SU918913A1 - Устройство дл эхолокационного контрол скважин - Google Patents

Description

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭХОЛОКАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ

СКВАЖИН

I

Изобретение относитс  к звуколокационной технике, в частности к измерению рассто ний в газовой среде и может быть использовано в горнодобывающей промышленности дл  измерени  глубины взрывных скважин и определени  местоположени  локальных нарушений их стенок.

Известны устройства дл  измерени  рассто ний в газовой среде, основанные на измерении времени распространени  акустического сигнала между электроакустическим преобразователем и лоцируемой поверхнос- . тью 1 J.

Недостатком данных устройств  вл етс  то, что они позвол ют фиксировать только одно измер емое рассто ние , соответствующее времени поступлени  первого отраженного эхо-сигнала. Это может привести к грубым ошибкам при измерении длины скважин, имеющих локальные нарушени  ствола.

2

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство, содержащее электронноакустический блок, включающий импульсный генератор и приемный усилитель , подключенные через коммутатор к электроакустическому преобразователю , индикатор дальности, состо щий из последовательно соединенных схемы возбуждени  световых сигналов, и N

10 дискретных источников светового сигнала , подключенный своим сигнальным входом к выходу приемного усилител , синхронизатор, выход которого заведен на вход запуска импульсного

15 генератора.

