УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОИСКА ГЕОПАТИЧЕСКИХ ЗОН Российский патент 2001 года по МПК G01V3/02 

Изобретение предназначено для поиска и определения местоположения на земной поверхности зон, вызванных аномалиями в распределении водоносных горизонтов и слоев с различным химическим составом, и отрицательно влияющих на здоровье, самочувствие и поведение человека и животных, что может приводить к патологическим состояниям и болезням, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, в частности - в медицине и сельском хозяйстве.

Известны различные методы определения свойств почвы, описанные, например, в авторских свидетельствах СССР N 298915, МКИ G 01 V 3/04 на "Способ геоэлектроразведки", от 16.03.1971 и N SU 1233078, МКИ G 01 V 3/18 на "Устройство для измерения магнитной восприимчивости и удельной электропроводности", от 23.05.1986.

Согласно этим техническим решениям используется измеритель заземления МС-08, с помощью которого определяют удельное сопротивление высокоомных горных пород между двумя точками земной поверхности. Либо в окружающей среде индуцируют магнитное поле. По результату взаимодействия магнитного поля с веществом почвы судят о магнитной восприимчивости почвы на данном участке.

Общим недостатком аналогов является измерение локальных проводящих свойств участка земной поверхности, что не позволяет узнать направление на геопатическую зону и организовать ее поиск и локализацию.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство по авторскому свидетельству СССР N 1004938 от 15.03.1983, МКИ G 01 V 3/02 на "Способ измерения разности потенциалов электрического поля". Сущность этого технического решения заключается в том, что в двух точках, между которыми необходимо измерить разность потенциалов электрического тока, возбуждаемых в земле импульсами постоянного тока, вводимого через питающие электроды, устанавливают два приемных электрода. Для данной конфигурации расположение питающих и приемных электродов определяют положение эквипотенциальных линий, проходящих через приемные электроды. Определив положение двух эквипотенциальных линий, устанавливают на них системы из не менее трех приемных электродов, соединенных между собой через суммирующий операционный усилитель, или через повторители напряжений, и измеряют разность суммарных потенциалов между этими линиями.

Известное решение имеет ряд существенных недостатков, заключающихся в следующем.

Поскольку питающие электроды помещаются в почву отдельно от приемных электродов, то для каждого варианта взаимной конфигурации требуется свое правило определения эквипотенциальных линий. Поэтому структура блоков, реализующих каждый новый алгоритм вычислений, должна определяться и реализовываться вновь для каждой выбранной конфигурации расположения электродов.

Поскольку приемных электродов всего два, то не во всех случаях возможно определение положения эквипотенциальных линий.

Для определения положения двух эквипотенциальных линий необходимо дважды проводить предварительные замеры, перемещая положение электродов и конфигурацию расположения питающих и приемных электродов.

Определение разности потенциалов между двумя эквипотенциальными линиями не всегда указывает на направление градиента изменения свойств почвы.

Основной недостаток описанного способа заключается в том, что в нем измеряются только характеристики почвы, стимулированные внешним импульсным воздействием. В то же время неоднородность химического состава почвы может порождать собственные внутренние почвенные токи, которые не измеряются описанным методом, но которые служат указателем направления на геопатическую зону.

Кроме того, в известном решении не производится раздельное измерение свойств почвы при воздействии внешнего электрического тока на различных частотах. В то же время почвы различного химического состава по-разному реагируют на токи различных частот, имея свою частотную характеристику, и возможные режимы измерения для них могут различаться.

Приведенные недостатки указывают на то, что с помощью прототипа затруднительно проводить надежный поиск участков почвы с аномальными свойствами и определять положение геопатических зон.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение точности и удобства поиска и определения местоположения геопатических зон.

Указанная задача решается тем, что в устройство, содержащее первый, второй, третий и четвертый электроды, введена квадратная рамка с закрепленными по ее углам первым, вторым, третьим и четвертым электродами, а также первый блок вычитания, входы которого подключены к первому и третьему электродам, второй блок вычитания, входы которого подключены ко второму и четвертому электродам, третий блок вычитания, входы которого подключены к выходам первого и второго блоков вычитания, четвертый блок вычитания, входы которого соединены с выходами первого и второго элементов памяти, и пятый блок вычитания, входы которого соединены с выходами третьего и четвертого элементов памяти, а выходы четвертого и пятого блоков вычитания - со входами второго блока индикации, сумматор, входы которого подключены к выходам первого и второго блоков вычитания, а выход через первый аналого-цифровой преобразователь - к одному из входов первого блока индикации, выход третьего блока вычитания через второй аналого-цифровой преобразователь соединен с другим входом первого блока индикации, а управляющие входы обоих аналого-цифровых преобразователей соединены с одним из выходов блока управления, другой его выход подключен к свип-генератору, а третий его выход - к управляющим входам всех элементов памяти и коммутатора, другой вход коммутатора соединен с одним из выходов свип-генератора, третий вход - с выходом измерителя тока, а первый, второй, третий и четвертый выходы коммутатора - с соответствующими электродами, другой выход свип-генератора подключен ко входу измерителя тока, а другой выход измерителя тока через третий аналого-цифровой преобразователь - ко входам всех элементов памяти.

