Устройство для фиксации упругих колебаний при акустическом зондировании горных пород

Устройство для фиксации упругих колебаний при акустическом зондировании горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ, СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< и911413

Сотов Советск ни

Социапистичесиик

Республик (5.1) М. Кл. (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09. 06. 80 (2! ) 2939604/ I 8-25 с присоединением заявки И (23) Приоритет

G 01 V I/40 ффоударотеии1ый комитет

СССР

IIo делам иэооретеиий и открытий (53) УДК 550.83 (088.8) Опубликовано Оу.03 82. Бюллетень Р1е 9

Дата опубликования описания 07 р3. 82 (72) Авторы изобретения д, В. Белоконь„ А. Ф. Девятов, В. Ф. Козяр, А. К. Иельцер и П. Д. Резник (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ

ПРИ АКУСТИЧЕСКОМ ЗОНДИРОВАНИИ ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к области исследования кинематических и динами-ческих характеристик упругих волн в пересекающих скважину горных породах.

Известно устройство, работа которого основана на фиксации преобразованных в электрический сигнал упругих колебаний с помощью порогового

\ устройства, срабатывающего на первом положительном полупериоде сигнала при достижении последним порога срабатывания. Для предотвращения срабатывания порогового устройства от помех акустического и электрического характера, возникающих при движении скважинного прибора, порог срабатывания устанавливается.вьппе . уровня помех. В этом случае фиксация сигнала осуществляется на пологом фронте фиксируемого полупериода и запаздв1вает относительно момента прихода сигнала, отсчитываемого по началу полупериода. Время от начала фиксируемого полупериода сигнала и до момента фиксации определяет временную ошибку при фиксации сигнала (Ц

Недостатком известного устройства является то; что эта ошибка при высоком пороге довольно значительна и зависит от амплитуды сигнала. Амплитуда сигнала в свою очередь зави- . сит от динамических характеристик породы, качества центрирования и ряда других трудноучитываемых факторов, т.е. может считаться случайной величиной. Поэтому ошибка фиксации является случайной величиной и не может быть учтена.

Таким образом, момент прихода сиг нала фиксируется с погрешностью, что искажает достоверность оценки кинематических и динамических характеристик упругих волн в исследуемых породах.

Известно также устройство, в котором для фиксации момента прихода уп ругих колебаний используются два пот

3 91141 3 4 роговых устройства: грубое с поро- 4-5 кГц. В этом случае для обеспегом срабатывания выше уровня помех и чения нормальной работы устройства точное с порогом срабатывания на уров" необходимая задержка, осуществляене помех. Поступивший с приемника и мая линией, должна быть не менее усиленный информационный сигнал пос- 50 мкс. Устройство, использующее лиS тупает одновременно на грубое порого- . нию с такой задержкой, громоздко, а вое устройство и на линию задержки, сама линия с большой задержкой при задерживающую информационный сигнал широком спектре информационного сигна время, .равное половине периода нала вносит фаэовые искажения, что . колебаний информационного сигнала, 1в приводит к деформации первых вступВыход линии задержки подключен к вы лений информационного сигнала и, сополненному на операционном усилите- отвественно, обуславливает дополниле чувствительному пороговому уст- тельную погрешность фиксации за счет ройству, которое в исходном состоя- фазовых искажений. нии заперто с помощью опорного нап- 1з Целью изобретения является повыряжения, поданного на его неинвертиру- шение точности устройства. ющий вход. При достижении первым по- Указанная цель достигается тем, ложи;ельным полупериодом информациой- что в устройство для фиксации упру.ного сигнала порога срабатывания гру- гих колебаний при акустическом зонбого пороговогб устройства последнее дировании горных пород, содержащее выдает командный импульс, который включенные параллельно чувствительчерез ключ воздействует на неинвер- ные к полупериодам колебаний одной тирующи в ий вход и снижает опорное нап- полярности два пороговых устроиряжение до 10 мВ. Таким образом, в ства; грубое с порогом срабатывания каждом цикле после срабатывания rpy- S выше уровня помех и точное с пороо стройства порог сра- гом срабатывания на уровне помех, добого порогового ус р батывания.точнога порогового уст- полнительно введены формирователь ройства снижается до низкого уров- прямоугольных импульсов с длительня — 10 мВ. Срабатывание его от пос- костью не менее четверти периода фиктупающего на инвертирующий вход задер- сируемых колебании и селектор прижанного информационного си о сигнала осуще- чем вход формирователя прямоугольных ствляется в самом начале вступления импульсов подключен к выходу точного на его наиболее крутой части, где порогового устройства, входы селектомомент фиксации практ е» актически не зави- ра подключены соответственно к вы35 ф мационного сиг- ходу формирователя прямоугольных имнала, т.е. вместо трудноучитывае- пульсов и выходу грубого порогового мой случайной погрешности, связан- устройства. ной с амплитудои сигнала и сигнала и высотой На фиг. 1 изображена схема устрой. порога, введена систематическая и за- - ства; на фиг. ва на иг. 2 — схема его работы. ранее обусловленная погрешность, рав- Устройство для фиксации упругих иая задержке в линии задержки. Эта колебаний содержит грубое пороговое погрешность является систематическои устрой т т ойство 1 точное пороговое усти легко компенсируется при обработке ройство, ф р р

"с во 2 фо ми ователь прямоугольполученнои информации. л ф мации Влияние по- ных импульсов 3 и селектор 4. Вход мех на устро ство не cynlec seezo формирователя подключен к выходу так как временны и еменный интервал между пря- точного порогового устройства, два мым и задержанным информацио ационным сиг- входа селектора подключены один к составляет незначительную часть выходу формирователя прямоугольных налом составляе в интервале oæèäàíè жидан я сигнала и веро- импульсов, а другои — к ду ру ятность попадания помех в этот интер- бого порогового устройства.

