УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЯМОГО ПОИСКА ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
DEVICE FOR DIRECT SEARCH OF GEOLOGICAL FEATURES

Изобретение относится к геологоразведке методами становления электромагнитного поля и может быть использовано для прямого поиска локальных геологических объектов, в том числе и вблизи дневной поверхности.
Известно устройство для осуществления известного способа, функциональная схема которого составлена в соответствии с описанием (Могилатов B.C., Балашов Б.П. Зондирования вертикальными токами. // Физика Земли. №6, 1994, с.73-97) и содержит подключенный к источнику питания генератор тока, соединенный первым выходом с питающим электродом, расположенным в центре окружности, образованной другими питающими электродами, которые подключены ко второму выходу генератора тока с помощью соответствующих лучевых отрезков питающей линии, расположенных по радиусам этой окружности через равные заданные углы, не превышающие 60°. В каждый из лучевых отрезков питающей линии включен регулятор тока. Измерительные выходы регуляторов тока соединены с управляющими входами регуляторов тока через блок измерения и регулировки тока, синхронизирующий вход которого объединен с соответствующим входом генератора тока. Измеритель магнитной составляющей поля соединен с индукционным датчиком и переносной ЭВМ. Измеритель электрической составляющей соединен с датчиком электрической составляющей поля, представляющим собой приемную линию MN, и переносной ЭВМ. Синхронизация момента выключения тока генератора тока и момента начала работы измерителей магнитной составляющей и электрической составляющей осуществляется с помощью одновременной работы кварцевых часов в генераторе тока и измерителях.
Данное устройство позволяет осуществлять известный способ прямого поиска геологических объектов, но обладает рядом недостатков. Во-первых, с увеличением числа лучевых отрезков или с увеличением тока в лучевых отрезках необходимо увеличивать амплитуду импульсов тока генератора тока, поскольку она равна сумме амплитуд токов в лучевых отрезках и, соответственно, требуется генератор тока большей выходной мощности, что снижает надежность работы устройства. Во-вторых, известное устройство не обеспечивает стабилизации амплитуды импульсов тока в лучевых отрезках, что приводит к нарушению осевой симметрии введения тока в землю и, следовательно, к повышению фона нескомпенсированного нормального магнитного поля. В-третьих, при поисках геологических объектов, залегающих на небольших глубинах, т.е. при измерениях сигнала переходного процесса на ранних стадиях, требуется высокая точность кварцевой синхронизации между генератором тока и измерителями электрической и магнитной составляющих поля, что в полевых условиях трудно обеспечивать, так как высокостабильные кварцевые часы достаточно громоздки и требуют дополнительного расхода энергии.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство, описанное в патенте РФ №2111514, содержащее источник питания, связанный с генераторами тока (трансмиттерами), питающие электроды, расположенные в центральной части окружности, образованной другими питающими электродами, лучевые отрезки питающей линии, одни концы которых подключены к соответствующим питающим электродам, расположенным по окружности, а другие концы объединены, при этом лучевые отрезки расположены по радиусам окружности через равные углы, не превышающие 60°, и в каждый лучевой отрезок включен регулятор тока, измерительный выход которого соединен с управляющим входом через блок измерения и регулировки тока, а также содержит связанные с ЭВМ измерители электрической и магнитной составляющих поля, подключенные к соответствующим датчикам, при этом каждый из генераторов тока соединен последовательно с соответствующим регулятором тока и подключен к второму концу соответствующего лучевого отрезка, а объединенные вторые концы всех лучевых отрезков соединены с одним из полюсов источника питания, другой полюс которого соединен с питающими электродами, расположенными в центральной части окружности. Устройство содержит также приемники спутниковой радионавигационной системы, первый выход одного из которых соединен с объединенными синхровходами генераторов тока и блока управления и регулировки тока, первые выходы других приемников соединены с синхровходами соответствующих измерителей, а вторые выходы этих приемников связаны с соответствующими ЭВМ. При этом каждый из регуляторов тока может быть выполнен в виде стабилизатора тока регулируемого.
Известное устройство позволяет осуществлять прямой поиск геологических объектов, но обладает рядом недостатков. Во-первых, генераторы тока работают в соответствии с диаграммой тока, заданной блоком измерения и регулировки тока. Диаграмма тока представляет собой чередование импульсов тока положительной и отрицательной полярности заданной амплитуды и длительности с паузой между ними. Вследствие этого стабилизаторы тока регулируемые также должны работать в диапазоне токов положительной и отрицательной полярности, что не позволяет получать достаточно высокий коэффициент стабилизации, а переключение токов стабилизатором тока часто приводит к сбою стабилизации, что существенным образом сказывается на результатах измерения. Во-вторых, питание устройства необходимо осуществлять от источника постоянного тока большой мощности, например, от трехфазного выпрямителя, поскольку максимальная амплитуда тока от выпрямителя должна быть равна сумме амплитуд токов всех генераторов тока, что увеличивает габариты и массу устройства и снижает надежность работы. В-третьих, генераторы тока (трансмиттеры) не охватываются кольцом стабилизации, что снижает общий коэффициент стабилизации токов в лучах кругового электрического диполя (КЭД).
