Многоканальная электроразведочная станция

Многоканальная электроразведочная станция

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

У-" (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) ЗаЯвлено 27.05. 80 (21) 2933177/18-25 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет

Опубликовано 070682, Бюллетень Но 21

Дата опубликования описания 07.06.82

5 }М Кл з

6 01 V 3/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53} УДК 550. 857 (088. 8) «м .

«,»

Н.Н.Ыарапанов, В.A.Ïoïoâ, А.А.Рыжов р,, -» и В.В.Сушкевич : ) с ",: " .i

«i .., "*"

« »

Всесоюзный научно-исследовательский инстдтуГ .Й:,. :",. ..» „::.:.„ гидрогеологии и инженерной геологии ъв, «р, (72) Авторы изобретения (71) За яв ит ель

\ (54) МНОГОКАНАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДО 1НАЯ

СТАНЦИЯ

25

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в геоэлектрораэведке при проведении работ методами сопротивлений, вызванной поляриэации (ВП), например, при выполнении вертикальных электрических зондирований для решения задач гидрогеологии и инженерной геологии.

Известна многоканальная электроразведочная станция, содержащая последовательно соединенные датчики сиг-: налов, блок масштабных усилителей, панель кодирования, панель компенсации, блок управления и блок регистрации (1). 15

Недостатком этой станции является то, что она имеет низкую точность измерений сигналов, изменяющихся в большом динамическом диапазоне (от десятых долей милливольта до десятков вольт), недостаточное быстродействие, является громоздкой, сложной в эксплуатации. Так, в этой станции необходимо в канале вручную установить одну из одиннадцати ступеней компенсации измеряемых сигналов и тока в-соответствии с ожидаемой величиной сигналов. Если ступень в каком-либо канале подобрана неверно, необходимо вновь вручную изменить величину ступени и т.д.

Известна многоканальная электроразведочная станция, содержащая коммутатор каналов, ко входу которого подключены входные клеммы, а выход через блок согласования, цифроанало-говый и аналого-цифровые преобразователи (ЦАП и АЦП) соединен с регистром, а также блок управления и оперативное запоминающее, устройство, выходы которого соединены co входами ЦАП.

В данной станции перед началом измерений в оперативное запоминающее устройство поочередно заносится код. входных сигналов, а затем во время измерений при подаче сигнала с очередного канала ЦАП вырабатывает компенсирующий сигнал в соответствии с ранее записанным в оперативное запоминающее устройство кодом сигнала в этом канале и с помсщью АЦП измеряется раэностный сигнал. Данная станция полностью автоматизирована и позволяет с одной и той же относительной погрешностью измерять сигналы в широком динамическом диапазоне 72)..

Недостатком этой станции является то, что она позволяет измерять только поздние стадии процесса ВП

934414 ранних стадий ВП результаты измерений

10 довательно соединенные датчики сигна лов, многоканальный аналого-цифроной преобразователь, содержащий блок маслЕй и блок счетчиков, а также последого

55 (доли - единицы секунд) ввиду последовательного измерения сигналов по разным каналам, т.е. станция имеет малое быстродействие. При измерениях по различным каналам оказываются несопоставимыми иэ-за разных моментов времени, в которые эти измерения производятся.

Наиболее близкой к предлагаемой является многоканальная электрораэнедочная станция, содержацая послештабных усилителей, блок компараторов, информационно-кодовый регистр, блок цифроаналоговых; преобразоватевательно включенные коммутатор каналов (блок аналоговых ключей), преобразонатель код-аналог, сумматор, соединенный с выходами многоканального аналогово-цифрового преобразователя, блок управления и магнитный регистратор, причем выходы блока управления соединены со входами блока цифроаналоговых преобразователей, блока аналоговых ключей, преобразователя код-аналог, сумматора и блока регистрации. Устройство обеспечивает повышение быстродействия благодаря тому, что на входе станции в каждый канал введен следящий АЦП, что обеспечивает синхронное грубое измерение сигналов н каждом канале (33 .

