RU2006886C1 - Method and device for geoelectric prospecting - Google Patents
Method and device for geoelectric prospecting Download PDFInfo
- Publication number
- RU2006886C1 RU2006886C1 SU5006813A RU2006886C1 RU 2006886 C1 RU2006886 C1 RU 2006886C1 SU 5006813 A SU5006813 A SU 5006813A RU 2006886 C1 RU2006886 C1 RU 2006886C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- measurement
- integration
- input
- output
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к геоэлектроразведке и может быть использовано при исследовании геологической среды методами переходных процессов (МПП), становления поля в ближней зоне (ЗСБ) и вызванной поляризации (ВП) в условиях импульсных, периодических и высокочастотных помех, а также может найти применение при измерении периодически повторяющегося сигнала, изменяющегося в большом динамическом диапазоне на фоне различного рода помех. The invention relates to geoelectrical exploration and can be used in the study of the geological environment by the methods of transient processes (MPP), the formation of the field in the near field (ZSB) and induced polarization (VP) in the conditions of pulsed, periodic and high-frequency interference, and can also be used for measuring periodically a repeating signal that varies in a large dynamic range against a background of various kinds of interference.
Для получения достоверных данных об исследуемом геофизическом объекте необходима высокая точность измерений электроразведочного сигнала переходного процесса, изменяющегося в большом динамическом диапазоне на фоне различного рода помех как импульсного, так и флуктуационного характера. To obtain reliable data on the studied geophysical object, high accuracy of measurements of the electrical signal of the transient process, which varies in a large dynamic range against the background of various kinds of interference of both pulsed and fluctuating nature, is required.
Известен способ геоэлектроразведки, реализованный в устройстве [1] для геофизической разведки методом переходных процессов с подавлением помех, описанном в патенте США N 4247821. Способ заключается в том, что исследуемую среду возбуждают серией импульсов электромагнитного поля и после окончания каждого импульса производят цикл измерений сигнала переходного процесса ЭДС, наведенной в приемном датчике, при этом сигнал переходного процесса усиливают с выбранным масштабом и интегрируют на интервалах длительностью 350 мкс с промежутками 50 мкс, на время которых результаты интегрирования измеряют в цифровой форме. На ранних временах переходного процесса результат измерения относят по времени к середине соответствующего интервала интегрирования. На более поздних временах определяют среднее значение двух соседних результатов измерения и относят по времени к середине суммарного интервала интегрирования, затем определяют среднее из четырех результатов и т. д. Таким образом в одном цикле измерения выполняется комбинированное (аналоговое и цифровое) усреднение сигнала и помех. Те же действия производят с множеством последующих сигналов переходного процесса, после чего хранящиеся в памяти цифровые значения сигналов, соответствующие одним и тем же фиксированным временам, усредняют за заданное число циклов измерения и по полученным результатам судят о свойствах исследуемой среды. A known method of geoelectrical exploration, implemented in the device [1] for geophysical exploration by the transient method with interference suppression described in US patent N 4247821. The method consists in the fact that the medium is excited by a series of pulses of an electromagnetic field and after the end of each pulse a measurement cycle of the transition signal the EMF induced in the receiving sensor, while the transient signal is amplified at a selected scale and integrated at intervals of 350 μs with intervals of 50 μs, and during which the integration results are measured in digital form. In the early times of the transition process, the measurement result is related in time to the middle of the corresponding integration interval. At later times, the average value of two adjacent measurement results is determined and related in time to the middle of the total integration interval, then the average of four results is determined, and so on. Thus, in one measurement cycle, combined (analog and digital) averaging of the signal and interference is performed. The same actions are performed with many subsequent transient signals, after which the digital values of the signals corresponding to the same fixed times stored in the memory are averaged over a given number of measurement cycles and the properties of the medium under study are judged by the results obtained.
В способе также предусмотрено подавление импульсных атмосферных помех путем замены результата, пораженного импульсной помехой, на предыдущий результат и подавление промышленных сетевых помех типа 50 Гц, за счет того, что период зондирующих импульсов тока синхронизирован по фазе с периодом промышленных помех так, чтобы выключение токовых импульсов происходило в моменты времени, сдвинутые на 180о относительно периода промышленных помех, т. е. в противофазе.The method also provides for the suppression of pulsed atmospheric interference by replacing the result affected by the pulsed noise with the previous result and the suppression of industrial network noise such as 50 Hz, due to the fact that the period of the probing current pulses is synchronized in phase with the period of industrial noise so that the current pulses are turned off occurred at times shifted by 180 ° relative to the period of industrial interference, i.e., in antiphase.
Устройство для геофизической разведки по вышеописанному способу содержит передающую петлю, передающее устройство, тpиггерную схему управления передающим устройством и фильтр сетевой частоты, схему обнаружения атмосферных помех, монитор, приемную петлю, предусилитель, фильтр низких частот и схему аналого-цифрового преобразования, объединенную общей шиной с микропроцессором, интерфейсом и контроллером принтера, соединенным с принтером. Схема аналого-цифрового преобразования включает в себя масштабирующий усилитель, интегратор, схему выборки, аналого-цифровой преобразователь, память и схему усреднения. Заданный диапазон измерения обеспечивается путем усиления измеряемого сигнала с последовательно увеличивающимися коэффициентами усиления до тех пор, пока усиленный сигнал не достигнет заданного уровня. Благодаря этому сигналы, поступающие на интегратор с различных каскадов усиления, имеют примерно одинаковый уровень, несмотря на то, что входной сигнал масштабирующего усилителя изменяется в большом диапазоне. Выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя умножается на соответствующий масштаб усиления. The device for geophysical exploration according to the above method comprises a transmitting loop, a transmitting device, a trigger control circuit of the transmitting device and a network frequency filter, an atmospheric interference detection circuit, a monitor, a receiving loop, a preamplifier, a low-pass filter and an analog-to-digital conversion circuit combined with a common bus with a microprocessor, an interface, and a printer controller connected to the printer. The A / D conversion circuit includes a scaling amplifier, an integrator, a sampling circuit, an A / D converter, a memory, and an averaging circuit. A predetermined measurement range is provided by amplifying the measured signal with successively increasing gain until the amplified signal reaches a predetermined level. Due to this, the signals arriving at the integrator from various amplification stages have approximately the same level, despite the fact that the input signal of the scaling amplifier varies over a wide range. The output of the analog-to-digital converter is multiplied by the corresponding gain scale.
В данном техническом решении комплексное использование аналогового интегрирования с цифровым усреднением результатов интегрирования способствует подавлению высокочастотных и случайных помех с нормальным распределением. Однако потенциально возможное при аналоговом интегрировании подавление промышленных помех 50 Гц при этом не достигается, так как длительность интервалов интегрирования постоянна (350 мкс), а на интервалах выборки, длительность которых превышает 400 мкс, результаты интегрирования усредняются в цифровом виде. Использование цифрового усреднения результатов измерений сигнала переходного процесса на фоне промышленных помех 50 Гц, характеризующихся большими амплитудными значениями, приводит к большей погрешности измерения, чем, например, в случае использования аналогового интегрирования на временном интервале, равном или кратном периоду Тппромышленных помех.In this technical solution, the integrated use of analog integration with digital averaging of integration results helps to suppress high-frequency and random noise with a normal distribution. However, the suppression of industrial interference of 50 Hz, which is potentially possible with analog integration, is not achieved at the same time, since the duration of the integration intervals is constant (350 μs), and the integration results are digitally averaged over sampling intervals of more than 400 μs. The use of digital averaging of transient signal measurements against a background of industrial interference of 50 Hz, characterized by large amplitude values, leads to a larger measurement error than, for example, in the case of using analog integration over a time interval equal to or a multiple of the period T n of industrial interference.
Кроме того, при фазовой синхронизации зондирующего сигнала с периодом Тз и сигнала промышленной помехи с периодом Тп могут возникать обусловленные нестабильностью промышленной сети биения между частотой зондирующего сигнала и частотой промышленной помехи. Результатом этих биений является низкочастотный сигнал Uн(t)= Uп·sin(2Π/Tп-Tз)·t, вид которого приведен на фиг. 9в. Период этого сигнала определяется разностью периодов промышленной помехи (фиг. 9а) и зондирующих импульсов (фиг. 9б), а амплитуда сигнала Uн(t) определяется амплитудой Uп промышленной помехи. Описанный способ не предусматривает подавление такого сигнала низкочастотной помехи.In addition, during phase synchronization of the probing signal with a period T s and an industrial noise signal with a period T p , beatings may occur due to the instability of the industrial network between the frequency of the probing signal and the frequency of industrial interference. The result of these beats is a low-frequency signal U n (t) = U p · sin (2Π / T p -T s ) · t, the form of which is shown in FIG. 9th century The period of this signal is determined by the difference between the periods of industrial interference (Fig. 9a) and the probe pulses (Fig. 9b), and the amplitude of the signal U n (t) is determined by the amplitude U p of industrial interference. The described method does not suppress such a low-frequency interference signal.
