоков 3 и 4 согласования, а выходыс выходами блока 10 регистрации иуправления, и генератор 11 импульсовтока, причем выходы блока 10 регистрации и управления соединены с вхо 40дами управления блока согласования3, автоматических компенсаторов 5 и6 поляризации, ЦАП 7, многоканаль. ного АЦП 9 и генеРатоРа 11 импульсов тока,45Сущность предложенного техничес, кого решения заключается в следующем,.На оЬьекте исследований, гдетребуется определить глубинное строение участка по результатам измеренийпараметра ВП, располагают заземленную питающую линию длиной до 2- .3 км и более. На участке между питающими электродами А и б, к которымподключают питающую линию, распола-,гают множество приемных электродов,к которым подключают множество при 3 1018081 4емных линий, Приемные электродыможнорасполагать симметрично относительно центра питающей линии и на прямой, соединяющей питающие электроды, причем каждая пара приемныхэлектродов должна быть все болееудалена от питающих электродов. Однако, как для приведенного выше примера, целесообразно один из приемных электродов поместить в центрепитающей линии, а остальные - между этим приемным электродом и од;ним из питающих электродов на одной прямой линии. В таком слу. чае все приемные линии имеют одинобщий электрод, помещенный в цент-ре питающей линии, а сигнал на выходе каждой приемной линии представ-:ляет собой потенциал той точки, вкоторой помещен другой приемный электрод. При этом первая приемная:линия подключается к ближайшему к питающему приемному электроду, апоследующие приемные линиик последующим приемным электродом,Обычно длина первой приемной линии в5-10 раз Ьольше длины последующейприемной линии, а длины остальныхприемных линий строго известны именьше длины первой, но больше длины последней приемной линии,После раскладки питающей и приемных линий пропускают через питающую линию несколько импульсов тока и измеряют во время пропусканияи после выключения тока сигнал навыходе первой приемной линии, рас.положенной наиболее близко к питающим электродам. Сигналы на выходепервой приемной линии после выключения тока состоят из суммы полезного спадаюуего во времени сигнала ВПи импульсных помех, Так как перваяприемная линия находится вЬлизипитающих электродов, то амплитудаполезного . сигнала на выходе этойприемной линии значительно превы"шает уровень помех. Для дальнейшегоуменьшения влияния помех на результаты измерений сигналы на выходе первой измерительной линии, полученныепосле выключения нескольких импульсов тока, осредняют, Осреднение проводят как путем накопления, так и путем сравнения наблюдаемого спадасигнала ВП с теоретическим спадом ВП.Как известно из опыта проведенияВЭЗ ВП при решении задач гидрогеологии и инженерной геологии для оса,где с - среднее удельное электрическое сопротивление пород,слагающих изучаемый горизонтально-слоистый разрез; 35.(С)- плотность тока помехи, которая может непрерывно изменяться во времени;ММ - длина первой приемной1линии.4 оСигнал на выходе последующих приемных линий может быть представлен в виде: ДЧ = 2 ---(С) М(2)РСт(С)гср 1 3 45 где К - коэффициент установки для-приемной линии;Р(С)- кажущееся удельное сопротивление для установки .с-йприемной линией;- сила тока, который пропускался в питающей линии;1,(С)- коэффициент поляризуемостидля установки с 1-й приемИнои линиеи.Пронормировав амплитуду суммарного си гнала (1) на отношение длин первой и последующей приемных линий и про 5 1 В дочных пород спад ВИ с высокой степе нью точности аппроксимируется про- - изведением экспоненциальиой функции .на функцию эффектом. Поэтому, проведя анализ наблюдаемых на выходе, первой приемной линии спадов сигналов ВП, можно с высокой степенью точности запомнить, а затем многократно воспроизвести в аналоговой ,форме истинный спад сигнала ВП на выходе этой приемной линии.Затем проводят измерение сигналов ВП на выходах всех последующих) приемных линий. Для этого пропускают следующйй импульс тока в питаю щую линию и измеряют. сигналы на вы. ходах этих приемных линий во время пропускания токаПосле включения тока воспроизведенный.