Недостатком этой станции является то, что она не обеспечивает высоксй точности измерений малых сигналов на фоне гораздо больших по величине сигналов, обусловленных естественным полем, первичным полем тока, поляризацией электродов и т.д. Кроме того, она не обеспечивает полной синхронности измерений по разным каналам, так как результирующий код измеряемых сигналов, формируется на выходе сумматора путем суммирования старших разрядов, получаемых на выходах следящих АЦП н каждом канале одновременно, и младших разрядов, получаемых поочередно для каждого канага с помоцью одного преобразователя аналог-код, установленного после коммутатора. В то же время при выполнении измерений ВП, например, при измерениях переходных характеристик ранней стадии ВП, нелинейной вызнанной поляризации, становления поля требуется измерять очень малые сигналы ВП (до долей милливольта и менее) на фоне гораздо больших по величине сигналов первичного поля (до 10В и более) через десятки микросекунд после включения тока, например, приращение сигнала НВП в два момента времени: череэ 25 и 50 мкс

65 после включения тока. В этих условиях в следящих АЦП нельзя использовать более десяти разрядов принципиально из-за их низкого быстродействия.

Кроме того, последующее поочередное измерение разностного сигнала по отдельным каналам делает вообще невозможным использование прототипа для проведения таких измерений из-за того, что время измерений по каждому каналу окажется совершенно различным.

Если отказаться от структурной схемы прототипа, т.е. не испольэовать коммутатора каналов и общего для всех каналов преобразователя аналогкод, сумматора, а вместо следящих грубых АЦП испольэовать наиболее быстродействуюцие и высокочастотные АЦП, то и в этом случае измерения провести не удается. Если сигнал первичного поля равен 108, то погрешность измерений с использованием этих лучших АЦП составит 0,1-0,3 мВ.

Таким образом, полезный сигнал НВП (доли милливолЬт) принципиально не может быть измерен и в этом случае с погрешностью менее 50-100%. Кроме того, время преобразования этих АЦП на 3 порядка превышает временной интервал, в котором необходимо произвести измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерений сигналов нестационарных полей и обеспечение синхронности измерений по всегл каналам.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальную электроразведочную станцию, содержащую датчики сигналов, подключенные к многоканальному аналого-цифровому преобразователю, состояцему из блока масштабных усилителей, соединенного с блоком компараторов, выход которого подключен к информационно-кодовому регистру, блока цифроаналоговых преобразователей, блока счетчиков, преобразователя код-аналог и блока аналоговых ключей, выходы которого соединены со входами блока компараторов, а также блок регистрации и блок упранления, выходы которого соединены с преобразователем код-аналог и блоком аналоговых ключей, введены три блока логических ключей, блок защепок, последовательно соединенные начетчик-преобразователь кода и оперативное запоминаюцее устройство, причем выходы информационно-кодового регистра соединены с входами первого блока логических ключей и вспомогательными входами оперативного запоминающего устройства, входы блока счетчиков соединены с выходами первого блока логических ключей, а выходы— с входами блока зацелок, выходы блока зацелок соединены с разрешающими входами первого и второго блоков логических ключей, информационные вхо934414 ды трех блоков логических ключей соединены с выходагли блока управления, выход второго блока логических ключей соединен со входом счетчика преобразователя кода, входы третьего блока логических ключей соединены 5 с выходами первого блока логических ключей, а выходы — со входами блока цифроаналоговых преобразователей, выход преобразователя код-аналог соединен с входом блока аналоговых 10 ключей и блока компараторов, входы блока регистрации соединены с выходами оперативного запоминающего устройства, выходы блока цифроаналоговых преобразователей соединены с входаии блока масштабных усилителей, а блок управления соединен также .с информационно-кодовым регистром, блокогл зацелок, оперативным запоминающим устройством и счетчиком преобразователем кода.

