Цифровая автоматическая измерительная станция

 

ЦИФРОВАЯ АЙТСМАТИЧЕСКАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ, содержащая последовательно соединенные коммутатор, оперативное запоминающее устройство и регистратор, при этом с входами каналов коммутатора соединены выходы измерительных каналов, каждый из которых содержит магнитостатический чувствительный элемент, частотный нуль-орган, реверсивный счетчик, соединенный с первым входом канала коммутатора и преобразователем код аналог , с выходом которого соединена катушка обратной связи, о т л и ч аю щ а я с-я тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения быстродействия, каждый измерительный канал содержит устройс - -, во компенсации, регистр памяти, первый цифро-аналоговый преобразователь с катушкой компенсации, усилитель с переключаемым коэффициентом усиления, анализатор превьш1ения диапазона измерения , счетчик диапазонов, дешифратор, второй цифро-аналоговый преобразователь и схему сравнения, при этом первый вход устройства компенсации сое динен с входом обнуления счетчика диапазонов, а второй вход - с входом управления регистра памяти, информационные входы которых соединены с выходами реверсивного счетчика, выходы регистра памяти через первый цифроаналоговый преобразователь подключены к катушке компенсации, входы суммирования и вычитания счетчика диапазонов соединены с выходами суммирования и вычитания анализатора превыщения диапазона измерения, вход которого со старшими разрядами реверсивного счетчика, выход счетчика диапазонов соединен через дешифратор с управляющими входами усилителя с переключаеMbfff коэффициентом усиления,.а также с вторым входом канала коммутатора Од и вторьм цифро-аналоговым преобразователем , выход которого соединен с входом преобразователя код - аналог и вторым входом схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом усилителя с переключаемым коэффициентом усиления,, выход которой соединен с входам анализатора превьш1ения диапазона измерения.

!! i8

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУЬЛИИ

3 )» С 01 V 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ

Н ILBTOPCHOMV СЗИДВТЕЛЬСТВУ (21) 3401439/18-25 (22) 01.03.82 (46) 30.06.84,Бюл.. У 24 (72) В.Е.Колесник, Л.Н.Кореневский и В.И.Одинцов (71) Специальное конструкторское бюро.физического йриборостроения

АН СССР (53) 550.380 ° 8(088.8) (56) 1. Цифровая электроразведочная станция ЦЭС-2. Техническое описание.

Мин-во геологии, 1975.

2. An Advinced Nagnetotelluric

Equipment for Remote Reference Applications.R.Karmann.- METR0NIX, Company Braunschweig. GFR, 1980 (прототип). (54)(57) ЦИФРОВАЯ АВТОИАТИЧЕСКАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ, содержащая последовательно соединенные коммутатор,. оперативное запоминающее устройство и регистратор, при этом с входами каналов коммутатора соединены выходы измерительных каналов, каждый из которых содержит магнитостатический чувствительный элемент, частотный нуль- орган, реверсивный счетчик, соединенный с первым входом канала коммутатора и преобразователем коданалог, с выходом которого соединена катушка обратной связи, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения быстродействия, каждый измерительный канал содержит устройсФ-, SU„, 100601 во компенсации, регистр памяти, перBblA цифро-аналоговый преобразователь с катушкой компенсации, усилитель с переключаемым коэффициентом усиления, анализатор превышения диапазона измерения, счетчик диапазонов, дешифратор, второй цифро-аналоговый преобразователь и схему сравнения, при этом первый вход устройства компенсации сое динен с входом обнуления счетчика диапазонов, а второй вход — с входом управления регистра памяти, информационные входы которых соединены с выходами реверсивного счетчика, выходы регистра памяти через первый цифроаналоговый преобразователь подключе- O ны к катушке компенсации, входы суммирования и вычитания счетчика диапазонов соединены с выходами суммирования и вычитания анализатора превышения диапазона измерения, вход которого со старшими разрядами реверсивного счетчика, выход счетчика диапазонов соединен через дешифратор с управляющими входами усилителя с переключаемьк коэффициентом усиления, а также с вторым входом. канала коммутатора и вторым цифро-аналоговым преобразователем, выход которого соединен с входом преобразователя код — аналог и вторым входом схемы сравнения, пер вый вход которой соединен с выходом усилителя с перекюпочаемым коэффициентом усиления, выход которой соединен с входом анализатора превышения диапазона измерения.

1100601

Изобретение относится к геофизике и предназначено для измерения и регистрации естественных и искусственных электромагнитных полей, например, при глубинном электромагнитном зондировании для изучения строения Земли, поиска полезных ископаемых, прогнозирования землетрясений, а также других геофизических работах с использованием мощного импульсного (МГД-)генерато-1О ра(МГДГ-зондирование).