Еще один недостаток данного технического решения заключается в том, что масштабирование измеряемого сигнала производится перед интегpированием и поступившая во время интегpирования помеха может "перегрузить" интегратор, что приводит к увеличению погрешности измерений. Another drawback of this technical solution is that the scaling of the measured signal is performed before integration and the interference received during integration can “overload” the integrator, which leads to an increase in measurement error.
Существенным недостатком технического решения является то, что точность измерений ограничена точностью аналого-цифрового преобразования, т. е. разрядностью АЦП (в данном случае 12 разрядов). A significant drawback of the technical solution is that the accuracy of the measurements is limited by the accuracy of the analog-to-digital conversion, i.e., the resolution of the ADC (in this case, 12 bits).
Известен также способ геоэлектроразведки, реализованный в многоканальной станции вызванной поляризации МСВП-8, описанной в [2] . Способ заключается в том, что геологическую среду возбуждают серией из m разнополярных импульсов электромагнитного поля и после каждого импульса производят в дискретные моменты времени цикл измерений сигнала-отклика исследуемой среды, при этом перед каждым циклом измерений формируют аналоговый сигнал, эквивалентный предварительно измеренному значению естественного поля, вычитают его из входного сигнала и интегpируют разностный сигнал на заданном временном интервале, результат интегрирования усиливают одновременно в нескольких масштабах и наибольший из результатов усиления, не превышающий допустимого значения, преобразуют в цифровую форму, по результатам m измерений, относящимся к одним и тем же моментам времени, определяют усредненные значения сигнала-отклика, по которым судят о свойствах исследуемой среды. There is also a known method of geoelectrical exploration, implemented in a multi-channel station caused by polarization MSWP-8, described in [2]. The method consists in the fact that the geological environment is excited by a series of m bipolar electromagnetic field pulses and, after each pulse, a cycle of measurements of the response signal of the medium under study is performed at discrete moments of time, while an analog signal equivalent to the previously measured value of the natural field is formed before each measurement cycle, subtract it from the input signal and integrate the difference signal at a given time interval, the integration result is amplified simultaneously in several mass Tabah and greatest amplification of the results does not exceed the allowable value is converted to digital form, the results of m measurements relating to the same point in time determine the average values of the response signal, which is judged on the studied properties of the medium.
Устройство, реализующее способ, содержит входной коммутатор, блок согласования, входной усилитель, блок интегрирования, выборки и хранения, блок нормирующих усилителей, блок компараторов, логический нормализатор сигналов, измерительный ЦАП, информационное ОЗУ, цифровое табло, систему управления и синхронизации, блок управления генератором, генератор поляризующего тока и автоматический компенсатор поляризации (АКП), включающий в себя ОЗУ АКП и ЦАП АКП. A device that implements the method includes an input switch, a matching unit, an input amplifier, an integration, sampling and storage unit, a normalizing amplifier unit, a comparator unit, a logical signal normalizer, a digital-to-analog converter, information RAM, a digital display, a control and synchronization system, a generator control unit , a polarizing current generator and an automatic polarization compensator (AKP), which includes the RAM of the AKP and the DAC of the AKP.
В данном способе не предусмотрено подавление промышленных помех 50 Гц. Выбор масштаба измерения после операции интегрирования хотя и способствует уменьшению влияния помех, поступивших во время интегрирования, однако в этом случае интегратор должен работать в большом динамическом диапазоне. Реализация такого интегратора связана со значительными техническими трудностями. This method does not provide suppression of industrial interference of 50 Hz. The choice of the measurement scale after the integration operation, although it helps to reduce the influence of interference received during the integration, however, in this case, the integrator should work in a large dynamic range. The implementation of such an integrator is associated with significant technical difficulties.
В этом способе, как и в предыдущем, точность измерений ограничена точностью аналого-цифрового преобразователя и составляет 12 разрядов. In this method, as in the previous one, the accuracy of measurements is limited by the accuracy of the analog-to-digital converter and is 12 bits.
Устройство, реализующее этот способ, обладает всеми недостатками, присущими выше описанному способу, и не имеет потенциальной возможности реализовать предлагаемый способ, поскольку оно не содержит вычислителя текущего среднего значения и в ОЗУ АКП записываются не результаты вычисления текущего среднего значения, а измеренные значения естественного поля. A device that implements this method has all the disadvantages inherent in the above described method, and does not have the potential to implement the proposed method, since it does not contain a calculator of the current average value and not the results of the calculation of the current average value, but the measured values of the natural field are recorded in the RAM of the automatic transmission.
Наиболее близким к предлагаемому является выбранный в качестве прототипа способ геоэлектроразведки, реализованный в аппаратуре "Цикл-3", описанной в [3] . Способ заключается в том, что определяют период Тп промышленных помех и возбуждают исследуемую среду серий из m зондирующих импульсов электромагнитного поля, период Тз которых синхронизирован с периодом Тп промышленных помех, после каждого зондирующего импульса производят в дискретные моменты времени цикл измерений, при этом перед каждым измерением в цикле из сигнала переходного процесса вычитают сформированный перед этим циклом аналоговый эквивалент значения смещения нулевого уровня усиления, интегрируют разностный сигнал и результат интегрирования преобразуют в цифровую форму. Длительность tинт интервалов интегрирования от измерения к измерению увеличивается в соответствии с выражением tинт= 2(i-1)·tнач/10 до максимального значения tmax = α˙Тп, где α - целое число. Полученные в цифровой форме результаты интегрирования на интервалах, длительность которых меньше tmax, относят к серединам соответствующих интервалов, а результаты интегрирования на интервалах, длительность которых равна tmax, усредняют в цифровой форме, относя усредненное значение к середине интервала выборки, включающего в себя несколько интервалов интегрирования. Результаты, относящиеся к одинаковым временам в m циклах измерения, разбивают на группы (2n-1), где n = 1, 2, 3, . . . , из каждой группы выбирают медианное значение, находят среднее арифметическое медианных значений, по которым и судят о геоэлектрических свойствах исследуемой среды.Closest to the proposed is the selected as a prototype method of geoelectrical exploration, implemented in the equipment "Cycle-3" described in [3]. The method consists in determining the period T p of industrial interference and exciting the test medium of a series of m probing pulses of electromagnetic field, the period T c of which is synchronized with the period T p of industrial interference, after each probe pulse, a measurement cycle is performed at discrete moments of time, while Before each measurement in a cycle, the analog equivalent of the offset value of the zero gain level formed before this cycle is subtracted from the transient signal, the difference signal and the cut are integrated tat integrating digitized. The duration t int of the integration intervals from measurement to measurement increases in accordance with the expression t int = 2 (i-1) · t beg / 10 to the maximum value t max = α˙T p , where α is an integer. The digitally obtained results of integration at intervals, the duration of which is shorter than t max , refer to the midpoints of the corresponding intervals, and the results of integration at intervals, the duration of which is equal to t max , are averaged in digital form, relating the average value to the middle of the sampling interval, which includes several integration intervals. Results relating to the same times in m measurement cycles are divided into groups (2n-1), where n = 1, 2, 3,. . . , from each group the median value is selected, the arithmetic average of the median values is found, from which the geoelectric properties of the medium under study are judged.
Способ-прототип реализуется с помощью устройства, которое содержит генераторную петлю, подключенную к генераторной установке, и приемный датчик, соединенный с одним из двух входов усилителя, второй вход которого соединен с выходом компенсатора, схему выбора масштаба измерения, блок интегрирования и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), связанный общей шиной с микроЭВМ, таймером и блоком синхронизации с промышленной помехой, информационный вход которого соединен с выходом приемного датчика, а выход соединен с синхровходом таймера. При этом выход "Начало цикла" генераторной установки соединен с пусковым входом таймера, а управляющий вход генераторной установки соединен с выходом "Ток" таймера. Выход "Метки времени" таймера соединен с входом запуска АЦП, а выходы таймера "Интервал интегрирования" и "Код постоянной времени" соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами блока интегрирования. Информационный вход АЦП соединен с выходом блока интегрирования, а масштабирующий вход АЦП соединен с выходом "Код масштаба" схемы выбора масштаба измерения, аналоговый выход которой соединен с информационным входом блока интегрирования, а входы схемы выбора масштаба соединены с выходами соответствующих усилительных каскадов усилителя. Вход "Сброс" блока интегрирования соединен с выходом "Конец кодирования" АЦП. Информационный вход компенсатора соединен с одним из выходов усилителя, а управляющий вход - с выходом таймера "Ток". The prototype method is implemented using a device that contains a generator loop connected to the generator set, and a receiving sensor connected to one of the two inputs of the amplifier, the second input of which is connected to the output of the compensator, a circuit for selecting a measurement scale, an integration unit, and an analog-to-digital converter (ADC), connected by a common bus to a microcomputer, a timer, and a block of synchronization with industrial noise, the information input of which is connected to the output of the receiving sensor, and the output is connected to the timer sync input. In this case, the “Start of cycle” output of the generator set is connected to the start input of the timer, and the control input of the generator set is connected to the "Current" output of the timer. The time stamp output of the timer is connected to the ADC start input, and the outputs of the Integration Interval timer and Time constant code are connected to the first and second control inputs of the integration unit, respectively. The ADC information input is connected to the output of the integration unit, and the ADC scaling input is connected to the "Scale code" output of the measurement scale selection circuit, the analog output of which is connected to the information input of the integration unit, and the inputs of the scale selection circuit are connected to the outputs of the corresponding amplifier stages of the amplifier. The “Reset” input of the integration unit is connected to the “End of coding” output of the ADC. The information input of the compensator is connected to one of the outputs of the amplifier, and the control input is connected to the output of the "Current" timer.