Основным недостатком известного устройства является то, что регулятор тока включен в цепь луча и при изменении параметров регулирования меняются параметры луча, т.е. нагрузки, что является дополнительным источником нестабильности. В известном устройстве нагрузка (луч) включен на выходе регулятора тока и момент выключения/включения тока определяется трансмиттером тока. Вследствие этого фронт выключения тока определяется не только переключательными способностями трансмиттера, но и параметрами нагрузки, а также параметрами регулятора тока, что сужает область применения устройства при выявлении некоторых локальных объектов. Увеличение длительности фронта выключения тока в нагрузке за счет использования регулятора ограничивает диапазон регистрации сигнала переходного процесса в области ранних времен и, следовательно, не позволяет достоверно выявлять приповерхностные и малоглубинные неоднородности. В то же время невозможность получения на выходе регулятора напряжения превышающего входное напряжение источника питания ограничивает область применения устройства при повышенном значении сопротивления заземления или при необходимости увеличения глубинности исследований.
Изобретение направлено на решение задачи расширения области применения устройства прямого поиска геологических объектов за счет расширения диапазона исследуемых глубин благодаря уменьшению влияния регулятора тока на длительность фронта выключения тока и обеспечению возможности проводить измерения на ранних временах, т.е. на малых глубинах, а также благодаря возможности обеспечения больших значений тока в нагрузке и обеспечению большей глубинности исследований. Изобретение направлено также на решение задачи повышения разрешающей способности по площади и по глубине за счет повышения точности поддержания заданного значения тока в лучевых отрезках, а также за счет снижения фона остаточного (нескомпенсированного поля) КЭД и увеличения диапазона и точности измерения магнитной и электрической составляющих поля.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для прямых поисков геологических объектов, содержащем один или несколько соединенных между собой питающих электродов, расположенных в центральной части окружности, образованной другими питающими электродами, лучевые отрезки питающей линии, одни концы которых подключены к соответствующим питающим электродам, расположенным по окружности, а вторые концы объединены, при этом лучевые отрезки расположены по радиусам окружности через равные углы, не превышающие 60°, источник питания, трансмиттеры и регуляторы тока по числу отрезков питающих линий, блок управления, связанные с ЭВМ и с приемниками спутниковой радионавигационной системы СРИС измерители электрической и магнитной составляющих поля, подключенные к соответствующим датчикам, согласно изобретения предлагается источник питания выполнить в виде источника трехфазного напряжения, регуляторы тока выполнить по схеме высокочастотного преобразования с ШИМ, а в каждом лучевом отрезке питающей линии трансмиттер включить так, что один выход нагрузки трансмиттера подключен к одному концу лучевого отрезка, а другой выход нагрузки - ко второму концу лучевого отрезка, при этом объединенные вторые концы всех лучевых отрезков соединены с одним центральным электродом или с несколькими объединенными центральными электродами, токовый измерительный выход каждого трансмиттера подключен ко входу регулировки тока соответствующего регулятора тока непосредственно, а задающий ток вход регулятора тока соединен с соответствующим выходом блока управления, управляющие выходы блока управления «ток» и «полярность» соединены с соответствующими управляющими входами трансмиттеров, при этом выход «ток» блока управления подключен к управляющему входу блока балластных резисторов, силовой вход которого соединен с силовым выходом регулятора тока, питающий выход которого соединен с питающим входом трансмиттера, выход перегрузки которого соединен со входом аварийного отключения регулятора тока, а источник трехфазного напряжения подключен к параллельно соединенным по трехфазному питанию регуляторам тока.
