СПОСОБ ТЕСТИРОВАНИЯ АППАРАТУРЫ ИМПУЛЬСНОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ И СРЕДСТВ ОБРАБОТКИ ИЗМЕРЕННЫХ ДАННЫХ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ
METHOD OF TESTING PULSED ELECTRICAL SURVEY EQUIPMENT AND MEANS OF PROCESSING MEASURED DATA IN FIELD CONDITIONS

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для проверки и подготовки к работе в полевых условиях аппаратуры импульсной электроразведки, в частности аппаратуры для работы методом зондирования становлением поля в ближней зоне (ЗСБ) и методом переходных процессов (МПП), а также проверки аппарата обработки полученных данных.
Аппаратура для импульсной электроразведки включает в себя, как минимум, коммутатор тока, геофизическую рабочую установку, измеритель. Рабочая установка состоит из излучающей и принимающей частей, которые могут быть изготовлены из проводов в виде незаземленных прямоугольных петель либо прямых заземленных линий различного размера. Земля возбуждается излучающей частью рабочей установки в результате прохождения через нее прямоугольных импульсов тока, сформированных коммутатором. Отклик от возбужденной земли наводится в виде ЭДС на приемную часть рабочей установки, оцифровывается измерителем и передается в компьютер. Получаемая информация накапливается, подвергается обработке и затем может быть представлена в удобном графическом виде.
Известен способ проверки электроразведочной аппаратуры по Авторскому свидетельству СССР №1241177, G01V 3/10, 1984, заключающийся в формировании заданного кода контрольного сигнала, который с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) трансформируют в аналоговый сигнал и измеряют в цифровом виде проверяемым прибором. Полученный в результате этого измерения код сравнивают с заданным входным кодом и определяют погрешность проверяемого прибора.
Способ имеет определенные недостатки. Поскольку в нем в качестве образцовых значений контрольного сигнала используется входной код ЦАП, а проверяемым прибором измеряется выходной сигнал ЦАП, то при сравнении измеренных значений не учитывается систематическая погрешность работы ЦАП. К тому же, динамический диапазон входного контрольного сигнала существенно меньше того, который воздействует на проверяемую измерительную аппаратуру в натуральных условиях. Кроме этого, ступенчатый характер контрольного сигнала создает неопределенность амплитуды контрольного сигнала вблизи моментов переключения ЦАП. Сама необходимость иметь ЦАП и условия для его работы в полевой обстановке достаточно затрудняет процесс проверки оборудования.
Более надежные и достоверные оценки работоспособности электроразведочной аппаратуры дает способ тестирования, использующий в комплексе физическое и математическое моделирование. Например, способ проверки аппаратуры на модели исследуемой среды и геофизической установки по патенту RU №2073890, G01V 3/10, 1993. Здесь основная трудность заключается в изготовлении моделей и в их геометрических размерах. Поэтому не для всяких полевых условий этим способом можно воспользоваться.
Задачей предлагаемого изобретения является разработки такого способа тестирования электроразведочной аппаратуры, который позволил бы повысить достоверность полевого материала и результатов обработки данных, полученных этой аппаратурой, прежде всего за счет простоты ее проведения в любых полевых условиях.
Предлагаемый способ тестирования основан на использовании эффекта диэлектрической абсорбции конденсатора для получения сигнала, похожего на реальный отклик от исследуемой земли и пригодного для проверки измерительного тракта геофизической аппаратуры. Изобретение предполагает проверку измерительного тракта аппаратуры вместе с аппаратом обработки получаемых данных и коммутатора тока на функционирование.
Сущность изобретения состоит в том, что в способе тестирования аппаратуры импульсной электроразведки и средств обработки в полевых условиях, при котором данные, полученные на проверяемой аппаратуре, сравнивают с эталонными данными, определяют величину и вид погрешности и судят о годности проверяемой аппаратуры и достоверности работы аппарата обработки измеренных данных, согласно изобретению для получения эталонных данных предварительно на заведомо исправной аппаратуре с помощью коммутатора тока, ограничивающих сопротивлений и конденсатора с повышенным коэффициентом диэлектрической абсорбции формируют последовательность периодических импульсов, пригодных для измерения, полученный сигнал измеряют рабочей аппаратурой, измеренные значения обрабатывают, используя средства обработки полевых данных, полученный результат принимают за эталон, действия повторяют во время полевых работ в моменты, требующие проверки аппаратуры, сопоставляют результаты измерений и их обработки с эталонными, по результатам сравнения в полевых условиях судят о возможности применения данной аппаратуры и средств обработки данных для решения геоэлектрических задач.
