автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Исследование и разработка информационных измерительных систем геоэлектроразведки для изучения комплекса параметров электромагнитных полей вызванной поляризации

яезкегрядский орденв деышш к 0рде8й октябрьской ребо^хом элехтрогехнкческйа кнсггктгт ехелк в.к.Ульянова

йа крш! рукописи

ТКЕВЕ Каоел Ивановна

ксслЕлов/шиг к разряботхя нифоршщаониых изкЕРаткяыпгк СИ стек гесэдектротзбелки для кзучкятш комплекс« парлкетров электронягпктюж ножа выззшшсз ПОЛЯГПЗАТПТК

Спецлзльносгь: С5.11.1Б - Информаииовно-илмерктелыг.чй си^гг^'г

•АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученей степени кандидата технических наук

Ленинград 1991

** >

' >/ - ^

Работа гшлолиена на заводе "Еазгсофнзпркбор" НПО "Р7Д-гесунзика"

Научный русоьодиткдь -. Засл. деятель науки я техник* РСФСР

доктор техпнпесхяг наук профессор Чернявский В.й-

осткциальные спонеиты:

доктор техзютгсхиж наук профессор Коядраахова Г.Я.

кандидат технически* каук доцент Ерастов Й.Д.

Ведутся организация - Производственно-геологическое объединение "Кзяазгеологмя"

Захята состоитсз - ^- г. в час. на за-

сылании специализированного совета К 063.36.04 Ленинградского ордена Ленина я ордена Октябрьской Резохиции эдектротехимяеекоге кнетитута имени В.И.Ульянова (Ленина) по адрес?: 137022, Ленинград, уж.Проф.Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

автореферат разослав " у " ^ ' 1931 г.

Учений секретарь спепиадизярованаого совета Юрков Ю.В.

ОВЯЯЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Меток визианпо* поляризации (ВП) занижает сдпо из ведущих ■ест в комплексе геофнзячссгях исследований в вирско применяется в СССР ■ за рубехом. Ст основа» на изучения вторичных злеетрокагкит-№1 полей, воэяикасцих ва границе раздела твердой в жидкой фаз горюх пород под действием искусственно соэглвасяого электрического пода. Характер изменений вторичного поля слахггаг образе* завя-емт от первичного поля, строении и'состава порол, что позволяет использовать тление ВП при геофизических всследоиашшх.

Вопросами теории и практики метода ВП и его технического обеспечении занимались многие исследователи, начяягя с французского геофизика К.Йхгяберхе, еже в 1912 году предлохнвеего идее использование явления ВЦ с геологическими целями. Хлчало цроныален-иого применении метода относится к концу пятидесяти» годов. Его становление и развитие ввязано с работами советских и зарубежных геофизихоп: В.Я.£ахнова, В.Л.Комарова, й.г-.Коряилыгепа, О.Н.Шаповалова, С.М.Яейнхана, Л. 3.ВоброЕЯКховл, А.В-Куликова. Д-Елсйга, В.БгхгеАма, Д.Иарвала.Т.Сигела. я др.

В иастояние рреих река юз? ее влияние иа совервевсхповавие методика И технжем измерений ГП охазывает уровень развития" средств иэ-морений.

ЛГГУДЯЬНОСТЬ ПРОЫЕЮ1- Метод ВП является сопим из осношг^} геофизических методов, оримеввеинх для поясков я разведки исстог рождения рудных полезных искосаемык, используется для реврлвя задач гидрогеологи»! и Инженерной геологии. В последнее вре&я метод иахцдит »се более широкое применение при поисках иесторохденнй нефти, а такие в геологическом картировании. Крс*е этого предпрн-юмеавтея попытки использовать изменение параметра» Ш (наряду с местропроводяостьв и радом других параметров), табячдаемнх длительное время на определенной вжяеади, в каяеетае предвестников землетрясений.

Вараду с этик, метод ИТ относит сяк "тяжелым" методам геофизических исследосапнй, т.е. к методам, требугеим еольсих трудозатрат в имеввих относительно сольет» стоимость преподаст исследований. Широкое применение метода объясняется рядом его преимуществ. Федя которых главным апляртея возхсхность еыжвхевия различных, в то«» числе мехкмх и вкракленннх, месторождений ргдвмх полезных и с-

коиаекяя. Потребности в етрье вынуждают производить поиски все оо-лее ппл-^л я гхубоко зллсгаЕцих объектов в более трудим* геоЛогя-^яскйк усяоззих. В связи с этки актуальна задачи првыаеяйВ эконо-ддчесхг.й м геологической эффективности исследований. Для ротения vvaнгк л' задач требуется соверяенствование информационных «заеря-•iöл».. ••« систем гаозлектрораззедки методом ЗП (ИЯС ВН). Бурное раз- ••

элементной база а, э "частности, микропроцессорной тэгники позволяет рвазкзоаать в полевой переносной аппаратуре достаточно,, глсжсис гаувянии. Однако, это требует. . разработан новы4 принципов аостроеиие ИЯС ЗП и сооерягнствованиа . алгррктяоз обработки reo-, ллекгроразьедочныг сигналов. . ,; - '

ЗЕЛЬЯ) РЙБСТ51 авгпйтся теоретическая и прзктячеезсая разработка ИИС ВП а их »штрслогического обеспечения, .испытание разработанной аппаратуры в лабораторных я производственных условиях к внедрение ^е з производство. i . . - .