В предлагаемом устройстве подключение трансмиттеров непосредственно к нагрузке (лучевому отрезку) и центральному электроду и включение высокочастотного преобразователя (регулятора тока) между источником трехфазного напряжения и трансмиттером позволяет получить на выходе регулятора тока постоянное однополярное напряжение с заданным током стабилизации и исключить сбои при переключениях тока в трансмиттере, который включается в общую цепь стабилизации, что в целом позволяет повысить устойчивость системы, а переключение трансмиттера с нагрузки на блок балластных резисторов во время паузы в токовой диаграмме обеспечивает устойчивую работу источника трехфазного напряжения, т.е. питающей электростанции, и, тем самым, повышает стабильность тока на выходе трансмиттера, поскольку в цепь луча (нагрузки) включается только трансмиттер, параметры регулирования не влияют на параметры нагрузки и, тем самым, достигается большая точность регулирования токов в лучах, что в общем и целом уменьшает остаточное поле кругового электрического диполя и увеличивает разрешающую способность устройства по глубине и по площади. В предлагаемом устройстве нагрузка включена на выходе трансмиттера и фронт выключения тока зависит от переключательных способностей трансмиттера и параметров нагрузки (лучевого отрезка). Таким образом из цепи формирования фронта выключения тока исключен самый инерционный блок - регулятор тока. В предлагаемом устройстве за счет использования трансформатора может быть выбрано оптимальное напряжение для получения необходимой величины тока в заземленной питающей линии, при этом напряжение может значительно превышать напряжение питания трехфазной сети. Это расширяет возможности использования устройства при повышенном значении сопротивления заземления
На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства для прямых поисков геологических объектов; на фиг.2 - схема генератора тока (трансмиттера); на фиг.3 - схема блока регулятора тока; на фиг.4 - схема трехфазного выпрямителя; на фиг.5 - схема инвертора; на фиг.6 - схема аварийного отключения; на фиг.7 - схема мягкого пуска; на фиг.8 - схема интегратора с ШИМ; на фиг.9 - схема блока управления; на фиг.10 - схема блоков балластных резисторов; на фиг.11 - схема измерителя; на фиг.12 - схема размещения на местности устройства для прямых поисков геологических объектов; на фиг.13 - структурная схема устройства ближайшего аналога.
Устройство для прямых поисков геологических объектов (фиг.1, 12) содержит источник трехфазного питания Ф1, Ф2, Ф3, трансмиттеры 1, питающий электрод 2, расположенный в центре окружности, образованной питающими электродами 3, лучевые отрезки 4 питающей линии, расположенные по радиусам этой окружности через равные углы, не превышающие 60°. Одни концы лучевых отрезков 4 подключены к соответствующим питающим электродам 3, а другие концы соединены с одним из выходов нагрузки трансмиттера 1, другие выходы которых объединены и подключены к центральному питающему электроду 2. Вход «Питание» трансмиттера 1 соединен с выходом «Питание трансмиттера» блока 5 регулятора тока, при этом выход «Перегрузка по току» трансмиттера 1 соединен со входом «Аварийное отключение» блока 5 регулятора тока, трехфазный вход питания которого соединен с источником трехфазного питания Ф1, Ф2, Ф3 и параллельно соединен по трехфазному питанию с остальными блоками 5 регуляторов тока. Управляющие входы «Ток», «Полярность» трансмиттеров 1 соединены с управляющими выходами «Ток», «Полярность» блока 6 управления, кроме того, управляющие входы «Ток» блоков 8 балластных резисторов соединены с соответствующим выходом блока 6 управления. Выход «Питание балласта» блока 5 регулятора тока соединен с входом «Балласт» блоков 8 балластных резисторов. Измерительные выходы трансмиттеров 1 соединены с измерительными входами блока 6 управления и с входами регулировки блоков 5 регуляторов тока. Выход «Ток луча» блока 6 управления соединен с объединенными входами «Ток луча» блоков 5 регуляторов тока. Вход синхронизации блока 6 управления соединен с выходом приемника 7 спутниковой радионавигационной системы (СРНС), а вход «Интерфейс» блока 6 соединен двунаправленной шиной с ЭВМ 9. Выходы других приемников 7 соединены с синхровходами соответствующих измерителей, подключенных к датчикам 11 магнитной составляющей поля и датчикам 12 электрической составляющей поля соответственно, а вторые выходы приемников 7 связаны с соответствующими входами переносных ЭВМ 9, каждая из которых соединена с соответствующим измерителем 10.
Трансмиттер 1 (Фиг.2) может, например, представлять собой транзисторный коммутатор, выполненный по мостовой схеме, приведенной в книге «Геофизические и геодезические методы и средства при поисках полезных ископаемых в Сибири» СНИИГГиМС, 1982, с.46-50. Трансмиттер 1 может быть реализован на двух транзисторных полумостах 13 SKM75GB173D, которые управляются драйверами на IGBT-транзисторах типа SKYPER 32 PRO, в качестве датчиков 15 тока используются датчики на эффекте Холла ЛА25.
Лучевые отрезки 4 питающей линии, как и вся питающая линия, выполнены из геофизического провода ГПМП.
