Фазозадающее устройство для геоэлектроразведки

(51) 01 25/04 (2006.01) 01 3/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Для решения этой задачи предлагается устройство, содержащее задающий генератор,соединенный с делителем частоты, а также переключатель и сумматор,в которое дополнительно введены счетчик, три формирователя кодов, один или два сумматора и цифроаналоговый преобразователь, причем выход делителя частоты соединен с входом счетчика, один выход которого является выходом опорного сигнала, остальные выходы соединены с информационным входом первого формирователя кодов и с входами первого и второго сумматоров, вторые входы которых подключены к первому выходу переключателя,второй выход переключателя соединен с управляющими входами формирователей кодов,выходы которых поступают через третий сумматор на вход цифроаналогового преобразователя. В предлагаемом устройстве реализуется возможность формирования испытательного сигнала для калибровки геоэлектроразведочных приемников,выполняющих измерения двухчастотных фазовых параметров, при этом достигается высокая точность задания фазовых параметров.(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) ФАЗОЗАДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ(57) Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано в качестве меры при калибровке электроразведочных приемников,предназначенных для двухчастотных измерений фазового параметра. Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является уменьшение погрешности воспроизведения фазового сдвига. Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано в качестве меры при калибровке электроразведочных приемников,предназначенных для двухчастотных измерений фазового параметра. Известны устройства для воспроизведения угла фазового сдвига, в частности калибратор фазы(Патент 2024884, 01 25/04, заявка 4885628/21,26.11.1990, опубликовано 15.12.1994), содержащий опорный генератор, блок опорных частот, два фазозадающих канала и узлы развязки. Недостатком данного устройства является отсутствие возможности формирования испытательного сигнала для калибровки геоэлектроразведочных приемников, выполняющих фазовые измерения. Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является Фазозадающее устройство для геоэлектроразведки (А.с. 1076842,01 25/04,заявка 3466722,07.07.1982,опубликовано 28.02.1984), реализующее способ дискретного задания фазового сдвига для двухчастотного фазового параметра. Устройство содержит задающий генератор, каналы опорной и переменной фазы, сумматор, группу ключей,формирователь импульсов,переключатель,задающий значения фазового сдвига, и делители частоты. В фазозадающем устройстве с помощью формирователей временных интервалов и ключей формируется периодический разнополярный сигнал,не содержащий определенных нечетных гармоник,например, третьей, девятой и т.д. Этот сигнал суммируется с разнополярным прямоугольным сигналом, следующим с частотой третьей гармоники и сдвинутым по фазе на заданный угол. Недостатком устройства является относительно высокий уровень погрешности воспроизведения фазового сдвига, при котором затруднена(невозможна) оценка погрешности измерения фазового сдвига современных геоэлектроразведочных приемников. Эта погрешность является следствием того, что формирование фазовых сдвигов в прототипе основано на формировании составляющих суммарного сигнала в разных элементах, что приводит к различиям в искажениях и задержках составляющих общего сигнала. Целью изобретения является уменьшение погрешности воспроизведения фазового сдвига. Для достижения поставленной цели в фазозадающее устройство для геоэлектроразведки,содержащее задающий генератор, соединенный с делителем частоты, а также переключатель и сумматор, введены счетчик, три формирователя кодов, один или два сумматора и цифроаналоговый преобразователь, причем выход делителя частоты соединен с входом счетчика, один выход которого является выходом опорного сигнала, остальные выходы соединены с информационным входом первого формирователя кодов и с входами первого и второго сумматоров, вторые входы которых подключены к первому выходу переключателя,второй выход переключателя соединен с управляющими входами формирователей кодов,2 выходы которых поступают через третий сумматор на вход цифроаналогового преобразователя. На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Фазозадающее устройство для геоэлектроразведки содержит задающий генератор 1, делитель 2, счетчик 3, переключатель 4,формирователи кодов 5, 6, 7, сумматоры 8, 9 и 10,цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 11. Выход 12 ЦАП 11 является выходом калибровочного сигнала, на выход 13 поступает опорный сигнал, используемый при проверке параметров фазозадающего устройства. Для описания работы устройства необходимо пояснить, что в качестве зондирующего сигнала в частотных вариантах (в том числе и фазовых) метода вызванной поляризации обычно используются периодические разнополярные токовые импульсы. Такой сигнал можно представить в виде суммы нечетных гармоник где 0 - амплитуда прямоугольного токового импульса- номер гармоники 2, где - частота повторения прямоугольных импульсов. В фазовом варианте геоэлектроразведки широкое применение получили относительные измерения,при которых измеряются двухчастотные фазовые параметры где- фазовый сдвиг на частоте относительно какой-то общей точки. При измерении двухчастотных фазовых параметров в качестве пар частот обычно используют первую и третью, третью и девятую гармоники сигнала, при этом измеряют фазовые параметры (1-3) и (3-9) соответственно. Таким образом, в качестве меры для калибровки приемников, измеряющих двухчастотные фазовые параметры, могут быть использованы устройства,вырабатывающие периодический разнополярный сигнал, в котором присутствуют первая, третья,девятая гармоники, фазовый сдвиг между которыми можно задавать с требуемой точностью и изменять в необходимых пределах. Калибровочный сигнал можно синтезировать как из суммы синусоид, так и из прямоугольных сигналов. В последнем случае соответствие параметров сигнала заданным требованиям можно проверить с помощью распространенных измерительных приборов. Фазозадающее устройство для геоэлектроразведки работает следующим образом. Задающий генератор 1 вырабатывает импульсы,частота повторения которых после деления делителем 2 определяется как 1, 26940 где 1 - рабочая частота, равная первой гармонике сигнала- определяется количеством и номерами используемых гармоник, а также значением минимального угла фазового параметра, который может быть задан фазозадающим устройством. Например, при использовании только одной пары частот и минимальном фазовом сдвиге (1-3)1 частота на выходе делителя 2 должна быть, с учетом (2), равной т.