На чертеже показана структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные датчики 1 сигналов, блок 2 масштабных усилителей, блок 3 компараторов, информационнокодовый регистр .4, первый блок 5 логических ключей, блок 6 счетчиков, блок 7 защелок, второй блок 8 логических ключей, счетчик 9 — преоб- . 30 разователь кода, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 10 и блок 11 регистрации, а также блок 12 цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), выходы которых соединены с 35 входагли блока масштабных усилителей, блок 13 аналоговых ключей, выходы которого соединены со входами блока компараторов, второй ЦАП 14, выход которого подключен .к входу блока ана-4О логовых ключей, третий блок 15 логических ключей, входы которого соединены с выходами. первого блока логических ключей, а выходы — с входами блока цифроаналоговых пре- 45 образователей, и блок 16 управления, выходы которого соединены с входами информационно-кодового регистра 4, трех блоков 5, 8, 15 логических ключей, блока 7 защелок„ счетчика 9 — преобразователя кодов, оперативного эапоглинаюцего устройства 10, блока 13 аналоговых ключей и преобразователя 14 код-аналог. 1(роме того выход преобразователя 14 код-.

55 аналог соединен непосредственно с одним иэ входов блока 3, а выход регистра 5 - с входом ОЗУ 10. ления команды Разрешение компенсации ЕП на блок 13, а также блоки 4, 5 и 15 импульсы высокой тактовой частоты, наприглер 100 кГц, вырабатываемые генераторогл в блоке 6, через блоки 5 и 15 поступают одновременно на все входы цифроаналоговых преобразователей блока 12. Каждый иэ преобразователей блока 12 выполнен, например, по схеме, основанной на принципе поразрядного уравновешивания. При этом число разрядов в каждом преобразователе должно быть

Устройство работает "еду щ м об- 60 разом. . Перед тем, как пропускать ток от генераторного устройства (не показано), производится автоматическая компенсация разности потенциалов естественного поля и собственной по- 65 лярнэации электродов датчиков 1 сигналов, установленцых в точках исследования на профилях. В качестве датчиков 1 сигналов используются неполяризующиеся электроды. До начала компенсации естественного поля (ЕП) сигналы от датчиков 1 поступают на первые входы блока 2 масштабных усилителей. Блок 2 представляет собой несколько групп (по числу каналов) многокаскадных усилителей с известным коэффициентом усиления. B усилителях каждого канала блока 2 для фильтрации от помех может быть установлен фильтр нижних частот или устройство выборки-хранения аналоговых сигналов на запоминающих конденсаторах.

Ко вторым входам усилителей каждого канала блока .2 подключен.Выход соответствующего ЦАП блока 12.

Блок 12 ЦАП, как и у прототипа, содержит число ЦАП, равное числу каналов устройства (в данном случае 10), а такие счетчики управления ключами преобразователей. Выходы каждого каскада усилителей блока 2 соединены со входами соответствующего компаратора блока 3 компараторов (в рассматриваемом примере блок 3 содержит 30 компараторов). Ко вторым входам компараторов блока 3 подключены выходы аналоговых ключей 13, а также выход

ЦАП 14. При этом для рассматриваемого примера выход ЦАП 14 подключен к вторым входам 20 компараторов, первые входы которых подключены к выходам первых пар усилителей блока 2, а выходы аналоговых ключей (в блоке .

13 содержится 10 ключей) подключены ко вторым входам третьих компараторов в каждом канале, первые входы которых соединены к выходам третьего усилителя каждого канала блока 2, В режиме компенсации ЕП по команде из блока 16 управления аналоговые ключи в блоке 13 соединяют выходные контакты с общей шиной устройства, поэтому вторые входы компьраторов блока 3, подключенные первым входом к выходным усилителям блока 2, соединены с обцей шиной устройства и эти компараторы срабатывают, когда с выходов блока 2 на их входы поступает нулевой сигнал (нуль-компараторы).

