Устройство для геофизической электроразведки

Устройство для геофизической электроразведки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование; в прикладной геофизике , а точнее к геофизической электроразведке для регистрации слабых электрических полей. Изобретение направлено на повышение чувствительности устройства геоэлектроразведки . Сущность изобретения: устройство содержит воспринимающий электрод, два варикапа, два ВЧ-генератора, Изобретение относится к области прикладной геофизики, а точнее к геофизической электроразведке. Оно может быть использовано для регистрации слабых электрических полей, обусловленных электрическими и электростатическими явлениями в атмосфере, ионосфере и механоэлектрическими явлениями в недрах Земли, например , в периоды подготовки землетрясений. Известно устройство для измерения электрических сигналов, содержащее датчики , выполненные на базе варикапов, и посмеситель , преобразователь частоты в напряжение , высокочастотный (ВЧ) фазовращатель , фазовый детектор и устройство фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ). Воспринимающий электрод соединен с варикапами, выходы обоих ВЧ-генераторов - с входом смесителя, а выход смесителя - с входом преобразователя частоты в напряжение. К выходу первого ВЧ-генератора параллельно подключены первые входы ВЧ-фазовращателя и фазового детектора, выход которого подключен к модуляционному входу второго ВЧ-генератора . Выход ВЧ-фазовращателя соединен с вторым входом фазового детектора, а преобразователь частоты в напряжение имеет дополнительный вход, который через устройство ФАПЧ соединен с выходом того же преобразователя. ВЧ-фазовращатель содержит умножитель добротности колебательного контура, к выводам которого через емкости подключены вход и выход резонансного усилителя, причем его выход через емкость дополнительно соединен с встречно-параллельно включенными диодами. следовательно соединенные генераторы с управляемыми по частоте колебательными системами, сумматор и умножитель частоты , квадратичный детектор и преобразователь частоты в напряжение. Недостатком этого устройства является то, что его чувствительность ограничена параметрами собственной нестабильности частоты генераторов. Чувствительность этого устройства при отношении сигнал/шум, равном единице, порядка 5-8 В/м. - & VJ 3 VI VJ ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s 6 01 J 3/08.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4857379/25 (22) 06.08,90 (46) 23.10.92. Бюл. М 39 (71) Ростовский научно-исследовательский институт радиосвязи (72) М.Л. Гапонов, В.Е. Садчиков и В.В. Сиянов (56) Авторское свидетельство СССР

М 967394, кл. G 01 J 3/08, 1982.

Гапонов M., Моисеев В. и др. Быстрые колебания напряженности электрического поля атмосферы на предварительной фазе суббури./В сб. Эффекты высыпания заряженных частиц в верхней атмосфере,—

Якутск,: 1988, с. 83-90. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ

ЭЛЕКТРОРАЗ ВЕДКИ

{57) Использование; в прикладной геофизике, а точнее к геофизической электроразведке для регистрации слабых электрических полей, Изобретение направлено на повышение чувствительности устройства геозлектроразведки, Сущность изобретения: устройство содержит воспринимающий электрод, два варикапа, два ВЧ-генератора, Изобретение относится к области прикладной геофизики, а точнее к геофизической электроразведке. Оно может быть использовано для регистрации слабых электрических полей, обусловленных электрическими и электростатическими явлениями в атмосфере, ионосфере и механоэлектрическими явлениями в недрах Земли, например, в периоды подготовки землетрясений.

Известно устройство для измерения электрических сигналов, содержащее датчики, выполненные на базе варикапов, и по... Ж,, 1770775 А1 смеситель, преобразователь частоты в напряжение, высокочастотный (ВЧ) фазовращатель, фазовый детектор и устройство фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ). Воспринимающий электрод соединен с варикапами, выходы обоих

ВЧ-генераторов — с входом смесителя, а выход смесителя — с входом преобразователя частоты в напряжение. К выходу первого

ВЧ-генератора параллельно подключены первые входы ВЧ-фазовращателя и фазового детектора, выход которого. подключен к модуляционному входу второго ВЧ-генератора. Выход ВЧ-фазовращателя соединен с вторым входом фазового детектора, а преобразователь частоты в напряжение имеет дополнительный вход, который через уст-. ройство ФАПЧ соединен с выходом того же преобразователя. ВЧ-фазовращатель содержит умножитель добротности колебательного контура, к выводам которого через емкости подключены вход и выход резонансного усилителя, причем его выход через емкость дополнительно соединен с встречно-параллельно включенными диодами. следовательно соединенные генераторы с управляемыми по частоте колебательными системами, сумматор и умножитель частоты, квадратичный детектор и преобразователь частоты в напряжение, Недостатком этого устройства является то, что его чувствительность ограничена параметрами собственной нестабильности частоты генераторов. Чувствительность этого устройства при отношении сигнал/шум, равном единице, порядка 5-8 В/м.

1770775 где Ощ — уровень собственных шумов на выходе преобразователя частоты в напряжение;

К вЂ” коэффициент преобразования; д f>, д f> — нестабильность частоты генератора, управляемого исследуемым электрическим полем, и опорного генератора, управляемого напряжением.

Этот шумовой сигнал постоянно накладывается нэ полезный и препятствует повы-. шению чувствительности устройств подобного родэ.

Целью изобретения является повышение чувствительности устройства для геофизической электроразведки. Устройство обеспечивает достижение чувствительности порядка 0,05 Вlм при соотношении сигнал/шум равном единице, На чертеже приведена функциональная схема устройства для геофизической электроразведки.

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 б и преобразователь 7 частоты в напряжение.