Регулятор тока 5 (Фиг.3) содержит трехфазный выпрямитель 16, инвертор 17, трансформатор 18, двухполупериодный выпрямитель 19, датчик превышения напряжения 20, схему аварийного отключения 21, схему мягкого пуска 22 и схему интегратора с ШИП 23, трехфазный выпрямитель 16, выполненный, например, по трехфазной мостовой схеме (источники питания радиоэлектронной аппаратуры: справочник / Г.С.Найвельт, К.Б.Мазель, Ч.И.Хусаинов и др.; под руководством Г.С.Найвельта. - М.: Радио и связь.1968. - стр.124-125) с фильтром на основе конденсатора С1, инвертора 17, выполненного, например, на основе полупроводникового преобразователя постоянного напряжения в постоянное инверторного типа на IGBT-транзисторных полумостах 13 и драйверах 14 с изолированным затвором, обеспечивающий высокую частоту инвертирования (Вейс М.Э., Голубенке Ю.И., Кусаинов Н.К. и др. Создание серии IGBT преобразователей частоты трансформаторного типа для питания промышленных ускорителей электронов, «Электротехника», 2005, №12, с.21-23).
Выходом питания регулятора тока 5 является вход трехфазного выпрямителя 16, выход которого соединен с входом инвертора 17, выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора 18. Управляющие входы инвертора 17 соединены с управляющими выходами интегратора с ШИМ 23, а выход перегрузки по току инвертора 17 соединен с выходом схемы аварийного отключения 21. Вторичная обмотка трансформатора 18 соединена с двухполупериодным выпрямителем 19, который может быть реализован по мостовой схеме (источники питания радиоэлектронной аппаратуры: справочник / Г.С.Найвельт, К.Б.Мазель, Ч.И.Хусаинов и др.; под руководством Г.С.Найвельта. - М.: Радио и связь. 1968. - стр.123). Двухполупериодный выпрямитель 19 с фильтром через датчик 20 превышения напряжения соединен с входом схемы аварийного отключения 21 (Фиг.6), которая содержит мультивибраторы 24-1, 24-2, 24-3, схемы «И» 25-1, 25-2, 25-3, схемы «ИЛИ» 26-1, 26-2, 26-3 и ключ 27. Схема 21 может быть реализована на триггерах ТМ2 CD4013 - мультивибраторы, CD4011 - схема «И», CD4001 - схема «ИЛИ». Ключ 27 может быть реализован на IGBT-транзисторе IRF120N. Кнопка «Работа/стоп» соединена с установочными входами мультивибраторов 24 и с одним из входов логического элемента ИЛИ 26, выход которого через ключ соединен с обмоткой контактора К1 трехфазного выпрямителя 16. Вход мультивибратора 24-1 схемы аварийного отключения 21 является входом регулятора тока 5 и соединен с выходом «Перегрузка по току» трансмиттера. Вход мультивибратора 24-2 соединен с выходом «Перегрузка по току» инвертора 17 блока 5 регулятора тока. Выходы мультивибраторов 24-1 и 24-2 через схему «И» 25-3 и схему «ИЛИ» 26-1 через ключ 27 также соединены с обмоткой контактора К1 трехфазного выпрямителя 16. Вход мультивибратора 24-3 соединен с выходом датчика 20 превышения напряжения инвертора 17. Выход мультивибратора 24-3 через схему «И» 25-2, схемы «ИЛИ» 26-2, 26-3 соединен с входом схемы мягкого пуска 22. Вход схемы «И» 25-1 схемы аварийного отключения 21 является входом блока 5 регулятора тока и соединен с выходом «Ток» блока 6 управления. Выход схемы «И» 25-1 через схемы «ИЛИ» 26-2, 26-3 соединен с управляющим входом схемы 22 (Фиг.7) мягкого пуска. Управляющие выходы схемы 22 мягкого пуска соединены с одноименными входами интегратора 23 с ШИМ. Схема 22 мягкого пуска реализована на реле 28-1, 28-2 (841-5-2A-D-24 VDC), резисторах R1, R2, R3, R4, конденсаторах C1, C2 и диоде VD1 (2N4992). Входы сумматора 29, интегратора 23 с ШИМ (Фиг.8) являются входами блока 5 регулятора тока и соединены один с выходом задающего тока блока 6 управления, а другой с измерительным выходом трансмиттера 1. Управляющие выходы интегратора 23 соединены с одноименными входами инвертора 17. Сумматор 29 реализован на резисторах R1, R2, а интегратор 30 непосредственно на контроллере ШИМ-модуляции TL494, конденсаторах С1, С2 и резисторе R3.
