Измеритель проводимости земной поверхности

 

„„5U,„, 1784935 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

-СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5|)5 6 01 Ч 3/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГOCllATEHT СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 . ":",;.:..---:.. "", 2

1 (21) 4860629/25" ..:.;. - .,::::-; (57) Использованйе: в области измерения (22) 20.08.90, —,:-:-.:. : - . - электрических параметров земной поверх(46) 30.12.92. Бюл. М 48:::: .:: ности по данным приема злектромагнитно(72) В.П.Шевченко, Е.И.Брехов и А.B.Tapa- ro излучения: диапазона очень сов: ..:,::: . низких-низкйх частот. Сущность иэобрете(56) Кашпровский В.Е., Кузубов Ф.А. Рас- ния."визмерительвведеньгдополнительные пространение средних радиоволн эемнйм: взаимно ортогональные антенны, два резо" лучом. M. Связь,1971, с.85 — 90.: . .. - —, нансных усилителя, четыре квадратора, Авторское свидетельство СССР . -:;. масштабный усилитель, фазовращатель, N. 140131, кл. G 01 V 3/08, 1960.,: .:;; сумматор блок вычитания, регулируемый

Бобровников Л.З. и др. ЭлектроРазве- . " масштабныйусилитель,электронно-лучевая дочная аппаратура и оборудование. М,; Не-:: . трубка (ЭЛТ). Устройство также содержит дра, 1985, с. 290-291; -: .::: -; - - - .. две антенны для приема вертикальных:ком(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПРОВОДЙМОСТИ ЗЕМ- .. понент полей и два резонансных усилителя.

НОЙ ПОВЕРХНОСТИ . - . ":., Результат измерения проводимости фикси-..: Руется на экране ЭЛТ. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Фс

Изобретение относится к области ра- : „ з 1 диоэлектройики," связайной с измерением, : . .. . :: ф проводимости земной поверхности на-уча-: длина принимаемой волны.

"стке между излучателем очень низкочастот- . Это устройство требует эйания направной или низкочастотной (ОНЧ-НЧ) волны и . ления на излучатель"и времени на разворот измеритвлем пРоводимости по РезУльтaтaм антенйы, что не позволяет использовать его приема электРомагйитной волны, Оно мо-- для измерейий по-кратковременным- излуче- О жет быть использовано для геоэлектрораз-" . нияместествейногьпроисхождения,напри- С4 ведки, а также в системах геофиэичес| йх: .. мер грозовых разрядов, (я . наблюДений РаДиопеленгованиЯ и,:РаДио- Другой измеритель"содержит вертинавигации в целях повышения их точности; .. кальную штыревую и горизонтально рамьчИзвестен измеритель проводимости ную антенны, соединеннйе с входами .й земнои поверхност, РеализУющий способ соответственно йеръого и второго резонанопределения проводи™ости по йаклону сных узкополосных усйлйтелей, выходы кофРонта волйы. содержащий вращзющУюСЯ торых подключены к первому и второму штыревую антенну и соединенный с ней.из- - входам йзмерителя разности фаэ. меРитель амплитуды сигнала. По углу откло- . Это измеритель не требует знания нанениЯ О ан ен ы от вертикали в плоСкости правления на излучатель и времени на раз. РаспРостРанениЯволны,соответствУЮщвмУ ворот антенн, однако .он позволяет лишь максймальному показанию измврителЯ ам- грубо оценить. проводимость поверхности пл итуды. оп Редел Я |от и Ро водй- почвы, так как измеряемая разность фаз

1784935 между вертикальными электрической Ег и магнитной Н компонентами, выделяемыми антеннами, зависит не только от проводимости почвы, но и от случайных параметров излучателя. 5

Наиболее близким по технической сущности является измеритель наклона вектора естественного магнитного поля, содержащий каналы формирования опорного и иэмеряемцго" сигналов, первый из которых 10 состоит йз йоследбвательно соединенных вертйкальной рамочнОй антенны, предварительнага и избирательного усилителей и регулятора амплитудыг,-б второй — из последовательно соединенных горизонтальной 15 рамочной антенны, предварительного и избирательного усилителей. Кроме того, в со- став измерителя входит вычитающее устройство, фазочувствительный детектор и стрелачный прибор, пр и ба выходы кана- 20 лов формирования подключены ко входам вычитающего устройства. выхбд вычйтаю-: " щего устройства и второй выход избира-" тельного усилителя первого канала" подключейы к двум вх6дам фазочувстви- 25 тельйаго детектора, выход котар6го Соеди.нен со стрелочным прибором, Недостатками Moro измерителя явля-. ются низкая оперативность. так как в- про-" цессе измере ний требуется нас тройка 30 регулятора амплитуды, и малая точность, поскольку наклон вектора поля при неизвестном направлении на излучатель определяется в вертикальной плоскости, перпендикулярной к плоскости вертикаль- 35 най рамочной антенны, не совпадаащей с плоскостью распространения волны.

