RU2448U1 - Устройство для электромагнитной разведки - Google Patents

Abstract

1. Устройство для электромагнитной разведки, содержащее чувствительный элемент, перестраиваемый фильтр и анализатор, содержащий индикаторный элемент, отличающееся тем, что в него дополнительно введены предварительный усилитель, генератор опорного сигнала и усилитель переменного тока, а в анализатор - фазовый детектор, первый и второй входы которого являются первым и вторым входами анализатора, фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом фазового детектора, усилитель постоянного тока, первый вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, блок коррекции, выход которого соединен с вторым входом усилителя постоянного тока, интегратор, вход которого соединен с выходом услителя постоянного тока, а выход интегратора соединен с входом индикаторного элемента, кнопка сброса интегратора, соединенная с входом сброса интегратора, чувствительный элемент представляет собой антенну, выполненную в виде плоского проводящего диска, перестраиваемый фильтр выполнен в виде импульсного фильтра, имеющего второй вход, соединенный с выходом генератора опорных сигналов и вторым входом анализатора, выход чувствительного элемента соединен с входом предварительного усилителя, выход которого соединен с входом перестраиваемого фильтра, а усилитель переменного тока включен между выходом перестраиваемого фильтра и первым входом анализатора.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что антенна является ненаправленной и широкополосной и имеет размеры, пренебрежимо малые по сравнению с длинами принимаемых волн.

Description

устройстаз дяя ЭЛЕКГРОМАПШНОЙ РАНВЩШ.

Устройство относится к геофизике и может быть нспояьзовшо Д1Я поиска неоднородностей грунта, например, включений шдзшшых вод, локадшзандй границ разнородных сред, ШЕкенерно-геологичвских изысканий, например, при картографии згчастков под застройЕ г зданий и соорр ений, дяя поиска подземных ковщуникшщё, а f аюке дяя обнаружения мест повреждения подземных трубопроводов.

Известно устройство для электроразведки, содержащее генератор периодических сигнажов, выход которого подкзшчён к излучателю, последовательно соед1анёшше приё1лник магнитного позш ж предварительный усияитель, а также избирательный усШШеейь ж

регистрации; содержащее таюке генерато импульсов рлрщо частоты первый и второй делжтели частоты, детектор нулевого

уровня, cxei И, шщульсов, цифровой блок

логовый преобразователь, инвертор нацряНййШ первйР «sof©

вибраторы, причём, генератор импульсов опорной частотн совдин§н со входом первого делителя частоты и первым входом схемы И, выход первого делителя подкзшчён ко входу генератора периодических сигналов, выход предварительного усилителя подкжю н к последовательно, соединённым избирательноцу усилителю, детектору пересечшяя нулевого уровня и второму делителю частоты, выход которого соединёй со вторым входом схемы И и входами первого одновибратора и инвертора напряжения, выход схемы И подкяю н к счётному входу c iSfчика шщульсов.

. I -;;, f ...,;

.

разрщщые выхода которого подключены ко входам цифрового бяока памяти, выходы цифрового блока соединены со входами цифроаналогового преобразоватежя, анаюговыЁ выход которого подключи к блоiQr измерения и: регистрации, выход первого одновибратора подютючён ко входу установки в О счётчшса импульсов; а выход инвертора напряжения соединён со входом второго одновибратора, выход которого шдклго н к управляще1|Цу входу блока памяти р.

Известное устройство является активным, т.е. работает на приём отражённого от аномажии зоцдирутощего сигнала; в свяэи с чем недостаткШ|Ш его являются высокая сложность и низкие эксплуатащонные характеристики, а также невысокая точность по причине влияния помех от первичного электромагнитного поля при приёме отршённого вторичного сигнала, и низкие фр ки; 1ональные возможности ввщог невозможности определения мест повреждения подземных трубопроводов,

Известна пассивная геофизическая разведочная система, содержащая чу твительный элешнт, перестраиваемый фильтр, вход которого соединён с выходом чувствительного элемента и анализатор, содержащий ищр кш орны1 элемент, вход анализатора соединён с выходом перестраиваемого фильтра. Кроме того, перестраиваемый фальтр содержит схецу подстройки импеданса и второй вход и выход, , второй вход связан со вторым выходом чувствительного .элемента а аналжзатор содержит схещ прямых и перекрёстных связей шрзнй и второй входы которой являются первым и вторам входам анализатора, .второй вход которого соединён со вторым выходом перестраиваемого фииьтра; индикаторный элемент является цравым и левым головшши телефонами, входы которых соединены с выходами схемы прямых и перекрёстных связей з.

