RU1770775C - Geophysical electric survey apparatus - Google Patents
Geophysical electric survey apparatusInfo
- Publication number
- RU1770775C RU1770775C SU904857379A SU4857379A RU1770775C RU 1770775 C RU1770775 C RU 1770775C SU 904857379 A SU904857379 A SU 904857379A SU 4857379 A SU4857379 A SU 4857379A RU 1770775 C RU1770775 C RU 1770775C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- output
- input
- phase shifter
- generators
- Prior art date
Links
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Использование; в прикладной геофизике , а точнее к геофизической электроразведке дл регистрации слабых электрических полей. Изобретение направлено на повышение чувствительности устройства геоэлектроразведки . Сущность изобретени : устройство содержит воспринимающий электрод, два варикапа, два ВЧ-генератора, Изобретение относитс к области прикладной геофизики, а точнее к геофизической электроразведке. Оно может быть использовано дл регистрации слабых электрических полей, обусловленных электрическими и электростатическими влени ми в атмосфере, ионосфере и механоэлектриче- скими влени ми в недрах Земли, например , в периоды подготовки землетр сений. Известно устройство дл измерени электрических сигналов, содержащее датчики , выполненные на базе варикапов, и посмеситель , преобразователь частоты в напр жение , высокочастотный (ВЧ) фазовращатель , фазовый детектор и устройство фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ). Воспринимающий электрод соединен с варикапами, выходы обоих ВЧ-генераторов - с входом смесител , а выход смесител - с входом преобразовател частоты в напр жение. К выходу первого ВЧ-генератора параллельно подключены первые входы ВЧ-фазовращател и фазового детектора, выход которого подключен к модул ционному входу второго ВЧ-генератора . Выход ВЧ-фазовращател соединен с вторым входом фазового детектора, а преобразователь частоты в напр жение имеет дополнительный вход, который через устройство ФАПЧ соединен с выходом того же преобразовател . ВЧ-фазовращатель содержит умножитель добротности колебательного контура, к выводам которого через емкости подключены вход и выход резонансного усилител , причем его выход через емкость дополнительно соединен с встречно-параллельно включенными диодами. следовательно соединенные генераторы с управл емыми по частоте колебательными системами, сумматор и умножитель частоты , квадратичный детектор и преобразователь частоты в напр жение. Недостатком этого устройства вл етс то, что его чувствительность ограничена параметрами собственной нестабильности частоты генераторов. Чувствительность этого устройства при отношении сигнал/шум, равном единице, пор дка 5-8 В/м. - & VJ 3 VI VJ елUsing; in applied geophysics, and more specifically to geophysical electrical exploration for recording weak electric fields. The invention is directed to increasing the sensitivity of a geoelectrical exploration device. SUMMARY OF THE INVENTION: the device comprises a sensing electrode, two varicaps, two RF generators. The invention relates to the field of applied geophysics, and more specifically to geophysical electrical exploration. It can be used to detect weak electric fields caused by electric and electrostatic phenomena in the atmosphere, ionosphere and mechanoelectric phenomena in the bowels of the Earth, for example, during the preparation of earthquakes. A device for measuring electrical signals is known, which comprises sensors made on the basis of varicaps and a mixer, a frequency to voltage converter, a high frequency (HF) phase shifter, a phase detector, and a phase locked loop (PLL) device. The sensing electrode is connected to the varicaps, the outputs of both RF generators are connected to the input of the mixer, and the output of the mixer is connected to the input of the frequency converter to the voltage. The first inputs of the RF phase shifter and the phase detector, the output of which is connected to the modulation input of the second RF generator, are connected in parallel to the output of the first RF generator. The output of the RF phase shifter is connected to the second input of the phase detector, and the frequency to voltage converter has an additional input, which is connected through the PLL to the output of the same converter. The RF phase shifter contains a Q-factor of the oscillatory circuit, to the terminals of which the input and output of the resonant amplifier are connected through the capacitors, and its output through the capacitor is additionally connected to on-parallel diodes. consequently connected generators with frequency-controlled oscillatory systems, an adder and a frequency multiplier, a quadratic detector, and a frequency to voltage converter. The disadvantage of this device is that its sensitivity is limited by the parameters of the natural frequency instability of the generators. The sensitivity of this device with a signal to noise ratio of unity is on the order of 5-8 V / m. - & VJ 3 VI VJ ate
Description
Устройство дл регистрации низкочастотных электрических полей геофизического происхождени , прин тое за прототип, содержит воспринимающий электрод , варикапы, два управл емых по частоте генератора, смеситель и преобразователь частоты в напр жение. Первый генератор управл етс исследуемым электрическим полем, а второй - опорным напр жением.A device for detecting low-frequency electric fields of geophysical origin, adopted as a prototype, comprises a sensing electrode, varicaps, two frequency-controlled oscillators, a mixer and a frequency to voltage converter. The first generator is controlled by the investigated electric field, and the second is controlled by the reference voltage.
