Измерительное устройство для геоэлектроразведки

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСГ 1 УБЛИМ 18 А 1 И) С 01 Ч 12 СССР РИТИ 47 В.Астрахечулинаомеханич еский ожног н Элек трораз ведс,269.тельство СССР 3/10, 1979 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕ ПО ДЕлдМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И(71) Уральский электинститут инженеров жтранспорта(54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВОДНЯ ГЕОЭ 31 ЕКТРОРАЗВЕДКИ, содержащеелинию задержки, блок памяти, блоквесовой обработки и блок усреднениядве схемы сравнения и регистратор,о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения помехоустойчивости и производительности измерений, в него введены блок вычислениякоэффициента корреляции, формирователь импульсов, пиковый детектор,блок логарифмирования, накапливающий сумматор, блок ключей и коммутатор, выходы линии задержки соединеныс входами блока ключей, выходы которого соединены с первыми входами блока весовой обработки, первые выходы которого соединены с первжк входами блока усреднения, второй выход блока весовой обработки соединен с вторым входом блока усреднения , выходы которого соединены .с входами блока памяти, выходы которого соединены с первыми входами блока вычисления коэффициента корреляции, вторые входы которого соединены с выходами линия эадержки,выход блока вычисления коэффициента корреляции соединен с входом первой схемы сравнения, выход которой соединен с входами формирователя импульсов и пикового детекторавы-ход пикового детектора соединен с вторым входом блока весовой обрзботки и входом блока легарафмирования, выход формирователя ыипульеов соединен с третьюю вхедок бщжа усреднения, с управляющйм входом блока ключей и первваа входом йакаиливающего сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока логариф-. мирования, а выход - е входом второй схемы сравнения, выход которой соединен с йерввнк входом коммутатора, вторые входы которого соединены с выходамь блока памяти, а выход соединен с входом регистратора.ЗО 8Изобретение относится к измерительным устройствам для геоэлектрораэведки,Известно устройство для гео, -электроразведки, включающее соединенные последовательно приемныйдатчик, аналоговый накопитель ирегистратор, в котором производитсянакопление сигналов в аналоговойформе, регистрация и последующая 10обработка полученного результата Г 13.Однако устройство имеет невысокую помехоустойчивость, так как ведется накопление сигналов, искаженных помехами, и низкую производительность, так как случайная помехавысокого уровня стирает накопленныесигналы, в результате чего требуетсяповторное измерение. Кроме того,низкая производительность обусловленасложностью дальнейшей обработки результата.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяизмерительное устройство для геоэлектроразведки, включающее последовательно соединенные многоканальный усредняющий вольтметр, линию задержки, блок памяти,две схемы сравнения, блок весовой обработки, блокусреднения и регистратор, Блок весовой обработки состоит из весовых сопротивлений и одного или болеедифференциальных усилителей Г 2 3.3 блоке весовой обработки сигналумножается на заранее выбранный вес,результатам присваиваются определенные знаки, после чего производитсяоперация алгебраического сложения,Результат фиксируется регистратором, Носкольку весовые коэффициентывыбраны заранее и не меняются в зависимости от отношения сигнал/помеха для каждого сигнала, возможнонакопление сигналов, сильно искаженных помехами, т,е, недостаточнодостоверных, Кроме того при накоплении сигналов с невысокой достоверностью требуется большее количество сигналов для достижения необходимого качества результата, что снижает производительность,Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и производительности измерений. 