Отличительным признаком устройства является то, что оно также содержит высокочастотный фаэовращатель 8, фазовый детектор 9, устройство 10 фаэовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ), при этом в состав фазовращателя входят колебательный контур 11, умножитель 12 до50

Устройство для регистрации низкочастотных электрических полей геофизического происхождения, принятое за прототип, содержит воспринимающий электрод, вэрикапы, два управляемых по частоте генератора, смеситель и преобразователь частоты в напряжение.

Первый генератор управляется исследуемым электрическим полем, а второй — опорным напряжением.

Недостатком прототипа, в котором приняты специальные меры к повышению стабильности частоты генераторов, также является сравнительно невысокая чувствительность, порядка 1-2 В/м при отношении сигнал/шум равном единице, Уровень собственных шумов прототипа на выходе преобразователя частоты в напряжение пропорционален суммарной нестабильности частоты управляемого и опорного генераторов, что видно из следующего соотношения;

О = К(d f»+ 6 f ), (1) 5

20 25

45 бротности, содержащий резонансный усилитель 13, опорный колебательный контур

14, соединительные емкости 15, 16 и 17 и диодную цепочку из встречно-параллельно включенных диодов 18 и 19.

Приемный электрод 1 соединен с общей точкой последовательно-встречно включенных варикапов 2 и 3, выходы первого 4 и второго 5 генераторов соединены со входами смесителя 6, выход которого подключен ко входу преобразователя 7 частоты в напряжение, при этом выход генератора 4 соединен также с первыми входами фазовращателя 8 и фазового детектора 9, выход фазового детектора 9 соединен с модуляционным входом второго ВЧ-генератора 5; выход высокочастотного фазовращателя 8 соединен со вторым входом фазового детектора 9, преобразователь

7 частоты в напряжение своим подстроечным входом и выходом соединен соответственно с входом и выходом устройства ФАПЧ

10.

Колебательный контур 11 фазовращателя подключен к свободным выводам вэрикэпов 2 и 3, а через соединительную емкость

15 к опорному колебательному контуру 14 и ко входу резонансного усилителя 13, а через соединительные емкости 16 и 17 к его выходу и к встречно-параллельно включенным диодам 18 и 19.

Устройство работает следующим образом.

При воздействии на электрод 1 исследуемого сигнала, высокочастотные колебания генератора 4, проходя через колебательный контур 11, подвергаются фазовой модуляции с индексом модуляции р, пропорциональным мгновенному амплитудному значению напряженности электрического поля, добротности 0 колебательного контура 11 и коэффициенту N умножения добротности.

На выходе фазового детектора 9 в этом случае будет действовать аналоговый сигнал, величина которого определяется соотношением

Оа =Karctg N 0 . {2) к

fp где U — амплитуда сигнала на выходе фазового детектора 9;

N — коэффициент умножения добротности 5;

Q — добротность колебательного контура 11;

Лf< — расстройка колебательного контура 11;

1770775

f> — резонансная частота контура 11, равная частоте ВЧ-генератора 4.

Иэ сравнения соотношений (2) и (1) видно, что в отличие от прототипа влияние на чувствительность суммарной нестабильности частоты генераторов в новом устройстве исключено.

С выхода фазового детектора аналоговый сигнал поступает на модуляционный вход второго ВЧ-генератора 5, на выходе которого действует ЧМ-сигнал с индексом модуляции больше единицы. Этот сигнал далее поступает на вход смесителя 6, который переносит спектр ЧМ-сигнала в область более низких частот. Вторично аналоговый сигнал восстанавливается на выходе преобразователя 7 частоты в напряжение, соединенного с устройством ФАПЧ 10. Пои этом обеспечивается частотная демодуляция с высокой линейностью.

Отличительные признаки устройства позволили одновременно реализовать преимущества фазовой модуляции-демодуляции, частотной модуляции-демодуляции

ЧМ-сигналов с помощью ФАПЧ, что в совокупности обеспечило достижение поставленной цели — повышение чувствительности до величины порядка 0,05 В/м при соотношении сигнал/шум равном единице, Компоненты устройства 2, 3, 4, 5. 6, 7, 10, 13, 14, 15, 16, 17, 18 могут быть выполнены на стандартной элементной базе.

Формула изобретения

1. Устройство для геофизической электI роразведки, содержащее приемный электрод, первый и второй варикапы, первый и второй ВЧ-генераторы. смеситель, преобразователь частоты в напряжение, причем приемный электрод соединен с общей точкой последовательно-встречно соединен5 ных варикапов, выходы первого и второго

ВЧ-генераторов соединены с входом смесителя, а выход смесителя соединен с входом преобразователя частоты в напряжение, о тл ич а ю ще ес я тем, что, с целью повыше10 ния чувствительности, оно содержит высокочастотный фазовращатель, фазовый детектор и устройство фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ), при этом выход первого ВЧ-генератора соединен с

15 первыми входами высокочастотного фазовращателя и фазового детектора, выход фазового детектора соединен с модуляционным входом второго ВЧ-генератора, выход высокочастотного фазовраща20 теля соединен с вторым входом фазового детектора, а преобразователь частоты в напряжение своим подстроечным входом и выходом соединен соответственно с выходом и входом ФАПЧ.

25 2. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в состав высокочастотного фазовращателя входят колебательный контур и умножитель добротности, содержащий резонансный усилитель, опорный колебатель30 ный контур, соединительные емкости и диодная цепочка из встречно-параллельно включенных диодов, при этом колебательный контур подсоединен к свободным выводам варикапов, а также через

35 соединительные емкости соединен с входом и выходом резонансного усилителя, диодной цепочкой и опорным колебательным контуром.

1770775

Составитель М.Гапонов

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Л Филь. Редактор7Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 3734 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4,(5