Недостатком прототипа, в котором прин ты специальные меры к повышению стабильности частоты генераторов, также1 вл етс сравнительно невысока чувствительность , пор дка 1-2 В/м при отношении сигнал/шум равном единице.The disadvantage of the prototype, in which special measures are taken to increase the frequency stability of the generators, is also1 a relatively low sensitivity, of the order of 1-2 V / m with a signal-to-noise ratio of unity.
Уровень собственных шумов прототипа на выходе преобразовател частоты в напр жение пропорционален суммарной нестабильности частоты управл емого и опорного генераторов, что видно из следующего соотношени ;The noise floor of the prototype at the output of the frequency to voltage converter is proportional to the total frequency instability of the controlled and reference generators, which can be seen from the following relation;
иш К( б тэп+ 6 т„),ish K (b tep + 6 t „),
где Кщ - уровень собственных шумов на выходе преобразовател частоты в напр жение;where Ksc is the level of intrinsic noise at the output of the frequency converter to the voltage;
К - коэффициент преобразовани ;K is the conversion coefficient;
5 fan , 5 fH - нестабильность частоты генератора , управл емого исследуемым электрическим полем, и опорного генератора, управл емого напр жением.5 fan, 5 fH - instability of the frequency of the generator controlled by the investigated electric field and the reference generator controlled by voltage.
Этот шумовой сигнал посто нно накладываетс на полезный и преп тствует повы- шению чувствительности устройств подобного рода.This noise signal is constantly superimposed on the useful one and prevents the sensitivity of devices of this kind from being increased.
Целью изобретени вл етс повышение чувствительности устройства дл геофи- зической электроразведки. Устройство обеспечивает достижение чувствительности пор дка 0,05 В/м при соотношении сигнал/шум равном единице.An object of the invention is to increase the sensitivity of a geophysical electrical exploration device. The device provides a sensitivity of about 0.05 V / m with a signal to noise ratio of unity.
На чертеже приведена функциональна схема устройства дл геофизической электроразведки .The drawing shows a functional diagram of a device for geophysical electrical exploration.
Устройство содержит приемный электрод 1, первый и второй последовательно - встречно соединенные варикапы 2 и 3, первый опорный ВЧ-генератор 4 и второй высокочастотный ЧМ-генератор 5, смеситель 6 и преобразователь 7 частоты в напр жение. Отличительным признаком устройства вл етс то, что оно также содержит высокочастотный фазовращатель 8, фазовый детектор 9, устройство 10 фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ), при этом в состав фазовращател вход т колебательный контур 11, умножитель 12 до The device comprises a receiving electrode 1, the first and second in series - counter-connected varicaps 2 and 3, the first reference high-frequency generator 4 and the second high-frequency FM generator 5, a mixer 6 and a frequency to voltage converter 7. A distinctive feature of the device is that it also contains a high-frequency phase shifter 8, a phase detector 9, a phase-locked loop (PLL) device 10, while the phase shifter includes an oscillator circuit 11, a multiplier 12 to
бротности , содержащий резонансный усилитель 13, опорный колебательный контур 14, соединительные емкости 15, 16 и 17 и диодную цепочку из встречно-параллельноbrotnosti containing resonant amplifier 13, the reference oscillating circuit 14, the connecting capacitance 15, 16 and 17 and the diode chain of the counter-parallel
5 включенных диодов 18 и 19.5 included diodes 18 and 19.