Функциональная схема устройства-прототипа, составленная в соответствии с его техническим описанием, приведена на фиг. 10. The functional diagram of the prototype device, drawn up in accordance with its technical description, is shown in FIG. 10.
В способе-прототипе эффективность подавления помех повышается за счет гибкого использования аналогового и цифрового усреднения, поскольку длительность интервалов интегрирования изменяется в зависимости от времени измерения переходного процесса. Однако, поскольку масштабирование измеряемого сигнала производится перед интегрированием, то помеха, поступившая во время интегрирования, может "перегрузить" интегратор. In the prototype method, the noise reduction efficiency is increased due to the flexible use of analog and digital averaging, since the duration of the integration intervals varies depending on the measurement time of the transient. However, since the scaling of the measured signal is performed before integration, the interference received during the integration may overload the integrator.
С повышением помехозащищенности задача повышения точности измерений становится еще более актуальной. А способ-прототип сохраняет существенный недостаток аналогов, заключающийся в том, что точность измерений ограничена точностью аналого-цифрового преобразования, составляющей 12 разрядов. Использование же известных способов [4] повышения точности аналого-цифрового преобразования не приемлемо в сочетании с аналоговым интегрированием измеряемого сигнала, необходимым для подавления высокочастотных помех. With increasing noise immunity, the task of increasing the accuracy of measurements becomes even more urgent. And the prototype method retains a significant drawback of analogues, namely, that the accuracy of the measurements is limited by the accuracy of the analog-to-digital conversion, which is 12 bits. The use of known methods [4] to increase the accuracy of analog-to-digital conversion is not acceptable in combination with analog integration of the measured signal, which is necessary to suppress high-frequency interference.
Вышеописанное устройство обладает недостатками способа-прототипа и не может реализовать предлагаемый способ, так как оно не позволяет формировать компенсирующий сигнал в виде аналогового эквивалента среднего значения результатов предыдущих измерений (текущего среднего значения), поскольку информационный вход компенсатора связан с одним из выходов усилителя, но не связан с микроЭВМ, где текущее среднее значение может быть вычислено. The above device has the disadvantages of the prototype method and cannot implement the proposed method, since it does not allow generating a compensating signal in the form of an analog equivalent of the average value of the results of previous measurements (current average value), since the information input of the compensator is connected to one of the outputs of the amplifier, but not connected to a microcomputer, where the current average value can be calculated.
Целью изобретения является повышение точности измерений сигнала переходного процесса на фоне различного рода помех. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements of the transient signal against a background of various kinds of interference.
Цель достигается тем, что в известном способе геоэлектроразведки, при котором возбуждают исследуемую среду серией зондирующих импульсов электромагнитного поля, период Тз которых синхронизируют с периодом Тп промышленной помехи, после каждого j-го зондирующего импульса производят в дискретные моменты времени j-й цикл измерений сигнала переходного процесса, перед каждым i-м измерением в цикле из входного сигнала вычитают аналоговый компенсационный сигнал, предварительно сформированный в соответствии с заданным значением, интегрируют разностный сигнал на заданном временном интервале и результат интегрирования преобразуют в цифровую форму, получая значение разностного сигнала, результаты измерений, отнесенные к одним и тем же временам, усредняют и по полученным значениям судят о свойствах исследуемой среды, согласно изобретения, компенсационный сигнал формируют перед каждым i-м измерением j-го цикла в виде аналогового эквивалента значения, которое определяют как среднее результатов i-х измерений в l предшествующих j-му циклах, где 1≅ l ≅ (j-1), а интегрирование производят одновременно с q последовательно увеличивающимися коэффициентами передачи и преобразуют в цифровую форму наибольший из допустимых результатов интегрирования, при этом определяют значения низкочастотной помехи и результат каждого i-го измерения определяют как сумму соответствующих i-му временному интервалу значений компенсационного сигнала, значений разностного сигнала и значений сигнала низкочастотной помехи, обусловленной биениями частот зондирующих импульсов и промышленной помехи, причем значение Uнi сигнала низкочастотной помехи может быть определено из выражения
Uнi= Uп·sin(2Π/ Tп-Tз)·ti, где Uп - амплитуда промышленной помехи;
π = 3,14;
ti - время измерения;
Тп - период промышленной помехи;
Тз - период зондирующих импульсов.The object is achieved in that in a known geoelectrical exploration method in which excite the test medium by a series of probing pulses of electromagnetic field, the period T of which is synchronized with the period T n industrial noise, after each j-th probe pulse produces at discrete instants j-th measurement cycle the transient signal, before each i-th measurement in a cycle, the analog compensation signal, pre-formed in accordance with the set value, is subtracted from the input signal, integrate the difference signal at a given time interval and the integration result is converted into digital form, obtaining the value of the difference signal, the measurement results related to the same times are averaged and the properties of the medium under study are judged by the values obtained, according to the invention, a compensation signal is generated before each i -th measurement of the j-th cycle in the form of an analog equivalent of the value, which is defined as the average of the results of i-measurements in l previous j-th cycles, where 1≅ l ≅ (j-1), and integration is performed simultaneously with q successively increasing transmission coefficients, they digitize the largest of the allowable integration results, while the low-frequency interference values are determined and the result of each i-th measurement is determined as the sum of the values of the compensation signal, the difference signal and signal values corresponding to the i-th time interval low-frequency noise due to the beat frequency probing pulses and industrial noise, the signal value U HI low frequency pom Chi can be determined from the expression
U ni = U p · sin (2Π / T p -T s ) · t i , where U p is the amplitude of industrial interference;
π = 3.14;
t i is the measurement time;
T p - period of industrial interference;
T s - the period of the probe pulses.
Для этого в известное устройство, содержащее генераторную петлю, соединенную с генераторной установкой, приемный датчик, соединенный с первым входом усилителя, второй вход которого соединен с выходом компенсатора, схему выбора масштаба измерения, блок интегрирования, а также микроЭВМ, связанную общей шиной с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), таймером и блоком синхронизации с промышленной помехой, информационный вход которого соединен с выходом приемного датчика, при этом управляющий вход генераторной установки соединен с выходом "Ток" таймера, выход "Метки времени" таймера соединен с входом запуска АЦП, а выходы таймера "Интервал интегрирования" и "Код постоянной времени" соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами блока интегрирования, вход "Сброс" которого соединен с выходом "Конец кодирования" АЦП, выход "Код масштаба" схемы выбора масштаба измерения соединен с масштабирующим входом АЦП, согласно изобретению, дополнительно введены q блоков интегрирования, отличающихся друг от друга значениями коэффициента передачи, вход запуска компенсатора соединен с выходом "Метки времени" таймера, а информационный вход компенсатора через общую шину связан с микроЭВМ, при этом первые управляющие входы блоков интегрирования, как и вторые управляющие входы, а также входы "Сброс" объединены между собой, информационные входы блоков интегрирования объединены и подключены к выходу усилителя, а выходы блоков интегрирования через схему выбора масштаба измерения связаны с информационным входом АЦП. To do this, in a known device containing a generator loop connected to the generator set, a receiving sensor connected to the first input of the amplifier, the second input of which is connected to the output of the compensator, a circuit for selecting a measurement scale, an integration unit, and also a microcomputer connected by a common bus to the analog a digital converter (ADC), a timer and a synchronization unit with industrial interference, the information input of which is connected to the output of the receiving sensor, while the control input of the generator set is connected to the output m "Timer" of the timer, the output of the "Time stamp" of the timer is connected to the ADC start input, and the outputs of the timer "Integration interval" and "Time constant code" are connected respectively to the first and second control inputs of the integration unit, whose "Reset" input is connected to the output "End of coding" of the ADC, output "Scale code" of the circuit for selecting the measurement scale is connected to the scaling input of the ADC, according to the invention, q integration blocks are added, which differ from each other by the values of the transfer coefficient, the start input is compensator connected to the output of the “Time stamp” of the timer, and the information input of the compensator through a common bus is connected to the microcomputer, while the first control inputs of the integration units, as well as the second control inputs, as well as the inputs of the “Reset” are combined, the information inputs of the integration units are combined and connected to the output of the amplifier, and the outputs of the integration units through a circuit for selecting the measurement scale are connected to the information input of the ADC.
