Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://geophys.geol.msu.ru/STUDY/3KURS/MPR98.DoC Дата изменения: Tue Feb 24 11:07:01 2004 Дата индексирования: Mon Oct 1 20:05:44 2012 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: шеннон

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. Ломоносова

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫЙ ПРАКТИКУМ


ПОЛЕВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС


НА БАЗЕ ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНОЙ СТАНЦИИ ЦЭС-М

МОСКВА 1998г.


ВВЕДЕНИЕ.


Челью данной зада?и является практи?еское изу?ение современного
аппаратурно-программного цифрового измерительного комплекса. Комплекс
предназна?ен для проведения электроразведо?ных работ методами, требующими
непрерывной регистрации электри?еской и магнитной компонент электро-
магнитного поля на поверхности Земли в диапазоне ?астот от 0 до 100 Гц. К
таким методам относятся метод ?астотного зондирования (ЧЗ), метод магнито-
теллури?еского зондирования (МТЗ), метод зондирования становлением поля
(ЗС), метод вызванной поляризации (ВП). Эти методы основаны на изу?ении
амплитудно-?астотных и фазо-?астотных характеристик разреза. Введение
соответствующих изменений в обработо?ную программную ?асть комплекса
позволит при необходимости работать и другими электроразведо?ными методами.

Перед на?алом любых полевых геофизи?еских исследований необходимо
провести аппаратурные регламентные работы. Эти работы вклю?ают в себя
определение амплитудно-?астотных характеристик аппаратуры, определение
цены деления аппаратуры в единицах измеряемого поля, определение
полярности каждого канала. Все эти данные необходимы на этапе обработки
информации и определяют ка?ество проводимых геофизи?еских исследований.
Полу?енные в результате регламентных работ данные должны периоди?ески
контролироваться в те?ение полевого сезона. Помимо пере?исленных работ
должны быть полу?ены такие характеристики аппаратуры как коэффициенты
усиления, уровень собственных шумов, собственный дрейф нуля. Эти
исследования должны проводиться специалистами электронщиками в
соответственно оборудованных лабораториях.

Работа всего комплекса основана на цифровом принципе обработки
сигнала. Сущность цифровой обработки аналогового сигнала заклю?ается в
том ?то, амплитуда измеряемого сигнала снимается ?ерез определенные
промежутки времени ( период опроса ) и эти зна?ения в цифровом виде
записываются в память ЭВМ. Один из наиболее важных вопросов при цифровой
записи - это выбор периода опроса. Коли?ество дискретных отс?етов за
период регистрируемой вариации должно быть достато?ным для дальнейшего
выделения этого периода (по теореме Котельникова-Шеннона не менее 2
отс?етов на период , практи?ески лу?ше иметь как минимум 10 отс?етов на
период).

Так как , ре?ь идет об изу?ении амплитудно-?астотных
характеристик разреза, необходимо также знать амплитудно-?астотные
характеристики аппаратуры, ?тобы у?есть вносимые ей искажения.

При цифровой обработке сигнала его амплитуда выражается в
единицах станции. Поэтому, необходимо знать соответствие единиц станции
и физи?еских зна?ений наблюдаемой компоненты электромагнитного поля.
Соответствующие работы называются определением цены деления аппаратуры.

При изу?ении фазо-?астотных характеристик необходимо знать
полярность каналов используемой аппаратуры.

Зада?ей данной работы является снятие амплитудно-?астотных
характеристик станции ЦЭС-М, определение цены деления станции и
полярности каналов. В дальнейшем с использованием этих данных
предполагается работа методом МТЗ во время у?ебной полевой практики.


1. Основные характеристики

полевого измерительного комплекса

на базе станции ЦЭС-М.

Станция предназна?ена для регистрации компонент электромагнитного
поля Земли в цифровом виде по 8 каналам с последующей записью данных на
жесткий диск бортового компьютера.

Основные характеристики станции определяющие возможности ее
использования для разли?ных электроразведо?ных методов следующие:

[pic]
Выносной усилитель:

. лоэффициент усиления - 200,
. ?астотный диапазон - от 0 до 100 Гц,
. входное сопротивление - 100 кОм (сопротивление дат?иков должно быть
существенно ниже входного сопротивления измерителя).


