Измерительное устройство для геоэлектроразведки

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоцнапистнчесннкРеспублик(51)М. Кл. 6 01 Ч 3/06 3 Ъсударстюиый коиитет СССР ко аелзи изобретений и открытий(72) Авторы изобретен В.А. Иариненкэ В.А, Солнцев, П,Ф, Фи В.д. Жильников евцейко завод геофроизводстРК азахский опытно"зкспериментальнь риборов "Казгеофизприбор" Научнообъединения "Геофизика" и ческиного 71) Заявитель 54 ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДК тва по- ует Извес пос овых и водител Извест раллельнрений, п ние. Изобретение предназначено для поиска поляризующихся объектов методом вызванной поляризации на переменном токе низкой частоты.Известно измерительное устройство для геоэлектроразведки, позволяющее производить амплитудно-Фазовые измерения методом вызванной поляризации на переменном токе низкой частоты. Это устройство содержит предварительный усилитель, соединенный с входным преобразователем, перестраиваемый избирательный усилитель, измеритель амплитуды и фазометр, вторые входы ко торых подсоединены к блоку опорного сигнала 11. ное устроиство предназначендовательных амплитудно-Фа"ерений, что ограничивает прьность труда.но также устройство для пах амплитудно-фазовых измезволяющее ускорить измереустройство содержит фаэомет рический блок и две параллельные цепи из последовательно соединенных избирательного усилителя и Формирователя. Устройство работает совместно с генераторной установкой вырабатысювающеи ток, форма которого близка к прямоу гольной. Избирательные усилители выделяют из сигнала первую и третью гармоники 2.9Недостатком известного устройсявляется то, что в течение одного лупериода первой гармоники формир ся всего один временной интервал, соответствующий времени между моментами перехода через ноль напряжений с выходов избирательных усилителей первой и третьей гармоник. Наличие побочных проникающих гармоник в выходных сигналах избирательных усили телей приводит к систематической погрешности, так как временной интервал Формируется не в момент перехода через ноль соответствурщей гармоники, а в момент перехода через ноль суммы8288 92 50: единенных соответственно через пер 55 напряжений этой .гармоники и проникающих в канал побочных гармоник. Известно, что наличие одного процента высших гармоник при измерениях фазового сдвига между двумя напряжениями может привести к погрешности, достигающей 1,2 . В выходных сигналах избирательных усилителей содержатся также напряжения, обусловленные внутренними шумами устройства и внешними помехами, наличие которых приводит к появлению случайной погрешности.Наиболее близким к изобретению техническим решением является измерительное устройство для геоэлектро,разведки - станция ВП-Ф, Измерительное устройство содержит генератор имф пульсов заполнения,входной преобразователь, к выходу которого подключены две параллельныецепи, каждая из которых содержит последовательно включенные избирательный усилитель первой и третьей гармоник и формирователь импульсов, соединенные с двумя входами формирователя временных интервалов, к выходу одного из Формирователей импульсов подключены последовательно включенные счетчик периодов, схема совпадения и счетчик результатов 3 1.Однако формирование в течение одного полупериода первой гармоники лишь одного временного интервала, а также наличие,в каналах выделяемых гармоник побочных гармоник сигналов приводит к систематическим и случайным погрешностям, Величина систематической погрешности зависит от амплитуды и Фазы проникаюшрх гармоник. Снижение систематической погрешности может быть достигнуто лишь повышением эквивалентной добротности избирательных усилителей, что приводит к другому недостатку - снижению производительности труда при фазовых измерениях из-за увеличения длительности переходных процессов. Анализ спектра периодически прямоугольного напряжения типа "меандр", определяемого выражением4 . 0 0 О)= - 0 эп 0.114 - Вп(3 ай)+ - Зп хЛ 0 .Ь 5 (5 а),где 1 й и Оо - частота и амплитуда прямоугольного напряжения; показывает, что на выходах избиратель ных усилителей высших гармоник более трудно получить хорошее отношение 5 10 15 20 25 30 35 40 45 4сигнал/проникающие побочные гармоники, чем на выходе избирательного усилителя первой гармоники, так как амплитуды гармоник обратно пропорциональны номеру гармоники, а расстояние начастотной оси между гармониками уменьшается с увеличением номера гармоник.