SE449037B - Anordning for registrering av seismoelektriska signaler - Google Patents

Description

20 25 30 35 449 057 2 vilkas längd utgör flera tiotal m, är av sig självt lågfrekvent, vilket med andra ord innebär, att den band- bredd, som skall mottagas av elektroderna, är begränsad till några få första tiotal kHz.

Genom att den ovan beskrivna, kända anordningen innefattar registreringsorgan (i form av ett ljusstrále- oscilloskop) för registrering pâ fotopapper begränsas även frekvensbandet för de signaler, som skall registreras, eftersom bandbredden för de frekvenser, som skall regist- reras i dessa registreringsorgan, begränsas av galvano- meterns mekaniska resonansfrekvens, som för bästa galvano- metertyper är högst 10 kHz.

Genom att registreringsorganet utgöres av ett ljus- stråleoscilloskop uppstår ett antal olägenheter vid arbete med denna kända anordning, vilka är förknippade med användning av ljuskänsliga material, kemisk behand- ling av dessa och torkning. På grund av att behandlingen av fotomaterialen kräver en avsevärd tidsåtgång blir dessutom denna kända anordning långsammare att arbeta med. Även en annan anordning för registrering av seismo- elektriska signaler är känd (jämför exempelvis tidskriften "Razvedka och okhrana nedr", nr 4, år 1973, Moskva, Smirniv V.G. m fl "Station av Kvarts-I-typ för seismo- elektriska undersökningar", s. 35-40), vilken innefattar dels några givare i form av elektroder för registrering (avkänning) av seismoelektriska signaler, dels en till var sin givare hörande förstärkare, dels ett magnetiskt, till varje förstärkare kopplat registreringsorgan i form av en bandspelare, dels en generator för generering av tidsmarkeringar, som är kopplad till det magnetiska registreringsorganet i och för uppteckníng av tidsmarke- ringar i registreringsorganet, dels en givare för avkänning av en tidpunkt, när sprängning genomföres, och dels en enhet för styrning av anordningens arbetsförlopp.

Denna kända anordning fungerar på följande sätt.

De signaler, som inkommer från mottagargivarna, 10 15 20 25 30 449 037 3 förstärkes av förstärkarna och överföres till respektive ingångar hos flerspärsbandspelaren. Bandspelarens enskilda ingångar matas med utsignalerna från tidsmarkeringsgenera- torn samt med utsignalen från givaren för avkänning av den tidpunkt, när sprängning genomföres.

Innan sprängningen initieras, startas bandtransport- mekanismen, som vrider en ring av magnetband, varpå signalen upptecknas medelst ett flerspàrshuvud.

Uppteckningen genomförs med början från den tidpunkt, när utsignalen från givaren för avkänning av sprängnings- tidpunkten inkommer, och avslutas samtidigt som magnet- bandringen fullbordat ett helt varv.

Med denna kända anordning kan man emellertid icke registrera signaler med frekvenser överstigande 20 kHz_ (vilket begränsas av användningen av bandspelaren),' vilka är mest informativa och bär nyttig information angáende malmförande kroppar i ett massiv av bergarter samt kropparnas struktur och mineralsammansättning.

Amplitudförhällandet mellan signaler inom ett frek- vensspektrum av upp till 20 kHz och signaler inom ett spektrum för frekvenser överstigande 20 kHz kan uppgå till 30 dB och däröver, varför spektrumets högfrekventa andel kan gå förlorad, när signalerna upptecknas på det magnetiska registreringsorgan, vars dynamiska område är högst 40 dB.

