SU646295A1 - Датчик электрического пол - Google Patents

Description

1

Изобретение ргноситс  к области электроразведки методом переменного естественного электромагнитного пол , основанном на измерении угла наклона фронта.волны. Преимущественна  область использовани  датчика-магнитотел лурическое зондирование и профилирование в звуковом и инфразвуковом диапазоне частот и определение эффективной электропроводности средь при проектировании линий электропереда и св зи.

Известны датчики элёкт|зического по ,л , которые содержатс  в устройствах дл  геоалектроразведки, предназначенных дл  измерени  угла наклона фронта электромагнитной волны.

В качестве датчиков электрического пол , в частности вертикальной его компоненты Е« в воздухе, используютс  различные проволочные антенны, не содержащие активных элементов, например дипольного типа. Применение пассивных антенн эффективно лишь на радиочастотах . На звуковых и инфразвуковых частотах входное сопротивление реальных

антенн такого типа достигает 1О Ом И более. Соответственно, сопротивление изол ции входных пеней должно быть увеличено в зависимости от требуемой ТОЧНОСТИ измерений до или прин ты меры по стабилизации величины этого сопротивлени  при сохранении необходимой действующей высоты антенны .

В реальных услови х полевых работ, особенно при повышенной влажности воздуха , требовани  к изол ции входных цепей известного устройства оказывают с  практически недостижимыми, в результате чего наблюдаетс  неучитываемое изменение действующей высоты антенны, привод щее к низкой точности наблюдений ГГ.

Наиболее близким техническим рещением к предлагаемому изобретению  вл етс  датчик,  вл ющийс  разновидностью так называемой антенны верхнего питани  . Ок содержит полый металлический электрод с днищем из изол ционного материала, размешенный

внутри электрода антенный усилитель, металлическую штангу и антенный противовес .

Недостаток датчика в том, что емкость между рабочим электродом и штангой , а также поверхностное сопротивление изол тора оказь1вают шунтируклцее действие на вход антеттого усилител  и снижают действующую высоту антенны. Причем шунтирующее действие сопротивлени  изол торанепосто нно, так как его поверхностна  проводимость зависит от влажности воздуха, степени загр зненности его и т. д, 2.

Цель предлагаемого изобретени  повышение точности измерений электрического пол  в воздухе, особе™о в нижней части звукового и инфразвуковом диапазонах частот и в услови х повышенной влажности воздуха.

Она достигаетс  тем, что в известИом датчике электрического пол , выполненном в виде антенны верхнего питани , содержащем полый металлический рабочий электрод, внутри которого помешен антенный предусипитель, днише которого выполнено из изол шюнного материала и укреплено на поверхности металлической штанги, заканчивающейс  заземлителем, и антенный противовес, дополнительно введен {полый компенсирукйций электрод, помешенный впространстве между полым работам электродом и антенным предусилителем.

На фиг. 1 дана блок-схема предлагаемого .датчика; на фиг. 2 - блок-схема устройства дл  геоэлектроразведки, включаклцего предлагаемый датчик вертикальной компоненты пол .

Предлагаемый датчик содержит полый металлический электрод 1, иншде 2, антенный предусилитель 3, компенсируюший .. электрод 4, металлическую штанну 5, гальванический противовес-зазем- литель 6, антенный противовес 7.

Рабочий элёктрод 1 датчика (фиг. l) представл ет собой полую металлическую конструкцию (например, цилиндри-, ческой формы) с днищем 2 из- изол ционного материала, герметически закрывающем полость электрода. Рабочий электрод укреплен на верхней части металлической трубы (штанги) 5, котора  устанавливаетс  на исследуемой поверхности и при измерении компоненты Е удерживаетс  в вертикальном поло жении с помощью треноги или оператором . К нижней части штанги подключаетс  антенный противовес 7. Емкостным противовесом может служить, например один или несколько отрезков провода с оби1ей длиной, не менее, чем в 2О раз превышающей высоту штанги. При исследовани х в услови х хорошо провод щего поверхностного сло  примен етс  гальванический противовес-заземлитель 6. Внутри рабочего электрода расположен антенный предусилитель 3, вход которого соединен с электродом, общие (земл ные) шины предусилител  соединены с штангой, выход - с изолированным проводом, проход щим внутри штанги.

В предлагаемом датчике применена компенсаци  емкостной и гальваническо утечки между рабочим электродом и штангой, котора  осуществл етс  следующим образом..

