RU2087927C1 - Устройство для измерений в геологоразведке - Google Patents
Устройство для измерений в геологоразведке Download PDFInfo
- Publication number
- RU2087927C1 RU2087927C1 RU93020812A RU93020812A RU2087927C1 RU 2087927 C1 RU2087927 C1 RU 2087927C1 RU 93020812 A RU93020812 A RU 93020812A RU 93020812 A RU93020812 A RU 93020812A RU 2087927 C1 RU2087927 C1 RU 2087927C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- outputs
- control unit
- communication line
- series
- inputs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Использование: для измерения временных вариаций удельного электрического сопротивления. Сущность изобретения: устройство для измерений в геологоразведке содержит генератор переменного напряжения, подключенный к точечным источникам, выполненным в виде электродов, линию связи, регистрирующий прибор, приемные элементы. Устройство снабжено также блоком управления, двумя синхронными детекторами, полосовым фильтром, блоком сравнения, фазовращателем, двумя согласующими усилителями с переменным коэффициентом усиления. Приемные элементы выполнены в виде двух датчиков напряженности электрического поля, причем блок управления входами подключен к одному из точечных источников и генератору переменного тока, а выходами - к управляющим входам синхронных детекторов, выходы которых подключены к регистрирующему прибору, а вторые входы через полосовой фильтр подключены к выходу блока сравнения, инвертирующий вход которого через первый согласующий усилитель с переменным коэффициентом усиления подключен к линии связи. Неинвертирующий вход блока сравнения через последовательно соединенные фазовращатель и второй согласующий усилитель с переменным коэффициентом усиления также подключен к линии связи, соединенной с выходами первого и второго датчиков напряженности электрического поля. Каждый датчик напряженности содержит последовательно соединенные первичный преобразователь, согласующий трансформатор и предварительный усилитель, причем датчики напряженности расположены симметрично относительно одного из точечных источников. Кроме того, блок управления содержит расположенный на входе трансформатор тока, последовательно соединенные с ним компаратор, умножитель, делитель частоты, причем выходы компаратора и делителя частоты служат выходами блока управления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области электрофизических измерений, в частности к устройствам для измерения временных вариаций удельного электрического сопротивления или обратной величины удельной электрической проводимости, и может быть использовано в инженерно-физических и геофизических исследованиях, в том числе в электроразведке при прогнозировании землетрясений.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для компенсационных измерений в геологоразведке [1] включающее генератор переменного тока, подключенный через компенсационную цепь к излучающим элементам, выполненным в виде электродов, измерительный блок, соединенный с компенсационной цепью и приемными элементами, линию обратной связи, две пары источников компенсационного напряжения, вход одной из них соединен с генератором переменного тока и с излучающими элементами, входы другой пары подключены параллельно к выходам первой пары, а выходы всех источников и вход измерительного блока соединены последовательно и подключены к приемным электродам. Однако применение контактного способа измерения в этом устройстве не исключает полностью погрешности измерений за счет влияния поляризационных эффектов на электродах. Кроме того, сложность настройки устройства практически исключает возможность его применения в полевых условиях.
Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении точности измерений.
Поставленная задача решается тем, что известное устройство для измерения в геологоразведке, содержащее генератор переменного тока, имеющий связь с излучающими элементами в виде электродов, линию связи, регистрирующий прибор, приемные элементы, согласно изобретению дополнительно снабжено блоком управления, двумя синхронными детекторами, полосовым фильтром, блоком сравнения, фазовращателем, двумя согласующими усилителями с переменным коэффициентом усиления, а приемные элементы выполнены в виде двух датчиков напряженности электрического поля, причем блок управления входами подключен к одному из точечных источников и генератору переменного тока, а выходами к управляющим входам синхронных детекторов, выходы которых подключены к регистрирующему прибору, а вторые входы через полосовой фильтр подключены к выходу блока сравнения, инвертирующий вход которого через первый согласующий усилитель с переменным коэффициентом усиления подключен к линии связи, а неинвертирующий вход блока сравнения через последовательно соединенные фазовращатель и второй согласующий усилитель с переменным коэффициентом усиления также подключен к линии связи, соединенной с выходами первого и второго датчиков напряженности электрического поля, каждый из которых содержит последовательно соединенные первичный преобразователь, согласующий трансформатор и предварительный усилитель, причем датчики напряженности расположены симметрично относительно одного из точечных источников.
Кроме того, блок управления содержит расположенный на входе трансформатор тока, последовательно соединенные с ним компаратор, умножитель, делитель частоты, причем выходы компаратора и делителя частоты служат выходами блока управления.
На фиг. 1 представлена схема, поясняющая размещение устройства, на фиг. 2 блок-схема устройства, на фиг. 3 представлен один из возможных вариантов построения схемы блока управления.