Приемный электрод 1 соединен с общей точкой последовательно-встречно включенных варикапов 2 и 3, выходы первого 4 и второго 5 генераторов соединены со входа10 ми смесител 6, выход которого подключен ко входу преобразовател 7 частоты в напр жение , при этом выход генератора 4 соединен также с первыми входами фазовращател 8 и фазового детектора 9,The receiving electrode 1 is connected to the common point of the series-opposed varicaps 2 and 3, the outputs of the first 4 and second 5 generators are connected to the inputs 10 of the mixer 6, the output of which is connected to the input of the frequency converter 7, and the output of the generator 4 is also connected to the first inputs of the phase shifter 8 and phase detector 9,
15 выход фазового детектора 9 соединен с модул ционным входом второго ВЧ-генерато- ра 5; выход высокочастотного фазовращател 8 соединен со вторым входом фазового детектора 9, преобразователь15 the output of the phase detector 9 is connected to the modulation input of the second RF generator 5; the output of the high-frequency phase shifter 8 is connected to the second input of the phase detector 9, the converter
20 7 частоты в напр жение своим подстроеч- ным входом невыходом соединен соответственно с входом и выходом устройства ФАПЧ 10.20 7 frequencies in voltage with its tuning input the output is connected respectively to the input and output of the PLL 10.
Колебательный контур 11 фазовращате25 л подключен к свободным выводам варикапов 2 и 3, а через соединительную емкость 15 к опорному колебательному контуру 14 и ко входу резонансного усилител 13, а через соединительные емкости 16 и 17 к его выхо30 ду и к встречно-параллельно включенным диодам 18 и 19.The oscillatory circuit 11 of the phase shifter 25 l is connected to the free terminals of the varicaps 2 and 3, and through the connecting capacitance 15 to the reference oscillating circuit 14 and to the input of the resonant amplifier 13, and through the connecting capacitors 16 and 17 to its output30 and to the parallel-connected diodes 18 and 19.
Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.
При воздействии на электрод 1 исследу35 емого сигнала, высокочастотные колебани генератора 4, проход через колебательный контур 11, подвергаютс фазовой модул ции с индексом модул ции р , пропорциональным мгновенному амплитудномуWhen exposed to the electrode 1 of the studied signal, the high-frequency oscillations of the generator 4, passing through the oscillating circuit 11, undergo phase modulation with a modulation index p proportional to the instantaneous amplitude
40 значению напр женности электрического пол , добротности Q колебательного контура 11 и коэффициенту N умножени добротности .40 value of the electric field strength, Q factor Q of the oscillating circuit 11 and Q factor N.
На выходе фазового детектора 9 в этомThe output of the phase detector 9 in this
45 случае будет действовать аналоговый сигнал , величина которого определ етс соотношением45 case, an analog signal will operate, the value of which is determined by the ratio
50Ua К arctg N Q . (2)50Ua K arctg N Q. (2)
где Ua - амплитуда сигнала на выходе фазового детектора 9;where Ua is the amplitude of the signal at the output of the phase detector 9;
N - коэффициент умножени добротно- 55 сти 5;N is the factor of multiplying the quality factor 55; 5;
Q - добротность колебательного контура 11;Q is the quality factor of the oscillatory circuit 11;
Afic - расстройка колебательного контура 11;Afic - detuning of the oscillatory circuit 11;
fp - резонансна частота контура 11. равна частоте ВЧ-генератора 4.fp is the resonant frequency of circuit 11. is equal to the frequency of the RF generator 4.
Из сравнени соотношений (2) и (1) видно , что в отличие от прототипа вли ние на чувствительность суммарной нестабильности частоты генераторов в новом устройстве исключено.A comparison of relations (2) and (1) shows that, unlike the prototype, the influence on the sensitivity of the total frequency instability of the generators in the new device is excluded.
