PL67097B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 67 097 KI. 21e,27/14 MKP GOlr 27/14 Opublikowano: 20X1973 czytelnia! Miki* lww.ii to*! . Wspóltwórcy wynalazku: Jerzy Jankowski, Wlodzimierz Romaniuk, An¬ toni Ostaszewski Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Zaklad Geofizyki), Warsza¬ wa (Polska) Sposób pomiaru rezystywnosci, zwlaszcza rezystywnosci gruntu oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru rezystywnosci, zwlaszcza rezystywnosci gruntu, oraz .urzadzenie do stosowania tego sposobu. Ma on szczególne zastosowanie w pracach geofizycz¬ nych na przyklad przy okreslaniu zasobów wód, przy badaniach warstw geologicznych, przy bada¬ niach rezystywnosci skal w kopalniach itp. Ponad¬ to nadaje sie do zastosowania w rejonach o du¬ zym poziomie zaklócen na przyklad przemyslo¬ wych.Stosowane sposoby pomiaru rezystywnosci grun¬ tu sa klasycznymi sposobami pomiaru rezystyw¬ nosci róznych cial i polegaja na pomiarze napiecia miedzy dwoma elektrodami, zwanymi napiecio¬ wymi, umieszczonymi w ibadanym gruncie. Jedno¬ czesnie mierzy sie przeplywajacy prad miedzy dwoma tanymi elelktrodami, zwanymi pradowymi, tez umieszczonymi w gruncie.Stosowalny w tej metodzie miernik rezystywnosci zawiera zródlo pradlu, zasilajace poprzez ampero¬ mierz dwie elektrody pradowe. Prad przeplywa przez obwód skladajacy sie ze zródla pradu, ampe¬ romierza,, linii i elektrody pradowej gruntu którego rezystywnosc sie imierzy, linii i drugiej elektrody pradowej wracajac do zródla pradu. Przeplywajacy prad w tym obwodzie wywoluje spadek napiecia na obszarze zawartym miedzy elektrodami. Dwie eleMrody potencjalne umieszczone w gruncie za posrednictwem linii potencjalnych przekazuja róz¬ nice potencjalów z tych elektrod do miernika na- 10 15 20 30 piecia. Miernik ten wskazuje powstala róznice po¬ tencjalów. Wielkosc rezystywnosci gruntu wylicza sie po odczytaniu wskazanych rózmiiic potencjalów i natezenia pradiu w linii. Przy wyliczeniu uwzgled¬ nia sie we wzorze geometrie ukladu pomiarowego.Mierniki, sluzace dio pomiaru rezystywnosci grun¬ tu i stosowaine w prospekcji geofizycznej sa przy¬ rzadami majacymi dwie odimdany, to jest pracuja¬ cymi przy zasilaniu badz pradem stalym, badz zmiennym. Zwykle sa to przyrzady na prad staly, tzw. autokompensatory. Tego typu przyrzady jako najwazniejsza wade maja to, ze wymagaja prze¬ prowadzania kompensacji samoistnej polaryzacji elektrod na£iejciowych, ponadto wymagaja uzycia zródel zasilania linii pradowej o stosunkowo duzej mocy, przez co ciezar zródel zasilania stanowi nie¬ raz powazne utrudnienie pracy.Stosowane sa tez mierniki, zbudowane podobnie do aotokompensatorów pradu stalego, [których li¬ nia pradowa zasilana jest pradem zmiennym nis¬ kiej czestotliwosci. Pomiaru napiecia powstalego na elektrodach napieciowych celem obliczenia rezy¬ stywnosci w tym przypadku dokonuje sie stosujac przykladowo wzmacniacze /waskopasmowe, które na wyjsciu maja detektor amplitudowy.Urzadzenia te wykazuja niedokladnosci przy wy¬ konywaniu nimi pomiarów, a to ze wzgledu na ist¬ nienie niepozadanych sprzezen indukcyjnych i po¬ jemnosciowych pomiedzy liniami pomiarowymi, pradowymi i (potencjalnymi. Sprzezenia te powo- 67 09767 037 3 4 duja przenikainiie napiec z generatora i linii pra¬ dowej bezposrednio na wejscie miernika napiecia, co odczytywane jest blednie jako napiecie pocho¬ dzace z elektrod napieciowych. Niedokladnosci te sa zmniejszane przez wprowadzenie calkowitego rozdzielenia czesci generacyjnej i mierzacej. Roz¬ dzielenie to jest pod wzgledem elektrycznym i me¬ chanicznym. Nie jest to jednak wygodne przy wy¬ konywaniu pomiarów terenowych.Celem wynalazku jest -opracowanie sposobu po¬ miaru rezystywnosci, zwlaszcza rezystywinosci gruntu, dajacego wyniki bardziej dokladne i beda¬ cego dogodniejszym do stosowania w warunkach