55Поставленная цель достигаетсятем, что в измерительное устройстводля геоэлектроразведки, содержа 8 2щее линию задержки, блок памяти, две схемы сравнения, регистратор, блок весовой обработки и блок усреднения, введены блок вычисления коэффициента корреляции, пиковый детектор, формирователь импульсов, блок логарифмирования, накапливающий сумматор, блок ключей и коммутатор, при этом выходы линии задержки соединены с входами блока ключей, выходи которого соединены с первыми входами блока весовой обработки, первые выходы которого соединены с первыми входами блока усреднения, второй выход блока весовой обработки соединен с вторым входом блока усреднения, выходы которого соединены с входами блока памяти, выходы которого соединены с первыми входами блока вычисления коэффициента корреляции, вторые входи которого соединены с выходами линии задержки, выход блока вычисления коэффициента корреляции соединен с входом первой схемы сравнения, выход которой соединен е входами формирователя импульсов и пикового детектора, выход пикового детектора соединен с вторым входом блока весовой обработки и входом блока логарифмирования, выход формирователя импульсов соединен с третьим входом блока усреднения, с управляющим входом блока ключей и первым входом накапливающего сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока логарифмирования, а выход - с входом второй схемы сравнения, выход которой соединен с первым входом коммутатора, вторые входи которого соединены с выходами блока памяти, а выход соединен с входом регистратора.Введение в устройство блока вычисления коэффициента корреляции, формирователя импульсов, пикового детек-. тора, блока логарифмирования, накапливающего сумматора, блока ключей и коммутатора и соответствующее их соединение позволило производить накопление с большей достоверностью, так как каждая реализация зондирующего сигнала, прошедшая предварительный отбор по степени корреляции с опорным сигналом, накапливается с весом, определяемым отношением сигнал/ помеха для каждой реализации. То есть . реализации сигналов, сильно искаженных помехами, а следовательно, малодостоверных, накапливаются с маК (о)Кее е ще е ае1-К Ио) 55 3лым весом и, наоборот, малоискаженные реализации накапливаются сбольшим весом, что равносильно подавлению помех. Кроме того, введение дополнительных блоков позволя 5ет следить за качеством накопленного сигнала и останавливать эксперимент при достижении заданногбкачества. Благодаря этому при благоприятной помеховой ситуации достоверный результат может быть достигнут после нескольких идущих подряддостоверных реализаций.На фиг 1 изображена блок-схемапредлагаемого устройства; на фиг.2 -схема блока вычисления,коэффициента корреляции; на Фиг,3 - временныедиаграммы работы устройства(ф - зондирующий сигнал Яа(с), Х - сигнал навходе линии задержки у (С) (при .-й20реализации), Ь - сигнал нс выходелинии задержки у; (с 1), 1 - сигнална выходе блока памяти Б;(С 1),сигнал на выходе блокавычислениякоэффициента корреляции К(е), е -сигнал на выходе амплитудного ограничителя, ж - сигнал на выходе пико-.вого детектора,- сигнал на выходеформирователя импульсов; на фнг.4 график верхней и нижней границ измерения.30Устройство содержит на передающейстороне генератор 1 зондирующегосигнала Зо(С) повторяющегося многократно, а на приемной стороне линию2 задержки, блок 3 ключей, блок 4 5весовой обработки, состоящий из бло- .ка 5 умножения и блока 6 вычислениявесовых коэффициентов, блокусреднения, состоящий из накапливающегосумматора 8, блока 9 деленияи накап-Оливающего сумматора 1 О, блок 1 памяти, блок 2 вычисления коэффициента корреляции, схему 3 сравнения, выпалиенную, например, в видеамплитудного ограничителя снизу, 45формирователь 14 импульсов, пиковыйдетектор 15, схему И 16, блок 17логарифмирования, накапливающий сумматор 18, вторую схему 19 сравнения,включающую например, два компаратора, Блок 6 вычисления весовых коэффициентов выполнен в виде четырехполюсника, реализующего функцию где К(0) - коэффициент корреляции. При этом выходы линии 3 задержки 0818 4 соединены с первыми входами блока 3 ключей, выходы которого соединены с первыми входами блока 5 умножения в блоке 4 весовой ".обработки. Второй вход блока 5 умножения соединен .