в аналоговой форме осредненный спад сигнала ВН суммируют в противоположной полярности синхронно через одни и те же промежутки времени после выключения тока и сигналом на выходе первой приемной линии. Полученный таким образом суммарный сигнал ДЧ представляет собой чистый сигнал-помеху на выходе первой приемной линии: дЧо (С) М(1) суммировав полученные нормированные сигналы в противоположной полярности с .сигналами (2) на выходах последующих приемных линий, получаем".д 1 ,3 еле еавщ (3)о 1(С)1Как видно, полученный сигнал (3) полностью свободен от влияния помех и пропорционален параметру вызванной поляризации.Так как во времени пропускания тока был измерен сигнал дЧр;на выхо.дах всех приемных линий: то в процессе обработки сигналов, разделив (3) на (4), получают непосредственно коэффициент поляризуе. мости(С) в процентах, Однако1давольно часто ограничиваются измерением сигнала (3), считая его сиг. налом ВП, по которому определяется глубинное строение объекта исследований .Таким образом, можно значительно уменьшить погрешности измерений сигналов ВП, обусловленные влиянием внешних импульсных электрических помех,при аинхронных измерениях с множеством приемных .линий,устройство работает следующим образом.К приемным клеммам 1 и 2 устройства, число которых равно числу измерительных каналов, например 12, подключают приемные линии, причем электрод, расположенный в центре питающей линии, соединяют с общей шиной устройства, а приемный электрод, расположенный вблизи питающего электрода, подключают к входной клемме 1 первого канала измерительного устройства. Затем подключают к выходу генератора 11 импульсов тока питающую линию, До начала измерений проводят компенсацию поляризации приемных электродов и естественного поля на выходе всех приемных линий. Для это. го по команде из блока 10 регистрации и управления устанавливается нулевое напряжение на выходах автоматических компенсаторов 5 и 6 поляризации, а на входы многоканального . йЦП 9 поступают сигналы с выходов блоков 3 и 4 согласования. Ьлоки 3 и 4 согласования предназначены для согласования высокого выходного соп7 10 1-80 ративления приемных линий и низкого входного сопротивления АЦП 9 и представляет собой диФФеренциальные усидители с полевыми транзисторами на входе, например серии 544 УД 1 А. К од ному из входов этих диФФеренциальных усилителей подключают входные клеммы 1 и 2, а к другому входу - вы ходы автоматических компенсаторов 5 и 6 поляризации . В состав блока 3 10 согласования первого канала входит также аналоговый ключ, который по команде из блока 10 управления подключает вход нормирующих делителей 8 к выходу блока 3 согласования, В 15 исходном положении аналоговый ключ блока 3 разомкнут, а на выходе ЦАП 7 установлено нулевое выходное напряжение, Многоканальный АЦП 9 выполня ется по стандартной схеме, напри мер, в виде преобразователей поразрядного уравновешивания с плавающей запятой,т,е. с несколькими последовательно включенными масштабными усилителями на входе. В 25 режиме компенсации .поляризации АЦП 9 вначале измеряет амплитуду сигналов, поступающих на входные клеммы 1 и 2, передает код в блок 10 реги.- страции и управления откуда этот Зо код передается на вход управления автоматических компенсаторов 5 и 6 поляризации, С выхода компенсаторов 5 и 6 сигнал компенсаций подается на вторые входы диФФеренциальных усилителей блоков 3 и 4 согласования, благодаря чему сигнал, поступающий на клеммы 1 и 2, компенсируется, В. качестве автоматических компенсагоров 5 и 6 наиболее целесообразно 40 использовать цифро-аналоговые преобразователи с сумматорами на выходе, В каждый компенсатор может входить два ЦАП. В этом случае после укааанного выше цикла код из блока 10 подается на ЦАП грубой компенсации, затем с помощью АЦП 9 измеряется сигнал раскомпенсации, и код сигнала раскомпенсации с выхода блока 10 управления поступает на ЦАП точной компенсации в каждом канале, Таким образом с высокой точностью осуществляется компенсация поляризации электродов и естественного поля в каждом канале, Блок 10 регистрации и управления наиболее целесооб 55 разно выполнять на основе микро- или мини-ЭВМ, например, типа "Электроника".8После окончания цикла компенсации естественного поля из блока 10 поступает управляющий сигнал на генератор 11. импульсов тока, представляющий собой электромашинный генератор мощностью до 20-30 кВт, с ключевым каскадом на выходе. Под действием этого сигнала ключ срабатывает на заданное время, и в питающей линии пропускается ток до 20-30 А,81 длительность импульса тока от десятков секунд до 3-4 мин и более,Во время пропускания первых нескольких импульсов тока по команде из блока 10 АЦП 9 проводит измере-, .