Устройство для геоэлектроразведки

.С.Пушкарький горный инсти ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙИ ОТНРЫТИЙ ОПИСАН И АВТОРСКОМУ(56) 1. Матвеев Б.К. Электроразведка при поисках месторождений полезный ископаемых. М., "Недра", 1982.2,. Авторское свидетельство СССР В 475583, кл. С 01 Ч 3/06, 1972 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, сос тоящее из генератора, соединенного с входом коммутатора, на другие входы которого подключены две взаимно перпендикулярные рамки и блок амплитудно-фаэовой компенсации, приемника, включающего детектор, избирательный усилитель, регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения электрических свойств горных, пород, в него введены дополнительная рамка, второй и третий коммутаторы, второй и третий детекторы, блок выборки и запоминания сигнала, блок сравнения, усилитель, блок управления, причем дополнительная рамка жестко прикреплена к первым двум рамкам и подключена к второму входу второго коммутатора и к блоку амплитуднофазовой компенсации, выход первого коммутатора подключен к первому входу второго коммутатора, а к его выходу последовательно подключены первый детектор, избирательный усилитель, второй Детектор, третий коммутатор, блое выборки и запоминания сигнала, блок сравнения, третий детектор и через переключатель регистратор, при этом второй выход третьего коммутатора соединен с вторым входом блока сравнения, вход усилителя соединен с выходом первого детектора, а выход подключен к переключателю, управляюпцуе входы первого, второго,е третьего коммутаторов и блока выборки и запоминания сигнала соединены с соответствующими выходами блока управления.Изобретение относится к устройствам для геофизической разведки с применением переменных электромагнитных полей и может быть использовано для измерения электрических 5 свойств горных пород при поисках и разведке полезных ископаемых и при инженерно-геологических изысканиях.Известно устройство для геоэлектроразведки типа АЭММ-З, состоящее из генератора и генераторной рамки, приемника и приемной рамки, позволяющее измерить составляющие вектора напряженности вторичного магнитного поля, возбуждаемого первичным полем генераторной рамки в горном массиве и определить по этим составляющим электрические свойства горных пород 1.Недостатки данного устройства - низкая точность измерения вторичного поля, обусловленная влиянием первичного поля, и, как следствие, низкая точность определения. электрических свойств горных пород.25Наиболее близким к изобретению является устройство, реализующее способ измерения .вторичного магнитного поля 2,. состоящее из генератора, соединенного с входом комму татора, на другие входы которого подключены две взаимно перпендикулярные рамки и блок амплитудно-фазовой компенсации, приемника, включающего детектор, избирательный усилитель и регистратор. Это устройство позволяет измерить вторичное поле, исключив влияние первичного, и по- . грешность, вызванную непостоянством компенсации 2 . 40Известное устройство характеризу-. ется низкой точностью измерения электрических свойств горных пород обусловленной неоднородностью элек- . трических свойств реального горно го массива, нестабильностью коэффициента усиления приемника и непостоянством выходной мощности генератора. Следствием неоднородности элек трических свойств горного массива 50 является непостоянство сопротивления излучения, а значит, и магнитного момента рамок в разных точках на поверхности массива. К изменениям магнитного момента рамки приводит 55 непостоянство выходной мощности генератора. Нестабильность магнитного момента рамок приводит к возникновению значительных погрешностейпри измерении вторичного поля.Другим источником погрешностиизмерения вторичного поля являетсяизменение коэффициента усиления приемника под воздействием дестабилизирующих факторов (изменение температуры окружающей среды и напряжения источников питания). Указанныепогрешности снижают точность определения электрических свойств горных пород, рассчитываемых по величине вторичного поля,Целью изобретения является повышение точности измерения электрических свойств горных пород.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство, состоящее изгенератора, соединенного с входомкоммутатора, на другие входы которого подключены две взаимно перпендикулярные рамки и блок амплитуднофазовой компенсации, приемника,включающего детектор, избирательныйусилитель, регистратор, введены дополнительная рамка, второй и третийкоммутаторы, второй и третий детекторы, блок выборки и запоминаниясигнала, блок сравнения, усилитель,блок управления, причем дополнительная рамка жестко прикреплена к первым двум рамкам и подключена к второму входу второго коммутатора и кблоку амплитудно-фазовой компенсации,выход первого коммутатора подключенк нервому входу второго коммутатора,а к его выходу последовательно подключены первый детектор, избиратель"ный усилитель, второй детектор,третий коммутатор, блок выборки и запоминания сигнала, блок сравнения,третий детектор и через переключатель регистратор, при этом второйвыход третьего коммутатора соединенс вторым входом блока сравнения,вход усилителя соединен с выходомпервого детектора, а выход подключен к переключателю, управляющие входы первого, второго, третьего коммутаторов и блока выборки и запоминания сигнала соединены с соответствующими выходами блока управления.