Det är vidare känt att i kända anordningar för registrering av seismoelektriska signaler, såsom givare för avkänning av sprängningstidpunkten, använda en kort- sluten ledarhärva, som är avsedd att införas i en laddning av sprängämne, varvid utsignalen från ledarhärvan uttages, samtidigt som sprängningen initieras, genom att den kortslutna ledarhärvan brytes. Genom att sprängnings- anordningen (sprängningsmaskinen), laddningen och anord- ningen för registrering av seismoelektriska signaler är sammankopplade medelst anslutningsledarna kan signal- registreringsanordningens ingång eventuellt matas med en signal med avsevärd amplitud från givaren för avkänning 10 l5 20 25 30 35 449 037 4 av sprängningstidpunkten, vilken signal gör anordningens ingångskretsar funktionsodugliga (jämför exempelvis boken under redaktion av V.A. Komarov "Seismoelektrisk metod för prospektering av nyttiga fossil under använd- ning av en mätanordning av Kvarts-l-typ", Leningrad, år 1974). Även andra anordningar för registrering av seismo- elektriska signaler är kända, i vilka givaren för avkän- ning av sprängningstidpunkten kan utgöras av en radio- station av bärbar typ. Dessa kända anordningar är emeller- tid svåra att anpassa till de ingångskretsar, som de är avsedda att kopplas till, och är icke skyddade mot inverkan av sprängningen.

Uppfinningstanke Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en anordning för registrering av seis- moelektriska signaler, vilken gör det möjligt att sam- tidigt öka känsligheten, det dynamiska området och band- bredden för de seismoelektriska signaler, som skall registreras (upptecknas).

Detta syfte uppnås enligt föreliggande uppfinning medelst en anordning för registrering av seismoelektriska signaler, vilken innefattar dels givare för registrering av seismoelektriska signaler, dels till givarna kopplade förstärkare, dels ett magnetiskt registreringsorgan för registrering (uppteckning) av en motsvarande elektrisk analogsignal, och dels en till det magnetiska registre- ringsorganet kopplad generator för generering av tidsmar- keringar (tidsmarkeringsgenerator), varvid anordningen enligt föreliggande uppfinning utmärker sig av att den är försedd med minst tre kanaler för mottagning av en seismoelektrisk signal inom olika frekvensband, vilka kanaler är avsedda att bilda en enda kontinuerlig frek- venskarakteristik, under det att varje kanal innefattar en magnetisk, såsom registreringsgivare fungerande antenn och med denna seriekopplade förstärkare och formare för formning av en likformig frekvenskarakteristik inom 10 15 20 25 30 35 449 037 5 ett mot denna kanal svarande frekvensband, varvid den magnetiska antennen, förstärkaren och formaren är av- sedda att i kombination med varandra forma en samman- lagd frekvenskarakteristik, som är likformig inom hela frekvensbandet för den seismoelektriska signal, som skall registreras, och av att det magnetiska registrerings- organet innefattar två videobandspelare, av vilka den första är kopplad till utgången från den mest lågfrekventa kanalen för mottagning av den seismoelektriska signalen, medan utgångarna från alla de övriga kanalerna genom en adderare är kopplade till den andra videobandspelaren.

Den så utformade anordningen enligt föreliggande uppfinning gör utförandet av geofysikaliska arbeten effektivare och billigare.

Det är lämpligt, att anordningen enligt föreliggande uppfinning dessutom innefattar en formare, som är avsedd för formning av en markering för sprängningstidpunkten och vars ingång är kopplad till en givare för avkänning av sprängningstidpunkten, och två registreringssignal- formare, vilka, var och en, med sin ena ingång och med sin andra ingång är kopplade till utgången från formaren för formning av en markering för sprängningstidpunkten respektive till utgången från den första kanalen respektive från adderaren, under det att vardera registrerings- signalformarens utgång är kopplad till ingången hos var sin respektive videobandspelares videokanal.

Tidsmarkeringsgeneratorns utgång kan vara kopplad till vardera registreringssignalformarens registrerings- synkroniseringsingångar.

Det är vidare lämpligt, att anordningen enligt föreliggande uppfinning innefattar en lysdiod, som är koplad till utgången från givaren för avkänning av spräng- ningstidpunkten, och en med lysdioden växelverkande fotodiod, som är kopplad till ingången hos formaren för formning av en markering för sprängningstidpunkten.

Ett dylikt kopplingsschema medverkar till att givaren för avkänning av sprängningstidpunkten blir galvaniskt 10 15 20 25 30 35 449 037 6 avkopplad från anordningens övriga konstruktionsenheter.