Так, ближайшая к первой гармонике - ,третья, меньше первой в три раза ирасположена на частотной оси на расстоянии 1,5 октавы, в то время какближайшая к третьей гармонике - пятая, амплитуда которой близка к амплитуде третьей гармоники, расположенана частотной оси на расстоянии 0,6 октавы, кроме того, в канал третьей гармоники может проникнуть первая гармоника, величина которой в три разабольше третьей гармоники. Еще болеежесткие требования должны предъявляться к избирательным усилителям, выделяющим более высокие гармоники - 5,7 и т.д. На этом основании можно сделать вывод, что при двухчастотных измерениях Фазовых сдвигов между первойи третьей, первой и пятой, первой ит 1-й гармониками погрешность Фазовыхизмерений определяется в основномпроникновением побочных гармоник вканал высшей гармоники - 3,5 - Пи - нечетное число .Цель изобретения - повышение точности измерений и производительноститруда,Поставленная цель достигается тем,что в измерительное устройство длягеоэлектроразведки, содержащее генератор импульсов заполнения, входнойпреобразователь, к выходу которогоподключены две параллельные цепи,каждая из которых содержит последовательно включенные избирательный усилитель и формирователь импульсов, соединенные с двумя входами Формирователя временных интервалов, к выходуодного из Формирователей импульсовподсоединены последовательно включенные счетчик периодов, схема совпадения и счетчик результата, дополнительно введены цепь последовательно совые входы и выходы Формирователейвременных интервалов, а также управ-.ляемый делитель частоты, выход которого соединен с дополнительным входомсхемы совпадения, а сигнальный. входделителя частоты соединен с выходомгенератора импульсов заполнения, приэтом вторые входы цепи последователь288 6 5 928 но соединенных формирователей временных интервалов подсоединены к выходу второго Формирователя импульсов, а первые входы - также к дополнительным входам делителя частоты.При этом число последовательно соединенных Формирователей временных интервалов равно номеру гармоники входного сигнала, на которую настроен второй избирательный усилитель.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для случая, когда избирательные, усилители настроены на первую и третью гармоники; на фиг, 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.4 и 5 - временные диаграммы напряжений с выходов избирательных усилителей первой и третьей гармоник; на фиг.6 -. работа первого формирователя временного интервала; на Фиг. 7 и 8 - работа второго и третьего Формирователей временных интервалов.Измерительное устройство для геоэлектроразведки содержит входной преобразователь 1, выход которого соединен с входами избирательных усилителей 2 и 3, выходы которых соединены с входами формирователей импульсов 4 и 5, причем, выход первого Формирова 1 геля соединен с одним иэ входов Фор-; мирователя временных интервалов 6. Выход второго формирователя соединен со вторыми входами формирователей временных интервалов 6-8. Выход первого формирователя временных интервалов соединен с первым управляющим входом управляемого делителя частоты 9 и первым входом второго формирователя временных интервалов, выход которого соединен со вторым управляющим входом управляемого делителя час" тоты.9 и с первым входом третьего формирователя временных интервалов, выход которого соединен с третьим управляющим входом управляемого делителя частоты 9. Выход генератора им" пульсов заполнения 10 соединен с вхо" дом управляемого делителя частоты, счетчик периодов 11 соединен с одним из входов схемы совпадения 12, второй вход которой соединен с выходом управляемого делителя частоты. Выход схемы совпадения 12 соединен с вхоДом счетчика результата 13.Устройство работает следующим образом.Электромагнитное поле в земле возбуждается переменным током, вырабаты 5 1 О В 15 20 25 30 35 40 45 50 ваемым генераторной установкой (непоказана). Измеряемый сигнал поступает на входной преобразователь 1, ко"торый производит нормирование входного сигнала по амплитуде. С выходавходного преобразователя 1 сигнал поступает на входы избирательных усилителей первой и третьей гармоник 2и 3, с выходов которых - на входыформирователей 4 и 5, которые в моментперехода приходящих напряжений черезноль, вырабатывают импульсы, которымиуправляются формирователи временныхинтервалов 6-8, причем, включение первого формирователя временного интер-.вала 6 производится импульсами свыхода формирователя 4, а включениеостальных ( 7 и 8) - импульсами с выхода предыдущего формирователя переменного интервала. Выключение Формирователей временных интервалов про-изводится импульсами с выхода Формирователя 5. Количество формирователей временных интервалов должно бытьравно номеру. гармоники, на которуюнастроен .