Модуль ЦЭС-М:

. ?исло каналов - 8,
. возможные периоды опроса (1.25, 2.5, 20, 80, 160, 320 мс ),
. ?исло полос ФНЧ - 6 ( 1, 3, 5, 10, 20, 400 Гц ),
. ?исло полос ФВЧ - 2 ( 0.1, 0.01 Гц ),
. возможное усиление канала - 1,4,16,64.
. разрядность АЦП - 16 бит (65536 единиц станции).

2. Блок-схема

аппаратурной ?асти комплекса.

Блок-схема аппаратурной ?асти комплекса (в дальнейшем - станция)
приведена на рис.1

Станция состоит из двух основных блоков: модуля ЦЭС-М
обеспе?ивающего всю аналоговую обработку и бортового компьютера (любая
совместимая с РС ПЭВМ стандартной конфигурации). Таким образом ,
обеспе?ивается возможность непрерывной регистрации сигналов с записью
прямо на диск ПЭВМ с последующей обработкой информации в полевых условиях
и управление всеми режимами работы станции по командам с ПЭВМ.

Г ка?естве дат?иков поля при применении станции для метода МТЗ
используются индукционные дат?ики /ИД/ при регистрации вариаций
магнитного поля на высоких ?астотах, кварцевые магнитометры /ММ/ на
низких ?астотах, заземленные электри?еские диполи /MN/ для регистрации
вариаций электри?еского поля.

Индукционный дат?ик представляет собой многовитковую катушку с
ферритовым серде?ником. Переменное магнитное поле индуцирует в катушке
ЭДС.

Чувствительной ?астью магнитометра является магнит с зеркалом,
вращающийся на кварцевой нити. Световой поток отражается от зеркала и
попадает на призму под углом, зависящим от интенсивности магнитного
поля. После преломления в призме световой поток попадает на фотодиоды.
Таким образом разность потенциалов на фотодиодах зависит от интенсивности
магнитного поля. В состав кварцевых дат?иков входят усилители сигнала,
система обратной связи для увели?ения динами?еского диапазона и
градуирово?ные обмотки.

При измерении вариаций электри?еского поля для устранения влияния
собственной поляризации электродов применяются неполяризующиеся
электроды.

Для устранения влияния высоко?астотных помех на кондуктора,
соединяющие дат?ики поля и измерительную аппаратуру применяются
выносные усилители, устанавливаемые рядом с индукционными дат?иками и
электри?ескими диполями.

Выносной усилитель /ВУ/ состоит из блоков модуляции и демодуляции
входного сигнала высокой ?астотой для гальвани?еской развязки входных
цепей и цепей питания аппаратуры, калиброво?ного устройства для пода?и
на вход сигнала эталонной амплитуды, и усилителя с коэффициентом усиления
равным 200.

Усиленный сигнал поступает на автономный измеритель /АИ/.

Каждый канал АИ содержит переклю?аемые фильтра ФНЧ, ФВЧ, режекторные
50Гц и 100Гц, балансирово?ное устройство для компенсации постоянной
составляющей сигнала путем пода?и напряжения обратной к компенсируемому
полярности и усилитель с переклю?аемым коэффициентом усиления. Затем
аналоговые сигналы со всех каналов поступают на установленную в ПЭВМ
плату АЦП. Управление всеми переклю?ениями и режимами работы станции
осуществляется по командам из ПЭВМ передаваемым ?ерез СОМ-порт в блок
управления.

Блок питания обеспе?ивает поддержку всех необходимых питающих
напряжений.

Телеметри?еское контрольно-проверо?ное устройство /ТКПУ/
выполнено в отдельном блоке и предназна?ено для пода?и эталонирово?ных
сигналов. В градуирово?ные обмотки индукционных дат?иков и магнитометров
подается стабилизированный ток, на вход электри?еских каналов подается
стабилизированное напряжение. При этом напряженность магнитного поля
создаваемого градуирово?ными обмотками расс?итывается по формуле H=P*I
где Н - напряженность магнитного поля, Р - постоянная градуирово?ной
обмотки, I - сила тока в обмотке. ТКПУ также управляется по командам из
ПЭВМ ?ерез СОМ - порт.


3. Управляющая программа.

Управляющая программа /УП/ обеспе?ивает запись цифрового сигнала
из АЦП на диск, графи?ескую визуализацию записи и генерацию команд
управления всей станцией.

УП написана на языках программирования Фортран и Ассемблер.

