Способ учета влияния емкостных утечек с проводов приемной линии на измерения электрического поля в земле
METHOD FOR TAKING INTO ACCOUNT THE EFFECT OF CAPACITIVE LEAKAGE FROM THE WIRES OF THE RECEIVING LINE ON MEASUREMENTS OF THE ELECTRIC FIELD IN THE EARTH

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее техническое решение относится к области прикладной геофизики, в частности, к способам учета влияния емкостных утечек в приемной линии.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для широкополосных измерений электрического поля в земле обычно используют приемные линии, состоящие из двух заземленных электродов (например, RU 90224 U1, опубл. 27.12.2009; RU 123979 U1, опубл. 28.03.2013; RU 175972, опубл. 13.06.2017), подключенных к измерителю двумя соединительными проводами.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение недостатков современного уровня техники и отличается от известных ранее тем, что предложенное решение осуществляет учет влияния емкостных утечек в приемной линии.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное решение, является создание способа учета влияния емкостных утечек в приемной линии.
Технический результат заключается в учете влияния емкостных утечек в приемной линии.
Заявленный технический результат достигается за счет осуществления способа учета влияния емкостных утечек в приемной линии MN, содержащий этапы, на которых осуществляется:
АМ
AN
MN
оценка комплексного контактного импеданса каждой заземленной полулинии во всем рабочем диапазоне частот, реализуемая с помощью вспомогательного электрода А, заземленного на некотором удалении от электродов M и N и измерения импедансов Z, Z и Z трех получившихся линий на нескольких частотах;
M
N
M
N
АМ
AN
MN
оценка сопротивлений заземления R и R электродов M и N, а также емкостей C и C проводов, соединяющих эти электроды с измерителем электрического поля, осуществляемая с учетом фактических величин Z, Z и Z;
M
N
M
N
введение комплексного поправочного коэффициента, рассчитанного с учетом фактических величин R, R, C и C, в результаты измерения электрического поля.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Реализация изобретения будет описана в дальнейшем в соответствии с прилагаемыми чертежами, которые представлены для пояснения сути изобретения и никоим образом не ограничивают область изобретения. К заявке прилагаются следующие чертежи:
Фиг. 1 иллюстрирует способ учета влияния емкостных утечек с проводов в приемной линии на измерение электрического поля в земле.
Фиг. 2 иллюстрирует пример общей схемы вычислительного устройства.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако квалифицированному в предметной области специалисту, будет очевидно каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.
Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов.
Изобретение относится к области прикладной геофизики, в частности к электроразведке, и может быть использовано для проведения широкополосных измерений электрического поля в земле при неблагоприятных условиях заземления (скальные или сухие песчанистые породы, мерзлый грунт, и т.д.).
Для широкополосных измерений электрического поля в земле обычно используют приемные линии, состоящие из двух заземленных электродов, подключенных к измерителю двумя соединительными проводами.
M
N
M
N
MN
MN
Эквивалентная схема такой установки представлена на фиг. 1 (Вешев, 1980). Буквами R и R на фигуре обозначены контактные сопротивления электродов M и N; буквами C и C обозначены величины распределенных емкостей проводов M и N; буквой U - величина измеряемого напряжения в земле между двумя электродами; а буквой U - наблюдаемая величина напряжения на входе идеального измерителя. Величина U связана с U следующим соотношением (Zonge, Hughes, 1985):
где i - мнимая единица, а ω - а круговая частота (рад/с).
M
M
N
N
MN
M
N
Таким образом, при высоких значениях безразмерных величин ωRС или ωRС, включающих в себя контактные сопротивление электродов, емкость приемных линий и частоту, наблюдаемое на выходе измерителя значение U оказывается ниже той же величины, которая наблюдалось бы при идеальных условиях заземления (т.е. при R = R = 0).
Физически такое искажение объясняется тем, что при плохих условиях заземления увеличивается роль емкостных утечек в приемной линии, в результате чего значительная часть тока попадает в провод не через заземленные электроды, а прямо через разложенные на земле провода. В результате измерения электрического поля в методе магнитотеллурического зондирования, частотного зондирования и других методах электроразведки, работающих с относительно высокими частотами (в сотни герц и выше) и относительно длинными приемными линиями (в десятки метров и более) при неблагоприятных условиях заземления (контактные сопротивления в тысячи ом и более) могут быть сильно искажены.
Учет искажающего влияния емкостных утечек в приемной линии осуществляется в три этапа.
M
N
Первый этап - оценка комплексного контактного импеданса каждой заземленной полулинии (Z и Z) во всем рабочем диапазоне частот, которая производится непосредственно на месте полевых работ, прямо перед проведением измерения электрического поля.
M
N
M
M
N
N
Второй этап - расчет по полученным комплексным значениям Z и Z величин R, C, R и C.
Третий этап - расчет комплексного коэффициента искажения K для данной точки измерения и введение поправки в итоговые данные путем их деления на K для каждой выбранной частоты ω.