ния только сигнала на выходе первой приемной линии, т.е, сигнала навыдоде блока 3 согласования. Кодсигнала с выхода АЦП 9 передаетсяв блок 10 регистрации и управгенияи запоминается. После выключениякаждого из этих импульсов. тока регистрируется также только спад. ВПпо первому каналу, т.е. сигнал на вы. ходе блока 3 согласования, Сигналы ВП регистрируются в дискретной Форме, например, через 0,1; 0,2;0,5 р 1,0; 2,0; 5,0;,10; 20; 45 с после выключения тока. Коды сигналов, измеренных в каждый из указанных моментов времени, записываются в оперативное запоминающее устройство блока 10 регистрации управления, а затем осредняются для каждого из указанных моментов временипо результатам измерений послевыключения нескольких импульсовтока, Окончательное осреднениепри необходимости ) производится в ненциальной Функции на Функцию эрфектум. Коды усредненного спада ВП сигнала первого канала в указанные моменты времени после выключения тока в дальнейшем выводятся на ЦАП .После окончания цикла усреднения спада ВП сигнала первого канала начинают выполняться измерени" по остальным каналам, Для этого из блока 10 регистрации и управления на генератор 11 импугьсов токавновь подается управляющий сигнал такой же длительности 1 как и ранее, генератор 11 вырабатывает импульс тока, который пропускается в питаю. блоке 10 управления путем сравненияполученного результата с теоретическим спадом, записанным в постоянноезапоминающее устройство, который представляет собой произведение экспо9 1 Ощую линию Вовремя пропускания тока, в конце импульса, по команде изблока 10 АЦП 9 измеряет амплитудусигналов на выходе всех блоков 3 исоглвоования, После выключениятока, например, через 0,05 с науправляющий рход ЦАП 7 с выходаблока 10 поступает код усредненного сигнала ВП первого канала вмомент времени 0,1 с после выключения тока. Одновременно на всевремя измерений замыкается аналоговый ключ в блоке 3 согласованияпервого канала, и выход этого блока подключается к входу нормирующих делителей 8,После набора кода на выходе ЦАП 7появляется дополнительный компенсирующий канал, складывающийся с выходным сигналом компенсатора 5 поляризации, Поэтому в момент времени 0,1 с после выключения токасигнал на выходе блока 3 согласования равен сигналу помехи, действую- .щему в этот момент времени, Этот. сигнал нормируется (ослабляется поамплитуде) нормирующими делителями,8. Коэффициент деления/ослабленияделителей 8 устанавливается индивидуально для каждого канала и равенотношению длины первой приемнойлинии к длине приемной линии, подключенной к данному каналу, Если,18081 10например, длина первой приемной линии 250 м,. а линии подключеннойк данному каналу, 53 м, то коэффициент реления делителя 8 выбиЗ рвется равным 5. Поэтому с выходаблока 3 согласования на вторые вхо.ды блоков 4 согласования поступаеткомпенсирующий сигнал помехи, равный по амплитуде сигналу помехи в16 данном канале, что позволяет регистрировать "чистый" сигнал ВП. Затем поочередно на ЦАП 7 набираетсякод усредненного спада ВП по первому каналу в моменты времени 0,2 с;15 0,5 с и т,д, и в эти же моменты времени регистрируется "чистый" сигнал ВП по остальным каналм, Кодысигналов с выходов АЦП 9 поступаютна блок 10 регистрации и управле 2 цния и запоминаются, а затем по команде оператора выводятся на цифровое табло или записываются на магнитную ленту для дальнейшей обработки на ЭВМ,25 Технико-экономическая эффективность применения предлагаемого устройства заключается в расширенииобласти применения способа путемснижения погрешностей, обусловленныхЗО влиянием внешних импульсных электрических помех, и обеспечении измерений абсолютных значений параметра ВП,ВНИИПИ Заказ 3539/4Тираж 710 Подписное илиал ППП "Патент",