SU855584A1

SU855584A1 - Device for locating non-uniformity of mountain rock mass

Info

Publication number: SU855584A1
Application number: SU792846217A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Александрович Иванов; Николай Альбертович Нейбергер; Виктор Григорьевич Стеценко; Михаил Семенович Пушкарь; Юрий Тимофеевич Власов
Original assignee: Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт Им. Артема
Priority date: 1979-11-29
Filing date: 1979-11-29
Publication date: 1981-08-15

Description

Изобретение относитс к бесконтактному поиску скрытых неоднородностей путем сн ти амплитудно-частотных и фаэо-частотных характеристик исследуемого массива и может быть использовано при производстве земл ных работ дл обнаружени подземных коммуникаций . Известно устройство дл обнаружени неоднородностей,содержащее блок формировани синусоидального сигнала излучающую и приемные антенны, избирательный усилитель и измеритель амплитуды fl . Недостатками такого устройства вл ютс сложность его конструкции,ограниченна область использовани дл поиска только электропровод щих неоднородностей и невозможность испольэовани известного устройства дл обнаружени неоднородностей из диэлектрического материала. Наиболее близким техническим реше нием к изобретению вл етс устройст во дл обнаружени неоднородностей содержащее излучающую и измерительную антенны, преобразователь, соединенный первым входом с измерительной ан тенной, блок формировани двух частотно-модулированных сигналов с noсто нной разностью частот, соединенный первым выходом с излучающей антенной и вторым выходом с вторым входом преобразовател , последовательно соединенные измерительный усилитель и измеритель амплитуды, соединенные с выходе преобразовател . Известное устройство обеспечивает обнаружение зон с резкими изменени ми электроводности в исследуемом массиве , например, наличие металлических коммуникаций 2J, Недостатком известного устройства вл етс то, что оно не обеспечивает обнаружение зон с различной диэлектрической проницаемостью, например , наличие неметсшлических коммуникаций . 1фоме того, устройство имеет невысокую помехозащищенность. Цель изобретени - расширение функциональной возможности за счет обнаружени неоднородностей с разными диэлектрическими свойствами и повьЕиение помехозащищенности. Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство дл обнаружени не (зднородностей в массиве горных пород, содержащее излучающую и измерительную антенны, преобразователь, , соединенный первым входом с измерительной антенной, блок формировани двух частотно-м рдулированных сигналов с посто нной разностью частот, соединенный первым выходом с излучающей антенной и вторым выходом с вторым входом преобразовател , последовательно соединенные избирательный усилитель и измеритель амплитуды, соединенные с выходом преобразовател , дополнительно введены соединенные последовательно второй преобразователь , второй избирательный уси-j литель и фазометр, причем входы второго преобразовател , соединены с выходами блока формировани двух частотно-модулированных сигналов, а Ьторой вход фазометра соединен с выходом измерител амплитуды.The invention relates to a contactless search for hidden inhomogeneities by removing the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of the array under study and can be used in earthworks for the detection of underground utilities. A device for detecting discontinuities is known, comprising a sinusoidal signal shaping unit emitting and receiving antennas, a selective amplifier and an amplitude meter fl. The disadvantages of such a device are the complexity of its design, the limited field of use for searching only electrically conducting inhomogeneities, and the impossibility of using a known device to detect inhomogeneities from a dielectric material. The closest technical solution to the invention is a device for detecting inhomogeneities containing a radiating and measuring antenna, a converter connected by a first input to a measuring antenna, a unit for generating two frequency-modulated signals with a constant frequency difference, connected by a first output to a radiating antenna and the second output with the second input of the converter, a measuring amplifier connected in series and an amplitude meter connected to the output of the converter. The known device provides detection of zones with abrupt changes in electrical conductivity in the array under study, for example, the presence of metal communications 2J. A disadvantage of the known device is that it does not provide detection of zones with different dielectric constant, for example, the presence of non-symphony communications. 1of addition, the device has a low noise immunity. The purpose of the invention is to enhance the functionality by detecting inhomogeneities with different dielectric properties and improving noise immunity. This goal is achieved by the fact that in a device for detecting non-homogeneity in a rock massif containing a radiating and measuring antenna, a transducer, connected by a first input to a measuring antenna, a unit for generating two frequency-multiplied signals with a constant frequency difference, connected first output with a radiating antenna and a second output with a second input of the converter, a series-connected selective amplifier and an amplitude meter connected to the output of the converter, in addition A second transducer connected in series, a second selective wuxi-j motor and a phase meter, the inputs of the second transducer, are connected to the outputs of the block for generating two frequency-modulated signals, and the second input of the phase meter is connected to the output of the amplitude meter.