Известна цифровая измерительная станция для измерения электрических и.магнитных компонент полного вектора электромагнитного поля, состоящая из датчиков магнитной индукции и напряженности электрического поля, предварительных усилителей, полосовых фильтров, коммутатора каналов, аналого-цифрового преобразователя и устройства регистрации $1 J.

Недостатком известного устройства является низкая разрешаюшая способность из-за наличия в точке измерения постоянной составляющей магнитной индукции, обусловленной влиянием естественного электромагнитного поля

Земли, большое значение величины которой не дает возможности сузить диапа- 1" зон измерения и тем самым увеличить ЗО разрешавшую способность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровая автоматическая .измерительная станция, содержащая последовательно д соединенные коммутатор, оперативное запоминающее устройство и регистратор, при этом с входами каналов коммутатора. соединены выходы измерительных каналов., каждый из которых содер-40 жит магнитостатический чувствитель-ный элемент, частотный нуль-орган, реверсивный счетчик, соединенный с первьм входом канала коммутатора и преобразователем код - аналог, с вы- 45 ходом которого соединена катушка обратной связи 1 2 .

Недостатком известного устройства является узкий динамический диапазон измерения и низкое быстродействие so из-за отсутствия возможности регулирования диапазона и компенсации естественного электромагнитного поля

Земли.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона и повышение быстродействия.

Укаэанная цель достигается тем, что в цифровой автоматической измерительной станции, содержащей последовательно соединенные коммутатор

1 оперативное запоминающее устройство и регистратор, при. этом с входами каналов коммутатора соединены выходы измерительных каналов, каждый нз которых содержит магнитостатический чувствительный элемент, частотный нуль-орган, реверсивный счетчик, сое-. диненный с первым входом канала коммутатора и преобразователем код— аналог, с выходом которого соединена катушка обратной связи, каждый измерительный канал содержит устройство компенсации, регистр памяти, первый цифро-аналоговый преобразователь с катушкой компенсации, усилитель с переключаемым коэффициентом усиления, анализатор превьппения диапазона измерения, счетчик диапазонов, дешифратор, второй цифро-аналоговый преобразователь и схему сравнения, при этом первый вход устройства компенсации соединен с входом обнуления счетчика диапазонов, а второй вход — с входом управления регистра памяти, информационные входы которых соединены с выходами:реверсивного счетчика, выхо- . ды регистра памяти через первый цифро-аналоговый преобразователь подключены к катушке компенсации, входы суммирования и вычитания счетчика диапазонов соединены с выходами суммирования и вычитания анализатора превьппения диапазона измерения, вход которого соединен со старшими разрядами реверсивного счетчика, выход счетчика диапазонов соединен через дешифратор с управляющими входами усилителя с переключаемым коэффициентом усиления, а также с вторым входом канала коммутатора и вторым цифро-аналоговым преобразователем, выход которого соединен с входом преобразователя код— аналог и вторым входом схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом усилителя с переключаемым коэффициентом усиления, выход которой соединен с входом анализатора превышения диапазона измерения.

На чертеже представлена структурная схема цифровой автоматической ,измерительной станции.

Устройство состоит из магниточувствительного элемента 1, установленного в геометрическом центре катуш3 1100601 4 зи и катушки 3 ком- : меряемой магнитной индукции, а значе" гниточувствительно- ние кода, записанного в реверсивном ез усилитель 4 с пе- счетчике 6 пропорционально этому знаициентом усиления чению. При изменении текущего эначечастотного нуль-ор- > ния магнитной индукции значение торого соединены с кода в реверсивном счетчике 6 меняетния и вычитания ре- ся до тех пор, пока индукция в катушка 6, соединенного ке 2 обратной связи вновь не уравном код — аналог 7, весит измеряемую магнитную индукцию. дключен к катушке !О Для увеличения динамического,диа-

Устройство 8 компен- пазона измерения при регистрации правляющим входом импульсных сигналов, возбуждаемых подключенного к вы- мощным импульсным ИГД-генератором, в о счетчика 6, а вы- устройство введены анализатор 15 преамяти связаны с пер-15 вышения диапазона измерения со счетвым преобразовате- чиком 11 диапазонов и вторым цифроым с катушкой 3 ком- аналоговым преобразователем 12, Выходной сигнал магниточувствительного элемента 1 через усилитель 4 с переключаемым коэффициентом усиления и частотный нуль-орган 5 управляет 40 значением кода на выходе реверсивного счетчика 6, увеличивая или уменьшая его в соответствии с изменениями индукции магнитного поля на входе магниточувствительного элемента 1. 45

Выходной код реверсивного счетчика 6 преобразуется преобразователем код— аналог 7 в ток отрицательной обратной связи, который при помощи катушки 2 обратной связи создает в объеме магниточувствительного элемента 1 уран» новешивающее значение магнитной индукции,равное и противоположно направлен-ное текущему значению измеряемой магнит4. ной индукции. В установившемся режи- у ме значение уравновешивающей магнитной индукции, создаваемой катушкой