Устройство содержит генератор 1 (фиг. 1), соединенный с излучающими элементами в виде точечных источников А-2 и В-3, приемные элементы в виде бесконтактных трансформаторных датчиков напряженности электрического поля 4 и 5, расположенные в точках M и N симметрично относительно излучающего элемента, первую среду 6 с удельной электрической проводимостью имеющую границу 7 с второй средой 8 с удельной электрической проводимостью .
Блок-схема устройства (фиг. 2) содержит два приемных элемента в виде датчиков напряженности электрического поля 4, 5, включающих в себя два первичных преобразователя 9 и 10, два согласующих трансформатора 11 и 12, два предварительных усилителя 13, 14, линию связи 15, два согласующих усилителя с переменным коэффициентом усиления 16 и 17, фазовращатель 18, блок сравнения 19, полосовой фильтр 20, два синхронных детектора 21 и 22, блок управления 23, регистрирующий прибор 24. Выход первого первичного преобразователя 9 через согласующий трансформатор 11, предварительный усилитель 13, линию связи 15, согласующий усилитель с переменным коэффициентом усиления 16 соединен с инвертирующим входом блока сравнения 19. Выход второго первичного преобразователя 10 через согласующий трансформатор 12, предварительный усилитель 14, линию связи 15, согласующий усилитель с переменным коэффициентом усиления 17, фазовращатель 18 соединен с неинвертирующим входом блока сравнения 19. Выход блока сравнения через полосовой фильтр 20 соединен с сигнальными входами активных синхронных детекторов 21 и 22. Управляющие входы синхронных детекторов 21 и 22 соединены с выходами блока управления 23. Выходы синхронных детекторов 21 и 22 соединены с входами регистрирующего прибора 24, показания которого пропорциональны временным вариациям активной и реактивной составляющих удельной электрической проводимости земли.
Блок управления 23 (фиг. 3) содержит трансформатор тока 25, последовательно соединенные с ним компаратор 26, умножитель 27, делитель частоты 28. Выходы компаратора 26 и делителя частоты 28 являются выходами блока управления.
Устройство работает следующим образом. При помощи двух точечных электродов, один из которых 3 достаточно удален, источником тока Io на частоте f возбуждают в земле переменное электрическое поле. В точках M и N, расположенных симметрично на расстоянии r относительно точечного источника 2, размещают датчики напряженности 4, 5, содержащие первичные бесконтактные преобразователи напряженности электрического поля с объемным витком 9, 10 [2] и измеряют радиальную составляющую напряженности электрического поля, возбужденного током Io. Усиленные сигналы с первичных преобразователей подают на устройство сравнения (вычитатель). При равенстве коэффициентов передачи каналов и заданной геометрии постановки сигнал на выходе устройства сравнения связан однозначной зависимостью с временными вариациями удельной электрической проводимости земли. В общем случае в соответствии с принципом суперпозиции (фиг. 1) в точках M и N напряженность электрического поля можно представить в виде
где вектор напряженности электрического поля, создаваемый первичным источником 2 (электродом А;
вектор напряженности электрического поля, создаваемый от вторичного
отраженного относительно границы раздела сред источника.
где вектор напряженности электрического поля, создаваемый первичным источником 2 (электродом А;
вектор напряженности электрического поля, создаваемый от вторичного
отраженного относительно границы раздела сред источника.
На основании закона Кулона и метода отражений для напряженностей электрического поля в точках измерения M и N будем иметь
где коэффициент отражения при удельных электрических проводимостях сред причем вариации активной δ и реактивной x составляющих удельной электрической проводимости много меньше единицы.
где коэффициент отражения при удельных электрических проводимостях сред причем вариации активной δ и реактивной x составляющих удельной электрической проводимости много меньше единицы.
При равенстве коэффициентов преобразования "напряженность поля - напряжение" каждого из каналов K=KN=KM для сигнала на выходе блока сравнения 19 (фиг. 2) с учетом (2) получим
где K= 1Э n11 k13 k15 l16=1Э n12 k14 k15 k17 k18, причем 1Э - эквивалентная база (коэффициент преобразования "напряженность поля - напряжение") первичных преобразователей 9 или 10;
ni коэффициент трансформации согласующего трансформатора 11 или 12;
ki коэффициент передачи по напряжению i-го элемента схемы (фиг. 2).
где K= 1Э n11 k13 k15 l16=1Э n12 k14 k15 k17 k18, причем 1Э - эквивалентная база (коэффициент преобразования "напряженность поля - напряжение") первичных преобразователей 9 или 10;
ni коэффициент трансформации согласующего трансформатора 11 или 12;
ki коэффициент передачи по напряжению i-го элемента схемы (фиг. 2).
Очевидно, что информацию о вариациях проводимости граничащих сред несет последний сомножитель сигнала (3), для которого с учетом принятых в (2) обозначений получим
где модуль удельной электрической проводимости первой среды 6 (фиг. 1).