с ; выходом блока 6 вычисления весовых коэффициентов. Выходы блока 5 умножения соединены с первыми входами накапливающего сумматора 8 блока 1 усреднения. Выходы накапливающего сум матора 8 соединены с первыми входами блока 9 деления, второй входкоторого соединен с выходом накапливающего сумматора 10. Первый вход накапливающего сумматора 10 соединен с . выходом блока 6 вычисления весового коэффициента. Выходы блока 9 деления соединены с входами блока.1 памяти, выходы которого соединены с первыми входами блока 2 вычисления коэффициента корреляции, вторые входа которого соединены с выходами линии 2 задержки, а выход соединен с вхо- дом схемы 3 сравнения. Выход схемы 13 сравнения соединен через формирователь 4 импульсов с первым входом схемы И 6, выход которой соединен с управляющим входом блока 3 ключей и вторым входом накапливающего сумматора 10. Выход схемы 13 сравнения соединен также через пиковый детектор 15 с входом блока 6 вычисления весовых коэффициентов и входом блока 7, выход которого соединен с первым входом накапливающего сумматора 18, второй вход которого соединен с выходом схемы И 16, а выход соединен с входом схемы 19 сравнения. Выход схемы 19 сравнения соединен с вторым входом схемы И 16 и управляющим входом коммутатора 20. Вторые входы коммутатора 20 соединены с выходами блока 1 памяти, Выход коммутатора 20 соединен с входом регистратора 2 1.Блок 2 вычисления коэффициента корреляции (фиг.2) содержит блоки 22 умножения, два блока 23 н 24 подсчета энергий, сумматор 25, блок 26 умножения, блок 27 извлечения квадратного корня и делитель 28. Каждый из блоков 23 н 24 состоит из квадраторов 29 и 30 и сумматоров 31 и 32, Первые входы блока 2 язляются первыми входами блоков 22 умножения и входамиквадраторов 29. Вторые входы. блока12 являются вторыми входами блоков 22 умножения и входами квадраторов 30. Выходы квадраторов 29 и 30 соединены с входамн сумматоров 31 и 32 со1308 18+ аа20 - Х,Й)ИЖ Щг)=ЬИ)ю,И. аломехигосяБо(й сре игнал стико Зондирующий сигнал Бф с генератора 1 представляет собой колебания сложной формы, повторяемые многократно (1,2, 25 33 раз), База сигнала В =2 РТ, где Р. - верхняя частота спектра сигнала, Т - длительность сигнала. Бродескритезированный сигнал у; (гг) с выхода г-го отвода линии 2 задержки З 0 поступает на входы блока 3 ключей и вторые входы блока 12 вычисления коэффициента корреляции. При этом сигнал на управляющем входе блока 3 ключей отсутствует - ключи закрыты. На первые входы блока 12 вычисления коэффициента корреляции в этот момент поступает сигнал Б (с) с выходов блока 11 памяти. Сигнал Б (г) заносится в блок 1 памяти перед началом эксперимента и представляет собой некоторое приближение к сигналу Б(г) с весовым коэффициентом, равным 1, Первым приближением к сигналу при малом расстоянии зондирования является сигнал Бо(Г)В блоке 2 вычисляется коэффициент корреляции после перемножения в блоке 22 поступивших в первый момент у, и Б(С) (для -ой реализа цни вместо Бо(г) будет Б(гг),где- номер реализации),Сигналы с выходов блоков 22 умножения поступают на входы сумматора 25, с выхода которого просуммированный сигнал поступает на первый вход делителя 28. На второй вход делителя 28 поступает с выхода блока ответственно. Выходы сумматоров 31 и 32 соединены с входами блока 26 умножения, выход которого через блок 27 извлечения квадратного корня соединен с первым выходом делителя 28. Вы ходы блоков 22 умножения соединены с входами сумматора 25, выход которого соединен с вторым входом делителя 28. Выход делителя 28 является выходом блока 12 вычисле- О ния коэффициента корреляции.Устройство работает следующим образом.На вход лет сигисмесь пленных реай момент;реализации;ии задержство накопй на даннь чередной твода лин где 1 - количлиэаци- номер но ки Готп=2 ГТ- число че налов. ка 12 пает С выхода бло сигнал Кг (фиг.3 ) посту на первый вход схемы 3 сравнения, на другой вход которой поступает заданный уровень С (фиг. Зе),С - положительный порог ограничения, величина которого устанавливается в зависимости от помеховой обстановки в данное время в данном месте. Если сигнал на выходе блока 9 больше Сд(т.