Устройство для предварительной обработки электроразведочных сигналов

(51) 01 3/38 (2010.01) 01 3/06 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ гармонических составляющих сигнала при малых отношениях сигнал/шум. Для решения этой задачи предлагается устройство, содержащее входной блок, аналогоцифровой преобразователь, блок формирования оценок, схему управления, блок вычисления параметров, переключатель, блок определителей верности, анализатор и регистратор, в которое дополнительно введены блок накопления и генератор опорного сигнала, причем выход блока вычисления параметров соединен с входом блока накопления, выход которого соединен с входами регистратора и блока определителей верности,первый выход генератора опорного сигнала соединен с входом схемы управления, а второй выход генератора опорного сигнала подключен к третьему входу блока вычисления параметров. В предлагаемом устройстве реализуется накопление значений амплитуды сигнала с учетом знака, что значительно повышает точность измерения амплитуды при малых соотношениях сигнал/шум. Кроме этого, информация о знаке сигнала имеет важное значение, например, при работе методом заряд-градиент.(72) Мариненко Владислав Алексеевич Максимов Евгений Миронович Шевченко Владимир Петрович(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт геофизических исследований Республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения Национальный ядерный центр Республики Казахстан Министерства индустрии и новых технологий Республики Казахстан(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ СИГНАЛОВ(57) Изобретение относится к геофизике, более конкретно - к геоэлектроразведке методами сопротивлений и вызванной поляризации. Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности измерения значений амплитуд Изобретение относится к геофизике, более конкретно - к геоэлектроразведке методами сопротивлений и вызванной поляризации. Известны устройства для работы методами сопротивлений и вызванной поляризации, не требующие синхронизации между генератором и приемником, они основаны на измерении разности фаз гармонических составляющих(Л.З.Бобровников,И.Н.Кадыров,В.А.Попов. Электроразведочная аппаратура и оборудование Учебник для техникумов. - 2-е изд., перераб. и доп. М. Недра, 1985. - с.215-231) или различных компонент поля, например, вертикальной и горизонтальной (А.с.1327690, 013/12, заявл. 15.08.1985, опубл.27.07.2005). Недостатком данных устройств является низкая устойчивость к воздействию импульсных помех. Наиболее близким для предложенного решения является Устройство для предварительной обработки электроразведочных сигналов Патент РК 714,01 3/06,заявл.28.03.1986,опубл.15.03.1994, Бюл. 1, содержащее входной блок, аналого-цифровой преобразователь, схему управления, блок формирования оценок, блок вычисления параметров, блок определителей верности, анализатор, переключатель, схему совпадения и регистратор. В этом устройстве входной сигнал с длительностью периода Т масштабируется,затем каждый период представляетсядискретными выборками ,преобразованными АЦП в двоичный код формирования оценок по выборкам, взятым за несколько периодов сигнала, формируетсяоценок Х. В блоке вычисления параметров определяются коэффициенты разложения Фурье для нескольких нечетных гармоник сигнала где- номер оценки- номер гармоники. По коэффициентам разложения Фурье вычисляются амплитуды гармоник относительно некоторой произвольной точки периода сигнала. Недостатком данного устройства является большая погрешность определения амплитуд гармонических составляющих принимаемого сигнала при малом отношении сигнал/шум. Это является следствием того, что в устройстве не определяется фазовый сдвиг между первыми гармониками сигнала и генерируемого в питающей линии АВ тока. В результате, при статической 2 обработке сигнала, это приводит к погрешностям определения амплитуд гармоник,так как вычисление осуществляется без учета реального фазового сдвига между сигналом и током, другими словами, по аналогии с электроразведкой на постоянном тока, вычисление осуществляется без учета знака сигнала. Целью изобретения является повышение точности измерения значений амплитуд гармонических составляющих сигнала при малых отношениях сигнал/шум. Для достижения поставленной цели в устройство,содержащее входной блок,соединенный с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и первым выходом схемы управления, блок формирования оценок, схему управления, блок вычисления параметров, блок определителей верности, анализатор и регистратор,причем выход АЦП подключен к информационному входу блока формирования оценок, соединенному с первым