Цель изобретения — повышение точно- „ сти и оперативности измерений.

HG чертеже показана структурная схема 40 измерителя.

Измеритель садер>кит датчик 1 канала опорного сигнала, датчик 2 канала измеряемого сигнала, дополнительные датчики 3 и

4; резонансные усилители 5-8, фазовраща- 45 тель 9, первый масштабный усилитель 10, квадраторы 11 — 14, сумматор 15, блок 16 вычитания, второй масштабный усилитель t7, индикатор 18 (электронно-лучевая трубка—

ЭЛТ)., 50

При этом выход фазовращателя 9 последовательно соединен с первым квадратором 13 и первым входом индикатора 18 (вертикальными отклоняющими пластинами 3flT), выход первого масштабного усили- 55 теля 10 последовательно соединен с вторым квадратором 14 и первым входом блока 16 вычитания, каждый иэ дополнительных датчиков 3 и 4 последОвательно соединен са своим резонансным усилителем 7 и 8 соот-., ветственно и квадратором 11 и 12 соответственно, выходы квадратаров 11 и 12 соединены двумя входами сумматора 15, выход которого последовательно через второй регулируемый масштабный усилитель 17 подсоединен ка второму входу индикатора 18 (горизонтальным отклоняющим пластинам

ЭЛТ).

В качестве дополнительных датчиков 3, 4 использованы взаимно ортогональные горизонтальные штыревые антенны, в качестве датчика 1. канала опорного сигнала использована вертикальная штыревая антенна, в качестве датчика 2 канала измеряемого сигнала применена горизонтальная рамочная антенна. -

Если дополнительные датчики 3, 4 выйолнены в виде вертикальных взаимно ортоганальных рамочных антенн, то датчиком

1 должна служить горизойтальная рамочная антенна, а датчиком 2 — вертикальная штырев ая антенн а., Измеритель работает следующим образам. Приемные датчики 1 — 4 выделяют сигналы вертикальной электрической Ег вертикальной магнитной Hr и две взаимно ортогональные произвольно Маправленные в горизонтальной плоскости электрические компоненты Е» и Еу. Сигналы компонент узкойолосно усиливаются в резонансных усилителях 5-8 с регулйруемой, но одинако-" вой для всех усилителей частотой настройки. Сигнал компоненты Ег далее сдвигается по фазе.на .угол 45 в фазавращателе 9, квадратично усиливается в квадраторе 13 и поступает на вертикальные отклоняющие пластийы ЭЛТ 1&.. Сигналы компонент Е» и

Еу, выделейнйе дополнительными датчиками 3, 4, усиливаются в резонансных усилителях 7, 8, квадратична усиливаются в квадратарах 11, 12 и суммируются .в сумма- торе 15. Сигнал вертикальной магнитнойкомпоненты Hr, выделенный датчиком 2 канала формирования измеряемого сигнала, поСле реаонайсного усиления в усилителе 6 масштабно усиливается с коэффициентом

120 к в масштабном усйлйтеле 10 и квадратично усйлй ваетСя квадратором 14. Из полученного сигнала в блоке 16 вычитания вычйтается сигнал сумматора 15. Сигнал разйасти масштабно усиливается во втором регулируемом масштабном усилителе 17 и поступает на горизонтальнйе отклоняющие пластины ЭЛТ индикатора 18. Для обеспе- чения удобства отсчета (растяжки шкалы) коэффициент усиления усилителя 17 рекомендуется выбирать равным 60 il, 600 Х;

6000 Х в зависимости от диапазона изменения измеряемых проводимостей почвы

0,1...10 См/м; 0,01...1 См/м; 0,001,0,1

См/м.