С выхода фазового детектора аналоговый сигнал поступает на модул ционный вход второго ВЧ-генератора 5, на выходе которого действует ЧМ-сигнал с индексом модул ции больше единицы. Этот сигнал далее поступает на вход смесител 6, который переносит спектр ЧМ-сигнала в область более низких частот. Вторично аналоговый сигнал восстанавливаетс на выходе преобразовател 7 частоты в напр жение, соединенного с устройством ФАПЧ 10. При этом обеспечиваетс частотна демодул ци с высокой линейностью.From the output of the phase detector, the analog signal is fed to the modulation input of the second RF generator 5, the output of which is the FM signal with a modulation index greater than unity. This signal is then fed to the input of mixer 6, which transfers the spectrum of the FM signal to the lower frequency region. Secondly, the analog signal is restored at the output of the frequency converter 7 to the voltage connected to the PLL 10. In this case, frequency demodulation with high linearity is provided.
Отличительные признаки устройства позволили одновременно реализовать преимущества фазовой модул ции-демодул ции , частотной модул ции-демодул ции ЧМ-сигналов с помощью ФАПЧ, что в совокупности обеспечило достижение поставленной цели - повышение чувствительности до величины пор дка 0,05 В/м при соотношении сигнал/шум равном единице.Distinctive features of the device made it possible to simultaneously realize the advantages of phase modulation-demodulation, frequency modulation-demodulation of FM signals using PLL, which together ensured the achievement of the goal - increasing sensitivity to a value of the order of 0.05 V / m with a signal ratio / noise equal to one.
Компоненты устройства 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 13, 14, 15, 16, 17, 18 могут быть выполнены на стандартной элементной базе.The components of the device 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 13, 14, 15, 16, 17, 18 can be performed on a standard element base.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904857379A RU1770775C (en) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | Geophysical electric survey apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904857379A RU1770775C (en) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | Geophysical electric survey apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1770775C true RU1770775C (en) | 1992-10-23 |
Family
ID=21531100
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904857379A RU1770775C (en) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | Geophysical electric survey apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1770775C (en) |
-
1990
- 1990-08-06 RU SU904857379A patent/RU1770775C/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР Мз 967394, кл. G 01 J 3/08, 1982. Талонов М., Моисеев В. и др. Быстрые колебани напр женности электрического пол атмосферы на предварительной фазе суббури./В сб. Эффекты высыпани зар женных частиц в верхней атмосфере. - Якутск.: 1988, с. 83-90. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU1770775C (en) | Geophysical electric survey apparatus | |
Helfrick | Electrical spectrum and network analyzers: a practical approach | |
US3965438A (en) | Frequency locking system for a voltage controlled sweep frequency oscillator | |
US3174099A (en) | Automatically controlled nuclear magnetic resonance frequency sweep oscillating detector device | |
US4542346A (en) | Wide-range lock-in amplifier | |
Min et al. | Design concepts of instruments for vector parameter identification | |
SU1714529A2 (en) | Dc voltage indicator | |
SU1539639A1 (en) | Automatic meter of moisture slat content in soil | |
RU2126173C1 (en) | Device with capacitance gauge | |
SU1368794A1 (en) | Method of measuring fluctuation of generator frequency | |
SU792170A1 (en) | Generator frequency fluctuation meter | |
SU1385048A1 (en) | Device for determining moisture content | |
SU1734035A1 (en) | Spectrum analyzer | |
SU460492A1 (en) | The method of determining the dispersion characteristics of the environment | |
SU1448297A1 (en) | Spectrum analyzer | |
SU935809A1 (en) | Device for measuring amplitude frequency characteristics | |
SU828043A1 (en) | Nuclear magnetic resonance spectrometer | |
RU1810764C (en) | Method of detecting parasitic components in generator signal spectrum | |
SU450106A1 (en) | Integrating Digital Voltmeter | |
SU1476397A1 (en) | Method for measuring mean frequency variation rate and linearity of modulation characteristics of frequency-modulated oscillators | |
SU678437A1 (en) | Arrangement for measuring resonant frequency and q-factor of resonant system | |
SU1559307A1 (en) | Radio signal sample converter | |
SU1071988A1 (en) | Metal detector | |
SU980038A1 (en) | Device for electric geosurvey | |
SU1215060A1 (en) | Apparatus for measuring amplitude and phase distortions of radio receiver signals |