На фиг.1 и 2 приводятся два возможных варианта схемы реализации предлагаемого способа. На фиг.3 показан пример графика измерений в необработанном виде. На фиг.4 изображен графический результат обработки данных.
Способ осуществляется следующим образом. Первоначально на исправном комплекте аппаратуры получают эталонные данные. Для этого с помощью коммутатора тока, ограничивающих сопротивлений и конденсатора с повышенным коэффициентом диэлектрической абсорбции формируют последовательность периодических импульсов, пригодных для измерения. Измеряемый сигнал формируют с помощью полевого коммутатора тока и конденсатора С с повышенным коэффициентом диэлектрической абсорбции. На фиг.1 и 2 приводятся примеры возможного подключения конденсатора С. Резисторы R1- R3 используются для ограничения сигнала по амплитуде и времени. Полученный сигнал измеряется на спаде, обусловленном выключением тока коммутатора. На фиг.3 приведен пример единичных измерений с разным шагом дискретизации. По вертикали - кванты АЦП, по горизонтали - мсек. На чертеже графически показаны результаты двух одиночных измерений в необработанном виде, сделанные с шагом дискретизации 31 мкс и 2000 мкс. На фиг.4 приведен пример обработки измерений с разным шагом дискретизации. По вертикали - мкВ, по горизонтали - мсек. Показан результат обработки данных, померенных с разным шагом дискретизации, с периодом 60 секунд и накоплением 10. Сигнал состоит из двух частей. Первая имеет экспоненциальный вид и легко просчитывается исходя из известного значения емкости используемого конденсатора и сопротивлений ограничивающих резисторов. Вторая часть сигнала обусловлена зарядами, накопленными материалом диэлектрика между обкладками, образующими емкость, в результате эффекта абсорбции и имеет уже логарифмический характер. При этом сигнал и способ его получения имеют следующие необходимые особенности, необходимые для выполнения поставленной задачи.
1. Сигнал формируется на простых пассивных элементах без использования сложного добавочного оборудования.
2. Сигнал монотонно спадающий.
3. Сигнал имеет степенной вид.
4. Сигнал может длиться десятками секунд.
5. Динамический диапазон сигнала перекрывает возможности измерительного тракта тестируемой аппаратуры.
6. Сигнал слабо зашумлен.
7. Минимальные размеры и вес вставки позволяют при необходимости легко обеспечить тепловую стабилизацию.
Обработка измеренных данных включает операции сглаживания, фильтрации, интерполяции, сращивание кривых с разными параметрами измерений и другие. Учитывая, что диэлектрическая абсорбция заряда является своего рода памятью конденсатора и зависит от времени измерения сигналов с разными параметрами аппаратуры для последующего их совмещения после нормировки, осуществляют на одном периоде.
В полевых условиях, в момент, требующий проверки аппаратуры, повторяют последовательно действия по формированию, измерению и обработке сигналов. Полученные в этих условиях данные сравнивают с эталонными. Рассматривая сопоставления результатов измерений и их обработки, судят о возможности применения данной аппаратуры и аппарата обработки для решения геоэлектрических задач. При отрицательном заключении можно диагностировать источник искажения информации - либо это аппаратурные погрешности, либо неправильные алгоритмы обработки.
Предлагаемый способ может быть использован для проверки и подготовки к работе аппаратуры импульсной электроразведки, в частности ЗСБ и МПП, как в стационарных условиях лаборатории, так и в полевых условиях.
Преимуществом предлагаемого способа тестирования является то, что для его реализации не требуется сложных конструкций и добавочного оборудования.