При таком построении измерителя котангенс угла отклонения радиального ш . xa на экране индикатора 18 относите вертикали пропорционален проводиму .. земной поверхности. Покажем это.

Известно, что в диапазонах ОНЧ компоненты полей в точке приема связ между собой:

1784935

ПП

60Л Едп) (6) три льна 5 ()

Ости бокажеM, что orноше)ние

-НЧ Е /60 Л Eé (7) аны может быть оценено по углу отклонения линии,образуемой на экране ЗЛТ при подаче на отклоняющие пластины ЭЛТ напряжений Up(t), Щ) пропорциональных:

Ег

Ер=-р ) (2) т

Е = P Hr, Ue(t)=Er (t)=Er« .сов (N t + jgг + 45 );

Ог(т)=60 iL Е 2 (t). = 60Л "F y m .сов)(Нg= ЮНг, -: (3) „::(+, )

Н =-р Ег:" .: (4)":, "- ::: -:. (71

rÀå Е),Н(— 1-я компонента элетктричтеСакого . где 1 г (т) — сигнал вертилканльной компойенты или магнитного поля в сферической сйстеме кООрдяинат (Г. 8p ) с началом, расположен . :. Ejt)E " (" .,"+" ) р Е ным в центре Земли, и полярной осью, про- сдвинутый по фазе íàаугол 45О и возведенЕг, Hr — вертикальнйе компонлентть| "по +AP 1

60 Л . Е + (t) — сигнал продольной комEt), Ha — продольные горизонтальные поненты компоненты полей, совпадающие с направ- . лением расПлРОСтраллНеЙИЯ ВОЛЙЫ; : . . E (t) = R E =E cos (+ )

Е,р, Н р- поперечные горизойтальные .., ... :.;, . ....,:..., . компойенты полей, перпейдикяулсятурйгые на-. " "

- правлению распрострайения;

ВазаЕдЕННЫй В Кталадрат И уСИЛЕйНЫй В

=120,л .—. волновой импеданс сре ь)7 раз, "

В выражениях (7) учтено, что значение у ег+45 = уе л, так как: из формулы (1) сле— дует что я =, г + j 60 Л p — комплексная диэлектрическая проницаемость почвы;...,. :;„,.::":.;.: . -:- . 1 " 60Лгт 8;о — диэлектрическая проницаемость - у0 . - - 7 8 Жг = 2 агс 9 8 .45 и проводимость почвы; дл"на олНы: : - . :::., :: с больаой точностью(для грайиц диапазона . j — мнимая единица..:::,::,,:::::.,:,::::.;:..:::.:::",::;я() 7 о илаааисимости(т) следует -: :.. -,.::,",,,, . QH× H I "72 4 47(j а.. 44 52

- :.: 45 44,99995 ).

Ег« " : ., ::;;::;:,.". . Таким образом, наЯапрясжеейия UB(t) и щ)

: .:- .-: ". находятся в фазе. Раскроем правые части о =, - — : формул (7):

Евм " (60Л), (60Л) .

Ув() = Е„ (+ - cog(2 t+2p" )7; где Erm.Å em — амплитуды компонент Er u

Еу .:, :,, "Ц-(Е) = бодЕ Гк г сов (2г,2 2, 7 (8)

Вдиапазонах.ОНЧ вЂ” НЧ(Л =10 ...10 м) ..: Это косинусоиды удвоенйай частоты, для проницаемости и проводимости величи- сдвинутые на постоянное значение сваей на второго отношения под знаком радикала 55 амплитуды. При подаче напряжений Ueit) и .3 -8 в формуле (5) составляет 3,10 „.2.10 от Щт) на вертикальные и горизонтальные атпервого. Поэтому с большой точностью де- клоняющие пластины ЭЛТ котангенс угла сятые-миллионйыедолипроцента значение . отклонения светящейся линии луча от верпроводимости может быть оценено соглаС-; тикали окажется равным но зависимости ....... ctgX= Us(t)/Ur(t)=E2rm/60 Л,Е а m, ).