ОСЯОВШйШ ЗЯДАЧЛМИ РАБОТЫ являэтеа: .

- анализ зозмозкых путей совериеаствовання ИИС ВП с целью по-зкиения геоаогичссгсй и зкоиомипсскои -эффективности, герфиаяяесхцх работ; "

- исследования сигналов и помех, действующих при' проведении геозлектроразёёдочных работ;

- поиск алгоритмов цехгвой обработки геозлектроразаедочных сигналов, обеспечнваиздил высокую-помехоустойчивость измерительны* устройстз; - , ^

- определение трейуемых характер»ствк измерительного' канала, ккнихизиргадих апсар&тпув избыточность ИИС ВП при заданной допустимой погрешности оценивания целевых параметров;

- реализация разработанных алгоритмов и устройств, экспериментальное исследование опытных образцов аппаратуры в.лабораторных •л полевых условиях. .¡..

НДУЧНДЯ 20ВКЗШ1 проведенных исследований состоит в-;сле дующем.

1. Исследованы характеристики горизонтальных компонент электрического поля искусственного и естественного происхождения в диапазоне частот от 0,01 до 100 Гц, накоплены в цифровом.,веде массм-зы записей реальных сигналов. Рассмотрены модели сигналов м помех, ьарактерных для геоэлектроразведки.

2. Подучен оптимальный алгоритм целевой обработки геоэлектро-разьедочнах сигналов для цифровых ИИС ВП. •

2. Выполнен акалкз псгр^ностей ахплктгдких к еазсвы: пара--тров БП прк кногочастэткил нзмеренягд в сгучзе откловенкк нгрош;заики измерительного в генераторного гстройств Е"С РП,.

4. ¿осязана всзиоеность снкхсние частстьг диссрсгк^аику с^гл,--« ЕЕ, т?с позволяет рпсяирить дкапазок рабочих частот ЕП^ ЕЕ яр:: ■раякчекной частоте дкскретизадии сбрабЕтиваеисго скгкггь. у.сс2$~ 1ваны погрешности намерений аыалктуднах к с-азозк; парае^етрог ЕИ. :зннкахяие вследствие дискретизации зсЕТклсиного псряс-тэте-с"с-.--

5. Подучены Еирахеннк для определение требуемого чкехь т» 'В аналого-цифрового преобразователи, из допуст«ного гчекня погрешностей акпгнтудно-фазовнг параке-трсв БП, яЕзта1?1и; (антованнем обрабатываемого сигнала.

6. Разработаны к нссдедог&пн одкокаиальнцг и лгногокак&яьнкс ттройства цифровой обработки геоэдектроразведочных сигналов, о5-1давяис поваженной точностью к производительностью, высокой сто— !кьлэ универсальности к автоматизации процесса изаереикг.

7. Разработаны методики поверки ИИС для частотного г;*гк.»кта ¡года БП.

Новизна соккретныг технически* рекепкй подтверждена пятые йе-ЗрСКИМИ свкдстс льет ЕДИН.

ПРДЕТНЧЕСЕЙЯ ЦЕННОСТЬ состоит в разработке н виедреккх г. пг->-тодство новых измерительных сястек геоэлектроразведкк, обхааас-¡X по сравнении с суцествуиЕккн более висекой точное-ьж;, помегс— ггойчиэостыв и производительность!!, высокой степекьв аетежгткз?-п« процесса получение и обработки измерительной вкфорквцкк, чте, конечном итоге, позволяет сократить стоимость геофкзк^гесгяг нс-юдованйй и проводить поиски в районах с более ел опиши гсозогй-»скимн условиями. Разрабстанкаа и утверхленнас кетедкка. поверг и ззволяет контролировать метродопгчесЕиг характеристики £.::я£ргт5"рк »и их выпуске и эксплуатации.

ВНЕДРЕНИЕ РАБОТЫ. Результаты работы использована в выпускае-эй заводом "Еазгеофизпркбор" аппаратуре ЭЕЗ-С'СМ, а так ее в р£г-«бзтывгехой в СКБ завода аппаратуре 31СЕ-20Б, выпуск которой плг-»руетсн на 1933 г. В 1990 г. выпоено 5 комплектов аппаратуры К-204, к в 1991 г. запланирован выпуск 20 комплектов. Утвер^ден-2й годовой экономический эффект от использований одного ко?гплекта ппаргтуры 3 ¡13-204 составляет 10451 руб.

Йпппратура 2ЕЯ-204 аттестовала кал средство измерений я пн сзнз в гас?дарственный реестр.

Результаты внедрения подтверждена актами о аиедрсзхх.