Такое выполнение устройства для поиска геопатических зон позволяет оперативно определять направление на геопатическую зону с помощью рамки, а также обрабатывать измерительную информацию в комплексе радиоэлектронных блоков для удобного представления на экране.

Варианты изображения, создаваемого на экране, позволяют в удобной форме представлять результаты измерения в различных режимах.

Локализация геопатических зон с помощью предлагаемого устройства дает возможность выделять места, отрицательно влияющие на здоровье и поведение людей и животных. Это позволяет корректировать размещение жилых зданий и других сооружений с целью уменьшения влияния отрицательных факторов.

На чертежах представлены: на фиг.1 - структурная схема устройства для поиска геопатических зон.

На фиг.2 - эпюра, поясняющая принцип работы устройства.

Устройство состоит из первого 1, второго 2, третьего 3 и четвертого 4 электродов, квадратной рамки 5, первого 6, второго 7, третьего 8, четвертого 9 и пятого 10 блоков вычитания, первого 11, второго 12 и третьего 13 аналого-цифровых преобразователей, первого 14, второго 15, третьего 16, четвертого 17 элементов памяти, коммутатора 18, свип-генератора 19, измерителя тока 20, первого 21 и второго 22 блоков индикации, блока управления 23 и сумматора 24.

Электроды 1-4 укреплены в углах квадратной рамки 5, рамка горизонтально размещается в выбранном участке, электроды 1-4 приводятся в контакт с почвой. В блоках вычитания 6-10 выходное напряжение пропорционально разности напряжений на входах. В сумматоре 24 - пропорционально сумме входных напряжений. Аналого-цифровые преобразователи 11-13 переводят непрерывное значение входного сигнала (в аналоговой форме) в выходной цифровой код. Элементы памяти 14-17 запоминают цифровой код, поступающий на их входы, и хранят его до тех пор, пока на их управляющие входы не придет управляющий сигнал. В момент его прихода запоминается новое значение входного цифрового сигнала и хранится до прихода следующего управляющего сигнала.

Коммутатор 18 подключает два своих входных сигнала к двум из своих четырех выходов. Вариант подключения определяется управляющим сигналом, подаваемым на управляющий вход коммутатора. Свип-генератор 19 представляет собой генератор синусоидальных сигналов с изменяющейся (в определенном интервале) частотой. Запуск перестройки частоты осуществляется входным управляющим сигналом. Измеритель тока 20 измеряет ток, который протекает с его входа на выход и на другом выходе вырабатывается сигнал, пропорциональный этому протекающему току. Первый блок индикации 21 имеет средство визуальной индикации в виде экрана, на котором образуется метка. Отклонением метки по двум перпендикулярным осям управляют входные сигналы первого 11 и второго 12 аналого-цифровых преобразователей. Второй блок индикации 22 также имеет экран с меткой, отклонением которой по двум перпендикулярным осям управляют входные сигналы четвертого 9 и пятого 10 блоков вычитания. Процесс измерения разбивается на две стадии.

В первой стадии измеряют направление и величину почвенных токов в выбранном участке поверхности.

Во второй стадии измеряют величину и направление градиента проводимости в выбранном участке на различных частотах.

Работа на первой и второй стадиях управляется блоком управления 23. На первой стадии коммутатор 18 закрыт и свип-генератор 19 отключен от электродов.

Различия в химическом составе почвы приводит к появлению разности потенциалов в различных точках поверхности и почвенных токов. Эти разности потенциалов попадают на электроды 1-4. В первом блоке вычитания 6 определяется и усиливается разность потенциалов между первым 1 и четвертым 4 электродами, во втором блоке вычитания 7 определяется и усиливается разность потенциалов между вторым 2 и третьим 3 электродами. В третьем блоке вычитания 8 определяется разность, а в сумматоре 24 - сумма выходных напряжений первого 6 и второго 7 блоков вычитания. После преобразования в цифровую форму эти два цифровых кода попадаются на первый блок индикации 21. Он имеет экран, жестко ориентированный относительно рамки 5. Если цифровые коды соответствуют нулевым напряжениям на входах блоков 11 и 12, то метка остается в центре экрана. Если в почве присутствуют токи, то метка на экране блока 21 смещается от центра в направлении протекания этих токов и на расстояние, пропорциональное их величине, что и является целью измерения на данной стадии.