En dylik konstruktiv utformning av anordningen enligt föreliggande uppfinning för utförandet av geofysi- kaliska arbeten effektivare och billigare genom-att anordningens konstruktionsenheter och element är skyddade mot inverkan av en av sprängningsmaskinen alstrad hög- spänningspuls och en vid sprängningen alstrad puls.

Kort beskrivning av ritningsfigurerna Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvis- ning till bifogade ritning, på vilken fig l visar ett blockschema över anordningen enligt föreliggande uppfin- ning för registrering av seismoelektriska signaler, fig 2 visar ett blockschema över en formare för formning av en markering för sprängningstidpunkten, fig 3 grafiskt det frekvensberoende sambandet för den magnetiska antennens reducerade verksamma höjd och fig 4 grafiskt visar hur man formar den resulterande amplitud- och frekvenskarak- teristiken över kanaler för mottagning av en seismo- elektrisk signal.

Föredragen utföringsform av uppfinningen Den enligt föreliggande uppfinning föreslagna anord- ningen för registrering av seismoelektriska signaler innefattar tre kanaler för mottagning av en seismoelektrisk signal inom olika frekvensband. Varje kanal innefattar dels en registreringsgivare för avkänning av seismoelekt- riska signaler, vilken utgöres av en magnetisk antenn l, 2 resp 3 (fig 1), dels en förstärkare 4, 5 resp 6, vars ingång är kopplad till var sin magnetiska antenn l, 2 resp 3, och dels en formare 7, 8 resp 9 för formning ~~ av en likformig frekvenskarakterístik inom det mot var sin kanal svarande frekvensbandet. Formarna 7-9 utgöres av bandpassfilter, som är avstämda till var sitt resp frekvensband.

Anordningen innefattar ett magnetiskt registrerings- organ, som är avsett för registrering av seismoelektriska signaler och utgöres av två videobandspelare 10, ll, varvid videobandspelaren 10 är kopplad till utgången från den i den lågfrekventa mottagningskanalen (mottagar- 'x 10 15 20 25 30 35 449 037 7 kanalen) inkopplade formaren 7. De båda andra, i var sin övriga kanal inkopplade formarna 8 och 9 är genom en adderare 12 kopplade till den andra videobandspelaren ll.

Dessutom innefattar anordningen enligt föreliggande uppfinning dels en givare 13 för avkänning av sprängnings- tidpunkten (sprängningstidpunktsgivare), dels en med givaren 13 seriekopplad formare 14 för formning av en markering för sprängningstidpunkten och dels två re- gistreringssignalformare 15 och 16. Den första formarens 15 utgång är kopplad till en ingång 17 hos videoband- spelarens 10 videokanal, under det att den andra forma- rens 16 utgång är kopplad till en ingång 18 hos video- bandspelarens ll videokanal, Formarens 15 ingångar 19 och 20 är kopplade till utgången från formaren 7 i den första kanalen resp till formarens 14 utgång, under det att formarens 16 ingångar 21 och 22 är kopplade till adderarens 12 utgång resp till formarens 14 utgång.

Formarna 15 och 16 är dessutom försedda med synkro- niseringsingångar 23 resp 24, vilka är kopplade till tidsmarkeringsgeneratorns 25 utgång.

Sprängningstidpunktsgivaren l3 är galvaniskt av- kopplad från anordningens övriga konstruktionselement och enheter medelst ett s k optoelektroniskt par, som är uppbyggt av en till givarens 13 utgång kopplad lysdiod 26 och en med denna växelverkande fotodiod 27, som är kopplad till formarens 14 ingång.

Samtliga konstruktionsenheter (utom formaren 14 för formning av en markering för sprängningstidpunkten) i den enligt föreliggande uppfinning föreslagna anordningen är utformade på i och för sig känt sätt, under det att markeringsformaren 14 innefattar dels en pulsgenerator 28 (fig 2), dels en monostabil vippkrets 29, vars ingång är kopplad till fotodioden 27, och dels en omkopplar- krets 30, vars ena ingång 31 är kopplad till den mono- stabila vippkretsens 29 utgång och vars andra ingång 32 är kopplad till generatorns 28 utgång.

