Спосіб геоелектророзвідки і пристрій для його здійснення

Винахід відноситься до області дослідження різноманітних середовищ, об'єктів і матеріалів з допомогою фізичних зондуючих полів, призначений для імпульсного Індуктивного зондування малих глибин Землі і може бути використаний при вирішенні задач інженерної геофізики, пошуку, ґрунтових вод і карстових пустот методом несталих полів. Найближчим по технічній суті і вирішуваній задачі є спосіб, при якому перед початком пропускання струму в генераторній індуктивній рамці і вимірюванні значень електрорушійної сили в приймальній рамці після його виключення вимірюють період регулярної завади з приймальної рамки, і визначають моменти її переходу через нуль, по результатах вимірювань параметрів завади до включення струму методом екстраполяції визначаються моменти переходу через нуль промислової періодичної завади під час пропускання струму в генераторній петлі і після його виключення, чим забезпечується можливість вимірювання значень електрорушійної сили перехідного процесу в приймальній рамці після виключення струму в моменти переходу через нуль регулярної промислової завади [2]. Для реалізації цього способу геоелектророзвідки відомий пристрій, що містить генераторний і вимірювальний блоки, генераторну і приймальну рамки, попередній підсилювач і блок управління, причому входи управління генераторного і вимірювального блоків під'єднані до виходів блока управління, до виходу генераторного блока приєднана генераторна рамка, приймальна рамка приєднана до першого входу вимірювального блока через попередній підсилювач, а другий вхід вимірювального блока з'єднаний з інформативним виходом генераторного блока [3]. Спосіб [2] і пристрій для його реалізації забезпечують вимірювання значень інформативного сигналу в діапазоні від 0,04 до 100 мс. До недоліків цього рішення слід віднести те, що методом екстраполяції практично неможливо точно визначити заздалегідь моменти переходу через нуль регулярної завади на певне значення періодів. Крім цього при такому способі суттєво знижується вплив регулярної завади лише а одній точці вимірювань. Цей спосіб мало ефективний при побудові багатоканальної апаратури для одночасного вимірювання миттєвих значень електрорушійної сили на різних фіксованих затримках, тому що в цьому випадку будуть виникати ситуації, коли значення завади буде значно перевищувати значення сигналу. Задачею винаходу є підвищення точності визначення характеристик досліджуваного Імпульсним індуктивним методом середовища шляхом синхронізації генераторного і вимірювального блоків електророзвідувальної апаратури завадою, наведеною в Індуктивній приймальній рамці електромагнітним полем високовольтних ліній електропередач. Для вирішення цієї задачі в способі геоелектророзвідки, при якому в досліджуваному середовищі збуджується первинне електромагнітне поле шляхом пропускання в генераторній, Індуктивній рамці біполярних прямокутних імпульсів струму, вимірюються в задані моменти часу в паузах між Імпульсами струму значення електрорушійної сили, наведеної в приймальній Індуктивній рамці після припинення дії первинного поля блукаючими струмами середовища і по результатах вимірювання визначають його характеристики, згідно з винаходом, додатково перед збудженням первинного електромагнітного поля визначають амплітудні значення регулярної завади в приймальній рамці, в моменти реєстрації амплітудних значень завади формують паузи тривалістю 1/4 періода завади, а Імпульси біполярного струму тривалістю 3/4 періода завади формують після закінчення пауз. Поставлена задача вирішується також і тим, що пристрій для геоелектророзвідки, що складається з задаючого, генератора, формувача імпульсів управління, генераторного блока, генераторної і приймальної рамок, попереднього підсилювача і вимірювального блока, причому до виходів формувача Імпульсів управління приєднані входи управління генераторного та вимірювального блоків, до сигнального виходу генераторного блока під'єднана генераторна рамка, до приймальної рамки підключені послідовно з'єднані попередній підсилювач і вимірювальний блок, до другого Інформативного входу котрого під'єднаний інформативний вихід генераторного блока, згідно з винаходом, додатково містить перемикач, полосовий фільтр, електронний ключ, піковий детектор та перший і другий одновібратори, при цьому перший і другий входи перемикача під'єднані відповідно до виходів задаючого генератора і першого одновібратора, вихід перемикача з'єднаний Із входом формувача Імпульсів управління, вхід полосового фільтра підключений в місце з'єднання виходу попереднього підсилювача з першим інформативним входом вимірювального блока, до виходу полосового фільтра підключений аналоговий вхід електронного ключа, до виходу котрого під'єднаний вхід пікового детектора, об'єднані входи першого і другого одновібраторів підключені до виходу пікового детектора, а вхід управління електронного