Блок 6 управления содержит усилители 31, мультиплексор 32, синхронизатор 37, который включает в себя процессор 38 и приемник 39 сигнала RS 232. Измерительными входами блока 6 управления являются входы усилителей 31, которые через мультиплексор 32 соединены со входом АЦП 33, управляющий вход которого и выход измерительной информации соединены с процессором 34, второй управляющий выход процессора 34 соединен с управляющим входом мультиплексора 32. Выход процессора 34, задающий рабочий ток в луче через ЦАП 35, соединен с буферным усилителем 36, выход которого является выходом блока 5, задающим рабочий ток в лучах КЭД. Интерфейс процессора 34 является входом-выходом блока 5 регулятора тока и соединен с ЭВМ 9. Выход режима синхронизации процессора 34 соединен с соответствующим входом процессора 38 синхронизатора. Управляющие выходы «Полярность», «Ток» процессора 38 соединены с соответствующими входами процессора 34 и являются управляющими выходами блока 6 управления. Входы «Метки времени» и «Координаты» приемника сигналов RS 232 являются входами блока 6 управления и соединены с выходами приемника СРНС или GPS (глобальная система позиционирования, США).
Усилители 31 могут быть реализованы на микросхеме ОР200, мультиплексор 32 - на микросхеме ADG508AU, АЦП 33 - на микросхемах OP97FS и AD7894AR-3, процессор 34 - на микросхеме PIC18F4320-I/P, ЦАП 35 - на основе микросхем AD5601BKSZ и ADR392AWZ, буферный усилитель 36 - на микросхеме OP113FS. Синхронизатор 37 реализован на процессоре 38 (микросхема PIC16F628-20/SO) и приемнике RS 232 (микросхема DC 14C89AM).
В качестве спутникового приемника 7 может быть использован приемник GPS GARMIN.
Блок 8 балластных резисторов (Фиг.10) содержит модуль IGBT-транзистора 46, драйвер 41 и балластный резистор 45. Управляющим входом блока балластных резисторов 8 является управляющий вход драйвера 41, который соединен с управляющим выходом «ток» блока 6 управления. Выходы драйвера 41 соединены с базой и эмигтером 3 модуля IGBT-транзистора 46, в цепь коллектора которого включен мощный балластный резистор 45, другой конец которого соединен с выходом силового питания блока 5 регулятора тока.
Блок 8 балластных резисторов может быть выполнен на драйвере с изолированным входом типа SKUPER 32 PRO, IGBT-транзисторном модуле APT40GF120JHD. Балластный резистор 45 изготавливается из витого полоскового нихрома, рассчитанного на ток до 10 А.
В качестве ЭВМ 9 используется любая переносная ЭВМ типа NoteBook.
Измерители 10 (Фиг.11) магнитной и электрической составляющих поля выполнены по одинаковой схеме и отличаются только величиной входного сопротивления, которое больше у измерителя, подключенного к датчику 12, представляющему собой приемную линию MN.
Измеритель 10 содержит усилитель 47, вход которого является входом измерителя. Выход усилителя через интегратор 48 соединен с входом АЦП 51, выход которого подключен к микроконтроллеру 53. Выход микроконтроллера 53 через ЦАП 52 соединен с входом усилителя 47 через ключ Кл.1. Двунаправленная шина микроконтроллера 53 является интерфейсным входом-выходом измерителя 10 и соединена с ЭВМ 9. Кроме того, микроконтроллер 53 соединен с двумя управляющими выходами синхронизатора 54, который содержит микроконтроллер 55 и преобразователь 56 интерфейса RS 232. Микроконтроллер 55 соединен с приемником 7 СРНС (GPS) через преобразователь 56 интерфейса.
Индукционные датчики 11 и 12, представляющие собой приемные линии MN, выполнены из геофизического провода типа ГПСМПО.
С помощью предлагаемого устройства можно осуществить способ прямых поисков геологических объектов по патенту РФ №2111514.
Исходя из конкретной решаемой геофизической задачи, определяют размеры и количество лучевых отрезков 4-кругового электрического диполя и амплитуду импульсов тока трансмиттеров 1, обусловленную глубинностью исследований. В соответствии с фиг.12 производят расстановку устройства на местности. При этом заземляют питающий электрод 2 в центре окружности, образованной равномерно заземленными питающими электродами 3. Питающие электроды 3, количество которых должно быть не менее 6, подключают к одним концам лучевых отрезков 4 питающей линии, которые располагают по радиусам окружности через одинаковый угол, не превышающий 60°С. Вторые концы лучевых отрезков 4 подключены к одному из выходов нагрузки трансмиттеров 1, вторые выходы нагрузки трансмиттеров 1 объединяют и подключают к центральному питающему электроду 2. За пределами окружности, образованной электродами 3, по профилям, построенным на продолжении радиусов, расходящихся из центра окружности, размещают датчики 11, 12, которые подключают к соответствующим измерителям 10, каждый из которых связан с ЭВМ 9 и с одним из выходов спутникового приемника 7, второй выход которого также подключен к ЭВМ 9.