Такое конструктивное выполнениеи включение дополнительных блоковпозволяет осуществить автоматическиотносительные измерения вторичногополя и тем самым исключить погрешности обусловленные неоднородностьюгорного массива, нестабильностьюкоэффициента усиления приемника инепостоянством выходной мощности:генератора,На фиг.1 изображена блок-схемаустройства; а на фиг.2 - графикинапряжений в различных точках схемы,Устройство для геозлектроразведки содержит генератор 1, соединенныйс входом коммутатора 4, к другимвходам которого подключены рамки2,3 и блок 5 амплитудно-фазовойкомпенсации, дополнительную рамку 6,подключенную к второму входу второгокоммутатора 7 и к блоку 5 амплитудно-фазовой компенсации и жестко прикрепленную к рамкам 2 и 3 на расстоянии 1-3 м от них таким образом, чтоее ось перпендикулярна линии пересечения рамок 2 и 3, горизонтальна ипроходит под углом 45 к плоскостирамок через их общий центр, с выходом коммутатора 4 соединен первыйвход коммутатора 7, а к его выходупоследовательно подключены блоки приемника 8: первый детектор 9, избирательный усилитель 10, второй детектор 11, третий коммутатор 12, блок13 выборки и запоминания сигнала,блок 14 сравнения, третий детектор15 и через переключатель П 1 регистратор 16. Регистратор 16 с помощьюпереключателя П 1 может быть отключенот выхода третьего детектора 15 иподключен к выходу усилителя 17,вход которого подключен к выходупервого детектора 9, Управляющие входы коммутаторов 4,7,12 и блока 13выборки и запоминания подключены квыходам блока 18. управления.Устройство работает в двух режимах: "компенсация" и "измерение".В режиме "компенсация" блок 18управления отключен, управление коммутаторами 4 и 7 осуществляетсявручную, а регистратор 16 с помощьюпереключателя П 1 отключен от выходадетектора 15 и подключен к выходудетектора 9 через усилитель 17. Устройство в режиме "компенсация". работает следующим образом, Через коммутатор 4 генератор 1 подключен к рамке 2, а рамка 3 подключена к блоку 5 амплитудно-фазовой компенсации и к первому входу коммутатора 7. Подключив с помощью коммутатора 7 к входу приемника 8 (через коммута тор 4) рамку 3, путем регулировкиамплитуды и фазы подаваемого на неенапряжения из блока 5 амплитуднофазовой компенсации компенсируютсуммарный сигнал первичного поля,создаваемого рамкой 2, и вторичного поля изучаемого горного массива,добиваясь минимальных показанийрегистратора 16. Подключив черезкоммутатор 7 на вход приемника рам 5 1 О мутатор 12 подключен непосредствен щ но к второму входу блока 14 сравнения. В комент времени, соответствующий первому полупериоду частоты переключения Я , рамки 2 и 3 подключены срответственно к генератору 1 и входг приемника 8 через коммутаторы 4 и 7,ку 6, осуществляют компенсациюсуммарного сигнала в ней путем регулировки амплитуды и фазы подаваемого из блока амплитудно-фазовой 15 компенсации на рамку 6 напряжения.Максимальная степень компенсациидостигается, как и в предыдущемслучае, при минимальных показаниях регистратора 16. Блок 5 ампли тудно-фазовой компенсации имеетраздельные выходы для подключениярамки 6 и рамок 2 или 3 (через коммутатор 4) и раздельные органы регулировки амплитуды и фазы напряже ний на этих выходах.В режиме "измерениякоммутаторы 4, 7, 12 и блок выборки и запоминания сигнала управляются командами,периодически поступающими от работа- ЗО ющего в автоматическом режиме блока18 управления. Коммутатор 4 производит переключение рамок 2 и 3 с генератора 1 на приемник 8 и обратно с частотой Я, , меньшей частотыгенератора .я . Коммутаторы 7 и 12работают синхронно и частота их переклю"чений Р меньше частоты переключенийкоммутатора 4 Я . Вход регистратора16 через переключатель П 1 подключен 4 О к выходу детектора 15. В момент времени, когда через коммутаторы 7 и 4к приемнику подключена одна из рамок 2 или 3, с помощью коммутатора12 выход детектора 11 подключен,кблоку 13 выборки и запомалбания сиг-нала, а когда к вход;у приемной части через коммутатор 7 подключена рамка 6, выход детектора 11 через ком 116 1908Блок 5 амплитудно-фазовой компенсации через коммутатор 4 подключенк рамке 3 и осуществляет компенсацию суммарного сигнала, наводимогов рамке 3 первичным полем, создаваемым рамкой 2 и вторичным полем изучаемого массива. Сигнал, поступающий на вход приемника 8, будет равен некоторой нескомпенсированной части суммарного сигнала д 0 . Во10 второй полупериод частоты коммутацииД, коммутатор 4 подключает рамку 3,к генератору 1, а рамку 2 к блоку 5амплитудно-фазовой компенсации и через коммутатор 7 к входу приемника 8. С рамки 2 через коммутатор 4 на вход приемника поступает сигнал,равный сумме нескомпенсированной части суммарного сигнала 60 и напряжения 2 Ц , пропорциональногоудвоенному значению составляющейнапряженности вторичного поля 2 Н.