Новым по отношению к прототипу является принцип компенсации измеряемого сигнала аналоговым эквивалентом текущего среднего значения периодически повторяющегося сигнала переходного процесса. Такой принцип компенсации реализуется благодаря новым связям компенсатора - его вход запуска соединен с выходом "Метки времени" таймера, а его информационный вход связан через общую шину с микроЭВМ. Новым является и то, что скомпенсированный (разностный) сигнал интегрируют одновременно с несколькими различными коэффициентами передачи и аналого-цифрового преобразованию подвергают оптимальный (наибольший из допустимых) результат интегрирования, что становится возможным благодаря введению дополнительных блоков интегрирования. New in relation to the prototype is the principle of compensation of the measured signal by the analogue of the current average value of the periodically repeating transient signal. This principle of compensation is implemented thanks to new compensator connections - its trigger input is connected to the timer "Timer" output, and its information input is connected via a common bus to the microcomputer. It is also new that the compensated (difference) signal is integrated simultaneously with several different transmission coefficients, and the optimal (largest of the allowable) integration result is subjected to analog-to-digital conversion, which becomes possible due to the introduction of additional integration units.
Сущность изобретения заключается в том, что благодаря использованию в качестве компенсирующего сигнала аналогового эквивалента текущего среднего значения, получаемого с помощью накопления результатов измерений за предыдущее число реализаций сигнала переходного процесса, интегрированию подвергается разностный, близкий к полю, сигнал, что позволяет интегрировать этот сигнал с максимально допустимым коэффициентом передачи, тем самым уменьшить вес кванта аналого-цифрового преобразования увеличить число разрядов кода измеряемого сигнала, а следовательно, повысить точность измерений сигнала переходного процесса на фоне высокочастотных и периодических помех. Предлагаемый принцип компенсации обеспечивает к тому же возможность учета в аналоговой форме низкочастотной помехи, обусловленной биениями частот зондирующего сигнала и промышленной помехи. The essence of the invention is that due to the use of an analogue equivalent current value as a compensating signal, obtained by accumulating measurement results for the previous number of transient signal realizations, a difference signal close to the field is integrated, which allows integrating this signal with the maximum allowable transmission coefficient, thereby reducing the quantum weight of the analog-to-digital conversion, increasing the number of bits of the code of the measured signal ala and therefore improve the accuracy of the transient signal measurements on high-frequency and periodic background noise. The proposed compensation principle also provides the possibility of taking into account the low-frequency noise in an analog form, due to the beating of the frequencies of the sounding signal and industrial noise.
Заявителю известны способы повышения точности аналого-цифрового преобразования, использующие сходный признак - принцип компенсации измеряемого сигнала, например, способ двухкратного аналого-цифрового преобразования [4] , при котором во время первого преобразования образуют компенсирующее напряжение Uк с оценкой его значения в старших разрядах отсчетного устройства, во время второго преобразования оценивают разностный сигнал (Uх - Uк) с занесением его значения в младшие разряды отсчетного устройства, а результат одного измерения определяют как сумму значений, занесенных в старшие и младшие разряды отсчетного устройства. Использование двукратного преобразования при измерении сигнала переходного процесса на фоне различного рода помех без применения интегрирования приведет к тому, что с большой точностью будет измерен входной сигнал, представляющий собой сумму полезного сигнала и помех, в частности высокочастотных. Интегрирование измеряемого сигнала является наиболее эффективным способом подавления высокочастотных помех. Но если производить интегрирование перед двукратным аналого-цифровым преобразованием, то интегратор должен в этом случае обеспечивать большой динамический диапазон (более 212 - 214), что при существующей элементной базе технически не реализуемо. При использовании интегрирования после первого преобразования к интегратору не предъявляется высоких требований, поскольку его динамический диапазон определяется здесь динамическим диапазоном второго преобразования. Однако в этом случае уменьшается точность второго преобразования, что обусловлено быстрым изменением измеряемого сигнала. Влияние характера изменения измеряемого сигнала на точность второго преобразования поясняется фиг. 8. Первое преобразование U'АЦП кончается в момент времени N. Результат интегрирования на временном интервале NM разницы входного сигнала и аналогового эквивалента результата первого преобразования представляет собой довольно большую величину. В методе переходных процессов, например, входной сигнал аппроксимируется функцией вида 1/t2÷ 1/t4, при этом величина результата интегрирования U''АЦП может составлять около 30% от значения компенсационного напряжения. Поэтому результат второго преобразования нельзя отнести к младшим разрядам кода. Следовательно, второе преобразование дает не более двух двоичных разрядов в дополнение к результату первого преобразования.The applicant knows methods for improving the accuracy of analog-to-digital conversion using a similar feature - the principle of compensation of the measured signal, for example, a method of double analog-to-digital conversion [4], in which during the first conversion they form a compensating voltage U k with an estimate of its value in the higher bits of the reference devices, during the second conversion, the difference signal (U x - U k ) is estimated with its value entered in the lower bits of the reading device, and the result of one measurement is determined Share as the sum of the values entered in the upper and lower digits of the reading device. The use of double conversion when measuring a transient signal against a background of various kinds of interference without the use of integration will lead to the fact that with high accuracy the input signal will be measured, which is the sum of the useful signal and interference, in particular high-frequency ones. Integration of the measured signal is the most effective way to suppress high-frequency interference. But if integration is performed before a double analog-to-digital conversion, then the integrator should in this case provide a large dynamic range (more than 2 12 - 2 14 ), which is technically not feasible with the existing element base. When using integration after the first transformation, the integrator does not have high requirements, since its dynamic range is determined here by the dynamic range of the second transformation. However, in this case, the accuracy of the second conversion decreases, due to the rapid change in the measured signal. The influence of the nature of the change in the measured signal on the accuracy of the second conversion is illustrated in FIG. 8. The first conversion of the U ' ADC ends at time N. The result of integration on the time interval NM of the difference between the input signal and the analogue equivalent of the result of the first conversion is a rather large value. In the transient method, for example, the input signal is approximated by a function of the
В предлагаемом техническом решении известный признак - принцип компенсации измеряемого сигнала - используется в новой совокупности с интегрированием, масштабированием и накоплением (арифметическим суммированием) результатов измерений предыдущих реализаций сигнала переходного процесса. В качестве компенсирующей величины здесь при каждом измерении используется не результат первого преобразования этого же самого измерения, как в способе двукратного преобразования, а аналоговый эквивалент суммы результатов измерений предыдущих реализаций измеряемого сигнала. То есть значение компенсирующего напряжения в точке N равно не UN, как при двукратном преобразовании, а значению UL, которое представляет собой среднее текущее значение периодически повторяющегося измеряемого сигнала, полученное путем арифметического суммирования результатов предыдущих измерений, проводимых с использованием интегрирования. Предлагаемая совокупность признаков в отличие от способа двукратного аналого-цифрового преобразования позволяет добиться повышения точности аналого-цифрового преобразования при измерении сигнала переходного процесса на фоне высокочастотных и периодических помех путем уменьшения значения единицы младшего разряда АЦП за счет того, что аналого-цифровому преобразованию подвергается оптимальный (наибольший допустимый) результат интегрирования разностного (скомпенсированного) сигнала, близкого к нолю. Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".In the proposed technical solution, the well-known feature - the principle of compensation of the measured signal - is used in a new combination with the integration, scaling and accumulation (arithmetic summation) of the measurement results of previous implementations of the transient signal. Here, at each measurement, the compensating value is not the result of the first conversion of the same measurement as in the double conversion method, but the analogue equivalent of the sum of the measurement results of previous realizations of the measured signal. That is, the value of the compensating voltage at the point N is not equal to U N , as during a double conversion, but to the value of U L , which is the average current value of the periodically repeated measured signal obtained by arithmetic summation of the results of previous measurements carried out using integration. The proposed set of features, in contrast to the method of double analog-to-digital conversion, allows to increase the accuracy of analog-to-digital conversion when measuring the transient signal against the background of high-frequency and periodic interference by reducing the value of the least significant bit of the ADC due to the fact that the analog-to-digital conversion undergoes optimal ( the largest allowable) result of integrating a difference (compensated) signal close to zero. Therefore, the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".
На фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого устройства; на фиг. 2 - схема компенсатора; на фиг. 3 - схема блока интегрирования; на фиг. 4 - схема выбора масштаба измерения; на фиг. 5 - схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 6 - схема таймера; на фиг. 7 - временные диаграммы работы устройства; на фиг. 8 - принцип компенсации измеряемого сигнала, использованный в предлагаемом способе; на фиг. 9 - изображение сигнала низкочастотной помехи, обусловленной биениями частот промышленной помехи и зондирующих импульсов; на фиг. 10 - функциональная схема устройства-прототипа. In FIG. 1 shows a structural diagram of the inventive device; in FIG. 2 - compensator circuit; in FIG. 3 is a diagram of an integration unit; in FIG. 4 is a diagram for selecting a measurement scale; in FIG. 5 is a diagram of an analog-to-digital converter; in FIG. 6 is a timer circuit; in FIG. 7 - time diagrams of the operation of the device; in FIG. 8 - the principle of compensation of the measured signal used in the proposed method; in FIG. 9 is an image of a low-frequency interference signal caused by beats of industrial noise frequencies and probe pulses; in FIG. 10 is a functional diagram of a prototype device.
Устройство для геоэлектроразведки (фиг. 1) содержит генераторный контур 1, соединенный с генераторной установкой 2. Приемный датчик 3 соединен с первым входом усилителя 4 и блоком 5 синхронизации с промышленной помехой. Второй вход усилителя 4 соединен с выходом компенсатора 6. Блоки 7 интегрирования объединенными информационными входами подключены к выходу усилителя 4, а выходы блоков 7 через схему 8 выбора масштаба измерения подключены к информационному входу АЦП 9, связанного общей шиной с микроЭВМ 10, таймером 11, компенсатором 6 и блоком 5 синхронизации с промышленной помехой. Управляющий вход генераторной установки 2 соединен с выходом "Ток" таймера 11, выход "Метки времени" таймера 11 соединен с объединенными входами запуска АЦП 9 и компенсатора 6, выход таймера 11 "Интервал интегрирования" соединен с объединенными первыми управляющими входами блоков 7 интегрирования, выход таймера 11 "Код постоянной времени" соединен с объединенными вторыми управляющими входами блоков 7 интегрирования, а выход АЦП 9 "Конец кодирования" соединен с объединенными входами "Сброс" блоков 7. The device for geoelectrical exploration (Fig. 1) contains a
Генераторная установка 2 содержит не показанные на чертежах источник тока, тиристорный коммутатор, выполненный по триггерно-мостовой схеме [5] , и блок управления. Generator set 2 contains a current source not shown in the drawings, a thyristor switch, made according to the trigger-bridge circuit [5], and a control unit.
В качестве приемного датчика 3 может быть использована проволочная петля, выполненная из геофизического провода ГПСПП, или магнетометр. As the receiving
Усилитель 4 представляет собой разностный дифференциальный усилитель, выполненный, например, на микросхеме К140 УД14. The
Блок 5 синхронизации с помехой содержит не показанные на фигурах последовательно соединенные низкочастотный фильтр, усилитель-ограничитель, фазовый детектор, цифровой интегратор, генератор, управляемый напряжением, и цифровой фильтр. The interference synchronization unit 5 comprises a series-connected low-pass filter, a limit amplifier, a phase detector, a digital integrator, a voltage controlled oscillator, and a digital filter, not shown in the figures.
Компенсатор 6 (фиг. 2) содержит последовательно соединенные схему 12 интерфейса, регистр 13 данных, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 14, усилительный каскад 15, выход которого соединен с входом обратной связи ЦАП 14 и является выходом компенсатора 6. Входом запуска компенсатора 6 является вход управления ЦАП 14. Схема 12 интерфейса и регистр 13 данных связаны через общую шину с микроЭВМ 10. Регистр 13 данных может быть выполнен, например, на микросхеме К561 ИР12, ЦАП14 - на микросхеме К572 ПА2А, а усилительный каскад 15 - на микросхеме К140 УД6. Схема 12 интерфейса может, например, быть выполнена на микросхеме К588 ВТ1. The compensator 6 (Fig. 2) contains a series-connected
Блок 7 интегрирования (фиг. 3) содержит резисторы 16, первые выводы которых объединены и являются информационным входом блока 7, а вторые выводы подключены к аналоговому мультиплексору 17. Выход последнего через ключ 18 соединен с интегрирующим усилителем 19, зашунтированным включенными параллельно конденсатором 20 и ключом 21. Выход усилителя 19 является выходом блока 7. Управляющий вход ключа 18 является первым управляющим входом блока 7, управляющий вход мультиплексора 17 является вторым управляющим входом блока 7, а управляющий вход ключа 21 является входом "Сброс" блока 7 интегрирования. Номиналы всех резисторов 16 различны и выбираются из условия сохранения постоянства коэффициента К передачи блока 7 интегрирования при изменении длительности tинт интервала интегрирования: K= τ/tинт= const , где τ = RC - постоянная времени; R - сопротивление одного из резисторов 16; С - емкость конденсатора 20. Каждый из q блоков 7 интегрирования имеет свой постоянный коэффициент передачи, при этом K1< K2 <. . . < Kq. В данном случае q = 4, К1 = 2, К2 = 8, К3 = 64, К4 = 512. Мультиплексор 17 может быть выполнен, например, на микросхеме К590КН6, интегрирующий усилитель 19 - на микросхеме К140УД18, а ключи 18, 21 - на микросхеме К590КН5.The integration unit 7 (Fig. 3) contains
Схема 8 выбора масштаба измерения (фиг. 4) содержит аналоговый мультиплексор 22, каждый из q входов которого объединен с входом соответствующего порогового устройства 23, соединенного с декодером 24. Информационные входы мультиплексора 22 являются входами схемы 8, а выход мультиплексора 22 - аналоговым выходом схемы 8. Выход декодера 24 соединен с управляющим входом мультиплексора 22 и является выходом "Код масштаба" схемы 8. Мультиплексор 22 может быть выполнен, например на микросхеме К590КН6. Пороговое устройство 23 может, например, представлять собой компаратор, выполненный на микросхеме К597СА3. Декодер 24 выполнен, например, на микросхеме К561ЛП2. The measurement scale selection circuit 8 (Fig. 4) contains an
АЦП 9 (фиг. 5) содержит преобразователь 25 аналог-код (ПАК), стробирующий вход которого соединен с установочным входом триггера 26, являющимся входом запуска АЦП 9, регистр 27 данных и схему 28 интерфейса. Аналоговый вход ПАК 25 является информационным входом АЦП 9. Выход "Конец преобразования" ПАК 25 соединен с объединенными входами сброса триггера 26 и регистра 27 данных, а информационный выход ПАК 25 соединен с первым информационным входом регистра 27, второй информационный вход которого является масштабирующим входом АЦП 9. Выход триггера 26 является выходом "Конец кодирования" АЦП 9. Регистр 27 и схема 28 интерфейса соединены с общей шиной. ПАК 25 может быть выполнен по схеме поразрядного уравновешивания на микросхеме К1108ПА1, регистр 27 - на микросхеме К155ИР17, триггер 26 - на микросхеме К561ТМ2. Схема 28 интерфейса - К588ВТ1. The ADC 9 (Fig. 5) contains an analog-to-code converter (PAC) 25, whose gate input is connected to the installation input of the
МикроЭВМ 10 содержит не показанные на чертежах объединенные общей шиной оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), процессор (ПРЦ), пульт управления и регистратор. В качестве микроЭВМ 10 может быть использована как одна из серийно-выпускаемых микроЭВМ, например типа ДВК2, ДВК3, так и специально разработанные ПРЦ на микросхемах серии К588, ПЗУ на микросхемах серии К573 РФ4 с ультрафиолетовым стиранием информации, ОЗУ на микросхемах К537РУ10, регистратор на основе микросхем К537РУ10, пульт управления с клавиатурой и жидкокристаллическим дисплеем ИЖВ-71-96х8 на 16 знакомест. The microcomputer 10 comprises a random access memory (RAM), read only memory (ROM), a processor (PRC), a control panel, and a recorder that are not shown in the drawings and are connected by a common bus. As a microcomputer 10, one of the commercially available microcomputers can be used, for example, DVK2, DVK3, and specially designed PRCs on K588 series microcircuits, ROMs on K573 RF4 microcircuits with ultra-violet data erasure, RAM on K537RU10 microcircuits, and a registrar based on K537RU10 microcircuits, a control panel with a keyboard and a liquid crystal display IZHV-71-96x8 for 16 familiarity.