где модуль удельной электрической проводимости первой среды 6 (фиг. 1).
Подставив последнее в (3) и обозначив константу измерительной установки
для сигналов на входах синхронных детекторов 21 и 22 (фиг. 2), т.е. выходе выделяющего только полезный сигнал на частоте fo фильтра 20, будем иметь
В соответствии с фазировкой управляющих сигналов синхронных детекторов 21 и 22 на их выходах из сигнала (4) будут выделены действительная и мнимая части этого напряжения
Эти напряжения подаются на входы регистрирующего прибора 24, в память которого введены данные о текущих значениях модуля σ, действительной g и мнимой b частях удельной электрической проводимости среды установки первичного преобразователя, а также константы измерительной установки a. На основании этих данных и вычисленных напряжений (5) арифметическое устройство, встроенное в регистрирующий прибор 24, при помощи уравнений (1) определяет вариации действительной d и мнимой x частей удельной электрической проводимости контролируемой среды.
для сигналов на входах синхронных детекторов 21 и 22 (фиг. 2), т.е. выходе выделяющего только полезный сигнал на частоте fo фильтра 20, будем иметь
В соответствии с фазировкой управляющих сигналов синхронных детекторов 21 и 22 на их выходах из сигнала (4) будут выделены действительная и мнимая части этого напряжения
Эти напряжения подаются на входы регистрирующего прибора 24, в память которого введены данные о текущих значениях модуля σ, действительной g и мнимой b частях удельной электрической проводимости среды установки первичного преобразователя, а также константы измерительной установки a. На основании этих данных и вычисленных напряжений (5) арифметическое устройство, встроенное в регистрирующий прибор 24, при помощи уравнений (1) определяет вариации действительной d и мнимой x частей удельной электрической проводимости контролируемой среды.
Используя понятие эффективного или эквивалентного коэффициента отражения аналогично изложенному регистрируются вариации электропроводности слоев и пластов различной ориентации, а также других моделей неоднородностей или аномалий исследуемой среды. При изменении геометрии установки измерительной системы или коэффициентов преобразования, передачи или усиления отдельных блоков и каналов в целом функциональная схема остается неизменной, изменяется только значение константы измерительной системы α.
Первичные преобразователи напряженности поля 9 и 10 представляют собой бесконтактный трансформаторный преобразователь с объемным первичным витком [2] Согласующие трансформаторы 11 и 12 являются неотъемлемой частью трансформаторного датчика с объемным витком и представляют по существу трансформатор тока. Объемный виток, проходящий через окно сердечника, образует первичный виток такого трансформатора. Предварительные усилители 13 и 14 представляют собой усилители, имеющие дифференциальные входы и выходы. Это позволяет существенно уменьшить влияние синфазной помехи за счет разности потенциалов земли. Достоинством датчиков с объемным первичным витком является отсутствие непосредственно электрического контакта с окружающей датчик средой. Это исключает влияние на точность измерений двойного электрического слоя на поверхностях металл окружающая среда. А именно эта погрешность присутствует во многих электродных датчиках, в частности и в прототипе.
Согласующие усилители с переменным коэффициентом усиления 16 и 17 представляют собой усилители, имеющие дифференциальные входы и недифферинциальные выходы, коэффициент усиления которых может меняться, например, при помощи изменения величины резистора в цепи обратной связи. Фазовращатель 18 позволяет изменять фазу сигнала в одном из каналов так, чтобы исключить паразитные набеги фаз, он может быть реализован на RC-звеньях. Изменение фазы осуществляется при помощи изменения величины резисторов. Блок сравнения 19 построен на операционном усилителе с дифференциальной схемой его включения. Полосовой фильтр 20 представляет собой активный RC-фильтр с частотно-зависимыми избирательными цепями. Синхронные детекторы 21 и 22 предназначены для выделения сигналов пропорционально составляющей напряжения полезного сигнала, совпадающего по фазе с фазой генератора Io, и составляющей напряжения полезного сигнала, сдвинутого на 90o относительно фазы тока Io. Они представляют собой синхронные детекторы ключевого типа.
Блок управления 23 выдает два управляющих сигнала прямоугольной формы в виде меандра с частотой fo, сдвинутых один относительно другого на четверть периода. Ток Io генератора 1 подается на точечные источники через первичную обмотку трансформатора тока 25. С выхода трансформатора сигнал подается на компаратор 26. Компаратор выдает первый управляющий сигнал в форме меандра, совпадающий по фазе с фазой тока Io. С выхода компаратора сигнал поступает на блок умножения частоты на два, с выхода которого сигнал поступает на блок деления на два (триггер). На выходе триггера имеем сигнал прямоугольной формы в виде меандра, сдвинутый относительно первого управляющего сигнала на четверть периода.