Рамки 2 и 3 подбирают с близкимипараметрами и, кроме того, они содержат делители для подбора коэффициента передачи. На вход приемника 8в режиме "измерения" будет поступатьамплитудно-модулированный сигнал снесущей частотой сд и огибающей ввиде прямоугольных импульсов с амплитудой 2 0 и частотой Х 3 (фиг.2 а),Параметры третьей рамки 6 подбираются близкими к параметрам рамок2 и 3, и она также содержит делитель для подбора коэффициента передачи. Поскольку рамка 6 подключена к блоку амплитудно-фазовой компенсации и в ней также осуществленакомпенсация суммарного сигнала, тона вход приемника 8 будет поступать 40амплитудно-модулированный сигнал снесущей частотой Я и огибающей ввиде прямоугольных импульсов с частотой д, и амплитудой 2 О, пропорциональной удвакчному значению 4 составляющей 2 Н, приюмаемой рамкой 6 (фиг.2 б)В первый полупериод переключения коммутаторов 7 и 12 на вход приемника 8 поступает через коммутатор М амплитудно-модулированный сигнал с коммутатора 4, После детектирования детектором 9 получают сигнал, содержащий постоянную составляющую.исоставляющие с частотами П 2 Р 5 Х и 2 И + й . С помощью избирательного усилителя 10 происходит выделение сигнала с частотой й (фиг,2 в), который выпрямляется детектором 11,и постоянная составляющая через ком-мутатор 12 поступает на блок 13 выборки и запоминания сигнала, гдехранится в течение первого полупериода частоты коммутации й . Во втором полупериоде частоты Я амплитудно-модулированный сигнал с рамки 6через коммутатор 7 поступает на входприемника 8, претерпевает преобразования, аналогичные преобразованиям сигнала, поступающего с коммутатора 4, и через коммутатор 12 поступает непосредственно на второй входблока 14 сравнения. Одновременно,по команде блока управления, с блока13 выборки и запоминания сигналапоступаетхранившийся там сигнал напервый вход блока 14 сравнения, Навыходе блока сравнения получаютпериодический сигнал с частотой я,огибающей в виде прямоугольных импульсов, амплитуда которых равнаотношению амплитуд составляющих на- .пряженности вторичного поля Н и Нпринимаемых рамками 2 или 3 и рамкой б (фиг,2 г), Этот сигнал выпрямляется детектором 15 и постояннаясоставляющая поступает через переключатель П 1 на регистратор 16, Приэтом исключаются погрешности, вносимые неоднородностью горного массива, нестабильностью коэффициентаусиления приемной частии выходноймощности генератора. Это видно изследующих соотношений для напряжения оО,-К1 ь(1)где Ц - напряжение, пропорциональное напряженности составляющей вторичного поля,принимаемой рамки 2 или 3- коэффициент пропорциональности, связывающий напряженность поля, в которомнаходится рамка, с напряжением на ее выходе," - коэффициент, учитывающийизменение параметровгенераторной рамкиМ - коэффициент, учитывающийизменение параметров приемной рамки,"( - коэффициент, учитывающийизменение выходной мощности генератора,1 - коэффициент усиления приемного тракта;Тираж 748 ПодпиКИПИ Государственного комитета СССРо делам изобретений и открытий ., Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 11303 Патент", г. Ужгоррд, ул тная, 4 Филиал словлена неоднородностью электрических свойств реального горного массива, приводящей к изменению сопротивления излучения рамок, а значит иих магнитного момента. Так, при изменении волнового числа, являющегосяфункцией электромагнитных свойствгорного массива, в 4 раза, что соответствует изменению электрическогосопротивления в 16 раз, а на практике сопротивление пород одногоучастка может измениться и в болеешироких пределах, сопротивление излучения рамки, следовательно, и еемагнитный момент изменяют я в 3 раза. Таким образом, точность измеренияэлектрического сопротивления горныхпород за счет применения предлагаемого устройства может быть повышенав 2-3 раза по сравнению с прототипом. Высокая точность измерения элек трического сопротивления позволит,кроме изучения его пространственного10распределения, изучить корреляционные зависимости между электрическимии инженерно-геологическими свойствами горных пород. С помощью этих зависимостей по электрическим свойствам могут быть определены типы15и физико-механические свойства горных пород,