После поступления с блока 16 управ934414

IHe MeHee 14-15 (как правило, 20 и. более), но величина вырабатываемой ступеньки напряжения гложет быть неградуированной (в отличие от .прототипа, где точность измерений определяется именно точностью подбора ступеньки компенсируюцего напряжения этих преобразователей). Процесс поразрядного уравновешивания в.каждом канале заканчивается в момент, когда выходное напряжение каждого из преобразовате- 1 лей блока 12 станет равным входному напряжению, поступающему на вход каждого канала блока 2 от датчика 1 сигналов, что фиксируется срабатыванием соответствуюцих компараторов блока 3. Если амплитуда ступеньки младшего значения разряда, вырабатываемого цифроаналоговыми: преобразователями блока 12, равна 2 мВ, то, учитывая, что компараторы в данном режиме подключены к выходам усилителей с общим коэффициентом усиления

1000, получигл максимальный нескомпенсированный входной сигнал 2 мкВ.

Выходы компараторов блока 3 под- ключены к входам информационно-кодового регистра 4, который представляет собой блок логических элементов, позволяющий зафиксировать и .дешифрировать состояние каждого из компараторов блока 3. В простейшем, случае он представляет собой группы триггеров для каждого канала, выходы которых объединяются через логические элементы И, ИЛИ и подключаются к входам первого блока 5 логических 3 ключей ° Кроме того, выходы указанных триггеров подключаются к вспомогательным входам ОЗУ 10, поэтому в случае, если на ОЗУ 10 поступит команда из блока 16, информация о том, 4 какой компаратор сработал, а какой нет,запишется в память ОЗУ 10.

В первом режиме работы, при компенсации ЕП, запись в память ОЗУ 10 не производится, а после срабатывания 4 компараторов в блоке 3 и триггеров в блоке 4 поступает сигнал запрета на первый и второй блоки 5 и 6 логических ключей, при этом по аоответствуюцему каналу на вход соответствующего преобразователя блока

12 перестают поступать импульсы тактовой частоты, что предотвращает воэможность дальнейшего изменения компенсирующего напряжения.

После этого сигнал Разрешение компенсации ЕП снимается, ключи в блоке 13 срабатывают и соединяют входы всех компараторов без исключения с выходом преобразователя 14 код-аналог. Одновременно триггеры информационно-кодового регистра 4 устанавливаются в исходное состояние (тактовые импульсы при этом на входы блока 12 не поступают, так как со входов блока 15 логических ключей снят сигнал разрешения).

Затем от генератора тока, управляемого блоком 16, в землю пропускают ток и в заданный момент иэмере5 ния, например через 14 с после начала пропускания импульса тока длительностью 15 с, в блоке 16 вырабатывается сигнал Разрешение измерения .

Этот сигнал с блока 16 подается на блоки 14, 4, 5. При этом на преобразователь 14 код-аналог начинают поступать тактовые импульсы с частотой, например, 100 кГц с блока 16.

На выходе преобразователя 14, содержащего также счетчики управления, формируется ступенчато-спадающее напряжение со ступенькой, амплитуда которой равна, например, 10 мВ и строго известна (как и в прототипе, преобразователь 14 должен иметь не менее

10-12 разрядов и быть строго градуированным). Напряжение на выходе преобразователя 14 код-аналог изменяет,ся от максимального, например 10; 24 B„ до нуля, после чего цикл измерений заканчивается, а напряжение на выходе преобразователя 14 вновь устанавливается максимальным и сохраняется неизгленныгл до поступления следующей команды Разрешение измерения .

В процессе измерения на два входа каждого компаратора блока 3 поступает два сигнала: один — изглеряемый— с выхода соответствующего усилителя блока 2; второй — опорный, ступенчато уменьшающийся с выхода преобразователя 14.

