Приемное устройство для высокочастотной геоэлектроразведки

 

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для дистанционного исследования поверхности земли и подповерхностной структуры пород, а также для повышения безаварийности движения транспортных средств в труднодоступных условиях и при ограниченной видимости. Целью изобретения является расширение динамического диапазона за счет устранения перегрузки стробоскопического смесителя путем создания компенсирующего сигнала. Устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, ограничитель, последовательно соединенные генератор быстрого пилообразного напряжения, схему сравнения, формирователь стробимпульсов, стробоскопический смеситель, снабжено аналого-цифровым преобразователем, элементом задержки, демультиплексором, регистром последовательных приближений, блоком оперативной памяти, сумматором, двумя цифроаналоговыми преобразователями, узлом сравнения кодов, узлом постоянной памяти, счетчиком и элементом И с инверсией. Компенсирующее напряжение формируется в цифровой форме и хранится в блоке оперативной памяти. Изобретение позволяет восстановить форму принимаемого сигнала, в том числе и тех участков, которые выходят за пределы нормальной работы стробоскопического смесителя. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„80„„1 13987 (g))g С 01 Ч 3/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ.СВИДЕТЕЛЫ:ТВУ (2)) 4437855/40-25 (22) оа ° 06.аа (46) 15,12.90, Вюл. 11 - 46 (7!) Красноярский политехнический институт (72) С.П.Панько и И.В,Колпаков. (53) 621.396 .62 (088.8) (56) Патент США 1 - 3806795, кл. С 01 U 3/121 1974. (54) ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ГЕОЭПЕКТРОРАЗВЕДКИ (57) Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для дистанционного исследования иоверхности Земли и подповерхностной структуры пород, а также для повышения безаварийности движения транспортных средств в труднодоступных условиях и при ограниченной видимости.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона за счет устранения перегрузки стробоскопического смесителя путем создания

Изобретение относится к геофизике и предназначено для дистанционного исследования поверхности Земли и подповерхностной структуры пород, а также для повышения безаварийности движения транспортных средств в труднопроходимых условиях и при ограниченной видимости, Цель изобретения — расширение динамического диапазона за счет устранения перегрузки стробоскопического смесителя путем создания компенсируинцего сигнала, 2 компенсирующего сигнала, .Устроиство содержащее генератор тактовых импульсов, ограничитель, последовательно соединенные генератор быстрого пилообразного напряжения, схему сравнения, формирователь стробимпульсов, стробоскопический смеситель, снабжено аналого-цифровым преобразователем, элементом задержки, демультиплексо— ром, регистром последовательных приближений, блоком оперативной памяти, сумматором, двумя циАроаналбговыми преобразователями, узлом сравнения кодов, узлом постоянной памяти, счетчиком и элементом И с инверсией.Компенсирующее напря><ение формируется в цифровой форме и хранится в блоке оперативной памяти. Изобретение позволяет восстановить форму принимаемого сигнала, в том числе и тех участков, которые выходят за пределы нормальной работы стробоскопического смесителя. 1 ил.

На чертеже приведена блок-схема ус тройс тва .

Устройство содержит с умматор выход которого подключен ко входу устройства, ограничитель 2, стробоскопический смеситель 3, аналого-цифровой преобразователь 4, элемент 5 задержки, демультиплексор 6, счетчик

7, второй цифроаналоговый преобразователь 8, схему 9 сравнения, формирователь 10 стробимпульсов, генератор 11 тактовых импульсов, генератор

12 быстрого пилообразного напряже1613987 ния, узел 13 постоянной памяти, узел l4 сравнения кодов, регистр 15 последовательных приближений, блок 16 оперативной памяти, первый цифроаналоговый преобразователь 17, элемент

И с инверсией 18. Выход узла 14 сравнения кодов соединен со вторым входом демультиплексора 6 и вторым входом элемента И с инверсией 18. )p

Первый выход демультиплексора 6 соединей со входом S регистра 15 последовательных приближений и одновременно является выходом синхронизации всего устройства, Вторые входы 15 регистра 15 последовательных приближений и блока 16 оперативной памяти соединены со вторым выходом демультиплексора 6. Выход блока 16 оперативной памяти является вторым выхо- 2р дом устройства. Выход первого цифроаналогового преобразователя 17 подключен ко второму входу сумматора l.