ЛИРОВДПая осноакых положений 'работа поводилась на: V Зсесса пей "Задехяость я качество фушецжонжроваяна иифоржщ

скных егте* а'их элементов" (асвосабярае, 1Э85 г.); 71 Ресяувл :шнсеой научно-текшческой конференция молодых ученых я спецха^и т-зз геологов, (Караганда, 1986 г.); Всесоюзной научно-теяяичеез .сскфгреядеи "Автоматизация проехтированяя я управления хачествс (досхи, 1Э81 г.); встрече специалистов "Использование зычас: гч^ьйой а микропроцессорной техники при разработке геефязичеа аппаратуры" (йссхза, ВДВЯ, 1986 г.).

Образец аппаратуры ЭЯН-204 экспонировался на международ! зыставхе "Гаслоган 30" (Яоскза, 1390 г.), и на выставке "Наука •гягнизса в ССС?" (Пехин, КЕ?, 1333 г.).

НУБЛИЗДШИЗ. По теме диссертация опуб-анкссанно 13 печатных 1 ■¿л, з тс» числе получено 5 авторских свидетельств.

структура И СБъгй РЙБОТН. Диссертация состоят аз основ! тастя и приложении. Основная часть содержат введение, три г да; заключение и список литература, изложенные на 135 страницах ма1 пописиого текста. Работа иллюстрирована 31 рисунком и 7 таблица: Список литературы содержат 46 наименований. В приложении прнвед акты о внедрении.

КРАТКОЕ С0ДЕМИНН2 РАБОТЫ

20 ВВЕДЕЯИЭ обоснована актуальность выбранной темы, д краткая характеристика работы, сформулирована ее цель, присед результата и основные положении; амнасюше на зазвяту.

Е П2РЗСЗ ГЛАВЕ кратко описаны явление ВП, методы измерений ггри этом параметры. При зтса рассмотрена упрсаен структуряаа езеяа ИЯС ЕП, которая, в общем случае, состоит иа •.'.граторного (ГУ) а измерительного (ИУ) устройств. Выполнен ана --••,-г':пло8 я поаез, дейстзувдих при проведении геоэлектроразведо» -пзот метсдаин йЯ я сопротивлений. Рассмотрены записи реал! очгкагез, полученные з цифровом виде при помощи экспернменталы аппаратура :?2Н-206, привезена результаты обработки : . аг.йс;.>я ка ОЗН, ях спектральные характеристики. Исследованы за;

теристики горизонтальны* компонент электрического пмг искусственного и естественного происхождений в диапазоне частот от 0,01 до 100 Гц. Показано, что наиболее подход ¡таим описание» сигналов СП является представление их б гаомоничсскон ортогональной базисе. К промышленных районах значительную интенсивность имеют периодические помехи частотой 50 Гц. Спектральные линии этой помехи обычно нп совпадают со спектральными линиями полезного сигнала. Внешние помехи, обусловленные различными случайными факторами, представляют собой смесь фхуктуационных и импульсных помех, и имеют непрерывный частотный спектр неравномерный по частотной оси с резкич подъемом в области низких частот. Значительная часть энергии таккг помех обычно лежит в области частот, находящихся ниже первой гармоники полезного сигнала. Для борьбы с помехами в НКС геоэлектроразведки с успехом моют быть применена частотная и статистическая предварительная фильтрация сигналов. На основе анализа сигналов и помех предложено устройство, позволяющее формировать электрическую модель геоэлектроразведочных сигналов, близких к реальным. Это устройство может быть полезно при проведении различнах исследований и апробации ИИС геоэлектроразведкк на всех этапах ее разработки.

Далее в главе рассмотрены недостатки существующих ИИС ВП и предложены пути совершенствования КИС с цельо повшгеиия геологической и экономической эффективности геофизических исследований. Совершенствование ЙИС ВП с целью увеличения геологической эффективности исследований возможно за счет повышения точности и достоверности регистрируемой информации к увеличения информативности измерений. Показано, что одной из вахнейких характеристик ИКС ЕЕ, определявшей стоимость и качество проведения исследований, является помехоустойчивость ее ИУ. К преимупествзм частотного варианта метода ВП относят его повышеннуп помехоустойчивость к адднтквнкм электромагнитным помехам, реализуемую за счет узкополосной Фильтрации. Кроме того, что аналоговые фильтры на частотах в районе 1 Гц (типичных для метода ВЯ) реализуется с больииын техническими трудностями, применение высокодобротных фильтров приводят к недопустимо большому увеличению времени установления сигнала на выходе фильтров. Ввиду того, что трудно обеспечить высокуп температурную стабильность частотных характеристик таких фильтроз, возникает необходимость в периодической калибровке измерительного канала. Указанные особенности аналоговых Фильтров отрй'гатёяьно сказываются на

производительности геофизических исследований. Предпочтительным ьвлпетси применение в НИС ВП цифровых фильтров, которые обладает й.чрок;н4 разнообразием и высокой стабильностью передаточных характеристик.