Таймер 11 (фиг. 6) содержит регистр 29 данных, схему 30 интерфейса, формирователи 31 и 32 импульсов, счетчик 33 временных интервалов, счетчик 34 адреса, задающий генератор 35, триггер 36, мультиплексор 37, двоичный счетчик 38 и одновибратор 39. Регистр 29 и схема 30 интерфейса соединены с общей шиной. Выходы А, В, С, D регистра 29 являются выходами "Код признака временного интервала" и соединены соответственно с входами формирователя 31, формирователя 32, первым и вторым управляющими входами мультиплексора 37. Выход "Код временного интервала" регистра 29 соединен с информационным входом счетчика 33 временных интервалов, тактовый вход которого связан с задающим генератором 35, а выход соединен с объединенными информационными входами мультиплексора 37 и счетчика 34 адреса. Выход последнего соединен с адресным входом регистра 29. Выход "Конец цикла" регистра 29 соединен с установочным входом счетчика 34 адреса. Выходы "Пуск" и "Конец измерений" регистра 29 соединены соответственно с установочным и сбросовым входами триггера 36, выход которого соединен со стробирующим входом счетчика 33 временных интервалов. Выход формирователя 31 является выходом сигнала "Ток+", а выход формирователя 32 - выходом сигнала "Ток -". Оба эти выхода подключены к шине, являющейся выходом "Ток" таймера 11. Первый выход мультиплексора 37 является выходом "Метки времени" таймера 11, а второй выход соединен с объединенными входами одновибратора 39 и двоичного счетчика 38, выход которого является выходом "Код постоянной времени" таймера 11. Выход одновибратора 39 является выходом "Интервал интегрирования" таймера 11. Регистр 29 данных представляет собой оперативное запоминающее устройство, выполненное, например, на микросхеме К537РУ10. Схема 30 интерфейса выполнена на микросхеме К588ВТ1. Формирователи 31, 32 выполнены, например, на микросхеме К561АГ1, счетчик 33 временных интервалов - на микросхеме К561ИЕ15, счетчик 34 адреса - на микросхеме К561ИЕ10, задающий генератор 35 - на микросхеме К561ЛН2, триггер 36 - на микросхеме К561ТМ2, мультиплексор 37 - на микросхеме К561КП2, двоичный счетчик 38 - на микросхеме К561ИЕ10, а одновибратор 39 - на микросхеме К561АГ1. The timer 11 (Fig. 6) contains a data register 29, an
Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.
В зависимости от решаемой геофизической задачи и от используемой методики исследований устанавливают форму, длительность t3период Т3 следования зондирующих импульсов, число m циклов измерения (число зондирующих импульсов), начальное tнач и конечное tкон времена измерения.Depending on the problem being solved and geophysical research on the used methodology set form, the duration t 3 period T 3 of the probing pulses, the number m of measurement cycles (number of probing pulses), the initial and final nach t t con measurement times.
Не возбуждая зондирующих импульсов, измеряют амплитудное значение Uп и период Тп промышленной помехи. В зависимости от величины Uп способ имеет две модификации.Without exciting probe pulses, the amplitude value U p and the period T p of industrial interference are measured. Depending on the value of U p the method has two modifications.
Первая модификация способа используется, когда амплитуда промышленной помехи превышает допустимый заданный уровень и ее влияние необходимо учитывать. В этом случае выполняют следующие операции:
- рассчитывают для каждого времени ti шкалы измерения сигнал переходного процесса значения Uнi низкочастотной помехи, обусловленной биениями частот зондирующего сигнала и промышленной помехи по формуле Uнi= Uн·sin(2Π/Tз-Tп)·ti (1);
- определяют длительность tсинхр временной задержки включения зондирующих импульсов из условия фазовой синхронизации промышленной помехи и зондирующих импульсов n˙Тп = tсинхр + t3 + tизм (2), где n - целое число;
- возбуждают m зондирующих импульсов тока, синхронизируя по фазе с промышленной помехой путем задержки включения тока на время tсинхр;
- принимают сигналы переходного процесса;
- после каждого j-го зондирующего импульса производят в соответствии с заданной временной шкалой цикл измерений принимаемого сигнала переходного процесса;
- перед каждым i-м измерением в j-м цикле вычисляют соответствующее значение Uкi компенсационного сигнала как среднее значение результатов i-х измерений в l предшествующих j-му циклах, где l выбирается из условия 1≅l≅(j-1) в зависимости от методики исследований;
- формируют аналоговый эквивалент значения Uкi и вычитают его из сигнала переходного процесса на временном интервале tинт.i;
- интегрируют разностный (скомпенсированный) сигнал на временном интервале tинтi одновременно с q различными коэффициентами передачи, такими, что K1 < K2 < . . . < Kq;
- выбирают наибольший из допустимых результат интегрирования и преобразуют его в цифровую форму, получая значение разностного сигнала Δ Ui;
- определяют результат i-го измерения как сумму соответствующих интервалу tинт.i, взятых с учетом знака значений Uкi, Δ Ui, Uнi, относят его по времени к середине этого интервала;
- усредняют медианные значения результатов измерений, относящихся к одним и тем же временам, при этом основанием медианы выбирают нечетное число в пределах от 3 до 9, относят полученные значения к серединам соответствующих интервалов.The first modification of the method is used when the amplitude of industrial interference exceeds the permissible predetermined level and its influence must be taken into account. In this case, perform the following operations:
- calculate, for each time t i of the measurement scale, the transient signal of the value U ni of the low-frequency interference caused by the beating of the frequencies of the probing signal and industrial noise according to the formula U нi = U н · sin (2Π / T s -T p ) · t i (1) ;
- determine the duration t syncr of the time delay for the inclusion of probe pulses from the phase synchronization condition of industrial noise and probe pulses n˙Т п = t sync + t 3 + t ISM (2), where n is an integer;
- excite m probing current pulses, synchronizing in phase with industrial noise by delaying the current on time t sync ;
- receive transient signals;
- after each j-th probing pulse, a measurement cycle of the received transient signal is made in accordance with a predetermined timeline;
- before each i-th measurement in the j-th cycle, the corresponding value U кi of the compensation signal is calculated as the average value of the results of i-measurements in l preceding the j-th cycle, where l is selected from the
- form the analogue equivalent of the value of U ki and subtract it from the transient signal at a time interval t int.i ;
- integrate the difference (compensated) signal over a time interval t inti simultaneously with q different transmission coefficients such that K 1 <K 2 <. . . <K q ;
- choose the largest of the allowable integration result and convert it into digital form, obtaining the value of the differential signal Δ U i ;
- determine the result of the i-th measurement as the sum of the corresponding interval t int.i taken taking into account the sign of the values U кi , Δ U i , U нi , relate it in time to the middle of this interval;
- average the median values of the measurement results related to the same times, while the odd number in the range from 3 to 9 is selected as the base of the median, and the obtained values are assigned to the midpoints of the corresponding intervals.
Вторая модификация способа используется в случае, когда амплитуда промышленной помехи не превышает допустимого заданного значения и ее влиянием можно пренебречь. В этом случае значения Uнi и tсинхр приравниваются к нулю, следовательно, отсутствует операция фазовой синхронизации зондирующих импульсов, а операция определения результатов измерения производится без учета значений Uнi в отличие от первой модификации способа.The second modification of the method is used in the case when the amplitude of industrial interference does not exceed the permissible set value and its influence can be neglected. In this case, the values of U ni and sync t are equal to zero, therefore, there is no phase synchronization operation of the probe pulses, and the operation of determining the measurement results is performed without taking into account the values of U ni , unlike the first modification of the method.
Устройство, реализующее способ, работает в следующих режимах:
- запись параметров зондирования и измерения;
- измерение параметров промышленной помехи;
- зондирование;
- измерение сигнала переходного процесса.A device that implements the method operates in the following modes:
- recording of sensing and measurement parameters;
- measurement of industrial interference parameters;
- sounding;
- measurement of the transient signal.
Работа устройства координируется управляющей программой, записанной в ПЗУ микроЭВМ 10. The operation of the device is coordinated by a control program recorded in the ROM of a microcomputer 10.
После включения питания с пульта управления микроЭВМ 10 задают вид зондирующих импульсов, их длительность t3 и период Т3, m - число накоплений, т. е. число циклов измерения сигнала переходного процесса, номер временного диапазона шкалы измерения, т. е. начальное время tнач и конечное время tкон измерения, а также число периодов и интервал измерения сигнала промышленной помехи. Временная шкала имеет 16 диапазонов в зависимости от величин tнач и tкон. Каждый диапазон образован группами по 8 временных интервалов интегрирования tинт.i. Длительность временных интервалов в группе неизменна, а от группы к группе увеличивается по закону tинт.i= 2i-1tнач/10 до 20 мс. Далее длительность остается постоянной вплоть до последнего времени измерения, составляющего 40 с.After turning on the power from the control panel of the microcomputer 10, the type of probe pulses is set, their duration is t 3 and the period is T 3 , m is the number of accumulations, i.e., the number of measurement cycles of the transient signal, the number of the time range of the measurement scale, i.e., the initial time t start and end time t con measurement, as well as the number of periods and the measurement interval of the industrial noise signal. The timeline has 16 ranges depending on the values of t beginning and t con . Each range is formed by groups of 8 integration time intervals t int.i. The duration of time intervals in the group is unchanged, and from group to group, it increases according to the law t int.i = 2 i-1 t beg / 10 to 20 ms. Further, the duration remains constant until the last measurement time of 40 s.
