Способ определения эффективной комплексной диэлектрической проницаемости

 

- E с г.лОП ИСАЙИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

296059

Сотоз Соеетских

Социалистических

Республик

Зависимое от а вт. свидетельства №

МПК G 01г 27/26

Заявлено 07Х!!.1969 (№ 1345133/26-9) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 12 !!.1971. Бюллетень № 8

Комитет ло делам изобретеииЯ и открытиЯ ори Совете Министров

СССР

УДК 621.317.355 (088.8) Дата опубликования описания 7.!1 .1971

Авторы изобретения

Заявитель

А. В. Вешев, В. А. Егоров, В. Г. Ивочкин и М. И. Пертель

Ленинградский государственный ордена Ленина и ордена Трудового

Красного Знамени университет им. А. А. Жданова

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ КОМПЛЕКСНОЙ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ

Йзобретение относится к области геофизических исследований верхней части земной коры, распространения радиоволн, радиосвязи и может быть осуществлено при эксплуатации радионавигационных систем, линий радиосвязи и при геофизических исследованиях.

Известны способы определения эффективной комплексной диэлектрической проницаемости, основанные на измерении отношения амплитуд тангенциальных составляющих электрического и магнитного полей.

Однако известные способы позволяют определить только модуль эффективной комплексной диэлектрической проницаемости, из которых невозможно определить эффективные диэлектрическую проницаемость (е) п проводимость (о).

С целью определения как модуля, так и аргумента эффективной комплексной диэлектрической проницаемости, измерения в диапазонах средних, длинных и сверхдлинных радиоХ волн, когда е )) l как на открытых, так и на занесенных участках местности, повышения точности определения в и снижения требов»ний к чувствительности и динамическому диапазону измерительной аппаратуры и, как следствие, расширения площади, на которой могут производиться уверенные измерения от западного передатчика, по предлагаемому способу эффективная комплексная диэлектрическая проницаемость определяется на основании непосредственного измерения в полевых усло5 виях разности фаз тангенциальных составляющих магнитного (Н-. ) и электрического (E-. ) полей радиостанции и их амплитуд, т. е. указанный способ основан на измерении модуля и фазы пмпеданса. Измерения проводятся по

10 промежуточной частоте двухканального супергетеродинного приемника с общим гетеродпном, при этом Е-, измеряется в земле с помощью двух электродов, подсоединяемых к соответствующему каналу через выносной ка15 тодный повторитель посредством согласованного коаксиального кабеля, а Н-. — в воздухе с помощью обычных феррптовых антенн.

Из теории распространения радиоволн известно, что эффективная комплексная диэлек20 трическая проницаемость е может быть определена по величине импеданса Z по формуле:

Z=

Н =- +1

25 где Н-. — тангенциальная составляющая магнитного поля на дневной поверхности, E-. — тангенциальная составляющая электрического поля на дневной поверх30 ности, 296059

)Е, Z "эм. Н. (Н»

25

Zp — характеристический импеданс свободного пространства.

На фиг. 1 представлена блок-схема, иллюстрирующая предлагаемый способ; на фиг. 2— график, характеризующий способ определения эффективной комплексной диэлектрической проницаемости, В качестве датчика электрического поля 1 используется система из двух заземленных электродов, соединенных с двухканальным супергетеродинным приемником через выносной катодный повторитель посредством согласованного коаксиального кабеля. В качестве датчика магнитного поля 2 используется ферритовая антенна. \арактеристики усилителей высокой частоты о и 4 и промежуточной частоты

5 и б являются стандартными для любого супергетеродинного приемника. Смесители 7 и 8 работают от общего гетеродина 9. Вольтметры

10 и 11 для измерения амплитуд Е, и Н, состоят из выпрямителя, делителя и индикатора напряжения. Блок измерителя разности фаз 12 состоит из плавного градуированного фазовра щателя, настроенного на промежуточную частоту и включенного в первый канал, и сумматора (или фазочувствительного детектора с индикатором нуля выходного напряжения).