Выход счетчика 7 подключен к третье— му входу блока 16 оперативной памя- 25 ти. Выход элемента И с инверсией 18 соединен с третьим входом регистра

15 последовательных приближений. Выход формирователя !О стробимпульсов соединен с аналого-цифровым преобразователем 4 и стробоскопическим смесителем 3, выход генератора 12 быстрого пилообразного напряжения соединен со вторым входом схемы 9 сравнения, 35

Устройство работает следующим образом, Рассмотрим сначала . случай, когда принимаемый сигнал не превышает порогов ограничителя 2. На выходе первого цифроаналогового преобразователя 17 напряжение равно нулю,поэтому входной сигнал проходит на вход стробоскопического смесителя 3 без изменений и не перегружает его, тот 45 режим соответствует режиму работы прототипа. Каждым тактовым импульсом с генератора 11.тактовых импульсов запускается генератор 12 быстрого пилообразного напряжения. В схеме 9 сравнения происходит сравнение быстрого и ступенчатого пилообразного напряжения, которое формируется вторым цифроаналоговым преобразователем

8. В момент равенства этих напряжений на выходе формирователя 10 стробимпульсов. формируется атробимпульс, управляющий работой стробоскопическо( го смесителя 3. Стробоскопический смеситель 3 производит выборку мгновенного значения входного сигнала, соответствующего моменту стробирования. Аналого-цифровой преобразователь 4 осуществляет преобразование напряжения с выхода стробоскопического смесителя 3 в цифровую форму, В момент окончания процесса аналогоцифрового преобразования на первом выходе аналого-цифрового преобразователя 4 появляется импульс "Конец преобразования". После задержки в элементе 5 задержки этот импульс проходит через демультиплексор 6, который в рассматриваемом режиме соединяет выход элемента 5 задержки со входом счетчика 7. !!едленное-ступенчатое-пилообразное напряжение формируется вторым цифроаналоговшм преобразователем 8 путем преобразования в аналоговую форму кода счетчика 7.

Зондирующий сигнал должен излучаться с частотой генератора 11 тактовых импульсов, Таким образом, на каждый излученный импульс происходит считывание одной точки преобразованного сигнала. В следующей точке, которая считывается после излучения следующего зондирующего сигнала, напряжение с выхода второго цифро-аналогового преобразователя 8 увеличивается на одну ступеньку. Это приводит к смещению по времени стробирующего импульса с выхода формирователя !О стробимпульсов на величину шага считывания. Поэтому в результате считывается следующая точка преобразованного сигнала. Таким путем производится считывание всех точек сигнала.

Управление демультиплексором 6 производится потенциалом с выхода узла

14 сравнения кодов, E узле 13 постоянной памяти записано два кода: код максимального положигельного числа, которое может сформировать аналого-цифровой преобразователь 4, и код максимального отрицательного числа.

Аналого-цифровой преобразователь

4 должен преобразовывать двухполярный сигнал, т.е. ограничитель 2 также должен быть двухполярным.!!аксимальное допустимое пороговое значение напряжения, поступающее на стробоскопический смеситель, равно по модулю Uäðp - — lB. Поэтому максимальное напряжение, поступающее на ана35

Поскольку в случае непревышения входным сигналом уровней ограничения блок оперативной памяти находится в режиме "Чтение", то перед началом работы во все его ячейки должен быть записан одинаковый код 0111,ко5 161398 лого-цифровой преобразователь 4, ле-жит н пределах +1 В.

В практической деятельности избегают преобразования в цифровую форму знакопеременных напряжений,смещая вход аналого-цифрового преобразователя постоянным напряжением для того, чтобы напряжение, преобразуемое аналого-цифровым преобразователем, было одного знака. Поэтому благодаря смещению входа аналого-цифрового преобразователя 4 напряжение на его входе лежит в пределах 0—

2 В, тогда как напряжение с выхода ограничителя может находиться в диапазоне — 1 В . ° . + I В. Примем, что аналого-цифровой преобразователь содержит 4 разряда, причем левый разряд — знаковый. Тогда при перегрузке 2( по входу устройства в положительную сторону напряжение на выходе ограничителя 2 равно +1 В, а код с аналогоцифрового преобразователя 4 — I! 1! .

При перегрузке в отрицательную сто- 25 рону код с выхода аналого-цифрового преобразователя 4 равен 0000, Код нулевого напряжения на входе аналогоцифрового преобразователя может быть выражен двояко: 1000 или 0111. Выход того или другого кода на выход узла

13 постоянной памяти производится. по знаковому разряду кода аналогоцифрового преобразователя 4, В узле

l4 сравнения кодов гроизнодится сравнение текущих значений кода с выкода аналого-цифрового преобразователя 4 с максимальными, снимаемыми с выхода узла 13 постоянной памяти, т.е. с кодом 111 либо 000, В рассматриваемом случае непревышения входным сигналом порога ограничения код с выхода аналого-цифроного преобразователя 4 никогда не достигает максимальных границ, поэтому на выходе узла

14 сравнения кодов находится потенциап, разрешающий прохождение импульса "Конец преобразования" с первого выхода аналого-цифрового преобразователя 4 на счетчик 7.