Anordningen för registrering (uppteckning) av seis- moelektriska signaler fungerar på följande sätt. 10 15 20 25 30 35 449 037 8 De seismoelektriska signaler, som skall mottagas av den lâgfrekventa magnetiska antennen 1, den medelhög- frekventa magnetiska antennen 2 resp av den högfrekventa magnetiska antennen 3, förstärkes av förstärkarna 4, 5 resp 6 och överföres till ingångarna hos resp bandpass- filter, dvs hos den lågfrekventa formaren 7, den medel- högfrekventa formaren 8 resp den högfrekventa formaren 9.

Utsignalen från formaren 7 matas till den första registre- ringssignalformarens 15 första ingång, under det att utsignalerna från formarna 8 och 9 överföres till addera- rens 12 resp ingångar. En medelhögfrekventa och högfrekven- ta komposanter innehållande signal från adderarens 12 utgång matas till den andra formarens 16 första ingång.

Genom att de seismoelektriska signalgivarna utgöres av de tre magnetiska antennerna 1, 2 resp 3 kan man kraftigt minska inverkan av industribuller jämfört med de tidigare använda mottagarelektroderna och följaktligen avsevärt öka anordningens känslighet. Användningen av kombinationen av de magnetiska antennerna l-3 och band- passfiltren medverkar dessutom till att anordningens mottagardel erhåller en praktiskt taget likformig frek- venskarakteristik inom ett frekvensområde av mellan 200 Hz och 3 MHz, vilket icke kan uppnås, om mottagar- elektroderna används. V Den likformiga frekvenskarakteristiken formas på följande sätt. Den reducerade, verksamma höjden hos en valfri magnetisk antenn, som innefattar en antennspole och en kärna, bestämmes, som bekant, genom sambandet: 27ïs ix 2"/I fs h' = wu Q(f) = wp Q(f), där A betecknar våglängden hos de signaler, som skall mottagas, f är de mottagna signalernas frekvens, S är den magnetiska antennens tvärsnittsyta, c är ljushastigheten, w är antalet lindningsvarv i antennspolen, 10 15 20 25 30 35 449 037 9 p är den verksamma permeabiliteten hos antennens kärna, Q(f) är en koefficient, som beaktar antennens reso- nansegenskaper. _ En kurva 33 över sambandet mellan den magnetiska antennens verksamma höjd h' och frekvensen f visas i fig 3 där man kan se att kurvan 33 inom ett område för frekvenser, vilka är märkbart lägre än den magnetiska antennens resonansfrekvens, uppvisar ett linjärt stigande avsnitt 34, vars stigning motsvarar +20 dB per dekad.

Samtidigt som frekvensen blir nära resonansfrekvensen fo, blir kurvan 33 över sambandet mellan den magnetiska antennens verksamma höjd h' och frekvensen f markerat icke-linjär. Om man emellertid vid mottagningen endast använder det frekvensområde, där det frekvensberoende sambandet h' (f) är linjärt, samt använder en frekvens- beroende korrektion med -20 dB per dekad, blir frekvens- karakteristiken över en dylik mottagardel likformig inom detta frekvensomrâde. Denna princip ligger just till grund för anordningen enligt föreliggande uppfinning.

I fig 4 visas kurvor över sambandet mellan de tre magnetiska mottagarantennernas 1-3 verksamma höjd h' och frekvensen f samt frekvenskarakteristikorna över respektive, såsom formarna 7, 8, 9 fungerande bandpass- filter. I fig 4 kan man alltså se dels kurvor 35, 36 och 37 över sambandet mellan de magnetiska antennernas l, 2 resp 3 verksamma höjd h' och frekvensen f, dels amplitud- och frekvenskarakteristikor 38, 39 och 40 över formarna 7, 8 resp 9 och dels en resulterande frek- venskarakteristika eller frekvenskurva 41 över hela mottagardelen av anordningen.

Kurvorna 35, 36 och 37 över sambandet mellan de magnetiska antennernas verksamma höjd och frekvensen samt amplitud- och frekvenskarakteristikorna 38, 39 och 40 över resp bandpassfilter visar hur man formar den likformiga frekvenskarakteristiken 41 över mottagar- delen inom transparensbandet för varje bandpassfilter.