Снижение трудозатрат и повышение производительности проводимых рлбот методом ВП мохе? быть обеспечено путем сокращения времени измерения непосредственно на каждой точке и на выполнение вспомогательных операций, а так хе уменызения численности обслуживающего персонала. Резервом повышения эффективности геофизических работ является автоматизация всех этапов получения и обработки измерительной информации. Перспективным представляется комплексирова-ние в одном измерительном устройстве функций, выполняеммых в настоящее время различной аппаратурой, предназначенной для исследований несколькими методами.

Наиболее просто реализация указанных направлений мохет быть обеспечена путем создания ИИС ВП нового поколения на микропроцессорной основе. На основании анализа функций, выполняемых ИИС ВП, и современных требований, предъявляемых к ним, предложено устройство для обработки геоэлектроразведочных сигналов.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена выбору,исследованию и реализации алгоритмов и устройств цифровой обработки сигналов для ИИС геоэлектроразведки. Основное внимание уделено вопросам, связанным с разработкой измерительных устройств для частотного варианта метода ВП.

Зачастую при проведении геоэлектроразведочных работ для возбуждения искусственных электромагнитных полей используют периодически изменяющийся электрический ток известной частоты и , как правило, в виде прямоугольных импульсов равной длительности чередующейся полярности с паузами или без пауз. Такой ток, а следовательно, в случае линейной реакции среды, и все измеряемые сигналы имеют дискретный частотный спектр, содержаний ряд нечетных гармоник. С учетом помех сигнал, поступающий с датчика электрического или магнитного поля, можно рассматривать как аддитивную смесь 2c(t)=s(t)+u(t), где a(t) -.периодический сигнал той же частоты w неизвестной формы, являющийся реакцией среды на первичное воздействие, a u(t) - процесс, обусловленный случайными факторами.

В частотном варианте метода ВП информационными параметрами обрабатываемого сигнала являются амплитуда и фаза нескольких (чаще двух) гармонических составляющих этого сигнала. При этом случайный

сигнал u(t) и выспие гармонические составляющие периодического сигнала s(-t) являются помехой.

В работе репаетсЕ задача построения частотного фильтра, наилучшим образом рыделяющий некоторую k-ю гармоническую составлявши полезного сигнала s(t) на частоте kwr. Фильтр должен иметь как можно бвлре уз?сую полосу пропускания вокруг частоты kw¿, , и как можно лучие подавлять сигнал ра реем остальной частотном диапазоне. Показано, что ревецие задачи в такой постановке, в классе линейных интегральных операторов, дла оценок амплитуды н фазы к-рй гармоники сигнала s(t) приводит к вычислению коэффициентов разложения сигнала в ряд $>урье:

т

J x(t)exp(-jkwc,t)dt

с

Частотный коэффициент передачи такого фильтра равен

k'uw) = 2 3ia{(w-kHI>)T/2>/{T(H-kwi,)} .

Время наблюдения Т должно бить кратно основному периоду сигнала. При этом достигается полное подавление остальных гармонических составляющих сигнала, а с увеличением времени Т пропорционально уменьшается ширина основного пика коэффициента передачи фильтра.

При выполнении измерений ВП частота тока ГУ может отличаться от частоты синхронизации ЦУ ИИС ВП, что вызывает погрешность оценивания Ск. ЕсЯЙ w^O^ основная частота сигнала, а частота синхронизации ИУ ЩС, где У - относительное отклонение час" л

тот, то можно пд*учи?£ вдозжение для оценки С^ в виде

С -

где В, = C¿ Isialfi f ДД J-i-fe)} >/í J" (}, am- индекс времени.

. Ряд отсчетов представляет собой дискретную периодическую функцию времени с периодам Ч/ц" . Оценка С^при некотором Фиксированном ш получается как ¡симплексная сумма всех гармонических составляющих сигнала sit). При этом модули всех составляющих входят в сумму S с весом вида sin(i)/z, а начальные фазы изненлотса на величину i>n+Y, рде V - учитывает знак весовой функции. Таким образом,погревнрр?ь оценки амплитуды и начальной Фазы любой гармо-

нячесхой составляющей сигнала зависит от величины , Формы сигнала , и времени.

Если первичное поле возбуждают импульсами прямоугольной формы, то кохио считать, что амплитуды составляющих принимаемого сигнала убывают примерно пропорционально частоте (1С^|~а/i, где а - некоторое постоянное значение) и его четные гармоники равны нулю. Кроме того, положим, что сигнал s(t) содержит ограниченное число N первых гармонических составляющих, и их начальные фазы принимают произвольные и не связанные между собой значения.

При этих условиях предельная относительная погреяность оценки амплитуды будет в случае, когда Фазы всех членов суммы S будут противоположны фазе k-го члена. При этом предельная относительная погреяность амплитуды будет равна

Л1' . ,

¿i 4(%Qi > <-

= l-|3in(ii7k)/('i,j k)|+k<L I-

¿,/.is~ ¡, % i/1f i -A;

Л '

Оценку Фазы С^ можно представить в виде

■I .