ключа з'єднаний з виходом другого одновібратора. Суть винаходу пояснюється з допомогою креслень, де на фіг.1 приведені епюри сигналів, що пояснюють заявлений спосіб; на фіг.2 приведена структурна схема пристрою для здійснення запропонованого способу геоелектророзвідки, а на фіг.3 дані діаграми сигналів, що пояснюють принцип дії пристрою. Пристрій складається Із задаючого генератора 1, перемикача 2, формувача імпульсів управління 3, генераторного блока 4, генераторної Індуктивної рамки 5, приймальної індуктивної рамки 6, попереднього підсилювача 7, вимірювального блока 8, полосового фільтра 9, електронного ключа 10, пікового детектора 11, першого і другого одновібраторів 12 і 13, а піковий детектор 11 має. вхід 14, вихід 15, диференційний підсилювач 16, запам'ятовуючий конденсатор 17, діоди 18, 19 і розрядний резистор 20. До виходу задаючого генератора 1 приєднаний перший вхід перемикача 2, другий вхід котрого приєднаний до виходу першого одновібратора 12. Вихід перемикача 2 об'єднаний із входом формувача імпульсів управління 3, до першого виходу котрого приєднаний вхід генераторного блока 4. До сигнального виходу генераторного блока 4 підключена генераторна індуктивна рамка 5. Приймальна рамка 6 з'єднана із входом попереднього підсилювача 7. До Інформативного виходу генераторного блока 4 підключений другий вхід вимірювального блока 8, перший вхід котрого приєднаний в місце з'єднання виходу попереднього підсилювача 7 з входом полосового фільтра 9. Вихід фільтра 9 через електронний ключ 10 з'єднаний із входом 14 пікового детектора 11. До виходу пікового детектора 11 приєднані входи першого і другого одновібраторів 12 і 13. Вихід одновібратора 13 з'єднаний із, входом управління електронного ключа 10. В піковому детекторі 11 прямий вхід операційного підсилювача 16 підключений до шини 14, інвертуючий вхід операційного підсилювача 16 приєднаний в місце з'єднання анода діода 18 і незаземлених виводів конденсатора 17 і резистора 20. До виходу операційного підсилювача 16 підключені катод діода 18 і анод діода 19, а катод останнього з'єднаний з шиною 15. Суть способу геоелектророзвідки полягає в наступному. Нехай в приймальній рамці наводиться електрорушійна сила регулярної завади від ліній електропередач, показана на діаграмі 1 на фіг.1. При досягненні завадою амплітудного значення Uз.m. (діаграма 1 на фіг.1) перед подачею в генераторну 1 3 T3 . T3 Після цього на протязі часу рівного 4 рамку імпульсу струму витримується пауза тривалістю 4 в генераторній рамці протікає струм певної полярності, наприклад додатньої, до наступного амплітудного 1 T3 значення завади. Дальше знову формується пауза тривалістю 4 , після чого в генераторну рамку подається 3 T3 струм тривалістю 4 протилежного знаку і т. д. Таким чином в генераторній рамці протікають біполярні імпульси струму, показані на діаграмі 2 фіг.1. При протіканні імпульсів струму генераторна рамка випромінює змінне електромагнітне поле і в досліджуваному середовищі протікають блукаючі струми. Після закінчення чергового Імпульсу струму зорієнтовані блукаючі струми заникають, утворюючи нестале електромагнітне поле, під дією котрого в приймальній рамці наводяться Імпульси електрорушійної сили, показані на діаграмі 3 на фіг.1. Приблизна форма сумарного сигналу, що наводиться в приймальній рамці з врахуванням регулярних і випадкових високочастотних завад, показана на діаграмі 4 на фіг.1. Сигнал з виходу приймальної рамки після попереднього підсилення стробується. Виділені після стробування на заданій затримці "вирізки" сигналу обробляються відомими методами і засобами таким чином, щоб шумові складові якомога більше придушувались. Регулярна завада компенсується диференційним шляхом, тобто відніманням миттєвих значень сумарного сигналу в сусідніх паузах між додатнім і від'ємним імпульсами струму, а високочастотна завада придушується накопиченням результату віднімання. Робота пристрою для здійснення заявленого способу геоелектророзвідки полягає в наступному. Нехай з допомогою перемикача 2 вхід формувача імпульсів управління 3 з'єднаний з виходом одновібратора 12, а в приймальній рамці наводиться електрорушійна сила завади від ліній електропередач, показана на діаграмі 1 на фіг.3. Поступаючи на вхід полосового фільтра 9, сигнал з виходу приймальної рамки фільтрується від високочастотних завад, підсилюється (фільтр широкосмуговий, але настроєний на резонансну частоту 50 Гц) 1 через нормально замкнутий електронний ключ 10 поступає на вхід 14 пікового детектора 11. В момент досягнення регулярною завадою на виході фільтра 9 амплітудного значення – Uз.m. на виході пікового детектора 11 виникає додатній скачок напруги (діаграми 3 на фіг.3). Під дією цього скачка запускаються 1 T3 одновібратори 12 і 13. Одновібратор 12 формує імпульси тривалістю 4 (діаграма 5 на фіг.3), а одновібратор 13 генерує імпульс блокіровки тривалістю q6 = Т3 - tо, де tо = (0,01-0,02) від Т3, тобто