Работа устройства координируется управляющими программами ЭВМ 9, процессора 34 блока 6 управления и микроконтроллеров 53 измерителей 10.
После включения питания на входы синхронизации блока 6 управления и измерители 10 с выходов «1 с» приемников СРНС (GPS) поступает эталонный сигнал времени, представляющий собой последовательность импульсов, период которых составляет 1 с, а длительность - 1 мкс.
На мониторе ЭВМ 9 устанавливается значение амплитуды стабилизированных импульсов тока с паузой между ними. Как правило, длительность импульсов тока равна паузе. ЭВМ 9 передает эти значения в процессор 34 блока 6 управления. Код, соответствующий значению амплитуды импульсов тока, передается в ЦАП 35 и с выхода буферного усилителя 36 эквивалентное значение амплитуды импульсов тока подается на входы всех блоков регулятора 5 тока (первый вход сумматора 29 интегратора с ШИМ 23).
Значение длительности импульсов тока с паузой процессор 34 передает в процессор 38 синхронизатора 37. Приемник 39 RS-232 принимает метки времени «1 с» с приемника 7 СРНС (GPS) и передает в процессор 38, который в соответствии с режимом синхронизации вырабатывает управляющие сигналы «ток» и «полярность», которые подаются на трансмиттер 1 для формирования в нагрузке (линия MN) двуполярных импульсов тока с паузой. Управляющий сигнал «ток» подается на блоки регулятора 5 тока на вход схемы 21 аварийного отключения и на управляющий вход блока 8 балластных резисторов для подключения его во время паузы между импульсами тока.
Перед началом работы тумблер «Работа/стоп» на всех блоках 5 регуляторов тока (см. фиг.6) установлен в положение СТОП и находится в разомкнутом состоянии. «Лог.1» устанавливает по R-входам триггеры 24 схемы аварийного отключения 21 в нулевое состояние. «Лог.1» с выхода схемы 26-3 запрещает прохождение инвертированных импульсов ток/пауза от блока управления 6 через схему мягкого пуска на интегратор 23 с ШИМ. Через ключ 28-1 схемы мягкого пуска 22 на неинвертирующий вход (+1) интегратора 23 и на вход блокирования ШИМ через ключ 26-2 подается напряжение +5 В. Конденсатор С2 интегратора 30 заряжается и на выходе интегратора появляется высокий потенциал, что соответствует минимальной длительности импульсов на выходе ШИМ. Так как на выходе схемы 26-1 схемы аварийного отключения 21 «Лог.0» ключ 27 закрыт, контактор К1 трехфазного выпрямителя 16 не включен и трехфазное напряжение Ф1, Ф2, Ф3 от электрогенератора не подается, то на выходе трехфазного выпрямителя 16 блока 5 регулятора тока и силовом входе блока 8 балластных резисторов отсутствует напряжение постоянного тока 450-500 В.
Когда тумблер РАБОТА/СТОП устанавливается в положение РАБОТА, «Лог.1» на выходе схемы 26-1 через транзистор 27 включает контактор К1 трехфазного выпрямителя 16 и выпрямленное напряжение 450-500 В подается на вход высокочастотного преобразователя 17 и на блок 8 балластных резисторов. «Лог.1» на выходе схемы 25-1 схемы аварийного отключения 21 разрешает прохождение инвертированных импульсов «ТОК» с выхода схемы 26-3 через схему мягкого пуска 22 на схему интегратора с ШИМ 23.
На мониторе ЭВМ 9 устанавливается задающее значение тока стабилизации и диаграмма импульсов тока, которые передаются в процессор 34 блока 6 управления. С выхода процессора 34 задающее значение тока стабилизации поступает на вход ЦАП 35, где преобразуется в эквивалентное аналоговое значение тока, которое через буферный усилитель 36 поступает на вход сумматора 29 всех регуляторов 5 тока.