На чертеже показана принципиальна схема устройства.The drawing shows a schematic diagram of the device.

Схема устройства содержит блок 1 формировани двух частотно-модулированных сигналов с посто нной разностью частот, один выход которого соединен с излучающей антенной 2, а второй выход соединен с преобразователем 3, выход которого соединен через избирательный усилитель 4 с измерителем 5 амплитуды, а вход с измерительной антенной 6. Выходы блока 1 формировани двух частотно-модулированных сигналов соединены со входами дополнительно установленного преобразовател 7, выход которого соединен через избирательный усилитель 8 с одним из входов фазометра 9, а второй вход фазометра соединен с измерителем 5 амплитуды. Блок 1 формировани двух частотно-модулированных .сигналов состоит из перестраиваемого по частоте генератора 10, соединенного с двум параллельными частотными каналами, каждый из которых состоит из преобразовател 11, фильтра 12 нижних частот и широкополосного усилител 13. При зтом вход генератора 10 соединен через коммутатор с блоком 14 автоматического управлени частотой или с конденсатором 15 переменной емкости ручной установки частоты, а преобразователи 11 соединены с кварцевыми генераторами 16.The device circuit contains the unit 1 of forming two frequency-modulated signals with a constant frequency difference, one output of which is connected to the radiating antenna 2, and the second output is connected to the converter 3, the output of which is connected through the selective amplifier 4 to the measuring amplitude 5 antenna 6. The outputs of the block 1 of the formation of two frequency-modulated signals are connected to the inputs of an additionally installed converter 7, the output of which is connected via a selective amplifier 8 to one of the inputs in phase meter 9, and the second input of the phase meter is connected to the meter 5 amplitude. The unit 1 of forming two frequency-modulated signals consists of a frequency tunable generator 10 connected to two parallel frequency channels, each of which consists of a converter 11, a low-pass filter 12 and a broadband amplifier 13. The input of the generator 10 is connected via a switch an automatic frequency control unit 14 or with a variable capacitor 15, manually setting the frequency, and the converters 11 are connected to quartz oscillators 16.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Блок 1 формировани двух частотно-модулированных сигналов на излучакхдую антенну 2 подает частотно-модулированный сигнал, который создает в окружак цем пространстве частотномодулированное электромагнитное поле. Это поле, проход через массив горных пород, индуцирует в них вихревые токи, которые, в свою очередь, создают вторичное частотно-модулированное электромагнитное-поле, амплитуда и фазовый сдвиг которого зависит как от злектрических свойств массива горных пород, так и от имеющихс в нем неоднородностей, например, подземные коммуникации, локальные металлические и неметаллические предt -ia и т.д. Вторичное частотно-модулированное электромагнитное поле принимаетс измерительной антенной б, сигнал с которой поступает на преобразователь 3. На этот же преобразователь поступает частотно-мс улировамкый сигнал с блока 1 формировани двух частотно-мс улированных сигналов .The unit 1 of forming two frequency-modulated signals to the emitting antenna 2 supplies a frequency-modulated signal, which creates a frequency-modulated electromagnetic field in the surrounding space. This field, the passage through the rock mass, induces eddy currents in them, which, in turn, create a secondary frequency-modulated electromagnetic field, the amplitude and phase shift of which depends both on the electrical properties of the rock mass and on it irregularities, for example, underground communications, local metallic and non-metallic pre-ias, etc. The secondary frequency-modulated electromagnetic field is received by the measuring antenna b, the signal from which is fed to the converter 3. The same-ms signal is received from the unit 1 that generates two frequency-ms of the detected signals.