Рассмотрим теперь случай, когда входной сигнал превышает порог ограничения. В результате этого код на выходе аналого-цифрового преобразователя 4 совпадает с одним из максимальных значений, хранимых в узле 13 постоянной памяти, Это вызывает переключение демультиплексора 6, так как на выходе узла 14 сравнения ко7

6 дов потенциал изменяется. Импульс

"Конец преобразования" начинает проходить с выхода элемента 5 задержки на вход С. (синхронизации) регистра

15 последовательных приближений и второй вход блока 16 оператинной памяти. Начинается процесс выработки компенсирующего напряжения, в котором принимают участие регистр 15 последовательных приближений, блок 16 оперативной памяти и первый цифроаналоговый преобразователь 17. Код счетчика 7 при этом не изменяется, т.е. производится выработка компенсирующего напряжения только для этой точки, Процесс выработки компенсирующего напряжения происходит с тактом, равным частоте генератора II тактоных импульсов, т.е. на каждый излученный импульс вырабатывается одна итерация компенсирующего напряжения. S — вход установки регистра 15 последовательных приближений в исходное состояние включен параллельно со входом счетчика 7, поэтому при каждой смене состояния счетчика

7 регистр 15 последовательных приближений приводится н исходное состояние. Будем считать регистр 15 последовательных приближений также четырехзначным. Иежду количеством разрядов аналого-цифрового преобразователя 4 и регистра 15 последонательных приближений никакой связи нет.

На выходе элемента 5 задержки импульс "Конец преобразования" являет— ся отрицательным, т.е. большую часть времени потенциал на выходе элемента 5 задержки ранен единичному значению и лишь но время действия импульса "Конец преобразования" этот потенциал принимает нулевое значение, Блок 16 оперативной памяти управляется следующим путем: если на втором его входе (соединяющем блок 16 оператинной памяти с демультиплексором

6) ус ганонлена логическая единица, то блок находится н режиме "Чтение", и хранящаяся н нем информация выводится на первый цифроаналоговый преобразователь 17.

1613987

)5

25

35 ние.

Рассмотрим процесс формирования кодов, записываемых в блоке 16 оперативной памяти. Это обеспечивается регистром 15 последовательных прибли— жений под управлением элемента И с инверсией 18, на .один вход которого подается знаковый разряд кода аналого-цифрового преобразователя 4, а на другой — потенциал с выхода узла 14 сравнения кодов. В случае непревышения входным сигналом уровней огра-. ничения потенциал на выходе узла 14 сравнения кодов равен нулю, а в случае превышения — единице.

Поскольку для нулевого потенциала с выхода узла 14 сравнения кодов запись в блок 16 оперативной памяти не производится, то выходной потенциал элемента И с инверсией 18 не оказывает влияния на значение кода в блоке 16 оперативной памяти.

45

50 торый преобразуется первым цифроаналоговым преобразователем 17 в нулевое напряжение. Количество ячеек в блоке оперативной памяти равно количеству, точек преобразуемого сигнала (отношению длительности входного сигнала к шагу считывания), а количество разрядов каждой ячейки равно количеству разрядов регистра 15 последовательных приближений, а также первого цифроаналогового преобразователя 17. Запись в блок 16 оперативной памяти производится по срезу импульса на втором его входе, т.е, в момент, когда управляющей импульс с выхода демультиплексора б переходит из единичного состояния в нулевое. Поскольку входной сигнал двухполярный, то и компенсирующее напряжение должно иметь возможность принимать как положительные, так и отрицательные значения. Поэтому первый цифроаналоговый преобразователь

l7 должен преобразовывать цифровые коды с блока 16 оперативной памяти в двухполярные напряжения. Для кодов с выхода блока оперативной памяти