л

- + ч%\ кл> + А ,

где А погрепность определения Фазы к-й гармоники, вызванной влиянием остальных составляющих сигнала. Для случая ^ << 1 выполняется условие ^

|В-|<<|ВК| ,

при выполнении которого погрешность сценки фазы к— й гарионической составляющей сигнала будет максимальна в случае, когда все члены суммы Б кроме к-го будут ортогональны к-му. При этом абсолютное значение предельной погревности фазы к- й гармоники определяется выражением

Л

Л Ч\ =агсЪв[(к• Ц Si.Hl ( Д+1-к)) }/ 51 к) ]

¿--и*' I * к

где Б1(х)=зап(х)/х. Абсолютное значение предельной погреиности двухчастотного фазового параметра будет равно

1Д ^„Irtmli^ |+n|jim|)/(a-n)

В работе приведены графики зависимости о и à ^ 3 от , дгп сигналов с различным число* гармоник. Они, в частности, показывают, что при отклонении частот до 5 10 % (что легко доспжиио с помочью кварцевых резонаторов), если входные устройства ЙУ ИНС ВЦ обеспечивают подавление сигнала на частотах вкае 20-й гармоники, предельные погреаности амплитудного и дзухчастотиого фазового параметров не превышает, соответственно, 0.01Х и 0,035 гре.,*.

Одной из основных задач построения ЯЯС является задача определения требуемых параметров измерительного канала, обеспечивающих минимальные аппаратные затраты при заданных петрологических характеристиках ИЕС. В частности, для ИИС, содержащих в езоем состап« цифровые устройства обработки данных, требуется определить слосоО дикретизации и необходимое число разрядов АЦП- Если выбран метод равномерной дискретизации, то встает задача выбора частоты днеяро-тизацин.

При всех достоинствах цифровых устройств, они имеит сравнительно низкое быстродействие, что ограничивает сверет диапазон рабочих частот аппаратура. Пак известно, нижний предел частоты равномерной дискретизации сигналов с непрерывным и ограниченным частотным спектром установливает теорема Котелышкола. При этой эта частота mosct оказаться выше возможностей устройств обработки. Б работе доказано, что для периодических сигналов (характерных для ИИС RIÎ), имеюдих дискретный спектр, возможно практически неограниченное снижение частоты дискретизации без потерн информации. Условие, при котором это возможно, заключается в следуттаем.

Если периодический сигнал s(t) основной частота к "мозет быть полностью восстановлен по своим дискретны« отсчетам, взятии с частотой w^=w../N, то он такхе нохет бить восстановлен при скнхенш! частота дискретизации в L раз, если L и N не имеют сбпнх цезих делителей кроме 1. При этом доказано, что

л'

Сг"=д-/_ S; exp(-.i2/t bLi/N) = C^Jj ¿_ sLe=p(-j2й ЫЛП ,

i- i

т.е. коэффициенты дискретного преобразования Фурье (ДШФ) нового ряда отсчетов э^сигнаяз s("t), опеделенных указанным способом, совпадает с коэффициентами Д.ТФ исходного ряда s- , что позволяет восстановить сигнал s(t).

ИСГ0Д1ШЙ дискр(ТТ»ШЙ сигнал s мояет быть восстановлен непос-

средстзенко по отсчетам путей переупорядочнванкя , n=i• L (ciod К) ;

1=0,1.....К-1 ; DL=0,1.....К-1.

При этой нндсес а определяется как остаток от деления на N произведения ili. Если К и L не киевт обцих цели! делителей, крохе 1, такое преобразование однозначно.

В работе исследовано влияние снижения частоты дискретизации ка точность определения амплитудно-фазозых параметров ВП в условиях пемез. Получены выражения дла дисперсии оценок произвольного коэффициента ДПФ при известных функции корреляции или спектральной плотности модности (СИМ) аддитивной помехи. В качестве показатели рассматривается отношение Q дисперсии помехи к дисперсии оценки коэффициента ДЯФ. Проведенные исследования, в частности, показывает, что если отсчеты помехи не корредированы между собой, то й=Ы независимо от к и L. Если помеха имеет равномерную к ограниченнув СЯК, при уменьшении частоты дискретизации (т.е. увеличении L) отношение Q практически не зависит от L и равно Н. Увеличение числа К точек ДПФ при L=1 более, чем требуется, исходя из теоремы Ко-тельникоЕа, не улучяает точности оценок коэффициентов ДПФ. В случае, когда СЭЛ помехи существенно неравномерна, показатель Q может значительно колебаться при различных L, но с увеличением L стремится к N.

На основании вышеизложенного предложено устройство для предварительной обработки геоэлектроразведочныя сигналов, ноззоляшцее значительно расширить область рабочих частот аппаратуры и применять более сложные алгоритмы обработки сигналов. Это устройство реализовано в измерителе геоэлектроразведочной аппаратуры ЭНа-204.

Задача выбора числа разрядов АЦП рассматривалась во многих работах. Однако, при разработке ИИС ВП необходимо знать зависимость между вагон квантования АЦП и возникающей в результате квантования сигнала погрешность» измерения целевых параметров. Б работе решается задача выбора оптимального числа разрядов АЦП исходя из допустимого увеличении погреаности оценивания амплитуды и фазы произвольной гармоники периодического сигнала.