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
M
N
AM
AN
MN
AM
AN
MN
Первый этап - оценка комплексного контактного импеданса каждой заземленной полулинии ( и ) в рабочем диапазоне частот, которая производится по методике «вспомогательного заземления» [Бурсиан, 1972] на месте полевых работ, прямо перед проведением измерения электрического поля. Для ее осуществления необходимо на некотором удалении от электродов M и N заземлить вспомогательный электрод A и измерить (например, с помощью портативного многочастотного измерителя иммитанса или встроенной в электроразведочный регистратор системы оценки комплексного сопротивления приемных линий) импедансы ,  и получившихся трех заземленных линий AM, AN и MN на нескольких частотах, равномерно распределенных по всему рабочему диапазону частот. При использовании портативного измерителя иммитанса полученные значения ,  и загружаются в хранилище данных, после чего осуществляется расчет значения комплексного сопротивления полулиний M и N для каждой частоты  по формулам:
Z
Z
Z
AM
AN
MN
При использовании встроенных в электроразведочную аппаратуру систем оценки переходного сопротивления приемных линий измерение значений ,  и, с последующим вычислением и сохранением комплексных величин  и  для каждой полевой точки происходит в автоматическом режиме.
R
C
R
C
M
M
N
N
Второй этап - расчет величин , ,  и , который осуществляется в автоматическом режиме, посредством вычислительного устройства на этапе камеральной обработки полевых данных, путем решения (например, методом наименьших квадратов) относительно перечисленных неизвестных переопределенной системы уравнений вида:
K
R
C
R
C
K
M
M
N
N
Третий этап - расчет комплексного коэффициента искажения  для данной точки измерения с помощью подстановки полученных значений , ,  и  в формулу 1, и, наконец, введение поправки в последующие результаты измерения электрического поля путем их деления на  для каждой частоты ω. Данный этап также осуществляется в автоматическом режиме посредством вычислительного устройства.
На Фиг. 2 далее будет представлена общая схема вычислительного устройства (200), обеспечивающего обработку данных, необходимую для реализации заявленного решения.
В общем случае устройство (200) содержит такие компоненты, как: один или более процессоров (201), по меньшей мере одну память (202), средство хранения данных (203), интерфейсы ввода/вывода (204), средство В/В (205), средства сетевого взаимодействия (206).
Процессор (201) устройства выполняет основные вычислительные операции, необходимые для функционирования устройства (200) или функциональности одного или более его компонентов. Процессор (201) исполняет необходимые машиночитаемые команды, содержащиеся в оперативной памяти (202).
Память (202), как правило, выполнена в виде ОЗУ и содержит необходимую программную логику, обеспечивающую требуемый функционал.
Средство хранения данных (203) может выполняться в виде HDD, SSD дисков, рейд массива, сетевого хранилища, флэш-памяти, оптических накопителей информации (CD, DVD, MD, Blue-Ray дисков) и т.п. Средство (203) позволяет выполнять долгосрочное хранение различного вида информации, например, вышеупомянутых файлов с наборами данных пользователей, базы данных, содержащих записи измеренных для каждого пользователя временных интервалов, идентификаторов пользователей и т.п.
Интерфейсы (204) представляют собой стандартные средства для подключения и работы с серверной частью, например, USB, RS232, RJ45, LPT, COM, HDMI, PS/2, Lightning, FireWire и т.п.
Выбор интерфейсов (204) зависит от конкретного исполнения устройства (200), которое может представлять собой персональный компьютер, мейнфрейм, серверный кластер, тонкий клиент, смартфон, ноутбук и т.п.
В качестве средств В/В данных (205) в любом воплощении системы, реализующей описываемый способ, должна использоваться клавиатура. Аппаратное исполнение клавиатуры может быть любым известным: это может быть как встроенная клавиатура, используемая на ноутбуке или нетбуке, так и обособленное устройство, подключенное к настольному компьютеру, серверу или иному компьютерному устройству. Подключение при этом может быть, как проводным, при котором соединительный кабель клавиатуры подключен к порту PS/2 или USB, расположенному на системном блоке настольного компьютера, так и беспроводным, при котором клавиатура осуществляет обмен данными по каналу беспроводной связи, например, радиоканалу, с базовой станцией, которая, в свою очередь, непосредственно подключена к системному блоку, например, к одному из USB-портов. Помимо клавиатуры, в составе средств В/В данных также может использоваться: джойстик, дисплей (сенсорный дисплей), проектор, тачпад, манипулятор мышь, трекбол, световое перо, динамики, микрофон и т.п.
Средства сетевого взаимодействия (206) выбираются из устройства, обеспечивающий сетевой прием и передачу данных, например, Ethernet карту, WLAN/Wi-Fi модуль, Bluetooth модуль, BLE модуль, NFC модуль, IrDa, RFID модуль, GSM модем и т.п. С помощью средств (205) обеспечивается организация обмена данными по проводному или беспроводному каналу передачи данных, например, WAN, PAN, ЛВС (LAN), Интранет, Интернет, WLAN, WMAN или GSM.
Компоненты устройства (200) сопряжены посредством общей шины передачи данных (210).
В настоящих материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие осуществление заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.