Информационный сигнал 5 в виде павал невелика 2). устройства обус" кета электрических колебаний, поНедостатки:этого устр ловлены относительно ольшо б и величи лученных в результате преобразования к которая должна быть поступивших на приемный датчик упруной задержки, которая до с помехами пос.обеспечена с помо ь ощью линии задерж- гих колебаний, вместе с по ки, поскольку при акустическом и зонди- тупает на входы выполненных на осно-. ровании горных пород зачаст ачастую ис- ве операционных усилителей грубого

6 о с по огом 7 пользуется инфор ф мационный сигнал в с порогом 6 и точного с порогом широком спектре частот, начиная от. пороговых устройств. Режим и схема

9ll4

5 включения операционных усилителей обеспечивает фиксацию положительных полупериодов информационного сигнала, причем грубый порог установлен гарантированно выше помех, а высота точно» го порога установлена на порядок ниже грубого порога и соизмерима с уровнем наиболее интенсивных помех.

Операционный усилитель грубого порогового устройства поставлен в ре- 1О жим компаратора и при достижении положительными полупериодами сигнала 3-)P порога срабатывания (соответствующего опорному напряжению И ) формирует перепады напряжения 11 ° Помеха же не достигает по амплитуде порога срабатывания грубого порогового устройства и поэтому на пороговое устройство никакого воздействия не оказывает. Логическая схема на выходе . щ операционного усилителя в схеме грубого порогового устройства формирует на выходе перепады напряжения

12, фронт 13 которых соответствует первому в интервале ожидания срабатыванию грубого порогового устройства.

Операционный усилитель точного порогового устройства также поставлен в режим компаратора, но при более ЗО низком опорном напряжении, равном примерно О,l И „. Поэтому он сраба.тывает на более низком уровне, формируя на выходе перепады напряжения

14 от положительных полупериодов сигнала, а также от помех при их появлении и достаточной амплитуде.

Перепады напряжения с выхода точного порогового устройства поступают на формирователь прямоугольных 40 импульсов и запускают его фронтами перепадов, соответствующих моментам срабатывания порогового устройства. В ответ на каждый запуск формирователь вырабатывает прямоуголь- 4 ные импульсы 15, имеющие каждый длительность, равную четверти периода колебаний сигнала (Т/4). Выходные напряжения грубого порогового устройства и формирователя прямоугольных импульсов поступают на раздельные входы выполненного по схеме логического триггера селектора. При попадании фронта в интервал одного из импульсов на выходе селектора вырабатывается прямоугольный импульс 16, передний фронт которого соответствует моменту срабатывания грубого порогового устройства, а

l3 6 задний фронт соответствует моменту срабатывания точного порогового устройства в начале первого положительного полупериода, сдвинутому на время, равное постоянной длительности импульсов. формирователя. С выхода устройства импульс 16 поступает в измерительные блоки аппаратуры, где задний фронт импульса 16 используется в схеме измерения интервального времени прохождения упругих волн для оценки пористости и в схеме измерения затухания для оценки трещиноватости участков горных пород, т.е. для оценки их кинематических и динамических характеристик.

Роль грубого порогового устройства сводится к обнаружению (опознаванию) полупериода сигнала, подлежв" . щего фиксации, при полной безопасности (иэ-за высокого порога) в отношении помех. Роль точного порогового устройства сводится к фикса-, ции сигналов (в т..ч. и помехи) с высокой точностью (за счет очень низкого порога). Совпадение двух событий — срабатывания грубого порогового устройства и попадания его в ограниченный интервал (длитальностью порядка четверти периода сигнала), привязанный к моменту фиксации сигнала точным пороговым устройством, подтверждает, что зафиксирован рабочий полупериод сигнала, а . не помеха. Имеющая место погрешность, определяемая длительностью импульсов формирователя прямогоульных импульсов, является систематической и легко учитывается при обработке полученной информации или автоматичес» кн компенсируется (в двухканальной аппаратуре). Сбой на помехи за счет низкого порога срабатывания точного порогового устройства маловероятен, так как незащищенным от помехи оказывается очень незначительный интервал на фронте регистрируемого вступ- ления сигнала, который всегда меньше четверти периода сигнала.

Сопоставительный анализ предложенного и известного устройства показал, что при идентичности остальньгх характеристик габариты предложенного устройства во много раэ меньше, а погрешность измерения, связан" ная с фазовыми искажениями информационного сигнала, отсутствует и принципиально невозможна.

9!1

Формула изобретенйя

Устройство для фиксации упругих колебаний при акустическом зондировании горных пород, содержащее включенные параллельно чувствительные к полупериодам колебаний одной поляр» ности два пороговых устройства: грубое с порогом срабатывания вьппе уровня, и точное с порогом срабатывания на уровне помех, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьппения точности устройства, дополнительно введены формирователь прямоугольных импульсов с длительностью не менее четверти периода фиксируемых коле413 8 баний и селектор, причем вход формирователя прямоугольных импульсов подключен к выходу точного порогового устройства, входы селектора подключены соответственно к выходу формирователя прямоугольных импульсов и выходу грубого порогового устройства.

Источники информации,, 10 принятые во внимание при экспертизе

1, Сборник ".Геофизическая аппаратура".И.,"Недра",1972,1 - 43, с.б2-65 °

2. Патент Великобритании

11 1444337, кл. Н 2 Н, 1976

15 (прототип)е

911413

Составитель В. Карпушин

Техред И. Гайду Корректор Л, Бокшан, Редактор Т. Кугрьппева филиал ПЧП "Плгент", r. .Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 1117j35 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5