Дискретные отсчеты у- периодического сигнала x(t), поступа»-ев;ие в вычислительный блок с выхода АЦП, можно представить как аддитивную смесь уч + tf i , где ж j - дискретные значения сигнала, а £ - онибки квантования. Релизации ошибок квантования можно рас-

сматривать как случайные независимые ведичи!1а, ииевчке одинаковые распределения вероятностей. Рассмотриваотся функции распределении модуля и Фазы радиуса-вектора точки, координатами которой явлпптся

оценки действительной а„и мнимой Ь^части коэффициента С .Показано,

л л,

•¡то при этих условиях Ь^ независимы и распределена нормально с

параметрами (а,., о~) и I ), соотзетстаснно, а ил дисперсия равна

О /2М, где ,Г<- среднсквадратическое отклонение овкбох квантования.

* /Л

Одномерная функция распределения модули Р 1|С, | имеет вид обое-ЗСННОСО р(?Л6«ЯС!?0Г0 закон*

( р I .

.1 - С..п I - 'рункмии Бйсезли иулепогэ порядка от мнимого ар-гумннта. При уплояни -л. ;>> <~ (что аынсаняется, асли заг квантования достаточно мал) ¡4 " близко :<Ч . .лункиия рае»р<;д«з«!тя Рзлея пе-рохидит з нермальнуп с параметрами ч и -У . Функция распределения Фазы равна

< У ) г«*р{--— } + ^ V-- —г""' - ^ ) 3 <

<•■ и--::

< охр{- . з1п(^'-^ ) } ,

где У г - мат. оащдание Ч' , а . ] - функция Лапласа. 2 с'ли

( /11 )со5 (Р'-Ч..) > 3 для небольаил значений У - закон распределения фазы нормальный со средним и дисперсией ^у ~/) . Зри г.аданной допустимой погрепности измерения анплитудно-фазовых параметров определяется максимально допустимый шаг квантования. В работе приведены результаты расчета требуемой разрядности АЦП для различных значений погрешности амплитудных н фазовых параметров и при различном числе N точек ДДФ.

Показано, что число разрядов суцествуюаих отечественных малопотребляющих БИС ДЩ1 общего применения зачаступ не удовлетворяет требований разработчиков геоэлектроразведочной аппаратуры. В работе предложено устройство для предварительной обработхи электроразведочных сигналов, позволяющее уменьшить относительную погреиность аналого-цифрозого преобразования.

8 ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приведено описание разработанной н выпускаемой серийно аппаратуры ЗИП-204 и экспериментального образца измерителя ЗИН-206. Приведены результаты испытаний аппаратуры з лаборатории*

ч lioaeiiux УСДОИИЯЕ.

Разработанные измерительные устройства реализованы на микропроцессорной основе. Их программное обеспечение включает акрокж набор программ статистической и частотной предварительной фильтрации сигналог, и npoj-рамм различной целевой обработки измерительны: данные, а такхе вспомогательные, диагностические и сервисные программы. Предусмотрена возиохносгь хранения результов измерений в встроенной памнтн и затем передавать их по стандартному интерфейс; для далъирР.ндй обработки. Все это позволило добиться высоких кет рологичеекия характеристик аппаратуры, расчирить число измеряемы параметров, и в значительной степени автоматизировать процесс сбо ра, хранении к дальнейшей обработки измерительной информации. Ьа личие в аппаратуре встроенных диагностических к сервисных Функци дает возкояность снизить вероятность брака в проведении геофкзн ческих нссдедосдний и, тем самый, повысить их экономическую зффек тивность.

Результаты исследования трег опытных образцов измерителе ЭЯН-204 в лаборатории* условиях СЕИдетедьетвуют о высокой стабилъ ности их метрологических характеристик в широком диапазоне eiwms тическия воздейстпий. Испытания аппаратуры на гилс- и ьлагозлщ ценность, виброусгойчивость и ударопрочность показали, что указа» ные воздействии, а такхе изменение напряжения питания измерителя пределах от 10 до 20 Ь, не оказывают влияния на кетрологическ1 характеристики аппаратур«. Сравнительные испытания показали, ч-врекк уетанопленкя показаний измерителей ЭШГ-204, в зависимости i рабочей частоты, в 1,5 - В раз меньше, чем у измерителей УЗБ-203

Работы но изучению волмох>юстей измерений с аппаратур ЭШ1-204 различных гк'"Г«кг:г:>0!- о л с к я и ч с ск и х и магнитных полей в поднялись на известны:; р^допрояилекнпх Юхного и Западного Каза стана. Намерении электрической составляющей выполнялись на участ в пределах иедно-колчеданового месторождения установкой срединно градиента при АБ-1000 к, сеть наблюдений 200x50 к, методами Bii сопротивлений. Ьозбуждение первичного поле осуществлялось при п мощи генераторной установки ГЭГ-ЭМ1-203. Измерение проводились к на одной частоте, так и во всей диапазоне частот на отдельны* г: кетах. Результаты измерений практически пряностью совпали с пол чешшми ранее с аппаратурой ЭВИ-203.