Если входной сигнал мал, например равен 1 мВ, то на выходах трех усилителей этого канала имеется

О напряжение соответственно 10, 100, 1000 мВ. При угленьшении напряжения на выходе преобразователя 14. до 1 В (после прохождения, например, 924 импульсов на вход преобразователя 14, 5 вырабатывающего ступеньки с амплитудой 10 мВ) сработает третий компа- . ." ратор данного канала в блоке 3, а также триггер в информационно-кодовом регистре 4, который подает сиг< нал запрета на соответствующий ключ первого блока 5 логических ключей.

До подачи сигнала запрета через все ключи блока 5 на все входи блока 6 счетчиков поступают тактовые импульсы. B рассмотренном примере после прохождения 924 импульсов срабатывает компаратор в блоке 3, регистр 4 дает команду запрета на ключ этого канала в блоке 5, подача импульсов на данный канал счетчика 6 прекра»

60 щается. Аналогичным образом производится измерение и по другим какалам. Если, например, входной сигнал по какому-то каналу равен 0,9 В, то на выходе первого усилителя блока 2

65 будет напряжение 9 S, остальные уси934414

10 лители будут перегружены. После уменьшения напряжения на выходе преобразователя 14 на 124 ступеньки (до 9 В) сработает первый компаратор данногб канала (остальные компараторы в этом канале будут перегружены и не сработают) и на счетчике данного канала в блоке 6 будет записано 124 импульса после чего счет прекратится..

После окончания цикла параллельных одновременных измерений по всем

10 каналам производится перезапись информации в ОЗУ 10 в режиме последовательного опроса. При этом иэ блока 16 управления подается команда Перезапись на блоки 4, 5, 7, 8, .9, 10. Перезапись идет с высокой частотой, например 1 ИГц. В начале на блоке 4, 5 и 7 поступает команда Перезапись первого канала .

При этом на счетчик первого канала блока 6 иэ блока 16 через открытый ключ блока 5 поступают импульсы тактовой частоты, например, 100 импульсов для рассмотренного выше первого примера. Одновременно зти же импульсы иэ блока 16 через открытый ключ блока 8 поступают на счетчик 925 преобразователь кода. После прохождения 100 импульсов счетчик первого канала в блоке 6 переполняется, срабатывает зацелка в первом канале блока 7 зацелок, которая блоки-. рует ключи первого канала в блоках

5 и 8, поэтому прохождение через .них,9 (отметим, что на основном счетчике в блоке 6 отсчет бып 924 импульса и .перевести этот отсчет в цифру l мВ, соответствующую измеряемому сигналу, довольно сложно. Счетчик 9 преобра» эует код измеряемого сигнала в двоично-десятичную форму без каких-либо трудностей, так как счетчик 9 представляет собой стандартный двоичнодесятичный счетчик). Информация эа60 пятой в цифровом отсчете измеряемого сигнала поступает во вспомогательные ячейки ОЗУ 10 с информационно-кодового регистра 4. Если сработал третий 65 импульсов тактовой частоты прекращается (в качестве блока 7 защелок З5 может быть использовано 10 триггеров — по триггеру на каждый канал, которые после переполнения счетчика соответствующего канала срабатывают и нулевым входным потенциалом блоки- 4р руют ключи соответствуюцего канала в блоках 5и 8 ;. Затем на блок ОЗУ 10 из блока 16 поступает команда Раз-. решение записи длительностью до.

1 мкс, затем команда переадресовки 45 номера ячейки памяти и одновременно на счетчик сброса в нуль триггеров.

Во время действия команды Раз решение записи на цифровом табло блока 11 регистрации на короткое вре- 1 ..мя загорится цифра 1,000, что соответствует 100 импульсам на счетчике компаратор (остальные компараторы в этом канале также могут сработать), то регистр выдает сигнал Логическая 1 для записи в ячейку ОЗУ 10, соответствующую запятой после первой значащей цифры, если второй и первый компараторы сработали, а третий нет, запятая записывается после второй значащей цифры, а если только первый, то после третьей значащей цифры.