при Т3 = 20 мс tо = 0,2 мс (діаграма 4 на фіг.3). На протязі дії імпульса блокіровки q6 ключ 10 розмикається і піковий детектор на цей час стає не чутливим до вхідного сигналу. При цьому напруга на запам'ятовуючому конденсаторі 17 спадає по експоненті з постійною часу t=RC (R - опір резистора 20, С - ємність конденсатора 17). Епюра напруги на конденсаторі 17 приведена на діаграмі 2 на фіг.3. Перед досягненням амплітудного значення (на час tо) знімається блокіровка входу пікового детектора 11 і він знову відслідковує за зміною вхідного сигналу. В момент досягнення завадою на виході фільтра 9 амплітудного значення – Uз.m. на виході пікового детектора знову появляється додатній скачок напруги, під дією котрого знову запускаються одновібратори 12 і 13 і т. д. Таким чином на виході пікового детектора 11 формується послідовність імпульсів (діаграма 3 на фіг.3), додатній фронт котрих відповідає моментам досягнення завадою на виході фільтра 9 амплітудного значення – Uз.m., а на виходах одновібраторів 12 і 13 формуються імпульсні послідовності, показані на діаграмах 5 і 4 на фіг.3 відповідно, імпульсна послідовність (діаграма 5 на фіг.3) з виходу одновібратора 12 через перемикач 2 подається на вхід формувача Імпульсів управління 3. На першому виході формувача імпульсів управління виникає послідовність Імпульсів тривалістю 3 1 T3 T3 , 4 які поступають на вхід генераторного блока 4. В результаті з виходу і паузами між ними 4 генераторного блока 4 в генераторну рамку подаються біполярні Імпульси струму, показані на діаграмі 6 на фіг.3. При протіканні в генераторній рамці Імпульсів струму в досліджуване середовище випромінюється електромагнітне поле, під дією котрого в середовищі починають протікати зорієнтовані блукаючі струми. Після закінчення Імпульсу струму блукаючі струми, розсіваючись і за никаючи в середовищі, створюють Імпульсне електромагнітне поле, під дією котрого в приймальній рамці наводяться Імпульси електрорушійної сили, в яких міститься Інформація про досліджуване середовище. Крім інформативного сигналу і регулярної завади від промислових електроустановок на приймальну рамку наводиться також високочастотна завада, Приблизна форма сигналу на виході приймальної рамки показана на діаграмі 7 на фіг.3. З виходу приймальної рамки сигнал через попередній підсилювач 7 подається на один із інформативних входів вимірювального блока, на другий інформативний вхід котрого з Інформативного виходу генераторного блока подаються Імпульси напруги, параметри котрої (амплітуда або частота) лінійно залежать від амплітуди імпульсів струму в генераторній рамці, В дальнійшому робота пристрою аналогічна роботі прототипу і полягає в наступному. Під дією імпульсів управління з виходу формувача 3 в блоці вимірювання здійснюється в задані моменти часу t3 (діаграми 7 і 8 на фіг.3) стробування сигналу з виходу попереднього підсилювача 7. Диференційним методом (шляхом віднімання різнополярних "вирізок" сигналу) здійснюється компенсація значення регулярної завади, так як в цьому випадку остання має Один знак, а Інформативна складова - різні знаки. Для подавлення високочастотної складової здійснюється нагромадження заданої кількості сформованих різниць. Тобто у вимірювальному блоці здійснюється вимірювання середнього значення Інформативного сигналу в задані моменти часу (на заданій затримці t3) з врахуванням високочастотної випадкової завади. Крім цього, у вимірювальному блоці виконується нормування результату вимірювання по струму в генераторній рамці шляхом ділення виміряного середнього значення на амплітуду Імпульсів струму. За рахунок нормування зменшується практично до нуля мультиплікативна складова вимірювання, обумовлена нестабільністю величини струму в генераторній рамці, інтересно відзначити, що при запропонованому способі при вимірюванні значень інформативної складової сигналу (значень квазіекспоненціальних Імпульсів) при забезпеченні жорсткої синхронізації генераторного і вимірювального блоків по регулярній заваді від промислових електроустановок на всьому діапазоні вимірювання (практично від 0 до 5 мс) зберігається високе співвідношення значень Інформативного сигналу і регулярної завади, що наглядно підтверджується діаграмами 1 і 3 на фіг.1. При низькому рівні регулярних завад пристрій з допомогою перемикача 2 переводиться в режим синхронізації від задаючого генератора 1. Запропонований спосіб геоелектророзвідки і пристрій для його здійснення можуть ефективно використовуватись в гідрогеології і інженерній геофізиці при дослідженні малих глибин землі від 5 до 200 м з метою виявлення запасів прісної води, родовищ металевих руд і неорганічних солей та карстових аномалій, так як при цьому достатньо вимірювати значення сигналів в приймальній рамці в діапазоні від 5 мкс до 5 мс. Для виконання вказаних робіт розміри прямокутних генераторної і приймальної рамок повинні знаходитись в межах від 10 х 10 м до 150 х 150 м.