На участке, ра сполох« кок с предела j? титвно'-иагиетитового \

(ой^оавлениа, представленного прожилковыми и вкрапленный!! р?дая'Ь шполнялись комплексные измерения с опытными образцами аппаратура НШ-204 и квантового преобразователя МДН-205. Профильный язяергина юдярнзуемости выполнялись на частоте 1,22 Гц как при гарионичее-сом, так и при дискретном способе обработки сиг'наДой ВО ЙреМЯ йрО-ту екания тока и в паузе. Рудная зона отмечалась ниЗкима Значениями сажущегося сопротивления и аномалией Фазового параме'грл ннтененз-10стьп до -5 градусов. Полученные графики кажущейся Поляризуемости л подобны по Форме,но различны по кИптрастносТН аномалии, что сог-засуется с теорией и практикой ийпУдьСных измерений в методе ВП.

Сопоставление частотных характеристик на данном упастхе, измеренных при различных способах обработай сигнала, показиваот на несущественные отличия в значениях пОлйризуеиости. В то же время, над магнетитовкми рудами значения поляризуемости, изяереиные пря гармоническом способе обрабо*г'ки, зо всех случаях бодызе по абсо-лптной величине, ч'ёН при дискретном способе анализа, а над вмеаап-пн«й обратные соотношений указамшх величин,

чГо г-.бить иеКЭДЬаэ&аио при классификации анояадмй.

Наблюдения маЗДДОМвГО поля ВП выполнялись на частоте 1,22 Гц с установками длинного кАбелн при различной длине питавшей линии (от 100 до 2000 м.). Но даннш« измерений Т-компоненты вторичного наг-ннтного поля получены знакопеременные аномалии, отражавшие наличие в рудной зоне двух поляризующихся объектов, что согласуется с данными измерений в электрическом поле.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Основные результаты н выводы по работе.

Работа посвящена вопросам разработки измерительных систем геоэлектроразведки, предназначенных ддя исследований комплекса параметров электромагнитных полей ВП. Основное внимание уделено проблемам создания микропроцессорных измерительных устройств для полевых геофизических исследований методом ВП. Вместе с тем разработанная аппаратура обладает значительной универсальностью и гибкостью, и позволяет выполнять измерения рядон методов.

1. Выполнен анализ сигналов и помех, действующих пря проведении геоэлектроразведочных работ, предложено устройство, позводяэ-щее формировать электрическую модель геоэлектроразведочных сигналов близких к реальным.

2. Рассмотрены пути совершенствований НЯС ВП с цед&э повышения геологической и экономической эФФ^ТИВНОСТ» ГвОЭПОТЗатжяг не-

сдедрваняй. Наказано, что наиболее просто реализация этих иапвй] ДОНИЙ козе? ьить обеспечена путей создания ИИС нового ииа на микропроцессорной основе. На основании анализа Функций. В! полпремых НИС ВП, и современных требований, предъявляемых к ни) предложено устройство для обработки геоэлектроразведочных сигнал

3. Показано, что оптимальным (в смысле линейной Фильтраци алгоритмам оценивания амплитудно-фазовых параметров электромагни ных лолрй вызванной поляризации является алгоритм, основанный определении отдельных коэффициентов ДПФ обрабатываемых сигнало Для повышения помехоустойчивости оценивания целевых параметр предложен алгоритм предварительной гребенчатой цифровой фильтр ции, не искажающей Форму периодического сигнала.

4. Получены оценки предельной погреяности амплитудных и фа; вых параметров ВП для случая выделения гармоник сигнала через е преобразование Фурье, при отклонении частот синхронизации мзме] тельного и генераторного устройства ИИС ВП. Показано, что в бOJ ■инстве случаев необходимая точность измерений амплитудно-фазо] параметров может быть обеспечена при синхронизации ГУ и ИУ ИИС при помощи кварцевых резонаторов.

5. Исследованы погрерности оценок амплитудно-фазовых парам* ров ВП, возникающие вследствие квантования сигналов. Получены ражения. позволяющие определись требуемое число разрядов АЦП ис дя из допустимого увеличения яррпящноотей измерения амплитудно-зовых параметров, вызванных квангоряннеи обрабатываемого сигнал

6. Доказано, что во всех герэявЯТРОРазведочных методах, пользующих для возбуждения первичнорр ПОДЯ периодические элект магнитные поля, частота дискретизации ебва&атываемих сигналов е ИИС может быть выбрана сколь угодно цип^ГШ, или, при ограничен частоте дискретизации, значительно раапивен диапазон рабочих ^ тот.

7. Предложено устройство, позволяющее рзедкрить диапазон * тот ИИС для геофизических исследований периодическими низкочас-ными электромагнитными полями, а. также устройство, позволяющее ограниченном числе разрядов* АЦП " уменьшить отррертеигНУЮ поп ность аналого-цифрового преобразования. Указанные устройства 1 лиэованы в серийной аппаратуре ЭИН-204 и экспериментальна измерителя ЭИН-206.