е. степень кор реляции сигнала с опорным сигналом высока),то на выходе схемы 13 сравнения появляется сигнал, поступающий на вход формирователя 4 импульсов, фиксирующего момент Т достижения максимума, и на вход пикового детектора 15, определяющего величину макси- сума. Сигнал с выхода пикового детектора 15 (Фиг,Зж) поступает на вход блока 6 вычисления весовых коэффициентов (К), Сигнал с выхода блока 14 формирования импульсов через схему И 16 поступает на,управляющий вход блока 3 ключей, открывая их. Сигнал у с выходов ли.нии 2 задержки поступает в блок 4 весовой обработки на первые входы блока 5 умножения, на второй вход которого поступает сигнал, равный К с выхода блока 6 вычисления весовых коэффициентов. После весовой обработки в блоке 4. происходит накопление и усреднение накопленного сигнала в блоке 7 При этом накопленный сигнал (для второго сигнала у2.= у, + Бф(г) делится на сумму весовых 27 сигнал, полученный после подсчета энергий в блоках 23 и 24, их перемножение в блоке 26 с последующим извлечением корня квадратного в блоке 27.На выходе делителя 28, т,е, на выходе блока 12 появляется сигнал, который характеризует коэффициент корреляции К(Т), определяемый Формулой гсT7 1130 коэффициентов (для второго сигнала К 2 К 1+ 1) усредненный сигнал на Выходе блока 7 имеет вид1у за.- йПолученный усредненный сигнал заносится в блок 11 памяти, с выходов которого поступает на первые входы 10 блока 12 вычисления коэффициента корреляции, На вторые входы блока 12 поступает с выходов линии 2 задержки сигнал у . КоэфФициент корреляции вновь сравнивается с заданным поро гом Со в схеме 13. Если реализация заслуживает доверия, управляющий сиг нал с выхода формирователя 14 импульсов через схему И 16 поступает на управляющий вход блока 3 ключей, ро первый вход накапливающего сумматора 10 (третий вход блока 7 усреднения) и первый вход накапливающего сумматора 8.На второй вход накапливающего 25 сумматора 10 поступает сигнал с выхода блока 6 вычисления весового коэффициента. В момент поступленця управляющего сигнала с выхода схемыИ 16 в накапливающем сумматоре 10 происходит сложение величии весовых коэффициентов К (первый весовой коэффициент равен 1).На вход блока 17 логарифмирования поступает .сигнал с выхода пикового детектора 15. Иаксимальные3 значения коэффициентов корреляции после логарифмирования суммируются в накапливающем сумматоре 18, когда на второй его вход поступает упРав О ляющий сигнал с выхода схемы И 16. Полученное значение сравнивается в 88 8схеме 9 сравнения с заданными границами Г, и Г (фиг, 4). При пересечении верхней границы (Г) с выхода схе.мы 19 сигнал поступает на управляющий вход коммутатора 20 и одновременно на второй вход схемы И 16, закрывая ее и заканчивая эксперимент сположительным результатом, Сигнал сблока 1 памяти через коммутатор 20поступает в регистратор 21, где формируются амплитудно-частотная К (ои фазо-частотная Ф (о характеристики среды распространения, с импульсной характеристикой среды 8(с).При пересечении нижней границы Гусигнал с выхода схемы 19 сравненияпоступает через схему И 16 толькона управляющий вход блока 3 ключей,эксперимент заканчивается с отрицательным результатом, так как качествосигнала по мере накопления не улучшается,Использование предложенного устройства по сравнению с известнымпозволяет повысить помехоустойчивость измерений, что обеспечиваетбольшую глубинность, детальность исследования геофизического разреза иускоряет процесс разведки.Кроме того, улучшается качествои обеспечивается объективность измерений, достоверность полученных результатов, возможность контроля запроведением эксперимента на местеэкспедиции и возможность нрн необходимости повторения эксперимента нринеудовлетворительных результатахзондирования сразу, а не спустя годпосле обработки сигнала зондирования,При этом сокращается число обслуживаницего персонала, повьвается производительность труда.