УП предназна?ена для работы в операционной системе MS-DOS. Запуск
программы осуществляется из главного меню оболо?ки NORTON.

Во всех режимах работы УП обеспе?ивает контекстно-зависимую
подсказку по нажатию клавиши F1.

Переклю?ения меню всех уровней осуществляется нажатием цифровых
клавиш '1'-'9' и функциональных клавиш 'F1'-'F8'. Переклю?ение
режимов работы станции в соответствующих меню - с помощью клавиш
'Ctrl'+клавиши управления курсором.

Визуализация сигналов имеет следующий цветовой код:

. 1 канал - красный,
. 2 канал - синий,
. 3 канал - фиолетовый,
. 4 канал - зеленый,
. 5 канал - желтый,
. 6 канал - голубой,
. 7 канал - белый,
. 8 канал - кори?невый.


УП имеет два основных режима работы: 'Тест' - запись и обработка
эталонирово?ных сигналов с ТКПУ, 'Регистрация' - запись сигналов с
установленной ?астотой дискретизации.

Кроме УП в пакет программ входит программа обработки и визуализации
результатов снятия АЧХ каналов. Снятие АЧХ производится путем пода?и свип-
сигнала (сигнала с автомати?ески меняющейся ?астотой в градуирово?ные
обмотки дат?иков и на входы ВУ.

4. Единицы измерения.

При проведении электроразведо?ных работ измеряются интенсивности
вариаций электромагнитного поля. При этом напряженность магнитного поля H
измеряется в ампер на метр ( А/м ), напряженность электри?еского поля в
вольт на метр ( В/м ).
Г методе МТЗ важное зна?ение играет параметр называемый импедансом.
Импеданс - это отношение электри?еской компоненты электромагнитного поля к
ортогональной ей магнитной. Z = Ex/Hy = - Ey/Hx. Единица измерения
импеданса - милливольт на ампер
( мВ/А ).
Для полу?ения правильной размерности импеданса необходимо
напряженность электри?еского поля измерять в мкВ , а магнитного поля в
мкА/м.

5. Выполнение работы.

5.1 Определение цены деления станции для электри?еского канала.

Для определения цены деления станции в электри?еском канале , на вход
канала подается сигнал с эталонного генератора известной амплитуды. Затем
измеряется отклик канала в единицах станции и определяется цена деления.

. Запусуить УП в режиме МТЗ-В.
. Заполнить необходимую информацию в этикетке файла.
. Установить период опроса 2.5 мс.
. Подклю?ить выход ТКПУ 'dU этал.' к входу ВУ N1.
. Выбрать регистрируемый канал N1.
. Вклю?ить режекторные фильтры 50 и 100Гц.
. Выклю?ить фильтры ФНЧ и ФВЧ (открытый канал).
. Установить коэффициент усиления в канале 1 равным единице.
. Сбалансировать канал N1 /пункт меню 'Состояние каналов'/.
. Запустить ТКПУ /клавиша F6/ с параметрами: сигнал типа 'Меандр',
dt=2.5, период - 256, размах меандра - 30мВ.
. Вклю?ить режим автомати?еского масштабирования /клавиша '4'/.
. Определить визуально с экрана вели?ину размаха сигнала в единицах
станции.
. Вы?ислить цену деления станции для электри?еского канала по формуле
S=А(входное, мкВ) / А(отклика, ед.ст.).

5.2 Определение цены деления станции для магнитного канала с кварцевым
магнитометром.

При определении цены деления станции для магнитного канала в
градуирово?ную обмотку магнитометра с эталонного генератора подается сигнал
с известной и стабилизированной силой тока. В этом слу?ае можно расс?итать
амплитуду создаваемого магнитного поля. Затем определяется отклик канала в
единицах станции и определяется цена деления.