На второй стадии блок управления 23 отключает аналого-цифровые преобразователи 11 и 12 и включает коммутатор 18. Он также включает свип-генератор 19 и элементы памяти 14-17. Частота свип-генератора 19 меняется плавно или дискретно в интервале от низких частот, например, от десятков герц, близких по свойствам к постоянному напряжению, до высоких частот, например, до сотен килогерц. Скорость изменения частоты устанавливается такой (например, килогерцы в секунду), чтобы успевать производить измерение направления и величины градиента сопротивления.

Два полюса свип-генератора 19 через измеритель тока 20 подключаются к коммутатору 18. В соответствии с управляющим сигналом тока управления 23 коммутатор 18 подключает напряжение генератора 19 последовательно к электродам 1-2, к 2-4, к 1-3, к 2-4. В каждом из четырех состояний измерителем 20 измеряется ток. Его величина преобразуется из аналоговой формы в цифровую с помощью третьего аналого-цифрового преобразователя 13. Цифровые коды, соответствующие результату измерения тока в каждом из состояний, запоминаются в элементах памяти 14-17. Режим запоминания в каждом из элементов памяти 14-17 включается управляющим сигналом блока управления 23. При этом результат измерения в каждом из четырех состояний коммутатора 18 фиксируется в одном из четырех элементов памяти 14-17. В четвертом блоке вычитания 9 находится разность чисел, закодированных цифровыми кодами блоков 14 и 15, а в пятом блоке вычитания 10 - кодами блоков 16 и 17. Коды блоков 9 и 10 подаются на второй блок индикации 22 и управляют положением метки на его экране. Сигналы блоков 9 и 10 используются для смещения метки в двух перпендикулярных направлениях на величину, пропорциональную проводимости почвы и в направлении ее градиента.

Принцип поиска геопатических зон с помощью предлагаемого устройства состоит в следующем. От исходного пункта поиск производится пошаговой процедурой. На каждом шаге с помощью устройства производится измерение направления почвенных токов. Если величина почвенных токов незначительна, то определяют направление градиента почвенной проводимости на различных частотах. В направлении, где градиент наиболее выражен, оператор перемещается на определенное расстояние для осуществления следующего шага процедуры. Здесь вся операция повторяется, определяется направление для следующего перемещения и т.д.

Таким образом, оператор смещается по направлению к геопатической зоне, представляющей собой аномалию в виде пятна или "линии разлома".

Процесс измерения в каждом шаге основан на следующем. На первой стадии определяют направление почвенных токов по совокупности потенциалов на электродах (фиг.2). Ток I, протекая через почву с конечным сопротивлением, создает разность потенциалов в различных точках поверхности. Пусть направление тока I ориентировано относительно рамки 5, как показано на фиг.2 (оси X и Y направлены вдоль сторон рамки). Потенциалы на электродах 1-4 - U₁-U₄. Тогда соотношение разностей потенциалов U₃₁=U₃-U₁ и U₃₄=U₃-U₄ равно соотношению проекций тока I_y и I_x на две перпендикулярные оси, направленные вдоль сторон квадратной рамки 5.

Для улучшения точности разность потенциалов измеряется дважды: U₃₁ и близкая ей по величине U₄₂=U₄-U₂, а также U₃₄ и близкая ей по величине U₁₂= U₁-U₂. Указанные близкие между собой величины складываются. Таким образом, соотношение I_x: I_y, определяющее ориентацию направления тока I относительно рамки, определяется измерением соотношения напряжений (U₁-U₂+U₃-U₄): (U₃-U₁+U₄-U₂), или, что тоже самое, [(U₃-U₂)+(U₁-U₄)]:[(U₃-U₂)-(U₁-U₄)] . Величины (U₁-U₄) и (U₃-U₂) определяются в блоках 6 и 7 соответственно. Величина, пропорциональная I_x, образуется на выходе сумматора 24 и аналого-цифрового преобразователя 11. Величина, проводящая I_y, образуется на выходе третьего блока вычитания 8 и второго аналого-цифрового преобразователя 12. Эти величины управляют смещением метки по экрану первого блока индикации 21 вдоль соответствующих осей. Поскольку экран жестко связан с рамкой, то оператор узнает направление тока I в почве относительно рамки.

Измерение градиента проводимости производится на второй стадии. Измеритель тока 20 последовательно измеряет ток между электродами 1 - 2, 3 - 4, 1 - 3,2 - 4, создаваемый после подключения напряжения свип-генератора 19 к этим электродам. Выходное напряжение свип-генератора 19 поддерживается постоянным, поэтому измеряемый ток пропорционален проводимости почвы между соответствующими электродами. Результаты измерения преобразуются в цифровую форму в блоке 13 и последовательно фиксируются в блоках 14-17. Они представляют собой величины, пропорциональные проводимостям G₁₂, G₃₄, G₁₃, G₂₄, где индексы указывают номера электродов.