0111 ... ОООО первый цифроаналоговый преобразователь 17 формирует. положительные напряжения, соответственно, минимального и максимального значения. Для кодов с выхода блока 16 оперативной памяти 1000... ...111 l необходимо вырабатывать, соответственно, минимальное и максимальное отрицательное напряжеДопустим, в результате превышения в положительную сторону на третьем входе регистра 15 последовательных приближений установлена единица.После. воздействия на вход С положительного перепада в коде регистра 15 последовательных приближений происходят следующие изменения его исходное состояние 0111 изменится на 0011 т.е. состояние старшего разряда подтвердится, а состояние предстаршего разряда изменится на единицу. Этот изменившийся код перепишется в ячейку блока 16 по адресу, который формируется счетчиком 7. Далее, первый цифроаналоговый преобразователь 17 преобразует нулевое напряжение на своем выходе в половину максимального отрицательного напряжения. Если суммарное напряжение на входе ограничителя 2 все еще превышает порог ограничения, то процесс повторяется, при этом коррекции подвергается уже третий (по старшинству) разряд кода регистра 15 последовательных приближений. Так будет продолжаться до тех пор, пока сум— марное напряжение на входе ограничителя 2 не окажется в зоне -) — +) В, или не будут скорректированы все разряды регистра 15 последовательных приближений. При попадании напряжения в зону †) ° .. +1 В процесс выработки компенсирующего напряжения прерывается, демультипдексор б переключается и начинается преобразование следующей точки, так как состояние счетчика 7 увеличивается на единицу.

Если происходит превышение в отрицательную сторону, то на третий вход регистра )5 последовательных приближений от элемента И с инверсией 18 поступает "0". Это приведет к исправлению старшего и прсдстаршего разрядов регистра )5 последовательных приближений, т.е. в нем будет сформирован код )011. Этот код после записи его в блок оперативной. памяти и преобразования в первом пифроаналоговом преобразователе 17 изменяет нулевое напряжение на его выходе на половину максимального положительного напряжения. Если этого недостаточно, то в следующей итерации происходит установка единицы во втором (слева) разряде и нуля — в третьем.

Таким образам осуществляется выработка компенсирующего напряжения.

1613987

10 го сигнала, Таким образом, введение новых элементов позволяет расширить динамический диапазон входных сигналов

"Вверх" без потерь информации. формула изобретения

Приемное устройство для высокочастотной геоэлектрораэведки, содержащее генератор тактовых импульсов, ограничитель, последовательно соединенные генератор быстрого пилообразного напряжения, схему сравнения, формирователь строб-импульсов,стробоскопический смеситель, информацион40 ный вход которого подключен к выходу ограничителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона за счет устранения перегрузки стробоскопического смесителя путем создания компенсирую-. щего сигнала, оно снабжено аналогоцифровым преобразователем, элементом задержки, демультиплексором, регистПоскольку коды сохраняются -в блоке

16 оперативной памяти, то в последующих циклах преобразований время на формирование этих кодов не эатрачива5 ется до тех пор, пока не произойдет изменение входного напряжения. Если в блоке оперативной памяти записан

I. код, - соответствующий одному знаку компенсирующего напряжения, а вход- 10 ное напряжение не изменило свой знак, то процесс выработки компенсирующего напряжения не изменится, надо только иметь в виду удвоение напряжения ка входе ограничителя и возможный выход 15 его из строя.

Коды аналого-цифрового преобразователя 4 и блока оперативной памяти представляют собой младшую и,соответственно, старшую часть преобразова- 20 ния входного сигнала в цифровую форму. Импульс, переключающий счетчик 7, является синхроимпульсом, с появлением которого можно считывать младшую и старшую части цифрового экви- 25 валента мгновенного значения входнором последовательных приближений, блокам оперативной памяти, первым и вторым цифроаналоговым преобразователем, сумматором, узлом постоянной памяти, счетчиком, элементом И с инверсией, узлом сравнения кодов, выход стробоскопического смесителя подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, первый выход которого соединен с входом элемента saдержки, выход которого соединен с первым входом демулътиплексора,первый выход которого соединен с входом счетчика, первым входом регистра последовательных приближений и является выходом синхронизации устройства, второй выход демультиплексора соеди нен с вторым входом регистра последовательных приближений и первым входом блока оперативной памяти, выход которого является первым выходом устройства и подключен к входу первого цифроаналогового преобразователя,выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является входом устройства, выход сумматора соединен с входом ограничителя, второй вход блока оперативкой . памяти соединен с выходом регистра последовательных приближений, третий вход которого соединен с выходом элемента И с инверсией, первый вход которого соединен с вторым входом демультиплексора, и выходом узла сравнения кодов, первый вход которо10 соединен с выходом узла постоянной памяти, вход которого соединен с вторым входом элемента И с инверсией, входом узла сравнения кодов, выходом аналого-цифрового преобразователяя и является вторым выходом устройства, выход счетчика соединен с третьим входом блока оперативной памяти и входом второго цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с вторым .входом схемы сравнения, второй вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом формирователя строб-импульсов..1613987

Корректор И.МУска

Редактор И.Сегляник

Подписное

Тираж 336

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент",. г, Ужгород„ ул, Гагарина, >Заказ 833

Составитель Л.Талонина

Техред A.Êðàâ÷óê