В. Проведены экспериментальные исследования разработанцдй

паратур« з лаборатории* я полевых условиях, показавиие их пысокуэ точность, помезоусТойчивость. производительность я стабильность метрологических характеристик в аироком диапазоне климатических воздействий. Полевые испытания измерителей ЭИН-204 свиделельствувт об эффективности комплексирования в одном лрибореизмерений яироко-го набора параметров электромагнитных полей.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. А. с. 1157505 СССР, ЫКИ3Й 01 V 3/08. Устройство для нелинейной обработки электроразведочных сигналов/ В.Я.Лемец. В.А.йари-ненко, П.И.Тиаин, П.Ф.Федосеев, В.П.Шевченхо (СССР) .- N 3677522: Зляпл. 23.12.83; Опубл. 23.05.85, Бил. N 19.- 6 с.

2. А. с. 1203452 СССР, МКИ^ 01 V 3/08. Устройство для предварительной обработки эдектрораззедочных сигналов/ В.А.Иариненко, П.И.Тиаин. П.Ф.Федосеев, В.П.Шевченко (СССР) .- N 3768838/24-25; Заявл. 12.07.84; Опубл. 07.01.36, Бол. N 1.- 4 с.

3. А. с. 1206829 СССР, ИКИ3С 08 С 19/12. Устройство для определения временного положения импульсных сигналов/ Л.Г.Яуравин, С.Д. Рубцов, И. Семенов, П.И. Тивин, Е.В. Тнаина (СССР) . -Н 3781354/24-24: Заяв. 28.06.84; Опубл. 23.01.86, Бол N 3 .- 5с.

4. А. с. 1257592 СССР, НКН3С 01 V 3/08. Устройство для предварительной обработки электроразведочных сигналов/ В.А.Карнненко, П.И.Типнн, А.И.Циммерман, В.П.Шевченко (СССР) .- Н 3882297/24-25; Заявл. 09.04.85; Опубл. 15.09.86, Бол. N 34.- 4 с.

5. А. с. 1539708 СССР, МКИ^ 01 V 3/08. Устройство для предварительной обработки электроразведочных сигналов/ 3.А.Маркненхо, П.И.Тишин, А.И.Циммерман. В.П.Шевченко (СССР) .- N 4046024/25-25; Заябл. 28.03.86: Опубл. 30.01.90, Бюл. N 4.- 6 с.

6. Аппаратура электроразведочная низкочастотная ЭЯВ-204 / П.В.Кузьмин, 3.А.Иариненко, П.И.Тиаин. А.Н.Циммерман // Геофизическая аппаратура.- Л.: Недра, 1990.- N 92.- С.10- 24.

7. Измерение параметров электрических и магнитных полей с электроразведочной аппаратурой ЭИН-204 при поисках рудных место-рохдений: Методические рекомендации/В.Ф.Сарбан,В.Я.Лемец,П.3.Кузьмин, Л.Н.Типин и др.- Алма-Ата: ХазВИРГ, 1991,- 225 с.

8. Крыгина В.Я., Сарбая В.Ф., Типин П.Н. Теоретические оснсвм комплексных измерений амплитудно-фазовых параметров электрических

к магнитных полей ВЦ при поисках сульфидны* месторождений// Задач! прогнозирования, поисков, оценки и освоении месторождений полезны: ископаемых: Тез. VI Республик, науч.-техн.ронф. молодых уче-

ных к специалистов геологов, Караганда, март 1986.- íy^^ía--нтз КазИИС, 198Б.- С. 1С7 .

9. Кузьмин Карнненкр . Тииин В.И. Алгоритмы ррр&ен

чатой цифровой Фняьтрзиии эле|Етрртц»зведочных сигналов/ КзэРИРГ. Алиа-йта, С.г -Яеп. В Каз$ШНТК 01.03.90, N 2824.

10. Иарннснро В,Д., Кариненко )£.А.. Тишин П.К. Применение ал горитмов нелинейной Фильтрации для статистической обрабокн гео электроразведочных сигналов // Явтомстрия Нрвосибирск: 1987.- К 3.- С.37-41.

11. Кариненко В.П., Тиеин П.К., Циммерман й.Н. Специальный ге нератор вума дли геоэлектроразведки // Геофизическая аппаратура-Л.: Недра, 1988.- К 89.- С.120 - 122.

12. Нелинейные алгоритмы оценивание полезных сигналов по 01 гчетак, искаженным в канале связи / В.И.Власов, Б.Д.Нариненкг р.А.Кариненко, ц.к.Тиаин//Наде*ность и качество функционировав информационных сетей и их элементов: Тез. докл. V всесовзн. конф. Новосибирск, 2-4 иол» 1НВЬ г.- Новосибирск, 198Ь.- С. 22.

13. Тииин П.И..Иванов В.К. Фильтрация вума дискретизации в Ш с прямым и обратным преобразованием Уолаа// Автоматизации проект! рованир и управлении качеством: Тез. докл. Ьсесовзн. конф. Москв 26-27 иррб., 1981г.- 1С., 1381.- С. Ы.