второй избирательный усилитель. При измерении фазового сдвигамежду первой и третьей гармоникамионо равно трем. Напряжениями с выходов Формирователей временных интервалов 6-8 управляется делитель частоты 9, который производит деление частоты генератора 1 О в зависимости откода управляющих напряжений. Управля+самый делитель частоты 9 при коде "10"на первом управляющем входе присутствует напряжение - состояние "1", ана остальных отсутствует - состояние"0" ) должен иметь на выходе частоту 3, при коде "010" - 2 Е, при коде "001" - Я и при коде "1 О 1" - И,В этом случае количество импульсов навыходе управляемого делителя частотыпрямо пропорционально измеряемому фазовому сдвигу между первой и третьейгармониками . Импульсы с выхода управляемого делителя частоты поступаютна схему совпадений 12, а затеи, вовремя прихода разрешающего напряженияс выхода счетчика периодов 11, навход счетчика результата, где производится подсчет количества импульсови индикация результата на цифровомтабло,Устройство предназначено для изме" рения сдвига фаз между гармониками сигнала (в частности, между первой и третьей). Под фаэовым сдвигом меж)9 фМ 35 Ига между го моника и Фзэо мер Т-пе9 9282никновения побочных гармоник в каналтретьей гармоники.Для измерения временного интервала ( 3 М ) необходимо заполнить данный интервал частотой заполнения 3 Гинтервала (2 ь 1) - частотой 2 Е ит.д(фиг. 2). Так как в течение времени М 0 работают одновременно трифаэометрических устройства, измеряющие интервалы времени ь , аО,1 и 0о, следовательно, если цастота за,- полнения каждого равна Г , то в предлагаемом устройстве частота заполнения должна быть 31В устройстве первый временной интервал (Фиг. 2) формируется междунуль-переходом первой гармоники иследующим за ним ближайшим противоположным нуль-переходом третьей гармоники (выражение 13), Данный прием по- Жзволяет избежать неоднозначность в диапазоне+ - Ф АДЬО ,что вполнеТ о6достаточно для решения поставленных задач. Если испольэовать ближайший одноименный нуль-переход третьей гармоники, то неоднозначность, проявляющаяся в виде отсчетов, равных либо нуля, либо 120 , возникает при измерении фазовых сдвигов, близких к нулю.Неоднозначность в устройстве не возникает при -б 01 40 (Фиг. 2).При ЧО (фиг, 1) алгоритм работы . фазометра в устройстве определяется выражением35ЗЬОфЩ"фа"ОбфФ+ф ЦфМ(14)сею тЬДля того, чтобы общее время измерения не превышало Т, учитывая, что Ь 1 В -- ьо, выражение (11) можно записать в виде=Яню+-о 5- Ф з ФЗм сумма Фазового сдв первой и третьей г ми входного сигнал88 10ется более общим, Из выражения (15) и фиг. 3 видно, цто неоднозначность измерительного устройства не возникает при 60 )8 ) О.Для пояснения механизма образования систематической погрешности фазовых измерений, напряжения с выхо" да избирательного усилителя третьей гармоники 3 на фиг, 5 представлено не как суммарное, а в виде отдельных гармоник (третья гармоника - сплошная линия, проникающие первая и пятая - пунктирные). Начальные фазь 1 проникающих гармоник взяты произвольно, а амплитуды, для наглядности, завышены.Включение формирователя временных интервалов б (фиг.б) происходит в момент Ь,соответствующий времени перехода через ноль напряжения с выхода избирательного усилителя первой гармоники 2, а выключение - в моментсоответствующий времени перехода через ноль напряжения с выхода избирательного усилителя третьей гармоники 3, С" момент времени, соот етствующий переходу через ноль напряжения третьей гармоники, т.е, такого напряжения с выхода избирательного усилителя, в котором отсутствуют побоцные гармоники и сигналы, Интервал времени между моментами Сии есть погрешность измерительного устройства, в котором в течение одного полупериода первой гармоники Формируется лишь один временной интервал. ,Включение Формирователей производится напряжениями с выходов предыдущего Формирователя временного интервала 6, соответственно в моменты и5, а выключение импульсами с выхода Формирователя 1 в моменты 15 и Ь В сформированных временных интервалах также содержатся погрешности, обусловленные теми же причинами: взаимным проникчовением гармоник в каналы выделяемых сигналов. Однако, если производить обработку полуценных временных интервалов в соответствии с выраже- нием сдви Гавносимо го и э ельным устройством;од первой гармоники;