Преобразователь 3-преобразует два: частотно-мс улированных сигнала в сигнал промежуточной частоты (частота которого остаетс посто нной во всем диапазоне изменени частот излученного; антенной 2 электромагнитно ,го пол ),. Промежуточный сигнал выдел етс избирательным усилителем 4 и подаетс дл измерени на измеритель Б амплитуды.A 3-converter converts two: the frequency-ms signal of the signal into an intermediate frequency signal (the frequency of which remains constant throughout the entire frequency range of the emitted frequency; the antenna 2 is electromagnetic, the field). The intermediate signal is extracted by a selective amplifier 4 and is fed for measurement to an amplitude meter B.

Одновременно с шдходов блока 1 формировани двух частотно-модулированных сигналов сигналы подаютс на преобразователь 7, который преобразует их в сигнал промежуточной частоты , фаза которого не зависит от электрических свойств массива горных пород . Этот сигнал Шзшел втс избирательным усилителем 8 и подаетс на фазометр 9. Одновременно на фазометр 9 подаетс сигнал с измерител 5 амплитуды. Фазометр 9 измер ет. разность фаз между первично излученным и вт,орично -частотно-модулированными электромагнитныкм пол ми.Simultaneously with the shots of the unit 1 of forming two frequency-modulated signals, the signals are fed to the converter 7, which converts them into an intermediate frequency signal, the phase of which does not depend on the electrical properties of the rock mass. This signal is provided by the selective amplifier 8 and is fed to the phase meter 9. At the same time, the phase meter 9 is supplied with a signal from the amplitude meter 5. Phase meter 9 measures. phase difference between the primary emitted and w, orientally frequency-modulated electromagnetic fields.

Выполненное таким образом устройство обеспечивает получение информации об исследуемом массиве горной породы по трем параметрам: по текущему значению частоты в заданном диапазоне , по амплитуде вторичного электромагнитного пол , характеризующей проводимость исследуемого массива и указывающей на наличие зон с резкими изменени ми электропроводности,например , металлических комиуникаций в исследуемс массиве, по сдвигу фаз между первичным и вторичным электромагнитными пол ми, характеризующему диэлектрические свойства исследуемого массива и указывающего на наличие зон с резкими изменени ми диэлектрической проницаемости, например, на наличие неметаллических коимуникацкК,The device made in this way provides information on the rock mass under investigation using three parameters: the current frequency value in a given range, the amplitude of the secondary electromagnetic field, which characterizes the conductivity of the array under study and indicates the presence of zones with abrupt changes in electrical conductivity, for example, metallic communications we study the array, by the phase shift between the primary and secondary electromagnetic fields, which characterizes the dielectric properties, we investigate th array and indicating the presence of areas with sharp changes in the dielectric constant, e.g., for the presence of nonmetallic koimunikatskK,

Применение устройства позвол ет снизить трудозатраты при геологоразведочных работах за счет исключени работ по бурению шурфов и скважин дл вз ти проб исследуемого массива, повысить эффективность инженерных изысканий под строительство зданий и сооружений за счет возможности обнаружени метсшлических и неметаллических неоднородностей, наход щихс в зоне строительной площадки, что исключает возможность повреждени The use of the device allows to reduce labor costs during geological exploration by eliminating drilling and wells drilling for sampling of the studied massif, to increase the efficiency of engineering surveys for the construction of buildings and structures due to the possibility of detecting metsslichnyh and nonmetallic heterogeneities located in the area of the construction site, which eliminates the possibility of damage

подземных коммуникаций землеройными механизмами, а также позвол ет производить работы при наличии высоких индустриальных помех (линий электропередач , трансформаторных подстан|ЦИй , контактных сетей городского . транспорта, коммутационных переходных процессов при включении и выключении потребителем электроэнергии и т.п.) за счет избирательного выделени полезного сигнала из оацего диапазона (спектра) частот. underground communications by earth-moving machinery, and also allows work to be done in the presence of high industrial interference (power lines, transformer substations | CI, contact networks of urban transport, switching transients when the consumer switches on and off, etc.) the desired signal from the frequency range (spectrum).

Claims

1. USSR author's certificate number 656012, cl. G01V 3/10, 1976.

2. Moroz I.P.- et al. Simulation of electrodynamic processes in inhomogeneous conducting media. K., Naukova Dumka, 1975, p. 15 (prototype).