Известное устройство является высоко экологичйнм, поаколыдг работает искзшчительио на приём без вспомогательншс шредающшс уст-ройств и блоков, а также не создаёт по этой причине дополнгоельнызс

пошх при приёме полезного сигнала.

Недостатками известного устройства явяяюфся низкая пояшхозащищённооть по причине получения полезной информации из амшштуды принимаемого сигнала, невысокая точность в связи с тем, что по причине низкой помехозащищённости невозможно реализовать достаточно большое усижение, а также невысокие функциональные возможности ввиду грубости распознавания, что позволяет различать очень узкий спектр неоднородностей.

Целью полезной модели является расширение дщкцнонажышх возможностей за счёт осуществления реагирования на неоднородности грркиа различной, необязательно металлической природы, в том числе, на подзешше воды, осуществления возмошюсти поиска подземных ковщуникащй и мест их повреадения; у зучшение эксплуатационных характеристик за счёт упрощения реализации и упрощения обслузшвания устройств геофизической разведки; понашение точности, помехозащищённости и достоверности локализации границ неоднородностей.

Дзш достижений поставленной цели в известную пассиварэ геофиЗИЧВС15Р) систе, содержащую чувствительный элемент, перестраиваемый фильтр, вход которого соединён с выходом чувствительнозю элемента и анализатор, содержащий индикаторный элемент; жход анализатора соединён с выход ж перестраиваемого фшсьтра, дополнительно введена предварительный усилитель, генератор опорного сигнада и усилитель переменного тока, а в анализатор - фазовый детектор, первый и второй входы которого являются первым и вторым входами анажизатора; фильтр нижних частот, вход которого соединён с выходом фазового деTeKTOpaf усижитель постоянного тока, первый вход которого соединён с шкодсяа фильтра низших час,тот, блок коррекщш, шкод которого соединён со вторым входом усилителя постоянного тока| интег ажор,вход которого соединён с выходом усилителя постоянного тока , а,выход

бy/i a r/

8 -

еа интегратора, соединённая со входом сброса интегратора; чувйительшай элемент прежставняет собой антенну, выполненвр) в виде шоского проводящего диска; перестрашаеш фильтр вшолнен в вщсе импульсного фильтра, шющего второй вход, к которому соединён выход генератора опорных сигналов, который соединён также со вторым входом анализатора; предварительный усилитель включён между чувбЬительшш элементом и перестраиваемым фильтром, что выход чувствительного элемента соединён со входом предварительного усилителя, выход которого соединён со входом перестраиваемого фильтра, а усилитель переменного тока включён между выходом перестраиваемого фильтра и первым входом анализатора. Кроме того, антенна является ненаправленно и широкополосной и имеет размеры пренебрежимо малые по сравнению с длинами принимаемых волн.

На фйг;1 изображена фуншшональная схема устройства для электромагаитной разведки.

Устройство Д1Я электроглагнитной разведки Сфиг.1) содержит приёмную антенну I в виде плоского проводящего диска,предварительный усилитель 2, вход которого соединён с выходом антенны I,импульсный полосовой фильтр 3, первый вход которого соединён с выходом предвщштельного усилителя 2, генератор 4 опорных сигналов, выход которого соединён со вторим входом импульсного фильтра 3, усилитель 5 переменного тока, вход которого соединён с выходом импульсного фильтра 3, фазовый детектор 6, первый вход которого соединён с выходом усилителя переменного тока 5, а второй вход соединён с выходом генератора 4; а также последовательно соединённые |шсьтр 7 нижних частот, усиянтажь 8 постоянного тока, интегратор 10 и индикатор П, причём вход физЕЬТра нижних частот 7 соедшён с выходом фазового детектора 6; блок коррекции 9, выход которозто соединён со BTOjpM входом усилителя 8 постоянного тока и кнопку 12 сброса .

. 4 ётегратора 10, соединённую со входом сброса интегразуора IQ; фазовый детеютор 6, фильтр низших частот 7, усилитель 8 постоянного тока с блоком коррещии 9, интегратор 10, индикатор II и кнопка сброса интегражора 10 образуют анализатор 13, входами которого являются входы фазового детектора 6.