На неинвертирующем (+1) входе и входе блокирования ШИМ (DTC) интегратора 30 устанавливается нулевой потенциал. Выходные импульсы ШИМ поступают на драйверы 14 высокочастотного преобразователя 17. Сумма напряжения положительной полярности задающего значения тока с блока 6 управления (выход буферного усилителя 36) и напряжения (в начальный момент времени равно нулю) отрицательной полярности с датчика выходного тока 15 трансмиттера 1, приложенная к инвертирующему (-1) входу интегратора 30, вызывает разряд конденсатора С2 интегратора 30. Напряжение на выходе интегратора 30 начинает плавно снижаться, что приводит к плавному увеличению длительности импульсов на выходе интегратора 23 с ШИМ. Высокое выпрямленное напряжение 450-500 В с трехфазного выпрямителя 16 поступает на вход высокочастотного преобразователя 17, где преобразуется в инверторное переменное напряжение с частотой ШИМ. Инверторное напряжение через трансформатор 18 поступает на вход двухполупериодного выпрямителя 19. Напряжение постоянного тока инверторного типа поступает на вход трансмиттера 1. Трансмиттер 1 переключает ток в нагрузке (линия MN) в соответствии с управляющими сигналами «ток-полярность». Сигнал с датчика 15 тока всех трансмиттеров 1 поступает на второй вход сумматора 28 интегратора с ШИМ 23 блоков 5 регуляторов тока и на входы усилителей 31 блоков 6 управления. Мультиплексор 32 поочередно подключает выходы усилителей 31 к АЦП 33, а процессор 34 передает измеренные значения тока на монитор ЭВМ 9.
Такой режим регулирования позволяет плавно увеличивать ток до тех пор, пока напряжение на выходе датчика 15 тока трансмиттера 1 не сравняется с напряжением с выхода ЦАП 35 через буферный усилитель 36 блока 6 управления. При этом без перегрузки происходит работа транзисторных полумостов 14 высокочастотного преобразователя 17 блока 5 регулятора тока, а нагрузка на питающий генератор трехфазного напряжения нарастает без скачков. За один период импульсов синхронизации, равный 1 с, может быть сформировано в нагрузке (линия АВ) несколько периодов двуполярных импульсов «ток-пауза» или же при глубинных работах ЗВТ за несколько периодов синхронизации «1 с» может быть сформирован один период «ток-пауза» и осуществлена стабилизация токов во всех лучевых отрезках 4.
При работе системы стабилизации токов в цепях устройств, входящих в систему стабилизации, а именно в блоке 5 регулятора тока и в нагрузке трансмиттера 1, возможны аварийные ситуации, которые могут привести к выходу из строя силовых элементов упомянутых устройств.
При коротких замыканиях в цепи нагрузки трансмиттера 1 (питающие электроды 2, 3, луч 4) ток начнет резко возрастать и на выходе драйверов 14 появится «Лог.1» - сигнал «Перегрузка трансмиттера по току». Этот сигнал поступит на S-вход триггера 24-1 схемы 21 аварийного отключения и переключит его в инверсное состояние и на выходе схемы 26-1 появится «Лог.0». Транзистор 27 закрыт и на контактор К1 трехфазного выпрямителя 16 блока 5 регулятора тока поступит сигнал «Выкл». Контактор К1 отключит сеть напряжения трехфазного питания. Одновременно «Лог.1» с выхода схемы 25-2 запрещает прохождение инвертированных импульсов «ток-пауза» с выхода схемы 26-2 через схему 26-3 на схему интегратора с ШИМ 30 и «Лог.1» с выхода схемы 26-3 подает на неинвертирующий вход (+1) интегратора 30 напряжение +5 В посредством ключа 28-2, а через ключ 28-2 - на вход блокирования ШИМ. Конденсатор С2 интегратора 30 заряжается и на выходе интегратора 30 появляется высокое напряжение, что соответствует минимальной длительности импульсов на выходе ШИМ. Напряжение на выходе инвертора 17 резко снижается.
Вторая аварийная ситуация может возникнуть для инвертора 17. Нагрузкой для инвертора 17 является трансформатор 18 и двухполупериодный выпрямитель 19. При замыкании витков трансформатора 18 или при пробое диодов выпрямителя 19 возникнет аварийная ситуация «Перегрузка по току инвертора». Кроме того, при коротких замыканиях в цепи нагрузки трансмиттера 1 может не успеть включиться защита перегрузки трансмиттера по току и тогда ток в нагрузке инвертора 17 начнет резко возрастать, что также приведет к аварийной ситуации «Перегрузка инвертора по току». В этом случае на выходе драйвера 14 инвертора 17 появится сигнал «Лог.1», который поступит на вход S триггера 24-2 схемы 21 аварийного отключения и переключит его в инверсное состояние и на выходе схемы 26-1 появится «Лог.0». Ключ 27 будет закрыт и на контакт К1 трехфазного выпрямителя 16 поступит сигнал «Выкл» и контактор К1 отключит сеть трехфазного напряжения. Как и при аварийной ситуации «Перегрузка трансмиттера по току» на неинвертирующий вход (+1) и на вход блокирования ШИМ интегратора 30 поступит напряжение +5 В, что приведет к минимальной длительности импульсов на выходе ШИМ и напряжение на выходе инвертора 17 снизится.