1784935

7 8 т.е, согласно формуле (6) ctg 3e. = a и он а онб в свою очередь по тангенсуугла.отклоравен проводимости почвы.: .. нения Ж светящейся линии на ЭЛТ, при поНапряжение Ug(t)=Ug (t) формируется с даче на отклоняющие пластины ЭЛТ помощью датчика 1 резонансного усилите- . напряжений: ф з Р ц д P .5 g>(g) q» ) Н + 4

Для формирования сигнала Ugt), пропорци«a»ного продольной компоненте ц р 2 .;Н

2, Х

E () в условиях неопределенности направ- .. " . И . лений йа излучатель предназначены узлы " .:. :,::,:.:: . .: (10)

2-4,6-8,10-12,14-16. Сигнал :10 Указанные напряжения формируются аналогичным образом. В частности; сигнал, О(с) = 60 Я,о E (t) .: :;: :, пропорциойальйый Ugt), формируется со гласно зависимости формируется согласно выражению -, 2 () 2()+ 2() E 2Р .: . (}.. x (t)+ У. (t) P (t) вытекающей из зависимости (4). так как горизонтальные кОмпОйенты формула и за бр ете н и я

Ex(t).Egt) и Eg (t}, E г(т) являются кооРдина . : 1. Измеритель проводимости земной тами одного и того жеторизонтального век- 20 поверхности, вхлючающйй каналы формитора напряженности электРического поля, .: Рования опорного и измеряемого сигналов, Если в последнее выражейие подставить . одинизкоторых содержит.последовательно фоРмулУ (2), получаем окончательную зави . .: соединенный датчик типа "штыревой антенсимость для:определения компоненты E y (t) ны, расположенной вертикально, и.резонанв условиях неизвестного направления на из- 25 сный усилитель, а второй - последовательно

HoA антенны, p ñttoltÎæ@HHoé, гОризОнталь-" ,E8: (t) =, Ех (t)+Ev (t) Р H ® (9): но, и реэонайсный усилитель, а также блок вычитания и индикатор, к двумя входам коСигнал (9) формируется .посредством 30 торого подключены выходы каналов-формивыделения компонейт Ex(t), Ey(t}, H

2 о2 2 сигнала p Hr (t) из суммы осуществляется.: вания опорного сигнала, в канал формиров сумматоре 15 и блоке 16 вычитания. Мако- 40 ва нйя измеряемого сигнала введены нец, умножение йолученного ciit íàëà первый масштабный:усилитель, вход котоЕ 6 (t) на значение 60 Х {может быт ь также::. Рого соединен с выходом"резонансного уси600 Л и 6000 Л в зависймости отдиапа-. лителя этого канала, второй квадратор, вход ляется в масщтабном усилителе 17. Таким " штабного усйлителя:, .а выход - к первому

41 образом, на горизонтальные пластины ЭЛТ::: входу блока вычитания, аторой"масштабный подается сигнал, пРопорциональный усилитель, вход которого соединен с выхо 60 А Е y i {t) и показание измерителя 18 дом блока вычитания, а также два дополни- . действительно равно проводимости тельных взаимйо ортогональных приемных почвы cJ - .-:50 датчика, однотипных с приемным:датчиком

В случае, когда дополнительные датчи- канала. формирования опорного сигнала и ки 3,4 выполнены в виде вертикальнйх ра- расположенных: .: .в - : плоскости, мочных антенн, измеритель работает перпендикулярной к плоскости расйоложе аналогичным образом. При этом; проводи- . ния этого датчика, два дополнительных. ремость оценивается по отношению - 55 зонанснь х усилителя, .входы которых соединены с выходами дополнйтельных о - Н у /60 А Н,:::.:: датчйков, а выходы — соответственно с входами третьего и чегвертого квадраторов, выходы квадраторов соединены с двумя

1784935

Составитель В.Шевченко

Техред М.Моргентал Корректор.Е.Папп

Редактор

Заказ 4363 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 входами сумматора, выход которого подключен к второму входу блока вычитания, причем выход второго масштабного усилителя служит выходом канала формирования измеряемого сигнала. . - 5

2. Измеритель по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что дополнительные приемные датчики выполнены в виде горизонтальных штыревых антенн, первый масштабный усилитель выполнен с коэффициентом усиле- 10 ния, равным 120 л, а фазовращатель — с фиксированным фазовым сдвигом. равным

+45О.

3. Измеритель по п,1. о т л и ч а ю щ и йс я тем, что дополнительные приемйые датчики выполнены в виде вертикальных рамочных антенн, первый масштабный усилитель выполнен с коэффициентом усиления, равнйм 1/120 л, а фазовращатель — с фиксированным фазовым сдвигом, равным -45О.