Таким образом, предлагаемое устройство выделяет сигналы, пропорциональные временным вариациям удельной электрической проводимости земли, и обеспечивает высокую помехозащищенность. Как показали предварительные испытания, динамический диапазон измеряемых сигналов может достигать 120 дБ.
Источники, принятые во внимание.
1. Авторское свидетельство СССР N 637692, кл. G 01V 3/06, 1978.
2. Е. Ф. Зимин, Э.С. Кочанов. Измерение параметров электрических и магнитных полей в проводящих средах. М. Энергоатомиздат, 1985, 254 с.
Claims (2)
1. Устройство для измерений в геологоразведке, содержащее генератор переменного тока, подключенный к точечным источникам, выполненным в виде электродов, линию связи, регистрирующий прибор, приемные элементы, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено блоком управления, двумя синхронными детекторами, полосовым фильтром, блоком сравнения, фазовращателем, двумя согласующими усилителями с переменным коэффициентом усиления, а приемные элементы выполнены в виде двух датчиков напряженности электрического поля, причем блок управления входами подключен к одному из точечных источников и генератору переменного тока, а выходами к управляющим входам синхронных детекторов, выходы которых подключены к регистрирующему прибору, а вторые входы через полосовой фильтр подключен к выходу блока сравнения, инвертирующий вход которого через первый согласующий усилитель с переменным коэффициентом усиления подключен к линии связи, а неинвертирующий вход блока сравнения через последовательно соединенные фазовращатель и второй согласующий усилитель с переменным коэффициентом усиления также подключен к линии связи, соединенной с выходами первого и второго датчиков напряженности электрического поля, каждый из которых содержит последовательно соединенные первичный преобразователь, согласующий трансформатор и предварительный усилитель, причем датчики напряженности расположены симметрично относительно одного из точечных источников.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит расположенный на входе трансформатор тока, последовательно соединенные с ним компаратор, умножитель, делитель частоты, причем выходы компаратора и делителя частоты служат выходами блока управления.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93020812A RU2087927C1 (ru) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | Устройство для измерений в геологоразведке |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93020812A RU2087927C1 (ru) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | Устройство для измерений в геологоразведке |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93020812A RU93020812A (ru) | 1995-06-19 |
RU2087927C1 true RU2087927C1 (ru) | 1997-08-20 |
Family
ID=20140685
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93020812A RU2087927C1 (ru) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | Устройство для измерений в геологоразведке |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2087927C1 (ru) |
-
1993
- 1993-04-21 RU RU93020812A patent/RU2087927C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 637692, кл. G 01 V 3/06, 1978. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5999884A (en) | Method for determining the axial position of formation layer boundaries using measurements made by a transverse electromagnetic induction logging instrument | |
SU1376950A3 (ru) | Способ определени дефектов в колонне обсадных труб и устройство дл его осуществлени | |
US5525900A (en) | Method for determining the displacement of an object of an electrically conducting material | |
Liston et al. | A contact modulated amplifier to replace sensitive suspension galvanometers | |
GB2347753A (en) | A method of focussing measurements assuming an inhomogeneous background signal | |
Hirao et al. | An improved type of electron temperature probe | |
US5698982A (en) | Method and system for skin effect correction in a multiple transmit frequency induction logging system | |
US3926056A (en) | Conductivity, temperature and pressure measuring system | |
US2861242A (en) | Magnetometer | |
Austin et al. | A Compact, Low‐Cost Circuit for Reading Four‐Electrode Salinity Sensors | |
US5146167A (en) | Method and apparatus for determining the conductivity of subsurface earth formations by filtering and summing in-phase and quadrature conductivity signals with correction values | |
RU2087927C1 (ru) | Устройство для измерений в геологоразведке | |
Sogade et al. | Electromagnetic cave-to-surface mapping system | |
US3422345A (en) | Method and apparatus for measuring the ratio and phase relation of an electric field to a correlated magnetic field | |
US2288310A (en) | Apparatus for geoelectric and seismic investigations | |
US2520677A (en) | Magnetic gradient measurement | |
RU2030713C1 (ru) | Электромагнитный расходомер | |
US2923880A (en) | Apparatus for impedance measurements | |
CN109470130A (zh) | 一种发送一接收差动式电涡流位移检测装置 | |
Lin et al. | A Theoretical Model for the Self‐Noise of a Velocity‐Broadband Seismometer | |
RU2818011C1 (ru) | Способ подавления сигнала прямого поля в электромагнитном индукционном зондировании и устройство для его реализации | |
CN112904433B (zh) | 瞬变电磁对称结构的过套管电阻率测井方法 | |
RU1822996C (ru) | Устройство дерно-магнитного каротажа | |
Thurston et al. | Next Generation Geophysical Assessment System | |
SU1458846A1 (ru) | Устройство дл электрического исследовани скважин |