Как правило, питание заявляемого устройства осуществляется от передвижной дизельной электростанции трехфазного напряжения 380 В. Стабильность напряжения 380 В поддерживается путем автоматической стабилизации оборотов дизеля. В некоторых случаях из-за срыва системы стабилизации оборотов дизеля или при переключениях в нагрузке (трансмиттер - блок балластных резисторов) напряжение на выходе двухполупериодного выпрямителя 19 может резко увеличиться. В этом случае возникает третья аварийная ситуация «Превышение выходного напряжения», что также может привести к выходу из строя трансмиттера 1. При увеличении выходного напряжения больше заданного уровня на выходе датчика 20 выходного напряжения появится сигнал «Лог.1», который переключит триггер 24-3 в инверсное состояние. «Лог.1» с выхода схемы 25-2 запрещает прохождение инвертированных импульсов «ток-пауза» с выхода схемы 26-2 через схему 26-3 на схему интегратора с ШИМ 30. «Лог.1» с выхода схемы подает на неинвертирующий вход (+1) интегратора 30 напряжение +5 В посредством ключа 28-1, а через ключ 28-2 схемы 22 мягкого пуска на вход блокирования ШИМ интегратора 30. Конденсатор С2 интегратора с ШИМ 30 заряжается и на его выходе появляется высокое напряжение, что соответствует минимальной длительности импульсов на выходе ШИМ. Напряжение на выходе инвертора 17 блока 5 регулятора тока уменьшается. Эталонный сигнал времени «1 с» и сигналы в формате ИМЕЛ (текущее время по Гринвичу, координаты и др.) поступают одновременно на входы всех приемников 7, выходы которых связаны с измерителями 10 через синхронизаторы 54. Выходными сигналами синхронизатора 54 являются сигналы «Ток» и «Полярность» («Знак») прямоугольной формы. Длительности импульса тока и паузы задаются пользователем и для осуществления синхронной работы трансмиттера 1 и измерителя 10 должны соответствовать друг другу.
Процесс измерения в измерителе 10 начинается с нажатия клавиши «Enter». Переключатель Кл.1 автоматически устанавливается в положение 1 и измеритель 10 начинает калибровочные измерения, в результате чего определяется работоспособность измерителя и компенсируются температурные и временные изменения статических характеристик измерительного тракта. Затем по предварительно измеренному значению входного сигнала (переключатель Кл.1 в положении 2) управляющая программа выбирает оптимальные параметры измерения:
- коэффициент усиления буферного усилителя 47;
- выходной сигнал ЦАП 52 для компенсации смещения;
- оптимальные коэффициенты передачи интегратора 48.
Входной сигнал через буферный усилитель 47 поступает на вход интегратора 10. Результат интегрирования кодируется АЦП 51 и считывается в микроконтроллер 53. Процесс измерения выполняется в период «Пауза» между импульсами тока по заданной временной шкале, которая выравнивается микроконтроллером 53 и синхронизована с сигналами «ток-пауза», которые задаются синхронизатором 54. Данные измерений по двунаправленной шине передаются в ЭВМ 9.
После повторения заданного количества измерений процесс измерения останавливается и результаты измерений записываются на жесткий диск ЭВМ 9 в заданном формате, включающем координаты точки на профиле, которые определяются с помощью приемника 7 СРНС (GPS) и через интерфейс передаются в ЭВМ 9. Затем измерители 8 и датчики перемещаются по профилю на заданное расстояние и процесс измерения электрической и магнитной составляющей повторяются. После проведения измерений на всей исследуемой площади результаты измерений отрабатываются и интерпретируются.
Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет включения нагрузки на выходе трансмиттера длительность фронта выключения тока определяется только параметрами трансмиттера и параметрами нагрузки, поскольку из цепи формирования фронта выключения тока исключен самый инерционный блок - регулятор тока. Длительность фронта уменьшается по сравнению с ближайшим аналогом и составляет менее 50 мкс. Это расширяет диапазон регистрации сигнала переходного процесса за счет смещения в область ранних времен, что позволяет более достоверно выделять приповерхностные и малоглубинные неоднородности. Кроме того, за счет использования трансформатора напряжение на выходе регулятора может превышать напряжение питания трехфазной сети, при этом в нагрузке обеспечивается больший ток (до 20 А), следовательно, достигается большая глубинность исследований.