Устройство Д1Я электромагнитной разведки (фиг.1) работает сле ОПЩШУ образом

Приёмную антенну I размещают паражлельно поверхности Зении на расстоянии порядка 1м и в результате чего образуется электроемкость, одной из обкяадок которой является Земл|, а другой - приёмная антенна I. При этом, посколы размеры антенны I пренебрежимо малн по сравнению с рабочшяи джинами волн (в диапазоне сверхджинЕШх волн I - 15 кГц), частотная характеристика её является широкополосной, о позволяет не вццелять (например, радиостанщаи ижи отражённый сигнал как в известных устройствах) на фоне щума, а наоборот, принимать все виды шумов сверхдшанноволнового диапазона (с равномерным спектром, ф1иккер -шум и т.д.) Таким образом, в предлагаемом устройстве полезным является шумовой сигнал. Посколы г заряд ёмкости, образованной антенной I и Землёй, не зависит от расстояния до Земли и положения антенны I, а определяется лишь свойствами электрическое составляющей электромагнитного псиш Земжи в данном месте, фр|уктувдия заряда этой ёмкости пропорзщональна щумовоаду сигналу (напряжённости) электрической компоншты БШШ (естественного электромагнитного поля Земли), Сигнал с приёмной антенны I, пропорциональный заряду, поступает на вход предварительного усилителя 2, входной каскад которого выполнен по схеме усилителя заряда, преобразущего заряд в напряжение. Усиленное напряжение, пропорциональное те1чщим флуктуацшзм , с выхода предварительного усилителя 2 поступает на вход импульсного фашьтра 3, полоса проиуокаюш Еоторого составляет дали герщ, где прожоходш ввделеfШ Г

- ще частотной составляющей шума на фиксированной частоте, определяшоЁ частотой Сигнала, поступающего на второй вход имщгдьшого фильтра 3 с генератора 4 опорного сигнала Сиз спектра щгма имцуяьсннй фкньтр 3 пропускает только свгналн, совпанаюоще по частоте с частотой свгнажа генератора 4). Далее, напряжение выделенной фильтром 3 составляющей щума усиливается в усилителе 5 переменного тока с 60ЛЫП1Ш коэ ифентом усиления (до ограничения сигнала по уровню и поступает на вход фазового детектора 6, где происходш преобразование фазового сдвига медду первой гармоникой входного сидаала и совпЁщаюощм с ней по частоте сигналом опорного генератора 4 в импульсное напряжение, площадь ш-шульса которого пропорциональна величине фазового сдвига. Это напряжение поступает на вход фвиьтра 7 нижних частот, который вьщеляет постоянную составля1щю из этой импульсной последовательности, уровень которой пропорционален теiqmieHy значению фа1 ов6го сдвига, таким образом, прокеходиж преобразование фазового сдвига в напряжение. Это напряжение усиажвается далее в усилителе 8 постоянного тока, на второй внчитаюидай вход которого поступает постоянное напряжение с выхода блока коррешщи 9, KOTOpJt представляет собой прещзионннй регулируемый источник опорного напряжение. Величина и знак этого напряжения устанавливаются при KOMneHcaipit уровня помехового фона перед измерением таким образом, чтобы сштнал на выходе усилителя постоянного тока 8 был равен нулю. В этом случае сзагнал на выходе интегратора 10 тамке равен нулю, что отражается шщикатором II.

Аномалии, находящиеся в земной коре (геологические неоднородности, наличие воды, пустот, металлических предметов) создают соответствушще искажения 1ЭМ1Ш, что отражается на его щрювой компоненте электрической составлящей, прохождении над аномалией антенны I в продессе её перегющения, создают дополнительные фазовые сдршш напряжения с выхода усЕяителя 5 першенного тока относительйо напря /