Anordningens känslighet inom varje frekvensband bringas 10 15 20 25 30 35 449 037 10 (reduceras) till samma nivâ genom lämpligt val av för- stärkarens 4, 5 resp 6 förstärkning (förstärkningsfaktor).

Genom att man separat (individuellt) mottager de medel- högfrekventa (20 kHz till 200 kHz) och högfrekventa (200 kHz till 3 MHz) komposanterna av spektrumet för den seismoelektriska signalen blir anordningen, tekniskt sett, och 6 icke behöver ge en alltför hög förstärkning och lättare att framställa, eftersom förstärkarna 5 uppvisa ett utbrett dynamiskt område, vilket i annat fall gör anordningen mycket komplicerad och kräver att man vidtager speciella åtgärder för att kunna öka stabili- teten och minska förstärkarens egenbrusnivå eller dylikt.

Den av sprängningstidpunktsgivaren 13 avgivna ut- signalen överföres över det optoelektroniska av lys- dioden 26 och fotodioden 27 bestående paret till in- gången hos formaren 14 för formning av en markerings- signal för sprängningstidpunkten. Det av formaren 14 formade signalpaketet med speciell form matas till re- gistreringssignalformarnas 15 och 16 ingångar 20 och 22 och registreras av videobandspelarna 10 och 11.

Det optoelektroniska paret, som är avsett att galva- niskt avkoppla givaren 13 från anordningens övriga konst- ruktionsenheter och element, medverkar dessutom till att funktionssäkert skydda anordningens ingångskretsar mot inverkan av kraftiga, genom sprängníngen initierade pulser.

Användningen av den speciella markering (markerings- signal) för sprängningstidpunkten, som skall inläsas tillsammans med den informationsbärande signalen i video- bandspelarens ena kanal, gör det möjligt att öka noggrann- heten i bestâmningen av den tidpunkt, när seismoelektriska signaler inkommer, till 5 ps.

Registreringssignalformarnas l5 och 16 ingångar 23 resp 24 matas med de tidsmarkeringssignaler, som skall alstras av tidsmarkeringsgeneratorn 25. Utsignalerna från signalformarna 15 och 16 ledes till videobandspela- rens 10 resp ll ingång. 10 lö 20 25 30 35 449 037 ll Genom att de magnetiska registreringsorganen utgöres av videobandspelare kan bandbredden (frekvensbandet) för de signaler, som skall registreras, ökas avsevärt, exempelvis bringas till 3 MHz.

I den enligt föreliggande uppfinning föreslagna anordningen använder man såsom tidsmarkeringar synkroni- seringspulser i fulla TV-synkroniseringssignalen. När- varon av fulla TV-synkroniseringssignalen i registrerings- signalerna erfordras för att videobandspelarna 10 och ll skall kunna arbeta. Synkroniseringssignalens i den re- gistrerade signalen förekommande bild- och linjepulser kan dessutom användas såsom referenspulser för synkronise- ring av anordningar för behandling av den registrerade informationen.

Nödvändigheten av att registrera den seismoelektriska signalens lågfrekventa komposant medelst en separat videobandspelare beror på, att förhållandet mellan signal- amplituder inom ett frekvensomráde av högst 20 kHz och signalamplituder vid frekvenser överstigande 20 kHz kan uppgå till 30 dB och däröver, exempelvis vid utföran- de av prospekteringsarbeten medelst en pizoelektrisk metod i bergblock innehållande piezoelektriska mineral, exempelvis kvarts, sfalerit. I detta fall ligger den seismoelektriska signalens huvudenergi inom ett område för elastiska sprängningsvågor, dvs inom ett frekvens- omrâde av mellan l och 2 kHz, medan de högfrekventa komposanter, som bär huvuddata angående bergblocket, uppvisar en s k relativ nivå av -30 dB och därunder.

När signaler registreras medelst ett magnetiskt registre- ringsorgan, vars dynamiska område, i regel, är högst 40 dB, kan spektrumets högfrekventa andel eventuellt gà förlorad.

Spektrumets lágfrekventa andel kan emellertid icke elimi- neras, eftersom den bär nyttig information angáende läget hos malmförande kroppar i fyndorten ifråga, före- komsten av piezoelektriska mineral i dessa kroppar.