Коррекци  скорости развертки осуществл етс  путем регулировани  встроенного в приводной электродвигатель центробежного регул тора ско20 рости вращени  до совмещени  калибровочного импульса с п°рвым или кратным делением отсчетной шкалы. Причем калибровочные импульсы фиксируют одновременно с измерением рассто нии до забо  и локальных нарушений отва ла скважины путем измерени  базовог рассто ни  до отражател , установле ного на пути распространени  излуча мых акустических импульсов перед электроакустическим преобразователем . Базовое рассто ние выбираетс  равным или кратным цене делени  отсчетной шкалы. В качестве отражател  используютс  внутренний кольцево выступ конусной насадки, в основани которой размещаетс  электроакустиче кий преобразователь. Конусна  насад ка обеспечивает акустическую св зь ;приемоизлучаю1цего устройства с объемом скважин различного диаметра. Кроме того, приемоизлучающее устройство снабжено подвижными рейками, с помощью которых осуществл ют дополнительное измерение рассто ни  от электроакустического преобразовател  до усть  скважины и тем самым определ ют поправку к показател м индикатора на фактическое смещение начала отсчета. Совмещение моментов излучени  зондирующего акустического импульса и начала развертки осу .ществл етс  путем запуска генератора от синхроконтакта, установленного на оси диска проблескового индикатора дальности z. Однако в насто щее врем  в горнодобывающей промышленности примен ютс  буровзрывные скважины диаметром от 60 до 250 мм и длиной до мм При контроле их глубины эхолокационным методом необходимо использовать звуковую частоту пор дка 1 кГц (длина волны О , 3 м). На этой частоте наиболее эффективными  вл ютс  элект роакустические преобразователи элект родинамического и электромагнитного типа. В момент излучени  зондирующего импульса такой преобразователь со вершает не менее вынужденных колебаний с указанной частотой. В те чение этого времени он оказываетс  неспособным принимать более слабые отраженные импульсы - образуетс  мертва  зона, величина которой с учетом двукратного пробега акустического импульса от преобразовател  до отражател  и обратно составит 0,85-1,0 м. Кррме того, дополнительный вклад вносит акустическа  ревербераци  зондирующего импульса в объеме конусной насадки, в основании . которой установлен преобразователь. Полага , что ревербераци  увеличивает мертвую зону не более чем на 50, легко подсчитать, что базовое рассто ние до отражател  должно составл ть не менее 1,2-1,5 м. Очевидно , что конусна  насадка длиной 1,5 м с диаметром в основании 25 мм и снабжены домерными рей- противоречит упом нутым выше требовани м и практически непригодна дл  транспортировки по восстающим ходкам и буровым выработкам. Другим недостатком известного устройства  вл етс  то, что механическа  развертка изображающего источника светового сигнала, хот  и дает возможность фиксироватьна шкале индикатора одновременно несколько отраженных импульсов, но не позвол ет измен ть масштаб шкалы отсчета без существенного изменени  передаточного отношени  кинематической цепи, например, с помощью ступенчатого редуктора, а также сложность регулировки и стабилизации скорости вращени  элект родвигател  при изменении напр же ни  автономного источника питани  и параметров окружающей среды, недостаточна  надежность подвижных кинематических звеньев и контактов при эксплуатации в подземных услови х . Кроме того, в известном эхолокаторе схема возбуждени  световых сигналов не обеспечивает разделени  индицируемых акустических импульсов по интенсивности. Все импульсы, превышающие порог срабатывани  проблескового индикатора; дают одинаковые по  ркости световые сигналы. Это  вл етс  недостатком, так как в р де случаев может затруднить дешифрирование показаний индикатора при эхолокации скважин с нарушени ми стенок. Цель изобретени  - повышение точности измерений. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство введены переключатель измер емых интервалов, формирователь цифровых кодов измер емых интервалов, формирователь цифровых кодов циклов срабатывани  синхронизатора, блок равнозначности цифровых кодов, первый и второй входы которого св заны соответственно с выходами указанных формирователей , а выход - со входом управлени  индикатора дальности, синхронизатор выполнен в виде последова5 тельно соединенных блока коррекции частоты коммутации, автогенератора сигналов коммутации, управл емого делител  частоты коммутации, распре делител  сигналов коммутации и пере счетной схемы, выход которой  вл ет с  выходом синхронизаторов, причем выход переключател  измер емых интервалов соединен с входом формировател  цифровых кодов измер емых интервалов и управл ющими входами управл емого делител  частоты комму тации и пересчетной схемы, информационный выход которой соединен со входом формировател  цифровых кодов срабатывани  синхронизатора, а сигнальные выходы распределител  сигна лов коммутации заведены на дискретные источники световых сигналов. На фиг. 1 приведена структурна  схема предлагаемого устройства на фиг, 2 - временны диаграммы, по сн ющие его принцип действи  { причем ti,t2, ... tg - моменты времени, соответствующие характерным изменени  м состо ни  устройства, а цифры сл ва от диаграммы соответствуют номерам элементов устройства на фиг. 1) Электронно-акустический блок 1 содержит электроакустический преобра зователь 2, соединенный через комму татор 3 с выходом импульсного генератора Д и входом приемного усилите л  5- Коммутатор 3 обеспечивает совмещение функций излучател  и приемника акустических импульсов в одном электроакустическом преобразователе 2. Входом электронно-акустического блока служит вход синхронизации генератора k, выходом - выход усилител  5 с регулируемым коэф фициентом усилени . Синхронизатор 6 содержит управл емый по частоте автогенератор 7 сигналов коммутации, к выходу которого подключен управл емый делитель 8 частоты коммутации, соединенный с распределителем 9 сигналов коммутации , имеющим N сигнальных выходов К управл ющему входу автогенератора 7 подключен блок 10 коррекции частоты коммутации. Управл ющие входы делител  8 соединены с выходами многопозиционного переключател  11 измер емых интервалов. Управл ющие входы пересчетной схемы 12 соединены с выходами переключател  11, к выходу синхронизаци 34 подключен вход электронно-акустического блока 1i а информационные выходы соединены со входом формировател  13 цифровых кодов циклов срабатывани  синхронизатора 6. Аналогичный формирователь I цирфовых кодов измер емых интервалов подключен к выходам переключател  11. Выходы формирователей 13 и 1 соединены со входами узла 15 равнозначности цифровых кодов. Индикатор дальности 16 содержит последовательность N дискретных источников 17 светового сигнала, подключенных к сигнальным выходам синхронизатора 6. Вторые полюса источников 17 соединены параллельно и подключены к выходу схемы 18 возбуждени  световых сигналов. Сигнальный вход схемы 18 соединен с выходом электронно-акустического блока 1, а вход стробирующего сигнала подключен к выходу узла 15 равнозначности. Электронно-акустический блок 1 формирует зондирукмцие акустические импульсы, которые излучаютс  в контролируемую скважину. Периодичность их посылок определ етс  периодом следовани  внешних синхросигналов , поступающих на вход блока 1 от пересчетной схемы 12. В скважине акустический импульс отражаетс  от локальных неоднородностей стенок , и от забо  (конца) скважины. На выходе блока 1 по вл ютс  эхо-импульсы , сдвинутые во времени относительно момента посылки пропорционально рассто ни м до мест их отражени . Интенсивность эхо-импульсов зависит от многих причин и колеблетс  в широком интервале значений. Поэтому в каждом конкретном случае измерений дл  выделени  полезных сигналов необходимо оптимизировать параметры электронно-акустического блока путем регулировани  коэффициента усилени  (чувствительности) приемного усилител  5 или измерени  частоты заполнени  зондирующего импульса в генераторе t. Синхронизатор 6 формирует и в определенной последовательно распредел ет по многим каналам сигналы.