Сначала проводится подготовительная операция. По шкале настройки прибора устанавливается частота радиостации, на которой производятся измерения, датчик магнитного поля 2 включается на оба входа прибора (датчик электрического поля 1 отключен). Вращением датчика 2 в горизонтальной плоскости добиваются максимального показания волыметров 10 и 11 (при необходимости по максимальным показаниям вольтметров 10 и 11 производится более точная настройка на частоту принимаемой радиостанции), а регулировкой усиления блока промежуточной частоты 5 или б — равенства показаний вольтметров 10 и 11.

В результате этой операции уравниваются коэффициенты усиления обоих каналов. Вращая плавный фазовращатель, получают минимальный сигнал — нуль-индикатора блока измерения разности фаз 12, благодаря чему выравниваются собственные фазовые сдвиги первого и второго каналов. Отсчет по шкале фазовращателя Уо соответствует начальному аппаратному фазовому сдвигу, возникающему за счет неидентичности первого и второго каналов.

Затем датчик магнитного поля 2 подключается к первому каналу, а датчик электрического поля 1 — ко второму каналу, С вольтметров 10 и 11 снимаются показания относительных величин тангенциальных составляющих магнитного Н-„,„ и электрического Е-.„„ полей. Вращая плавный фазовращатель, добиваются минимального значения сигнала на нуль-индикаторе блока измерения разности фаз 12, при этом положении снимается показание указателя фазы ср.

По результатам отсчетов модуль и аргумент рассчитываются по следующей формуле: где H» — действующая высота магнитной антенны в м, l — расстояние между заземлителямн в л, arg Z=rp — срв.

Исследования ведутся в районе с глинистыми и песчано-глинистыми отложениями с удельной электрической проводимостью порядка 10- — 3 10

1 ом М

Для оценки точности полевых исследований предлагаемым способом ниже приводится сопоставление результатов теоретических расчетов и экспериментальных работ над двухслойной структурой со следующими параметрами:

1 проводимость верхнего слоя 3 10 2 ом. М мощность верхнего слоя 0,8 л, проводимость подстилающего слоя 9 10 —

1 ом. м

Относительная погрешность определения модуля импеданса предлагаемым способом не превышала +3,5 / . Абсолютная погрешность при определении аргумента импеданса составляет в среднем 2 — 3 .

На фиг. 2 приводится пример, характеризующий возможности использования предлагаемого способа определения эффективной комплексной диэлектрической проницаемости при геолого-геофизических исследованиях (например, при поисках хорошо проводящих рудных тел) . Исследования проводятся над хорошим проводником цилиндрической формы диаметром 15 — 20 см. Проводник расположен на глубине порядка 2 — 2,5 м и ориентирован своей осью по направлению к радиостанции, работающей на частоте 173 кгпв. Кривые модуля 18 и 14 эффективной комплексной диэлектрической проницаемости практически симметричны относительно вертикальной плоскости, при этом в над проводником возрастает в три раза, а argo изменяется на 30 .

Таким образом, принципиально новым в предлагаемом изобретении является использование датчиков горизонтальных составляющих электрического и магнитного поля для определения в полевых условиях не только модуля, но и аргумента эффективной комплексной диэлектрической проницаемости по промежуточной частоте двухканального супергетеродинного приемника с общим гетеродином.

Предмет изобретения

Способ определения эффективной комплексной диэлектрической проницаемости по ре296059

1кп))пл.) к0М7)7

a) g е,,! . ) ° г ° в)а ао

5)а

t0 5 г(м) )5 )О

Фиг 2

Составитель В. Куриыков

Редактор Т. И. Морозова Текред T. П. Курилко

Корректор О. И. Ycoa«i

Заказ 779)8 Изд. № 342 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4)5

Типография, пр. Сапунова, 2

3ультатам измерений составляющих электромагнитного поля радиостанций на границе раздела земля — воздух, отличающий ся тем, что, с целью проведения измерений в диапазоне средних, длинных и сверхдлинных радиоволн, а также с целью снижения требований к чувствительности и динамическому диапазону измерительной аппаратуры, величина диэлектрической проницаемости определяется в полевых условиях по результатам непосредственного и одновременного измерения модуля и фазы импеданса на промежуточной частоте

5 двухканального супергетеродпнного приемника с общим гетеродпном и измерением тангенциальной составляющей электрического поля в земл,е.