входом блока вычисления параметров,второй вход АЦП и управляющий вход блока формирования оценок соединены с выходом схемы управления, второй вход блока вычисления параметров соединен с выходом переключателя, а выход блока определителей верности через анализатор подключен к первому входу регистратора, введены блок накопления и генератор опорного сигнала, причем выход блока вычисления параметров соединен с входом блока накопления,выход которого соединен с входами регистратора и блока определителей верности, первый выход генератора опорного сигнала соединен с входом схемы управления, а второй выход генератора опорного сигнала подключен к третьему входу блока вычисления параметров. На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство для предварительной обработки электроразведочных сигналов содержит входной блок 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2,блок формирования оценок 3, схему управления 4,блок вычисления параметров 5, переключатель 6,генератор опорного сигнала 7, блок накопления 8,блок определителей верности 9, анализатор 10 и регистратор 11. Устройство для предварительной обработки электроразведочных сигналов работает следующим образом. Сигнал с выхода приемной линии или датчика магнитного поля с длительностью периода Т поступает во входной блок 1, где, при необходимости,производится усиление,компенсация постоянной составляющей и подавление высокочастотных помех. Импульсы управления для входного блока формируются в схеме управления 4. В АЦП 2 осуществляется дискретизация сигнала с периодом дискретизациии преобразование в код дискретных значений. Каждый период сигнала представляетсядискретными выборками работой АЦП, поступают со второго выхода схемы управления 4. Эти же импульсы поступают на управляющий вход блока формирования оценок 3. Выборки, где- номер полупериода, поступают на информационный вход блока формирования оценок 3. Блок формирования оценок 3 в простейшем случае является цифровым фильтром со спектром,имеющим максимумы на частотах, совпадающих с частотами нечетных гармоник сигнала, и с глубоким подавлением помех в промежутках между ними, в частности, ниже первой гармоники, например,фильтр с коэффициентами Оценка значения, полученная за шесть полупериодов при этих приращениях,равна Для реализации блока формирования оценок 3 требуется устройство, содержащее память для хранения 3 выборок иоценок, и арифметическое устройство, выполняющее операции умножения,суммирования и сдвига, т.е. блок формирования оценок может быть выполнен на микроконтроллере. Для подавления помех, частоты которых лежат в окрестностях нечетных гармоник сигнала, в блок формирования 3 могут быть введены дополнительно методы статистической обработки, в том числе нелинейные. По очищенным от влияния помех оценкам можно производить определение целевых параметров (значения амплитуд гармоник и фазовых соотношений между ними) безинерционным устройством, каким и является блок вычисления параметров 5. Блок вычисления параметров 5 может быть выполнен на микроконтроллере, позволяющем выполнять запоминание данных, умножение,сложение, извлечение квадратного корня, а также достаточный объем памяти оперативное (ОЗУ) и постоянное (ПЗУ) запоминающие устройства для хранения таблиц синусов,косинусов и арктангенсов. Генератор опорного сигнала 7 на втором выходе формирует импульсы, частота которых равна частоте первой гармоники тока в питающей линии. С первого выхода генератора на вход устройства управления 3 поступают тактовые импульсы. Генератор опорного сигнала 7 может быть выполнен на кварцевом резонаторе и делителях частоты. Перед началом измерений оператор с помощью переключателя 6 задает параметры, значения которых необходимо вычислить. Переключатель 6 формирует управляющие сигналы (коды) и может быть выполнен на обычном переключателе или клавиатуре. После прихода импульса с генератора опорного сигнала 7 из блока формирования оценок в память блока вычисления параметров 5 переписывается Значения угла гармоникиотносительно импульса,поступающего с генератора опорного сигнала 7. Для вычисления относительных фазовых параметров значениямогут быть преобразованы в фазовые углы , например, с помощью ПЗУ, в которое записана таблица арктангенсов. В системах, не требующих синхронизации генератора и приемника, одна из гармонических составляющих, например, первая, является опорной для другой,например,третьей. Важным достоинством таких систем является возможность уменьшения влияния индукционных эффектов за счет различия в фазочастотных характеристиках индукционных и поляризационных эффектов, для этого относительные фазовые параметры определяют по формуле где (1), 2) - фазовые углы, определенные для различных гармоник, например, первой и третьей, в этом случае частота первой гармоники 1, 2 31 Принцип определения знака амплитуды сигнала первой гармоники относительно знака тока в питающей линии заключается в запоминании 3 фазы сигнала первой гармоники тока в питающей линии относительно сигнала с выхода генератора опорного сигнала 7 на длительное время (до нескольких часов) и последующем сравнении с ней фаз измеряемых сигналов. Для запоминания фазы с помощью переключателя 6 устанавливается дополнительный режим,назовем его синхронизация, на вход входного блока 1 подается сигнал, который условно можно принять за положительный. Для этого можно, например,расположить приемную линиютак, чтобы дальний от оператора электрод М был расположен ближе к электроду В питающей линии АВ, а ближний - ближе к электроду А. В процессе выполнения синхронизации определяется и запоминается значение фазы первой гармоники сигнала в выбранной опорной точке 0 относительно сигнала с генератора опорного сигнала 7. После переключения переключателем 6 в режим измерения параметров значение 0 запоминается. Из-за несовпадения частот сигнала в питающей линии и генератора опорного сигнала фаза будет изменяться, но при работе на низких частотах (2,44 Гц и менее) и при разности частот термокомпенсированных кварцевых резонаторов в генераторе тока в питающей линии и в генераторе опорного сигнала 7 порядка 10-6 уход фазы составляет за 8 часов не более 20. В режиме измерений после измерения условного значения фазы первой гармоники сигнала 1 находится разность 1 - 0 и, если 90,значение амплитуды считается положительным, т.е. присваивается знак плюс, а в противном случае присваивается знак минус. При статистической обработке зашумленных сигналов в блоке накопления 8, например, вычислении среднего значения, учет знака устраняет смещение результата обработки. Блок накопления 8 в простейшем случае выполнен как вычислитель среднего значения, но для устранения редких импульсных помех могут быть использованы устройства, реализующие нелинейные устойчивые алгоритмы обработки. С выхода блока накопления 8 обработанные значения параметров поступают на вход блока определителей верности 9 и на информационный вход регистратора 11. Запись значений оценок параметров в регистратор производится либо по команде оператора, либо после достижения показателями верности значений, которые ниже установленных уровней в анализаторе 10. В качестве показателей верности могут быть в простейшем случае использованы модули разности значений оценок параметров, полученных в текущем и предыдущем периодах, в этом случае блок определителей верности 9 может состоять из запоминающего устройства и устройства вычисления разности. Анализатор 10 сравнивает показатели верности (коды) с выхода блока определителей верности 9 с установленными кодами и при достижении заданных значений вырабатывает команду на запись оценок значений параметров в регистратор 11. Регистратор 11 может быть выполнен на энергонезависимой памяти достаточного объема, кроме этого, он может содержать алфавитно-цифровой или графический индикатор. Таким образом, в предлагаемом устройстве реализуется накопление значений амплитуды сигнала с учетом знака, что значительно повышает точность измерения амплитуды при малых соотношениях сигнал/шум. Кроме этого,информация о знаке сигнала имеет важное значение, например, при работе методом зарядградиент. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство для предварительной обработки электроразведочных сигналов, содержащее входной блок,соединенный с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и первым выходом схемы управления, блок формирования оценок, схему управления, блок вычисления параметров, блок определителей верности, анализатор и регистратор,причем выход АЦП подключен к информационному входу блока формирования оценок, соединенному с первым входом блока вычисления параметров,второй вход АЦП и управляющий вход блока формирования оценок соединены с выходом схемы управления, второй вход блока вычисления параметров соединен с выходом переключателя, а выход блока определителей верности через анализатор подключен к первому входу регистратора, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок накопления, генератор опорного сигнала, причем выход блока вычисления параметров соединен с входом блока накопления,выход которого соединен с входами, регистратора и блока определителей верности, первый выход генератора опорного сигнала соединен с входом схемы управления, а второй выход генератора опорного сигнала подключен к третьему входу блока вычисления параметров.