коммутации , подготавливающие к возбуж дению дискретные источники 17 светового сигнала в моменты .по влени  эхо-импульсов на выходе (элока 1 . Число каналов на выходе распределител  9 равно числу источников 17 и выбираетс  с учетом требований к разрушающей способности отсчетного уст ройства, габаритов шкалы индикатора удобства визуального наблюдени  и вз ти  отсчетов., Последовательное выполнение упом нутых операций в предложенном устройстве осуществл етс  с помощью многопозиционного переклйэчател  11 , управл ющего делителем 8 частоты в синхронизаторе 6. Частота коммутаци как известно, обратно пропорциональ на длительности и сигнала коммутаци с помощью которого производитс  ступенчатое изменение частоты колеб НИИ автогенератора 7. Плавна  корре ци  частоты коммутации осуществл ет с  с помощью блока-коррекции 10, пр образующего в электрические величин физические параметры среды локации, от которых зависит скорость распрос ранени  звука. В воздухе такими пар метрами  вл ютс  температура и, в меньшей степени, давление. В качестве датчиков пр мого прео разовани  температуры и давлени  в блоке 10 можно использовать, например , терморезисторы и механотроны, которые обеспечивают достаточную чувствительность в широком интервале изменени  параметров среды. Техническа  реализаци  блока 10 не выз вает затруднений, так как вопросам измерени  и преобразовани  неэлектр ческих величин электрическими мет-одами посв щена обширна  литература. Акустические импульсы с выхода бл ка 1 поступают на информационный вход индикатора дальности 1б. При наличии разрешающего сигнала на управл ющем входе они проход т через схему 18 возбуждени  и вызывают засветку тех дискретных источников 17 на которые поданы сигналы коммутации с выхода распределител  9 во врем  действи  эхо-импульсов. Таким образом осуществл етс  разверт ка изображающего светового сигнала по шкале индикатора дальности в каждом цикле срабатывани  коммутации 6. При этом измер емые временные параметры преобразуютс  в пространственные с помощью последовательности дискретных источников светового сигнала. Вторым информационным параметром  вл етс  интенсивность эхо-импульсов . Поэтому схема 18 возбуждени  представл ет собой стробируемыи линейный усилитель мощности, согласующий электрические импедансы выхода блока 1 и источников 17. Он может быть выполнен, например, на транзисторах по трансформаторной схеме с ключевым каскадом управлени  входными цеп ми. Длительность управл ющего строб-сигнала должна соответствовать продолжительности цикла развертки. Дл  четкого согласовани  .длительности циклов с периодом посылок ис пользуетс  пересчетна  схема 12. По физической сущности пересчетна  схема 12 представл ет собой управл емый делитель частоты, объединенный с многоканальным распределителем си|- налов. На ее информационный вход поступает сигнал с выхода первого канала распределител  3 сигналов коммутации в синхронизаторе 6. На выходе синхронизации схемы 12 формируетс  сигнал запуска электронноакустического блока. Одновременно на информационных выходах каналов распределител  импульсов в схеме 12 формируетс  f сигналов, соответствующих циклам развертки за период Т„, Управление коэффициентом пересчета осуществл етс  по управл ющим входам схемы 12 от многопозиционного переключател  11. Дл  индикаций эхо-импульсов в требуемом интервале используетс  блок 15 равнозначности цифровых кодов, вырабатываемых формировател ми 13 и 1. Оба формировател  представл ют собой однотипные многоустойчивые пересчетные схемы, переключаемые в одно из возможных устойчивых состо ний в зависимости от комбинаций сигналов на их управл юих входах,В частности, можно использовать многостабильный триггер, имеюий более двух устойчивых состо ний. Формирователи 13 и 14 различаютс  только тем, что первый работает в динамическом режиме, последовательно ормиру  цифровые коды циклов развертки по управл ющим сигналам с инормационных выходов пересчетной схемы 12, а второй формирует стати-, ческий цифровой код, соответствующий установленному положению переключате  интервалов 11. Поскольку каждому положению переключател  11 соответствует совершенно определенное число Цикл.ов и их цифровые коды последе9 вательно по вл ютс  на выходе форми ровател  13 то в каждом периоде Т.. всегда будет существовать такой цик цифровой код которого совпадает с установленным кодом интервала измер НИИ на формирователе 14 и на выходе узла 15 равнозначности сформируетс  сигнал, разрешающий прохождение эхо импульсов через схему 18 возбуждени Так осуществл етс  выборка и однознанна  индикаци  эхо-импульсов в требуемом интервале измерений. В качестве переключател  11 можн использовать, например, клавишный переключатель с фиксацией включенно го положени  и сбросом предыдущего. Каждое положение такого переключате л  можно обозначить в виде численно го значени  интервала измерений и использовать дл  вз ти  начальных отсчетов. Дл  вз ти  отсчетов по индикатор дальности, содержащему последовател ность дискретных источников светово го сигнала, против них должны быть нанесены делени  с- оцифрованными шкалами отсчета. Оцифровка делени  в единицах рассто ни  должна быть . кратной прин тым интервалам измерени  и должна соответствовать общепр н тым требовани м к оцифровке отсче ных шкал измерительных приборов. Работа устройства по сн етс  графиками временных диаграмм (фиг.2 номера которых соответствуют номерам узлов на структурной схеме {фиг.1). На выходе делител  8 существует непрерывна  последовательность сигналов , поступающа  на вход распреде лител  9, имеющего, к примеру, четыре канала (). Причем выбран такой режим измерений, когда за один период (t -t) распределитель срабатывает дважды (). На его сигнальных выхо.аах поочередно по вл  ютс  сигналы коммутации. Первыйцикл длитс  от момента t до t., второй от t до Ц затем снова повтор етс  первый цикл (ц-14) и т.д. Как виДно из диаграмм, никакой разницы между сигналами соседних циклов нет. На вход запуска импульсного генератора i поступают сигналы синхронизации , определ ющие период следовани  посылок Тр и формируемые с помощью пересчетной схемы 12. На информационных выходах пересчетной схемы 12 формируетс  пара 310 сигналов. Верхний на диаграмме сиг нал схемы 12 мен етс , принима  значение 1 в интервалах t.-t, ta-t и значение О между ними. Второй сигнал схемы 12 (нижний) остаетс  равным О до некоторого момента t. Така  последовательность сигналов определ етс  состо нием управл ющих каналов переключател  11 . До момента t г- это состо ние соответствует значению 10, после t - значению 01. Момент t соответствует переключению переключател  в следующее положение. На диаграмме состо ни  каналов переключател  11 отображены соответствующими уровн ми. Соглсно с установленным положением переключател  11 на выхог де узла 15 равнозначности формируютс  разрешающие сигналы. Причем до момента tf- разрешаетс  прохождение первого цикла (интервалы t 2 t--tj), после t проходит второй цикл (, ,). На выходе усилител  5 в каждом периоде посылок (интервалы t.-tg, , tfetg т.д.) возникает сери  акустических импульсов. Первый из них соответствует зондирующему импульсу , просачивающемус  в цепь усилител  5 через коммутатор 3, второй и третий, треугольной формы, представл ют собой собственно эхо-импульсы . Причем первый эхо-импуль.с представл ет собой отражение от нарушенного участка скважины, а второй, более мощный, наход щийс  в конце диапазона измерений, соответствует отражению от забо  скважины и характеризует ее глубину. В соответствии с разрешающими сигналами, поступающими с выхода узла 15, через схему 18 возбуждени  будут переданы только те акустические импульсы, которые попадают в эти циклы. Так, до момента t на. выходе схемы 18 будут проходить зондирующий и первый эхо-импульс, после t - только второй эхо-импульс . Ниже временных диаграмм (фиг.2) схематически изображены состо ни  дискретных источников 17 светового сигнала, соответствующие рассмотренным интервалам времени. Шкала ин ,дикатора дальности содержит четыре источника (по числу каналов распре делител  9)..Начало и конец шкалы

