Автокомпенсационный алгоритм обработки сигналов

1
Автокомпенсационный алгоритм
обработки сигналов естественного
электромагнитного поля Земли для
работы методом вызванной поляризации
Потылицын В.С., Шайдуров Г.Я.
Аннотация — Прибор для поиска полиметаллических руд
методом вызванной поляризации с извлечением информации
из
естественного
электромагнитного
поля
Земли.
Приводиться структурная схема прибора.
Ключевые слова — Вызванная поляризация, естественное
электромагнитное
поле
земли,
дисперсия
среднеквадратическое
отклонение,
неполяризующиеся
электроды.
I. ВВЕДЕНИЕ
Описывается алгоритм и метод обработки шумовых
сигналов входящих в полосу частот естественного
электромагнитного поля Земли (ЕЭМПЗ) в диапазоне
частот 0,001-20 Гц, позволяющую выделять потенциалы
вызванной поляризации (ВП) и дающей возможность
создать полевую аппаратуру для работы этим методом без
использования генераторов Поляри- зующего поля и
питающих линий
Первыми работами в лабораторных и полевых
условиях [1,2,3,4] были показаны возможности реализации
метода ВП путем использования в качестве источника
первичного
поляризующего
поля
естественного
электромагнитного поля Земли в диапазоне частот 0.1-20
Гц.
При этом использовались, как разнесенные по
поверхности земли приемные установки, так и
совмещенные
MON
дифференциальные
приемные
системы.
Для
обработки
сигналов
применялись
корреляционные приемники.
Однако, разнесенные установки не давали требуемой
повторяемости результатов из-за пространственной,
временной и спектральной нестационарности поля ЭМПЗ .
В работе [5] описан дифференциальный алгоритм
извлечения информации о потенциалах ВП из шумового
поляризующего поля, заключающегося в вычислении
функции автокорреляции нормированных разностей
сигналов, получаемых с дифференциальной линией MON.
Снижающий
влияние
пространственной
неоднородности и нестационарности поляризцющего поля
ЕЭМПЗ:
1
Rx  y ( ) 
T
T
2
 x(t )
  K

T
2

ox

y (t )   x(t   ) y (t   ) 

 
  dt
K oy   K ox
K oy 
(1)
Где: x(t), y(t) - реализации шумовых сигналов
соответственно на входах MO и ON, как функции
текущего времени t; K oy K ox - соответственно дисперсии
этих сигналов на интервале наблюдения [0,T].
II. МОДЕРНИЗАЦИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО АЛГОРИТМ
Для обеспечения разрешающей способности метода
ВП по параметру поляризации  порядка 1% необходимо,
чтобы за время измерения (3-5 мин) разности
нормированных функций [ x (t )  y (t ) ] в нормальном
поле в отсутствии поляризации не должна превышать
указанной величины 1%.
Однако в алгоритме (1) нормировка по дисперсии,
получаемым усредненным шумовых сигналов на
интервале [0,T] не обеспечивает идентичность вычитаемых
сигналов с необходимой точностью, поскольку дисперсия
также зависит от времени.
Ниже описывается адаптивный алгоритм вычисления
текущей разности при одновременном запоминании
обрабатываемых шумовых сигналов x(t) и y(t).
 x y (t )  x(t )  Сi  y (t ) 
(2)
Где
Сi -
весовой
коэффициент,
автоматически
подстраевый через систему обратной связи
минимизации градиента дисперсии разности (2).
 i  Ci   i
путем
 x2 y
ti 1  ti
(3)
i
вбирается обычно в
зависимости от номера итерации i.
Для проверки алгоритма
эксперимент на лабораторном
использованием
приемной
системы (рис. 1).
(2) был приведен
баке с песком, с
трехэлектродной
При этом коэффициент
Использовался бак размером 1300 60 50
заполненным песком с добавлением сверху
водопроводной подсоленной воды.
мм,
10л
2
0.2
0.18
7
0.16
0.14
2
0.12