Med ledning av den lågfrekventa komposanten kan man uppskatta riktningen för en centrumaxel för texturen hos den piezoelektriska mineral innehållande kroppen. 10 15 449 037 12 Förhållandet mellan signalamplituder inom spektrumets lågfrekventa (<20 kHz) och högfrekventa (>20 kHz) delar utgör även en viktig informativ faktor.

Genom att de låg- och högfrekventa komposanterna av spektrumet för en seismoelektrisk signal registreras separat medelst var sin videobandspelare 10 resp ll, kan man alltså registrera seismoelektriska signaler, vilkas-dynamiska område uppgår till 80 dB.

Samtidigt bidrager detta till att öka anordningens känslighet, det dynamiska omrâdet för de signaler, som skall registreras, frekvensbandet för dessa signaler och nogrannheten i bestämning av den tidpunkt, när signa- lerna inkommer.

Industriell användbarhet Anordningen enligt föreliggande uppfinning kan användas för prospektering av s k polymineraliska (dvs flera mineral innehållande) malmförande kroppar, vid utförande av arbeten för förutsägelse av s k bergsstötar, vid undersökning av seismoelektriska signaler.

Claims (4)

10 15 20 25 30 35 449 037 13 PATENTKRAV

1. Anordning för registrering av seismoelektriska signaler innefattande dels givare för registrering av seismoelektriska signaler, dels till givarna kopplade förstärkare (4-6), dels ett magnetiskt registrerings- organ (l0,1l) för registrering av respektive elektriska analogsignal och dels en till det magnetiska registre- ringsorganet (l0,1l) kopplad generator (25) för genere- ring av tidsmarkeringar, k ä n n e t e c k n a d av, att den innefattar minst tre kanaler för mottagning av en seismoelektrisk signal inom olika frekvensband, vilka kanaler är avsedda att forma en enda kontinuerlig frekvenskarakteristik, under det att varje kanal innefat- tar en magnetisk, såsom registreringsgivare fungerande antenn (1,2 och 3) och med denna seriekopplad förstärkare (4,5 resp 6) och formare (7,8 resp 9) för formning av en likformig frekvenskarakteristik inom ett mot denna kanal svarande frekvensband, varvid samtliga kanaler är avsedda att i kombination med varandra forma en samman- lagd frekvenskarakteristik, som är likformig inom hela frekvensbandet för den seismoelektriska signal, som skall registreras, och av att det magnetiska registre- ringsorganet (l0,1l) innefattar två videobandspelare, av vilka den första (10) är kopplad till utgången från den mest lågfrekventa kanalen för mottagning av den seismoelektriska signalen, under det att utgångarna _ från alla de övriga kanalerna genom en adderare (12) är kopplade till den andra videobandspelaren (ll).

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a d av, att den dessutom innefattar dels en formare (14) för formning av en markering (markeringa- signal) för sprängningstidpunkten, vars ingång är kopplad till en givare (13) för avkänning av sprängningstidpunkten, och dels tvâ registreingssignalformare (15 och 16), varvid vardera signalformarens (l5,l6) ena ingång (20 resp 22) är kopplad till utgången från formaren (14) för 10 15 449 037 14 formning av en markering för sprängningstidpunkten, medan nämnda signalformares (15,16) andra ingång (19 resp 21) är kopplad till den första kanalens respektive adderarens (12) utgång, varvid vardera registrerings- signalformarens (15,16) utgång är kopplad till en ingång (17 resp 18) hos var sin videobandspelares (10 resp ll) videokanal.

3. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e - t e c k n a d av, att vardera registreringssignalfor- marens (15,16) reigstreringssynkroniseringsingångar (23 resp 24) är kopplade till tidsmarkeringssignalgeneratorns (25) utgång.

4. Anordning enligt patentkravet 2 eller 3, k ä n - n e t e c k n a d av, att den dessutom innefattar en till sprängningstidpunktsgivarens (l3) utgång kopplad lysdiod (26) och en med denna växelverkande fotodiod (27), som är kopplad till ingången hos formaren (14) för form- ning av en markeringssignal för sprängningstidpunkten. á! o