По командам процессора коды и признаки заданных параметров загружаются в регистр 29 данных таймера 11 и устройство переходит к выполнению режима "Измерение параметров промышленной помехи". В этом режиме при отсутствии тока в генераторной петле 1 в приемном датчике 3 наводится ЭДС промышленной помехи, которая через предусилитель (на фигурах не показан) поступает в блок 5 синхронизации с промышленной помехой. Блок 5 синхронизации вырабатывает напряжение с частотой, равной частоте промышленной помехи с точностью до фазы, выделяет моменты времени (математическое ожидание), совпадающие с положениями одноименных максимумов периодической помехи, и измеряет равные периоду помехи временные интервалы между соседними положениями положительных максимумов периодической помехи. Измеренные значения периода помеха запоминаются в ОЗУ микроЭВМ 10. По окончании измерений заданного числа периодов помехи процессор вычисляет среднее значение Тп периода, которое запоминается в ОЗУ микроЭВМ 10. Одновременно с поступлением на вход блока 5 сигнал промышленной помехи подается через усилитель 4, работающий в режиме усиления без компенсации, и схему 8 выбора масштаба измерения на информационный вход АЦП 9. АЦП 9 преобразует входной сигнал в цифровую форму в соответствии с равномерной временной шкалой измерения, образованной постоянным интервалом измерения сигнала промышленной помехи и формируемой таймером 11. Процесс измерения значений промышленной помехи аналогичен первому циклу измерения сигнала переходного процесса, который рассмотрен подробнее далее. Измеренные значения периодической помехи запоминаются в ОЗУ микроЭВМ 10. По окончании заданного числа периодов промышленной помехи процессор выбирает наибольшее из значений, измеренных во время каждого полупериода, усредняет выбранные значения, получая значение Uп амплитуды промышленной помехи, и сравнивает его с допустимым заданным значением Uп доп. В случае Uп ≅ Uп доп. устройство переходит к режиму зондирования и в случае Uп > Uп доп. процессор вычисляет по формуле (1) значение tсинхр временной задержки зондирующих импульсов и значения низкочастотной помехи Uнi по формуле (2). Код длительности и признак tсинхр. записываются в регистр 29 таймера 11, а значения Uнi в ОЗУ микроЭВМ 10, после чего устройство переходит в режим зондирования.According to processor instructions, codes and signs of the specified parameters are loaded into the data register 29 of the timer 11 and the device proceeds to the execution of the "Measurement of industrial interference" mode. In this mode, in the absence of current in the
Режим зондирования начинается по сигналу "Пуск" (фиг. 7г, л), поступающему с пульта управления микроЭВМ 10, либо по каналу внешней синхронизации (на чертежах не показан) на установочный вход триггера 36, который разрешает по этому сигналу работу счетчика 33 времени. Счетчик 33 времени формирует в режиме зондирования временную задержку tсинхр и сигнал "Ток" для управления коммутатором тока генераторной установки 2, а в режиме измерения - временную шкалу в соответствии с заданным диапазоном измерения. Счетчик 33 времени при поступлении разрешающего сигнала (фиг. 7д, м) переписывает во внутренний регистр код длительности того временного интервала, признак которого записан в регистр 29 данных в соответствии с таблицей.The sounding mode starts with the “Start” signal (Fig. 7d, l) coming from the control panel of the microcomputer 10, or via the external synchronization channel (not shown in the drawings) to the installation input of the
В случае Uп > Uп доп. первым в режиме зондирования формируется интервал tсинхр (фиг. 7ж), а в случае Uп ≅ Uп доп. - интервал t3(фиг. 7н). По окончании этого временного интервала счетчик 34 адреса инкрементирует адреса регистра 29 данных и на выходах АВСД регистра 29 устанавливается признак следующего временного интервала (t3), а на информационные входы счетчика 33 времени поступает код длительности этого интервала и формирователь 31 вырабатывает сигнал управления (в данном случае "Ток +") генераторной установкой 2 (фиг. 7з). Генераторная установка 2 формирует в генераторном контуре 1 мощный импульс тока. По концу интервала t3 ток в петле 1 выключается, а счетчик 34 адреса вновь инкрементирует адрес регистра 29 данных и счетчик 33 времени, начиная с момента времени tнач, последовательно формирует 40 интервалов интегрирования заданного диапазона временной шкалы. Устройство переходит к режиму измерения переходного процесса.In the case of U p > U p add. the first in the sounding mode, the tsync interval is formed (Fig. 7g), and in the case of U p ≅ U p add. - interval t 3 (Fig. 7n). At the end of this time interval, the
В режиме измерения переходного процесса на выходах АВСD регистра 29 по концу каждого интервала интегрирования устанавливается признак сигнала "Интервал интегрирования" (ИИ), а в два раза реже - признак сигнала "Метки времени" (МВ), которые управляют работой мультиплексора 37, формирующего сигналы ИИ (фиг. 7и) и МВ (фиг. 7к). После того, как будет сформирован последний интервал интегрирования в цикле, на вход сброса счетчика 34 адреса поступает сигнал "Конец цикла", записываемый процессором в регистр 29. Сигнал "Конец цикла" устанавливает счетчик 34 в исходное состояние. Триггер 36 сбрасывается после m циклов измерения по сигналу "Конец измерений", поступающему по команде процессора из регистра 29. In the transient measurement mode, at the outputs of ABCD register 29, at the end of each integration interval, the signal sign “Integration Interval” (AI) is set, and two times less often, the signal sign “Timestamps” (MV), which control the operation of the
Перед измерениями сигнала переходного процесса измерительный тракт калибруется. Калибровка заключается в измерении коэффициентов передачи интеграторов 7, измерении смещения "нуля" интеграторов 7 и измерении весовых значений ЦАП 14 компенсатора 6. Калибровка осуществляется с помощью коммутатора калибровки (на фигурах не показан). Измерения коэффициентов передачи интеграторов 7 осуществляются путем подачи на вход усилителя 4 эталонного напряжения +2 В. Измерение смещения нуля интеграторов 7 осуществляется путем подключения входа усилителя 4 к общему проводу, земле. Before measuring the transient signal, the measuring path is calibrated. Calibration consists in measuring the transfer coefficients of the
Сигнал переходного процесса поступает с приемного датчика 3 на первый вход усилителя 4. В первом цикле измерения по командe процессора в регистр 13 компенсатора 6 записывается через схему 12 интерфейса нулевой код, который по сигналу МВ, поступающему на вход управления ЦАП 14, с таймера 11, преобразуется в аналоговый нулевой сигнал и через усилительный каскад 15 поступает на второй вход усилителя 4. В усилителе 4 происходит вычитание входных сигналов с учетом их знака. Разностный сигнал с выхода усилителя 4 поступает на входы блоков 7 интегрирования, интегрируется одновременно всеми блоками 7, каждый из которых имеет свой коэффициент передачи. Запуск блоков 7 производится по сигналу ИИ, поступающему на управляющий вход ключа 18 с таймера 11. Код масштаба постоянной времени интегрирования, учитывающий изменение длительности интервалов интегрирования в процессе измерения, поступает с выхода двоичного счетчика 38 на вход управления аналогового мультиплексора 17, который подключает к входу усилителя 19 соответствующий резистор 16. С помощью схемы 8 выбора масштаба измерения выбирается результат интегрирования того из блоков 7, значение напряжения которого ближе к значению +4 В (максимально допустимое напряжение аналого-цифрового преобразования). На это напряжение настроены пороговые устройства 23. Код масштаба измерения, формируемый в декодере 24, поступает в регистр 27 данных АЦП 9 и на управляющий вход мультикомпрессора 22, который подключает к информационному входу АЦП 9 выход соответствующего этому коду блока 7 интегрирования. По сигналу МВ, поступающему с таймера 11 на стробирующий вход ПАК 25, оптимальный результат интегрирования разностного сигнала преобразуется в код. По концу преобразования триггер 26 срабатывает, сигнал "Лог. 1" с его выхода поступает на управляющий вход ключа 21 и последний замыкается. При этом конденсатор 20 разряжается, интегрирующий усилитель 19 сбрасывается. Код результата интегрирования вместе с кодом масштаба измерения из регистра 27 переписывается в ОЗУ микроЭВМ 10. Измеренные значения разностного сигнала с учетом знака суммируются в микроЭВМ 10 с соответствующими значениями низкочастотной помехи. Полученные результаты хранятся в ОЗУ микроЭВМ 10. The transient signal is received from the receiving
Работа устройства во время второго цикла измерения аналогична его работе в первом цикле. Отличие заключается лишь в том, что во втором цикле перед каждым измерением по команде процессора в регистр 13 компенсатора 6 записывается не нулевой код, а код результата, полученного в этой же точке временной шкалы в первом цикле измерения. Компенсатор формирует аналоговый сигнал, пропорциональный записанному коду, который подается на второй вход усилителя 4, где вычитается из сигнала переходного процесса, поступающего на первый вход. На выходе усилителя 4 имеет место разностный скомпенсированный сигнал, который измеряется в цифровой форме вышеописанным образом. Каждое измеренное значение разностного сигнала суммируется в микроЭВМ 10 с соответствующими значениями компенсационного сигнала и низкочастотной помехи. Результат суммирования является результатом измерения сигнала переходного процесса и хранится в ОЗУ микроЭВМ 10. The operation of the device during the second measurement cycle is similar to its operation in the first cycle. The difference lies only in the fact that in the second cycle, before each measurement at the processor's command, the
В j-м цикле перед каждым i-м измерением микроЭВМ 10 вычисляет соответствующий код компенсационного сигнала как среднее значение результатов i-х измерений в l предшествующих j-му циклах. Величина l (глубина компенсации) может быть задана с пульта управления микроЭВМ 10, либо программно и выбирается из условия 1≅ l≅ (j-1) в зависимости от методики исследования. In the j-th cycle, before each ith measurement, the microcomputer 10 calculates the corresponding compensation signal code as the average value of the results of the ith measurements in l previous j-th cycles. The value of l (compensation depth) can be set from the control panel of the microcomputer 10, or programmatically and is selected from the
После m циклов измерения результаты, относящиеся к одним и тем же временам, обрабатываются в микроЭВМ 10 с использованием медианных выборок, а медианные значения усредняются. Результат усреднения поступает в регистратор микроЭВМ 10. After m measurement cycles, results related to the same times are processed in the microcomputer 10 using median samples, and the median values are averaged. The averaging result enters the microcomputer recorder 10.