е. для заданных условий 540. Для того, чтобы коды на выходах счетчика повторялись синхронно с периодом рабочей частоты 1 1, цикл работы счетчика выбирается равным 1, таким образом, за период рабочей частоты 1 на выходе счетчика присутствуетзначений кодов,которые изменяются от 0 до (-1) с интервалом времени Коды с выходов счетчика 3 поступают на вход формирователя кодов 5 и на входы сумматоров 8 и 9. Формирователь 5 по поступающим кодам формирует на выходе коды таким образом, чтобы на выходе ЦАП 11 формировался периодический сигнал, показанный на фигуре 2 а. Форма этого сигнала определяется функцией Разложение функции 1 в ряд Фурье имеет вид 2 3 0 1 1 1 ( ) 5 7 Спектр данного сигнала не содержит гармонических составляющих, кратных трем,следовательно, при его суммировании с сигналом,содержащим третью гармонику и не содержащим первую,значение двухчастотного фазового параметра (2) в суммарном сигнале определяется временной задержкой между этими сигналами и не зависит от общей задержки сигналов и их амплитуд. Функция (4) может быть представлена ее дискретными значениями от переменной Формирователь 5 при значениях кодов от 0 до должен формировать код, соответствующий нулевому значению на выходе ЦАП 11, при значенияхот формирователя должен быть код, соответствующий 1 и т.д. Один из вариантов реализации такого формирователя - использование микросхемы ПЗУ т.д. Удобна и реализация на микроконтроллере с использованием программ сравнения и преобразования кодов. Формирователи 6 и 7 могут быть выполнены аналогично. Для того, чтобы можно было одновременно калибровать фазовые параметры (1-3) и (3-9),формирователь 6 по поступающим на его вход кодам генерирует коды таким образом, чтобы на выходе ЦАП 11 формировался сигнал и по форме,аналогичный сигналу (5), но следующий с утроенной частотой (фиг.2 б). Амплитуду 3 для соответствия соотношений с прямоугольным разнополярным сигналом (1) можно выбрать равной одной трети амплитуды первой гармоники 1 (6). Отставание или опережение сигнала,следующего с частотой третьей гармоники достигается за счет того, что коды с выходов 3 счетчика 3 поступают на входы формирователя кодов 6 через сумматор 8, в котором суммируются с кодом, приходящим с переключателя 4, задающего дискретные значения фазового параметра. При задании фазового сдвига, равного нулю,значение кодов, поступающих в сумматор с выхода счетчика 3, не изменяется. Формирователь 7 по кодам, поступающим с выхода счетчика 3, генерирует на выходе коды,которые в ЦАП 11 преобразуются в прямоугольный разнополярный сигнал,частота повторения которого соответствует частоте девятой гармоники,т.е.(8) Коды с выходов формирователей 5, 6, 7 суммируются в сумматоре 10, суммы поступают на вход ЦАП 11, в котором преобразуются в выходной сигнал, показанный на фиг.2 г. В случае, если сигналы, создаваемые кодами с выходов формирователей первой 5 и девятой 7 гармоник не имеют фазового сдвига относительно выхода опорного сигнала 13, т.е. 10, 20, а сигнал (фиг.2 б), частота которого сдвинута на заданный фазовый угол 3, двухчастотные фазовые параметры в соответствии с (2) будут равны Полученные значения показывают, что при 190 и 30, значения (1-3) и (3-9) имеют противоположный знак и отличаются в три раза по величине. Чтобы (для удобства при калибровке) эти параметры были равны, можно ввести сумматор 9,на который с переключателя 4 нужно подавать коды, сдвигающие фазу сигнала (фиг.2 в) на угол,равный 943. Это значение получается, если принять (3-9) Таким образом, на выходе фазозадающего устройства генерируется сигнал с заданными фазовыми параметрами (фиг.2 г). Данный сигнал представляет сумму простых прямоугольных сигналов, параметры которых можно проверить с помощью стандартных измерительных приборов,оставляя поочередно один из сигналов (фиг.2 а, б и в), что достигается путем подачи на управляющие входы формирователей 5, 6, 7 соответствующих сигналов со второго выхода переключателя 4. Как следует из формулы (2), значение двухчастотного фазового параметра не изменяется при задержке составляющих (гармоник) сигнала на одинаковое время - за счет использования этого свойства достигается существенное снижение погрешности. В предлагаемом устройстве выходной сигнал формируется лишь одним аналоговым устройством,поэтому все составляющие суммарного сигнала имеют одинаковые задержки и форму сигналов,остальные элементы - цифровые, для всех составляющих вносят практически одинаковый сдвиг. Такое построение устройства позволяет существенно снизить общую погрешность устройства, что является целью изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Фазозадающее устройство для геоэлектроразведки,содержащее задающий генератор, соединенный с делителем частоты, а также переключатель и сумматор, отличающееся тем, что в него введены счетчик, три формирователя кодов, один или два сумматора и цифроаналоговый преобразователь, причем выход делителя частоты соединен с входом счетчика, один выход которого является выходом опорного сигнала, остальные выходы соединены с информационным входом первого формирователя кодов и с входами первого и второго сумматоров, вторые входы которых подключены к первому выходу переключателя,второй выход переключателя соединен с управляющими входами формирователей кодов,выходы которых поступают через третий сумматор на вход цифроаналогового преобразователя.