. Запустить УП в режиме МТЗ-В.
. Сориентировать платформу с магнитометрами и провести предварительную
балансировку магнитометров с помощью постоянных магнитов.
. Заполнить необходимую информацию в этикетке файла.
. Установить период опроса 2.5 мс.
. Подклю?ить выход ТКПУ 'I этап.' к входу градуирово?ных обмоток ММ.
. Выбрать регистрируемый канал N5.
. Вклю?ить режекторные фильтры 50 и 100Гц.
. Выклю?ить фильтры ФНЧ и ФВЧ (открытый канал).
. Установить коэффициент усиления в канале 5 равным единице.
. Сбалансировать канал N5 /пункт меню 'Состояние каналов'/.
. Запустить ТКПУ /клавиша F6/ с параметрами: сигнал типа 'Меандр',
dt=2.5, период - 256, размах меандра - выбрать так ?тобы размах сигнал
был не менее половины всей шкалы станции : (0.6мВ - сила тока в
градуирово?ной обмотке при этом равна 152 мкА , 30мВ - сила тока в
градуирово?ной обмотке при этом равна 710 мкА).
. Вклю?ить режим автомати?еского масштабирования /клавиша '4'/.
. Определить визуально с экрана вели?ину размаха сигнала в единицах
станции.
. Вы?ислить цену деления станции для магнитного канала по формуле
S=А(входное, мкА/м) / А(отклика, ед.ст.).
А (входное, мкА/м) = Р*I,

Р = 318.47 (постоянная градуирово?ной обмотки ММ в 1/м), I - сила тока
в градуирово?ной обмотке ( мкА ) .


5.3 Снятие АЧХ для магнитного канала с кварцевым магнитометром и
электри?еского канала .

Амплитудно-?астотная характеристика канала определяется путем пода?и
свип-сигнала (сигнала, у которого ?астота меняется со временем по
известному закону) на вход электри?еского канала или в градуирово?ную
обмотку магнитометра. В результате полу?ается график зависимости амплитуды
выходного сигнала от ?астоты при по?тоянной амплитуде входного сигнала.

. Запустить УП в режиме 'Тест'.
_ Для снятия АЧХ электри?еского канала установить следующие параметры:

То?ка входа - ВУ-Е,
Номер ( U ТКПУ ) - 1(30 мВ),
Ф50 - вкл.
Ф100 - вкл.
ФНЧ - 400
ФВЧ - выкл.

. Гклю?ить канал N1.
. Установить режим работы ЧХ-В
. Подклю?ить ТКПУ ко входу ВУ1.
. Визуально проконтролировать запись свип-сигнала (сигнал с
автомати?ески меняющейся ?астотой).
. Повторить все вышеуказанные действия для ММ (То?ка входа - ММ, канал
N6).
. Повторить те же действия для второго магнитометра (канал N6) c другой
конфигурацией фильтров (ФНЧ-5).
. Запись результатов обработки ЧХ автомати?ески записывается в файлы
CHV1.TXT,CHV6.TXT.
. Завершить работу УП.
. Переписать файлы с ЧХ в деррикторий CHUP.MGU
. Запустить программу CHUP.BAT c командной строкой CHV.
. После появления на экране графиков ЧХ распе?атать их на принтер
используя клавишу 'Print Screen'.

5.4 Определение полярности магнитного канала с кварцевым
магнитометром.

. Для определения полярности магнитометра используется одновитковая
рамка.
. К рамке кратковременно подклю?ается исто?ник тока (батарейка)
направление магнитного поля определяется по правилу правого винта
(с?итаем , ?то ток те?ет от плюса к минусу).
. В режиме МТЗ-В на экране должно наблюдаться положительное приращение
показаний в соответствующем канале.
. Дат?ик маркируется в этом слу?ае стрелкой совпадающей с положительным
приращением поля.

6. Вопросы к зада?е.

. Что такое регламентные работы?
. Что такое индукционный дат?ик?
. Нарисуйте и прокомментируйте блок-схему аппаратурной ?асти комплекса.
. Расскажите основные характеристики станции ЦЭС-М.
. Что такое балансировка каналов?
. Для ?его нужно было делать конструкцию предварительного усилителя
выносной?
. Чему равняется цена деления станции для электри?еского и магнитного
каналов?
. Определите динами?еский диапазон станции для электри?еского и
магнитного каналов.
. Чему равняется ?астота среза ФНЧ на магнитных каналах с ММ для режимов
ФНЧ-400, ФНЧ-5?
. Дорисуйте пунктиром на графиках ЧХ магнитных каналов графики для ЧХ с
ФНЧ-10 и ФНЧ-20 (ориентирово?но ?астота среза спответственно 10 и
20ГЦ).
. Как определить полярность электри?еского канала?







ЛИТЕРАТУРА.


1. Электроразведка. Справо?ник геофизика. Книга первая.

Под редакцией В.К. Хмелевского.


2. Бобровников, Кадыров, Попов.

Электроразведо?ная аппаратура и оборудование.

Недра,1985г.