обозначены цифровыми индикатора|11и в окружност х.

В интервалах t -t, и согласно диаграмме 18 на шкале будут возбуждатьс  источники первый и третий (обозначены крестиками),

После изменени  состо ни  переключател  11 в момент tf начнет проходить разрешающий сигнал, соответствующий второму циклу (диаграмма 15), возбудитс  третий источник в момент совпадени  эхо-импульса от забо  скважины с третьим сигналом коммутации (диаграмма 9) во втором цикле срабатывани  синхронизатора 6 (диаграмма 15).

Предложенное устройство позвол ет устранить недостатки известных устройств и реализовать поставленные цели при ограниченном числе дискретных источников световых сигналов. В качестве последних целесообразнее всего использовать малогабаритные светодиоды , хорошо согласующиес  с элементами цифровой техники в интеграль ном исполнении, на которых могут быт реализованы все функциональные узлы предложенного устройства.

Использование предлагаемого устроиства повышает производительность и точность маркшейдерских замеров глубины взрывных скважин, дает возможность определить местоположени  вывалов и геологических нарушений в стволе скважины.

Claims (2)

1. Финкельштейн М.И. Основные радиолокации ,, М. , Советское радио, 1973, с. 383-386.

2. Авторское свидетельство СССР №570703, кл. G 01 F 23/00, 1977 (прототип ) .

uinjifimuijuirui

Ui

7 К)ЮК8||О1

ts e

fg

I

uuuituuin.

шштши

uuu

A

A

pfffl pm