К выходу предусилител  подключаетс  расположенный внутри рабочего элекрода компенсирующий .электрод 4, который представл ет собой полую металлическую конструкцию, охватывающую монтажную плату предусилител  и соединительные провода, проход щие через днище. В качестве антенного предуси- лител  используетс  усилитель с коэффициентом передачи, предельно близким к единице, высоким входным и низким выходным сопротивлением. При указан .ных параметрах предусилител  рабочий и компенсирующий электроды оказываютс  эквипотенциальными, и утечка между ними отсутствует практически во всем диапазоне возможного изменени  поверхностной проводимости изол тора . Величина последней .на участке компенсирующий электрод-штанга не оказы.вает вли ние на параметры антенны , так как в этом случае изол тор включен параллельно низкому выходномусопротивлению предусилител .

Величина ЭДС В т, на выходе датчика Е св зана с последней следующим соотношением

.

Claims (1)

1. где Q 2 чувствительность или действующа  высота антенны есть функци  рассто ни  между рабочим электродом и поверхностью земли, высоты штанги, входного импеданса антенного усилител , емкости рабочего электрода, комплексного сопротивлени  заземлител  и противовеса, частоты. 5 Предлагаема  схема компенсации утечки межпу рабочим электродом и штангой, а также применение при плохо провод щем поверхностном слое емкост ного противовеса обеспечивают практическую независимость величины Q от влажности, загр зненности воздуха и электрических свойств подстила1ощей среды. Чувствительность О этом случае  вл етс  параметром конкретной антекны, завис щим лишь от частоты и определ етс  путем расчета или экспе риментально, по результатам измерени  82 в искусственно созданном поле с известной напр женностью EZ При выполнении услови  |S-p, |2,рэ ( 2 -ВХОДНОЙ импеданс антенного усилител ,2,э--емкостное сопротивление рабочего электрода),Которое  вл етс  удобным, во многих случа х достижимым , но не об зательным, величина Q по размерности и численно совпадает с рассто нием между центром рабочего электрода и поверхностью земли. Устройство дл  геоэлехтроразведки (фиг. 2), в котором примен етс  предлагаемый датчик вертикальной компоненты I с рабочим электродом 1, содержит также датчик горизонтальной ко поненты электрического пол  II . Оба датчика р.асположены на поверхностиземли и подключены к входам двух идентичных каналов измерительного прибора J1I , представл кхцего собой селективный микровольтметр средних значений измер емого напр жени . На датчик воздействует переменное естественное электрическое поле, имеющее в пр моугольной системе координат компоненты EX. Е ц Е 2; , в цилиндрической - Е|) , E2. Датчик горизонтальной компоненты состоит из двух ортогональных симметричных незаземленных приемных линий 2, выполненных из гибкого изолированного Провода, располо- . женного непосредственно на поверхности земли, и блока усилителей-фазовращателей 3. Каждый из каналов микровольтметра содержит избирательный уси литель с детектором 4, интегрирующее устройство 5 и регистрирующий прибор 6. Сигналы е„ и ер, пропорциональные соответственно амплитудам вертикальной (E,j,) и полной горизонтальной (Ej, ) компонент поступают на вход измерител ного прибора, усиливаютс  н детектируютс  блоками -1 и интегрируютс  бло5 ками 5. К выходам интеграторов подключены регистрирующие приборы 6, показани  которых пропорциональны средним за врем  интегрировани  значени м составл ющих пол  Е и Е, . Устройство может использоватьс  дл  измерений как на одной фиксированной частоте, так и на нескольких. Результаты измерений могут быть представлены средних значений составл ющих Е., и В р угла наклона фронта волныW Е|-,/Е и эффективного сопротивлени  D , определ емого по формуле . /(Ом-м) 60Д(/у)а)У где А - длина волны электромагнитного пол  в воздухе дл  частоты 1 . , Повыщение точности измерений с предлагаемым датчиком подтверждаетс  результатами экспериментов: изменени  чувствительности датчика на частотах 20-80 Гц при различных погодных услови х не наблюдаетс . В то же врем  действующа  высота известных антенн при повышенной влажности воздуха (туман, дождь) уменьщалась на этих частотах за счет утечки по изол тору до 2-3 и более раз, что приводило к соот ветству1ощей погрещности измерени  или Ер/Е Формула изобретени  Датчик электри.ческого пол , выполненный в виде антенны верхнего питани , содержащий полый металлический рабочий электрод, внутри которого помешен антенный предуснлитель, днище которого выполнено из изол ционного материала и укреплено на поверхности металлической штанги, заканчива1ошей- с  заземлителем, и антенный противовес , отл и-чающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  электрического пол  в воздухе датчик снабжен полым компенсирующим электродом, помешенным в пространство между полым рабочим электродом и антенным предусилителём. Источники информации, прин тые во вник{апие при экспертизе 1. Патент США Кэ 3087111, л. 321,0-8, 1963. 2,Ogawa7.:j.Qeom.qeoe8ectR,1966, . 1.В, № 4, р. 443-454. 1C .. Л л л Г л

   п

   uz.i