2 обратной связи, равно значению изки 2 обратной свя пенсации,Выход ма

ro элемента l чер реключаемым коэфф соединен с входом гана 5, выходы ко входами суммирова версивного счетчи с преобразователе выход которого по

2 обратной связи. сации связано с у регистра 9 памяти ходам реверсивног ходы регистра 9 п вым цифро-аналого лем 10, соединенн пенсацни. Выход счетчика 11 диапазонов соединен с вторым цифро-аналоговым преобразователем 12, выход кото- Zo рого подключен к преобразователю код — аналог 7 и схеме 13 сравнения.

Управляющие входы усилителя 4 с переключаемым коэффициентом усиления через дешифратор 14 связаны с выходами 25 счетчика 11 диапазона, а входы счетчика 11 диапазонов подключены к выходам анализатора 15 превышения диапазона измерения. Коммутатор 16 каналов объединяет выходы всех двенадца- щ ти измерительных каналов станции. К выходу коммутатора 16 каналов подключено оперативное запоминающее устройство 17 с регистратором t8.

Устройство работает следующим образом.

При выходе измеряемой величины за диапазон измерения или ее уменьшении до значения, меньшего половины установленного измерительного диапазона, на одном из выходов анализатора 15 превышения диапазона измерения появляется сигнал, который увеличивает или уменьшает на единицу значение кода, записанного в счетчике 11 диапазона. Изменение кода счетчика 11 дианазона на единицу вызывает .изменение выходного напряжения второго цифроаналогового преобразователя 12 в два раза. Это напряжение используется в качестве опорного в преобразователе код — аналог 7 и, таким образом, значение тока обратной связи изменяется также в два раза, что дает такое же изменение цены деления младшего разряда цифрового отсчета и диапазона преобразования магнитной индукции в цифровой код. Чтобы общая глубина обратной связи устройства при этом не изменилась, одновременно в два раза изменяется коэффициент усиления усилителя 4, управляющие входы которого через дешифратор 14 связаны с выходами счетчика 11 диапазона. Для ускорения процесса поиска диапазона при больших рассогласованиях на входе магниточувствительного элемента 1 его выход через усилитель 4 с пере- ключаемым коэффициентом усиления подключен к одному из входов схемы 13 сравнения, которая через анализатор

15 превышения диапазона измерения изменяет значение кода счетчика 11 диапазонов до тех пор, пока выходное напряжение второго цифро-аналогового преобразователя 12 не сравнится с напряжением на выходе усилителя 4 с

110О601

Составитель В.Попадько

Редактор М.Петрова Техред Л.Коцюбняк Корректор Л.Пилипенко

Заказ 4577/36 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 переключаемым коэффициентом усиления.

Для компенсации больших начальных значений магнитной индукции при измерении искусственно возбуждаемого электромагнитного поля на фоне естест- 5 венных вариаций магНитного поля Земли служит устройство компенсации, При переходе в режим компенсации счетчик 11 диапазонов устанавливается в состояние, соответствующее старшему измерительному диапазону, а регистр 9 памяти обнуляется. Реверсивный счетчик 6 при этом фиксирует текущее значение измеренной магнитной индукции. При обратном переходе иэ 15 режима компенсации в режим измерения значение кода из реверсивного счетчика 6 переписывается в регистр 9 памяти и первым цифро-аналоговым преобразователем 10 преобразуется в ток ком- 20 пенсации, который создает в объеме катушки компенсации 3 значение компенсирующей магнитной индукции равное текущему значению индукции магнитного поля Земли. По окончании переходного процесса в реверсивном счетчика 6 фиксируется нулевое значение кода (средина измерительного диапазона).

В предлагаемой измерительной станции достигается .расширение динамического диапазона измерений не менее, чем на 40 дБ и обеспечивается регистрация импульсных процессов, различающихся по амплитуде в 100 и более раз с постоянной относительной разрешающей способностью. При этом также снижается погрешность, обусловленная влиянием естественных электромагнитных полей на результат измерений импульсных процессов, до значений, не превышающих 2,57 от величины самого чувствительного диапазона, при значениях вариаций естественного электромагнитного поля Земли, достигающих

+1000 нтл.

Изобретение позволяет существенно увеличить глубину поиска, расширить площадь зондирования, распространить использование аппаратуры на труднодоступные районы, включая районы крайнего Севера. При глубинном электромагнитном зондировании с использо" ванием МГД-генератора с целью изуче- . ния строения Земли,прогиоэированйя сильных землетрясений, поиска важных видов полезных ископаемых и других геофизических работах.