terenowych. Dalszym celem wynalazku jest skon¬ struowanie urzadzenia przydatnego w szczególnosci do prac terenowych, charakteryzujacego sie lep¬ szymi wlasnosciami metrologicznymi, zwlaszcza wyzsza czuloscia i odpornoscia na zaklócenia przy danych nibckcn zasjlamia.Cel ten osiagnieto przez opracowanie sposobu pomiaru rezystywnosci metoda pradu zmiennego, polegajacego na pomiarze spadku napiecia pomie¬ dzy dwoma elektrodami umieszczonymi w bada¬ nym gruncie i wywolanego przeplywem pradu miedzy dwoma innymi elektrodami takze umie¬ szczonymi w gruncie.Istota sposobu polega na tym, ze dokonuje sie detekcji fazoczulej wzmocnionego sygnalu otrzy¬ manego z elektrod '.napieciowych, ,przy czym syg¬ nal z generatora jako sygnal odniesienia dla de¬ tektora fazowego przekazuje sie do tego detektora przez sprzezenie optyczne ;lub indukcyjne.Urzadzenie do stosowania powyzszego sposobu zawierajace dwie elektrody pradowe miedzy któ¬ rymi znajduje sie generator i miernik pradu, oraz dwie elektrody napieciowe polaczone z woltomie¬ rzem, jako istotna ceche ma to, ze detektor fazo¬ wy woltomierza homodynowego zawiera elementy sprzezenia optycznego lub indukcyjnego istniejace¬ go pomiedzy detektorem i generatorem, a elektrody napieciowe polaczone sa z detektorem :za posred¬ nictwem dzielnika napiec i wzmacniacza symetry¬ cznego. Miedzy dzielnikiem napiecia a ekranem elek¬ trostatycznym woltomierza znajduje sie dodatkowy wzmacniacz o wzmocnieniu równym jednosci. Po¬ miedzy detektorem fazowym a wskaznikiem wol¬ tomierza, znajduje sie wzmacniacz operacyjny w ukladzie filtru usredniajacego.Dzieki zastosowaniu wynalazku do pomiaru rezy¬ stywnosci 'uzyskuje sie zmniejszanie slkultkówsprze¬ zen pomiedzy liniami pomiarowymi, poniewaz sy¬ gnaly sprzezenia indukowanego i pojemnosciowego przesuniete sa w fazie w stosunku do sygnalu po¬ miarowego o wartosc ibatrdzo bliska 90°, a uklad detektora fazowego sledzi tylko sygnal wspólfazowy z sygnalem pomiarowym* Zastosowanie detekcji fazowej powoduje takze zwiekszenie stosunku sygnalu do szumu odpowied¬ nio do stalej czasowej obwodu detekcji, co z ko¬ lei pozwala na zmniejszenie masy zródla zasilania linii pradowej. Oddalenie wzmacniacza i genera¬ tora zmontowanych iwe wspólnej obudowie powo¬ duje, ze nie jest konieczne wstepne ustalanie potencjalu zacisku wspólnego wzmacniacza, co w 'konsekwencji przyspiesza i 'ulatwia pomiar re¬ zystywnosci.Na skutek zastosowania miedzy detektorem a wskaznikiem ukladu filtru usredniajacego o od¬ powiednio duzej stalej czasowej otrzymuje sie zwiekszenie stosunku sygnalu odbieranego do szu¬ mu wlasnego calego urzadzenia oraz szumu i za¬ klócen pochodzacych z elektrod. Dzieki temu zwieksza sie czulosc miernika rezystywnosci, ma¬ jaca szczególne znaczenie przy pomiarze rezystyw¬ nosci gruntu.Przedmiot wynalazku w czesci dotyczacej spo¬ sobu wyjasniony jest ponizej przy opisie dokony¬ wania pomiaru rezystywnosci gruntu przy uzyciu urzadzenia wedlug wynalazku. Objasnienia te sa dokonane z wykorzystaniem rysunku, którego fig. 1 przedstawia ogólny schemat sposobu pomia¬ ru, a fig. 2 — uproszczony schemat blokowy przy¬ kladowo wykonanego urzadzenia wedlug wyna¬ lazku.W gruncie Z, którego rezystywnosc bada sie, umieszczone sa dwie elektrody pradowe A i B oraz dwie elektrody napieciowe M i N. Pomiedzy elek¬ trodami pradowymi umieszcza sie generator G i imierintfk pradu 7, zas pomiedzy elektrodami na¬ pieciowymi umieszcza sie woltomierz V. Pomiaru dokonuje sde w ten sposób, ze sygnal odebrany na elektrodach napieciowych M i N, a powstaly na skutek przeplywu pradu w gruncie, podaje sie do woltomierza V. Prad otrzymuje sie z generato¬ ra G. W woltomierzu sygnal poddaje sie detekcji w detektorze fazowym po uprzednim wzmocnie¬ niu. Do detektora przesyla sie sygnal z generatora G za posrednictwem ukladu o sprzezeniu optycz¬ nym lub