После окончания цикла записи первого канала из блока 16 в том же порядке поступает команда Перезапись второго канала . Для второго рассмотренного примера защелка в блоке 7 сработает после прохождения 900 импульсов, в ОЗУ 10 запишется число

900Ä0 что соответствует сигналу

900 глВ..(сработал только первый компаратор, поэтому запятая идет после значащей цифры). После срабатывания защелки в каждом канале на ОЗУ 10 поступает команда разрешения записи, затем команда переадресовки .ячей. ки записи и сброса счетчика 9. После окончания всего цикла перезаписи из блока 16 подается команда сброса в исходное состояние триггеров в блоке 7 эашелок и информационно-кодовом регистре 4 и станция подготовлена для .выполнения следуюцего цикла измерений-перезаписи.

Записанная в ОЗУ 10.информация после окончания измерений может быть отображена на цифровом табло в блоке ll регистрации, а затем, после возврацения с профиля измерений на базу переписана на перфоленту для ввода в ЭВИ с целью обработки и ин терпретации результатов измерений.

Технико-экономическая эффективность применения предлагаемой станции заключается в повышении точности измерений и обеспечении одновременной регистрации информации по многим каналам без использования дЬполнительных цифроаналоговых преобразователей. Благодаря этому увеличивается производительность геофизических работ, например, при выполнении вертикальных электрических зондирований или площадной съемки методом ВП..

Формула изобретения

Иногоканальная электроразведочная станция, содержащая,датчикй сигналов, подключенные к многоканальному аналого-цифровому преобразоватешо, состоящему из блока масштабных усилителей, соединенного с блоком компараторов, выход которого подключен к информационно-кодовому регистру, блока цифроаналоговых преобразователей, блока-счетчиков, преобразо934414

Составитель В.Зверев

ТехредЛ.Пекарь Корректор Н Стец

Редактор М.Ткач

Заказ 3930/42 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1 вателя код-аналог и блока аналоговых ключей, выходы которого соединены с входами блока компараторов, а также блок регистрации и блок управления, выхОды которого соединены с преобразователем код-анадог и блоком анало- 5 говых ключей,.о т л и ч а ю щ а яс я тем, чтО, с целью повышения точности измерений сигналов неста» ционарных полей и обеспечения синхронности измерений по всем каналам, в 10 нее введены три блока логических ключей, блок зацелок, последовательно соединенные! счетчик-преобразова-. тель кода и оперативное запоминающее устройство, причем выходы.инфор". q5 мационно-кодового регистра соединень,. с входами первого блока логических ключей и вспомогательными входами . оперативного запоминающего устройства, входы блока счетчиков соединены с выходами первого блока логических клю=.. чей, а выходы - с входами блока зацелок,. выходы блока защелок соединены с разрешающими входами первого .. . и второго блоков логических ключей, информационные входы трех блоков ло гических ключей соединены с выходами блока управления, выход второго блока лсгических ключей соединен с входом счетчика преобразователя кода, входы третьего блока логических ключей соединены с выхода ли первого блока логических ключей, а выходы - с входами блока цифроаналоговых преобразователей, выход преобразователя код-аналог соединен с входом блока аналоговых ключей и блока компараторов, входы блока регистрации соединены с выходами оперативного запоминающего устройства, выходы блока цифроаналоговых преобразователей соединены с входами блока масштабных усилителей, а блок управления соединен также с информационнокодовым регистром, блоком эащелок, оперативным запоминающим устройством и счетчиком-преобразователем кода.

Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе

1. Бобровников Л.З. и др. Электро,разведочная аппаратура и. оборудова ние. М., Недра, 1979, с. 150158.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2910672/18-25, кл. 6 01 У 3/06, 16.10.80.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 717668, кл. G 01 V 3/08, 1975 (прототип).