жения с выхода генератора 4 опорных сигналов, что обусловживает появяение на выходе фазового детектора 6 напряжения, ожличащегося от напряжения, соответстврщего фазовому сдвигу входных сигналов при о отсутствии шо1ла1жи. При этом напряжение на выходе фазового детектор;а 6 становится отличным от предварительно установленного в отсутСТВ1Ш аномалии напряжения с выхода схе1ш коррекции 9, в резу; ьтате чего при вычитании их в усшштеле постоянного тока 8 они не компенсируют друг друга и на выходе усилителя 8 появляется отличное от нудя напряжение, пропорциональное приращению фазового сдвига вносшлых в поле искажений, вызванных скрытой в грзште аномалией. Наличие малейшего фазового сдвига, отличающегося от фона, и соответственно, напряжения-отличного от нуля на выходе усилителя 8 постоянного тока приводит к тому, что интегратор 10 начинает интегрировать это напряженже,и уровень сигнала на его выходе раст1т. При этом текущая скорость этого роста определяется текущей величиной фазового и при наличии даже незначительной величины последнего сигнал на выходе интегратора 10 может достигнуть нащшжения насыщения при достаточном времени интегрирования. Процесс изменения напряженЕЯ на выходе интегратора 10 отражается на индикаторе II, например, стрелочном и ьюжет поэтоцу на(5лвдаться визуально. Таким образом, устройство позволяет индицировать наличие даже небольших отличий фазового сдвига частотных составляющих шумовой компоненты сигналов ЕЭМПЗ от в результате чего позволяет реаиизоваэрь внсовую чувствительность обнаружения неоднородностей грунта и инородных включений в нём. Кроме того, по скорости нарастания напряжения на выходе интегратора 10 цри постоянной скорости перемшцений антенны I над поверхностью Земйи можно судить о величине фазового сдщга в конкретном месте, т.е. о глубине залегания искомой неоднородности. Перед началом измерений интегратор 10 необходимо обнуляюсь нажатием кнопки сброса 12, разряжающей конденсатор интегратора Ю. Это рекоi /.f

мендуетея делать периодически в процессе поиска до обнаружения неоднородности во избежание накопления напряасенш дрейфа нуля.

Ередлагаемое устройство для электромагаитной разведки ш сравнению с известными устройствагш, в том числе, с прототипом, обладает следующими преиыуществашс

-более пшрокими б кщональнныи возможностями, благодаря введению дополЕШтельных элементов, соединённых предложенным образом, т. к, позволяет обнаруживать значительно более широкий спевяр неоднородностей грунта различной природы и может использоваться в геологоразведке, поиске скрытых ковяцуникахщй, в качестве миноискателя и дефектоскопа подземных трубопроводов;

-высокой чувствительностью и помехозащщённостью, что позволяет реализовать более высо1ош точность поиска неоднородностеЙ и позволяет локшизовыважь их границы за счёт введения дополнительных элементов, соединённых преджоженным образом;

-простотой, компактностью, малыми весогабаритными показателями и высокой степенью экологичности по причине отсутствия передаащих и излучающих блоков и малого потребления энергии, поскольку утстройство являемся пассивным;

-высокой технологичностью и отсутствием применения дершоажных деталей, что позволяет с шшимадьныш затратами организовать массовое производство;

-простота, безопасность и доступность эксплуатации, позволяэдая проводить измерения без какой-либо специальной подготовки.

Авторы: Ctr 1).П.Кравченко

/ /А.С.Горохин Н.В.Кажашченко

- :, : с к штонна явдявтся ненадравдиныиД и широкоцо Лоспой и имосо; раэморы прсяюброжимо маяые по сравнеиш с ддогнами

Источники информации, принятие во внимание. 1.Авторское свидетельство 2.Патент СЖ JM 686 475,

( Ю .П. Кравченко

А.С,Горюхин Н.В.Каяашченко А, В, Савельев

..-

.-СССР А 1238673, МКЙ в 01 v 3/II, 1986, МШ G 01 7 3/12, 1987р.

Claims (2)

1. Устройство для электромагнитной разведки, содержащее чувствительный элемент, перестраиваемый фильтр и анализатор, содержащий индикаторный элемент, отличающееся тем, что в него дополнительно введены предварительный усилитель, генератор опорного сигнала и усилитель переменного тока, а в анализатор - фазовый детектор, первый и второй входы которого являются первым и вторым входами анализатора, фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом фазового детектора, усилитель постоянного тока, первый вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, блок коррекции, выход которого соединен с вторым входом усилителя постоянного тока, интегратор, вход которого соединен с выходом услителя постоянного тока, а выход интегратора соединен с входом индикаторного элемента, кнопка сброса интегратора, соединенная с входом сброса интегратора, чувствительный элемент представляет собой антенну, выполненную в виде плоского проводящего диска, перестраиваемый фильтр выполнен в виде импульсного фильтра, имеющего второй вход, соединенный с выходом генератора опорных сигналов и вторым входом анализатора, выход чувствительного элемента соединен с входом предварительного усилителя, выход которого соединен с входом перестраиваемого фильтра, а усилитель переменного тока включен между выходом перестраиваемого фильтра и первым входом анализатора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что антенна является ненаправленной и широкополосной и имеет размеры, пренебрежимо малые по сравнению с длинами принимаемых волн.