4
0.1
1
5
0.08
0.06
1
M
O
0.04
N
3
0.02
3
0
0
12.5
25
37.5
50
62.5
75
87.5
100 112.5
125
x
Рисунок 2 Профильные характеристики коэффициента ВП -  .
a) При шумовой полосе от 1 Гц до 30Гц, б) При шумовой полосе от 0,1
6
Гц до 20Гц
Рис. 1 Схема лабораторный установки
1 – лабораторный бак; 2 – песок; 3 – питающие электроды; 4 –
приемные электроды; 5 – имитатор рудного тела; 6 – генератор шумового
поля; 7 – приемоиндикатор
Использовался бак размером 1300×60×50 мм,
заполненным песком с добавлением сверху 10л
водопроводной подсоленной воды.
В качестве приемных электродов применялись
неполяризующиеся электроды. Поляризующий шумовой
ток пропускался через пластины изготовленной из
нержавеющей стали от генератора шума. В центре бака на
глубину 50-200 мм помещался имитатор рудного тела в
виде стального металлического цилиндра длинной 100 мм
и диаметром 30 мм. Путем передвижения вдоль бака
приемных электродов MON с помощью ЭВМ
регистрировались форма шумового сигнала на электродах,
его дисперсия и параметр вызванной поляризации в виде
 x2 y
отношения разностного сигнала
из сигналов
к дисперсии одного
 x2 .


2
x y
2
x
наблюдения коэффициента
ВП -
.
Вдоль бака в
диапазонах частот шумового поля 1-30 Гц, и 0,1-20 Гц
Как видно из графиков Рис. 3 с расширением полосы
пропускания приемника, в сторону высоких частот (а)
увеличивается велечина коэффициента поляризации  ,
объяснит
1.6
1.4
1.2
k
k1
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
12.5
25
37.5
50
62.5
75
87.5
100 112.5
125
x
Рисунок 3 Профильные характеристики кажущегося сопротивления
а) При шумовой полосе от 1 Гц до 30 Гц, б) При шумовой полосе от 0,1
(4)
На рисунке приведены профильные характеристики
можно
1.8
Гц до 20 Гц

что
2
с
ростом
 x2 y
наблюдается
естественный рост коэффициента поляризации  ,
связанный с ростом дисперсии разности (3).
На рис. 3 приведены аналогичные зависимости
наблюдается
для
кажущегося
сопротивления,
описываемого по формуле срединного градиента:
n  k
 x2
I
(5)
где, I – среднеквадартического значение шумового
поляризующего тока; k - геометрический коэффициент
для установки срединного градиента.
Дальнейшим развитием исследований является
проведение испытаний в реальных условиях с
исследованием влияния промышленных помех(особенно в
городах), а так же разработки опытного образца прибора.
III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, При использовании современной
электронной комплектующей базы реализация подобного
метода позволит создать легкий полевой прибор, не
уступающий по информационной отдачи классическому
методы ВП. В тоже время существенно снижающий
3
технико-экономические
затраты,
связанные
с
развертыванием питающей линии и эксплуатации
генератора поляризующего тока в сложных горно таежных
районах местности.
ЛИТЕРАТУРА
[1]
[2]
[3]
[4]
Г. Я. Шайдуров. О возможности использования естественных
электромагнитных полей для регистрации потенциалов вызванной
поляризации. Новая аппаратура и методика её применения в
народном хозяйстве. Красноярск, 1967, вып. 2, с.3 – 7.
Н. А. Борисов, Г. Я. Шайдуров об использовании электромагнитных
естественных полей для выделения потенциалов вызванной
поляризации. Сб. трудов ВИТР, 1972, №81, с 50-55.
А. Н. Борисов, Н. П. Воробьев, Г. Я Шайдуров. Корреляционное
электроразведочное устройство, Авторское свидетельство 84682 от
14.04 1979.
Г. Я Шайдуров, Ю. Н. Козлов, Я. В. Маркушин, Дифференциальный
метод извлечения информации о потенциалах ВП из ЕЭМПЗ,