190143. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és elrendezés fúrólyukban terjedő akusztikus hullámcsomagok terjedésének vizsgálatára
3 190143 4 Találmányunk a geofizikai méréstechnikához, ezen belül fúrólyukban terjedő akusztikus hullámok terjedésének vizsgálatához kapcsolódik. Eljárást és elrendezést fogunk ismertetni, amely az akusztikus hullámok terjedési idejének automatizált - kézi beavatkozást nem igénylő - mérését teszi lehetővé. Ismert probléma, hogy az akusztikus hullámcsomagok terjedési paramétereinek - elsősorban a terjedési időnek - a szondamélység függvényében történő mérésekor nehéz a mérési pontosságot folyamatosan tartani. A folyamatosság fenntartásának feltétele, hogy a felszíni mérőegység mindig pontosan detektálja a lyukműszer adójából a - vizsgálandó közegen át - a lyukműszer vevőjébe jutó hullámcsomagok beérkezését. Az adott mérőrendszer alapvető minőségi jellemzője, hogy mennyire felel meg e követelményeknek. Az akusztikus hullámcsomagok detektálási problémáját a felszíni méróeleklronikában az 1. ill. 2. ábrák segítségével szemléltetjük. Az ábrák jelölései a következők: t : idő, SYN : a szinkronjel, Us : az akusztikus hullám amplitúdója, tsYN : a hulláin kilépési időpontja az adóból, Ui, td2..-ld« : a detektálási pontok, Tp : hullámterjedés ideje. Az 1. ábra csaknem ideális esetet szemléltet, a beérkező akusztikus hullám egyértelmű, a detektálási pont a hasznos jel első nuUétmenele - pozitívból negatívba. A 2. ábra szemlélteti a gyakorlatban sűrűn előforduló eseteket, amikor is a különböző zavarójelek hatására eltorzuló vett jelben az ábrán jelölt tdi, td2, td3 td4 detektálási pontok bármelyike lehet detektálási pont. A zavarójelek okainak és tulajdonságainak korábbi sokoldalú vizsgálatából következő tapasztalati tény, hogy a jeldetektálás 1. ábra szerinti td pillanata matematikailag „megfoghatatlan", azaz nem található általános érvényű matematikai módszer a jelbeérkezési időpont egzakt meghatározására. A hibás detektálás a „ciklusugrás”-kénl definiált jelenséget eredményezi, amely elrontja a „szelvény" folytonosságát, a ciklusugrás környezetében a mérési hiba jelentős. Az ismeri probléma megoldására a hagyományos akusztikus felszíni mérőelektronikák kézi vezérlésűek, és a jelalak megfigyelésére speciális oszcilloszkópot tartalmaznak. A ciklusugrási a rendszert kezelő személy próbálja elkerülni az oszcilloszkópon látott hullámalak folyamatos figyelése alapján végzett folyamatos kézi beavatkozással. A kézi szabályozás felkészültséget, tapasztalatot és igen nagy figyelmet kíván, így ezen akusztikus felszíni eszközökkel végzett mérések minősége a kezelő személy szakképzettségén illetve mindenkori fizikai és szellemi állapotán múlik. Ez jellemző példaként a 3 437 834 sz. USA szabadalmi leírás szerinti elrendezés is. Az elrendezés a zavar illetve a hasznos jel amplitúdóviszonyai alapján próbál detektálási pontot meghatározni. Két referenciaszintet is meghatároz, egyrészt a zavarjelre, másrészt a hasznos jelre. A bemenő jelet külön csatornán formálja, majd összehasonlítja, és végeredményképp azon jel - nullátmenetlel azonosítja a hullám beérkezési pontját, amelynek környezetében mindkét komparálási feltétel teljesül. Az ilyen felszíni eszközzel végzett mérés az előbb leírt problémákat okozza, a kezelőnek az egyik komporálási szintet folyamatosan változtatnia kell az oszcilloszkóp folyamatos figyelése alapján. A 404 001 sz. szintén USA szabadalom tekinthető a jelenlegi technikai szintet képviselő legjobb megoldásnak. Ez automatikusan szabályozott rendszer. Lényege, hogy a hasznos jel detektálási küszöbszinljének változtatását egy szabályozó rendszer automatizálja, a szabályozás pedig a pillanatnyi zajszint mérésén alapul. Idézve a szabadalmi leírást: „A módszer karakterisztikus vonása, hogy a mért mérőjel kibocsá jtásét megelőző vételi intervallumban mérésre kerül a vett zajamplitúdó, és a detektálási küszöbszint az így mért zajamlitúdónak megfelelően automatikusan módosltódik.” Ezen felszíni elektronika megoldás automatikus működése által mentesíti az operátort a folyamatos figyeléstől és beavatkozástól, de hátránya is van. Mivel az automatika az amplitúdó komparálási szintet változtatja, ennek függvényében mérési hiba keletkezik, szélső esetben - 20 kHz-es akusztikus hullámot feltételezve - 5 /usée értékű is lehet. A fenti megoldás másik hátrányának tekinthetjük az elektronikus megoldás összetettségét. A zBjszintnek kiemelt időintervallumban való mérése, majd ez alapján a komparálási szintnek a visszaszabályozása bonyolult analóg-digitális áramköri kapcsolást eredményez számos kritikus elemmel, amelyek időzítései illetve egyenáramú instabilitásai közvetlenül mérési hibákat produkálhatnak. A találmányunk szerinti mérési eljárás az előzőleg vizsgálttól lényegesen eltér, a pontos jeldetektálási segítő szabályozás más koncepció alapján valósul meg. Az eljárást foganatosító elrendezés is lényegesen leegyszerŰBŐ- cik. Az eljáráshoz vezető gondolatsor a kővetkező: Ismerve a felszíni elektronikában az amplitúdó viszonyok mérésén alapuló szabályozás hibáit és nehézségeit a szabályozást más úton valósítjuk meg. Ehhez tekintsük folyamatában a valódi detektálási - hullámbeérkezés észlelési - pont változását az idő függvényében. A használatos lyukműszerek fizikai 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