indukcyjnym. Po detekcji sygnal przesyla sie do wskaznika woltomierza poprzez uklad o przelaczanej stalej czasowej. Wskazania ze wska¬ znika porównuje sie rachunkowo lub elektrycznie ze wskazaniem miernika pradu i oblicza rezystyw¬ nosc gruntu wedlug znanych wtzorów.Urzadzenie wedlug wynalazku zawiera dwie pa¬ ry elektrod — pradowe A —¦ B oraz elektrody na¬ pieciowe M — N. Elektrody pradowe maja w ob¬ wodzie generator G wytwarzajacy napiecie odnie¬ sienia dla detektora oraz miernik pradu 7. Sygnal z gruntu, pobierany za posredniotwem eletotrod na¬ pieciowych M i N, przesylany jest ido woltomierza homodynowego V. Woltomierz ten zawiera dzielnik napiecia 6 do którego wejscia dolaczlone sa elektro¬ dy napieciowe M i N, a wyjscie jego dolaczone jest do wzmacniacza symetrycznego 4. We wzmacnia¬ czu tym 'zostaje wzmocniony sygnal z elektrod napieciowych Mi Ni podawany do detektora fa¬ zowego 3. Pomiedzy detektorem fazowym 3 i ge¬ neratorem 6 istnieje sprzezenie badz optyczne, badz induikcyjne. Przykladowo jest zrealizowane za pomoca ukladu skladajacego sie z neonówki i fo- toopornika. Wyjscie detektora fazowego 3 pola¬ czone jest ze wskaznikiem 2 za posrednictwem wzmacniacza operacyjnego 10 z towarzyszacym mu ukladem filtru usredniajacego o przelaczanej sta¬ lej czasowej. Napiecie wyjsciowe z detektora fa¬ zowego 3 usrednione jest odpowiednio do stalej czasowej wzmacniacza operacyjnego 10. W ten sposób zostaje wydobyta skladowa stala z fluktu- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6067 097 5 6 jacego sygnalu. Fluktuacje, bedace wynikiem szu¬ mu, zostaja zmniejszone lub usuniete, a sygnal uzytkowy jest latwy do odczytania na wskazniku 2 woltomierza.W celu utrzymania potencjalu ekranu elektro¬ statycznego E woltomierza V na poziomie srednim pomiedzy potencjalami elektrod napieciowych M — N, pomiedzy ekranem E i srodkiem dzielnika na¬ piec 6 znajduje sie dodatkowy wzmacniacz 5 o bar¬ dzo duzej impedancji wejsciowej i wzmocnieniu równym jednosci. W ten sposób dodatkowo zmniej¬ sza sie wplyw pojemnosci pasozytniczych pomie¬ dzy obwodami generatora i obwodami woltomierza. PL PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób pomiaru rezystywnoscd, zwlaszcza re- zystywnosci gruntu metoda pradu zmiennego, po¬ legajacy na pomiarze spadku napiecia pomiedzy dwoma elektrodami napieciowymi umieszczonymi w badanym gruncie i wywolanego przeplywem pradu miedzy dwoma elektrodami pradowymi takze umieszczonymi w gruncie, a nastepnie na wylicze¬ niu rezystywnosci ze znanych wzorów, znamienny tym, ze dokonuje sie detekcji fazoczulej wzmoc¬ nionego sygnalu otrzymanego z elektrod napiecio¬ wych, przy czym sygnal z generatora jako sygnal odniesienia dla detektora fazowego przekazuje sie do tego detektora przez sprzezenie optyczne lub indukcyjne.

2. Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug zastrz. 1, zawierajace dwie elektrody pradowe mie¬ dzy którymi znajduje sie generator i miernik pradu oraz dwie elektrody napieciowe polaczone z wol¬ tomierzem, znamienne tym, ze detektor fazowy (3) woltomierza homodynowego (V) zawiera ele¬ menty sprzezenia optycznego lub indukcyjnego istniejacego pomiedzy detektorem (3) i generatorem (G), a elektrody napieciowe (M, N) polaczone sa z detektorem (3) za posrednictwem dzielnika na¬ piec (6) i wzmacniacza symetrycznego (4).

3. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze miedzy dzielnikiem napiecia (6) a ekranem ele¬ ktrostatycznym (E) woltomierza (V) znajduje sie dodatkowy wzmacniacz (5) o wzmocnieniu równym jednosci.

4. Urzadzenie wedlug zastrz. 2 i 3, znamienne tym, ze pomiedzy detektorem fazowym (3) a wska¬ znikiem (2) woltomierza (V) znajduje sie wzmac¬ niacz operacyjny (10) w ukladzie filtru usrednia¬ jacego. 10 15 20KI. 21e,27/14 67 097 MKP GOlr 27/14 Fig. i Fig. 2 Cena zl 10,— RZG — 2380/72 205 egz. A4 PL PL