Далее находится градиент сравнением соответствующих проводимостей. Если от электрода 3 к электроду 1 направить ось Y, а от электрода 3 к электроду 4 - ось X, то проекция градиента проводимости на ось X будет пропорциональна ΔG_x=G₁₃-G₂₄, а проекция на ось Y ΔG_y=G₁₂-G₃₄. Таким образом, цифровой код на выходе блока 9 содержит информацию об ΔG_y, а код на выходе блока 10 - об ΔG_x. Эти сигналы подаются на второй блок индикации 22 и используются для смещения метки на его экране вдоль соответствующих осей. Экран блока 22 также жестко связан с рамкой 5 и по положению метки на нем можно определить направление и величину градиента проводимости почвы (однозначно связанной с сопротивлением) на данной частоте. Если величина проводимости различна на разных частотах, то оператор наблюдает график в полярных координатах и может смещать рамку в следующем шаге в направлении наибольшего радиус-вектора.

Экраны обоих блоков индикации 21 и 22 могут быть конструктивно 2 совмещены, а метки, соответствующие отметкам токов и градиентов, различаться цветом. Цветом могут различаться для большей наглядности и отметки, соответствующие измерениям на разных частотах свип-генератора 19.

Изобретение предназначено для поиска и определения местоположения на земной поверхности зон, вызванных аномалиями в распределении водоносных горизонтов и слоев с различным химическим составом, отрицательно влияющих на здоровье, самочувствие и поведение человека и животных, что может приводить к патологическим состояниям и болезням, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, в частности в медицине и сельском хозяйстве. Технический результат - повышение точности и удобства поиска местоположения геопатических зон. Устройство содержит квадратную рамку с закрепленными по ее углам первым - четвертым электродами, а также первый блок вычитания, входы которого подключены к первому и третьему электродам, второй блок вычитания, входы которого подключены к второму и четвертому электродам, третий блок вычитания, входы которого подключены к выходам первого и второго блоков вычитания, четвертый блок вычитания, входы которого соединены с выходами первого и второго элементов памяти, и пятый блок вычитания, входы которого соединены с выходами третьего и четвертого элементов памяти. Выходы четвертого и пятого блоков вычитания соединены c входами второго блока индикации. Устройство содержит также сумматор 24, входы которого подключены к выходам первого и второго блоков вычитания, а выход через первый аналого-цифровой преобразователь - к одному из входов первого блока индикации. Выход третьего блока вычитания 8 через второй аналого-цифровой преобразователь соединен с другим входом первого блока индикации, а управляющие входы обоих аналого-цифровых преобразователей соединены с одним их выходов блока управления, другой его выход подключен к свип-генератору, а третий его выход - к управляющим входам всех элементов памяти и коммутатора, другой вход коммутатора 18 соединен с одним из выходов свип-генератора, третий вход - с выходом измерителя тока, а первый - четвертый выходы коммутатора - с соответствующими электродами, другой выход свип-генератора подключен к входу измерителя тока, другой выход измерителя тока через третий аналого-цифровой преобразователь - к входам всех элементов памяти. 2 ил.

Устройство для поиска геопатических зон, содержащее первый - четвертый электроды, отличающееся тем, что в него введена квадратная рамка с закрепленными по ее углам первым - четвертым электродами, а также первый блок вычитания, входы которого подключены к первому и третьему электродам, второй блок вычитания, входы которого подключены к второму и четвертому электродам, третий блок вычитания, входы которого подключены к выходам первого и второго блоков вычитания, четвертый блок вычитания, входы которого соединены с выходами первого и второго элементов памяти, и пятый блок вычитания, входы которого соединены с выходами третьего и четвертого элементов памяти, а выходы четвертого и пятого блоков вычитания - с входами второго блока индикации, сумматор, входы которого подключены к выходам первого и второго блоков вычитания, а выход через первый аналого-цифровой преобразователь - к одному из входов первого блока индикации, выход третьего блока вычитания через второй аналого-цифровой преобразователь соединен с другим входом первого блока индикации, а управляющие входы обоих аналого-цифровых преобразователей соединены с одним из выходов блока управления, другой его выход подключен к свип-генератору, а третий его выход - к управляющим входам всех элементов памяти и коммутатора, другой вход коммутатора соединен с одним из выходов свип-генератора, третий
вход коммутатора - с выходом измерителя тока, а первый - четвертый выходы коммутатора - с соответствующими электродами, другой выход свип-генератора подключен к входу измерителя тока, а другой выход измерителя тока через третий аналого-цифровой преобразователь - к входам всех элементов памяти.