По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение за счет компенсации сигнала переходного процесса аналоговым эквивалентом среднего значения результатов предшествующих измерений и интегрирования cкомпенсированного сигнала с наибольшим допустимым коэффициентом передачи позволяет увеличить в два раза число разрядов кода измеряемого сигнала без увеличения разрядности АЦП, тем самым повысив точность измерений. Точность измерений повышается также за счет того, что компенсационный сигнал формируется с учетом низкочастотной помехи, обусловленной биениями частот зондирующих импульсов и промышленной помехи. Кроме того, благодаря определению масштаба измерения по результатам интегрирования, а не до процесса интегрирования, исключается погрешность измерений, которая может возникнуть в прототипе, если пришедшая во время интегрирования помеха "перегрузит" интегратор. (56) 1. Патент США N 4247821
2. Бобровников Л. З. , Орлов Л. И. , Попов В. А. Полевая электроразведочная аппаратура. Справочник. М. : Недра, 1986, с. 80-86.Compared with the prototype, the proposed technical solution by compensating for the transient signal with an analog equivalent of the average value of the results of previous measurements and integrating the compensated signal with the highest allowable transmission coefficient allows you to double the number of bits of the code of the measured signal without increasing the bit depth of the ADC, thereby increasing the accuracy of measurements. The measurement accuracy is also increased due to the fact that the compensation signal is formed taking into account the low-frequency noise caused by the beating of the frequencies of the probe pulses and industrial noise. In addition, due to the determination of the measurement scale by the results of integration, and not before the integration process, the measurement error that can occur in the prototype is eliminated if the interference that came during the integration “overloads” the integrator. (56) 1. U.S. Patent No. 4,247,821
2. Bobrovnikov L. Z., Orlov L. I., Popov V. A. Field electrical prospecting equipment. Directory. M.: Nedra, 1986, p. 80-86.
3. Техническое описание электроразведочной аппаратуры "Цикл-3". Юд3.036.044 ТО. 3. Technical description of the Cycle-3 electrical prospecting equipment. Yud3.036.044 TO.
4. Шляндин В. М. Цифровые измерительные устройства. М. : Высшая школа, 1981, с. 313-319. 4. Shlyandin V. M. Digital measuring devices. M.: High School, 1981, p. 313-319.
5. Новый тиристорный коммутатор тока для метода ЗСБ. Попов Е. Б. , Хаов Ф. М. Геофизические и геодезические методы и средства при поисках полезных ископаемых в Сибири, СНИИГГиМС, 1982, с. 46-50. 5. A new thyristor current switch for the ZSB method. Popov Ye. B., Khaov F. M. Geophysical and geodetic methods and tools in the search for minerals in Siberia, SNIIGGiMS, 1982, p. 46-50.
Claims (3)
U
где Uп - амплитуда промышленной помехи;
ti - время измерения.2. The method according to p. 1, characterized in that the values of the low-frequency interference signal is determined from the expression
U
where U p - the amplitude of industrial interference;
t i is the measurement time.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5006813 RU2006886C1 (en) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | Method and device for geoelectric prospecting |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5006813 RU2006886C1 (en) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | Method and device for geoelectric prospecting |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006886C1 true RU2006886C1 (en) | 1994-01-30 |
Family
ID=21587590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5006813 RU2006886C1 (en) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | Method and device for geoelectric prospecting |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2006886C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2528115C1 (en) * | 2013-05-14 | 2014-09-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Сибирский Научно-Исследовательский Институт Геологии, Геофизики И Минерального Сырья" | Method for geoelectric prospecting in man-made infrastructure environment |
| RU2639558C2 (en) * | 2016-05-11 | 2017-12-21 | Публичное акционерное общество Научно-производственное предприятие Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (ПАО НПП "ВНИИГИС") | Method of pulse inductive geo-electrical exploration and device for its implementation |
| CN107797150A (en) * | 2017-11-22 | 2018-03-13 | 中国地质大学（武汉） | A kind of transient electromagnetic instrument receiver |
-
1991
- 1991-07-22 RU SU5006813 patent/RU2006886C1/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2528115C1 (en) * | 2013-05-14 | 2014-09-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Сибирский Научно-Исследовательский Институт Геологии, Геофизики И Минерального Сырья" | Method for geoelectric prospecting in man-made infrastructure environment |
| RU2639558C2 (en) * | 2016-05-11 | 2017-12-21 | Публичное акционерное общество Научно-производственное предприятие Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (ПАО НПП "ВНИИГИС") | Method of pulse inductive geo-electrical exploration and device for its implementation |
| CN107797150A (en) * | 2017-11-22 | 2018-03-13 | 中国地质大学（武汉） | A kind of transient electromagnetic instrument receiver |
| CN107797150B (en) * | 2017-11-22 | 2023-09-15 | 中国地质大学（武汉） | Transient electromagnetic instrument receiver |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5225682A (en) | Method and apparatus for providing pulse pile-up correction in charge quantizing radiation detection systems | |
| JPH01502933A (en) | Frequency counting device and method | |
| KR970706571A (en) | Improved Timing Recovery for Synchronous Partial Response Recording (Synchronous Partial Response Recording) | |
| EP1476762A1 (en) | Signal processing circuit for an optical sensor | |
| RU2006886C1 (en) | Method and device for geoelectric prospecting | |
| WO1992012435A1 (en) | Method and apparatus for self-testing a transducer system | |
| JPS63166000A (en) | Measured value transmitter for sensor | |
| RU2020745C1 (en) | Nonelectric-quantity-to-digital-code converter | |
| JP3474914B2 (en) | Automatic balancing device | |
| RU1396716C (en) | Strain-measuring device | |
| SU894648A1 (en) | Measuring instrument for electric geogurvey | |
| SU721756A1 (en) | Digital voltmeter of ac voltage | |
| SU884080A1 (en) | Controllable delay line | |
| SU868676A1 (en) | Measuring instrument for electric geosurvey | |
| SU1239673A1 (en) | Device for electric prospecting | |
| RU2205446C2 (en) | Capacitive differential transmitter signal digitizer | |
| SU1285416A2 (en) | Device for measuring variable magnetic flux density | |
| SU756299A1 (en) | Digital voltmeter | |
| SU953590A1 (en) | Phase shift to voltage converter | |
| SU801031A1 (en) | Device for evaluating signal reception fidality | |
| SU746299A1 (en) | Method of measuring strain-gauge resistance increment | |
| SU805148A1 (en) | Device for measuring initial signal amplitude in a free nuclear precession | |
| SU890326A1 (en) | Electric geosurvey device | |
| SU1327025A1 (en) | Magnetometer | |
| RU2094946C1 (en) | Differential phase-sensitive voltage-to-code transducer |