Способ согласования антенны с электрическими параметрами массива горных пород Советский патент 1983 года по МПК G01R23/16 

о

ND

э: о :о

Изобретение относится к горному делу и предназначено для спектрального анализа электромагнитного излучения .

Известны способы измерения электромагнитного излучения, основанные на установке в выработку рупорной антенны и опрелелении параметров горного массива Cl,

Однако точность измерения известны способов недостаточна.

Наиболее близким к предлагаемому является способу согласно которому пробуривают скважину, помещают в нее антенну, покрытую диэлектрической оболочкой, и производят согласование электрических-характеристик антенны с электрическими параметрами массива горных пород 2j.

Недостаток такого способа состоит в низкой точности и согласования из-за использования фиксированных частот и длины антенны.

Цель изобретения - повышение.точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что рогласно способу согласования антенны с электрическими параметрами массива горных пород, основанном на пробуривании в массиве скважины и установке в ней покрытой диэлектриком электрической антенны, измеряютэлектрические параметры массива, по которым при равенстве входных сопротивлений каждого диполя многозвенной широкопЬлосной антенны в диапазоне частот выбирают длину каждого диполя, ; разнося их на расстояния, исключающие взаимное влияние,, и определяютрадиусы каждой ступени скважины, оазбуривают каждую ступень до необходимого радиуса и длины, устанавливают антенну по центру скважины и подстраивают каждый диполь в соответствии с рабочим частотным диапазоном.

На чергеже представлено устройство для реализации способа.

Устройство состоит из диполя 1 антенны, крепежного 2 и промежуточного 3 звеньев, секций 4 с изменяющеся длиной, разъема 5. Все это помеща ют в б, а на поверхности раполагаются широкополосный многоканальный усилитель 7, пepeключateль

8каналов, параллельный анализатор

9спектра, блок 10 управления, регистраторы 11 и 12.

Устройство работает следующим обрзом. ,

В соответствии частотным поддиапазоном и параметрами массива выбирают значения длин каждого диполя 1 антен ны для поддиапазона и радиусов проводящих стержней. Все диполи жестко закрепляют в просверленных в звеньях 2 отверстиях, разносят диполи на расстЬяния (между диполями 6i и Р 1 м

и между диполями Р м) и скрепляют между собой посредством резьбо вого соединения,- причем в каждом диполе предусматривают несколько секций 4 с изменяющейся длиной. Для более точного согласования длину диполя 2 увеличивают до 100 м, диполя Ку-яо 80 м, а диполь 6 уменьшают до i м.

К верхнему диэлектрическому звену присоединяют высокочастотный многоканальный разъем 5, к которому с одной стороны прикрепляют выводы диполей, а с другой - многожильный высокочастотный кабель.

В соответствии с расчетом в массиве разбуривают трехступенчатую скважину 6 с Длиной -каждой ступени, равной длине соответствующего диполя, и радиусами каждой ступени Kj 0,1; Гп2 0,2; Гу, 0,3 м.

После этого смонтированную и согласованную с массивом таким образом антенну устанавливают строго по центру скважины. Затем подстраивают |каждый диполь антенны по максимуму сигнала в соответствии с частотным диапазоном и многоканальным входом измерительной системы, регистрируют электромагнитное излучение в широком диапазоне частот согласованной с горным массивом антенной, измеряют и регистрируют его спектр в реальном масштабе времени с помощью измерителной системы, состоящей из широкопо- лосного усилителя 7, подсоединяемого через многожильный высокочастотный кабель к многокангшьному разъему, переключателя В каналов, параллельно анализатора 9 спектра в реальном масштабе времени, блока 10 управления, регистраторов 11.и 12.

Способ осуществляется следующим образом.

Фазовым методом измеряют электрические параметры массива горных поро пробуривают в массиве скважину, имеющую один радиус по всей ее длине. Затем выбирают частотный диапазон, в котором необходимо проводить исследования. Нижнюю рабочую частоту выбирают, исходя, с одной стороны из условий оптимальных габаритов антенн и измерительного оборудования, которые увеличиваются с понижением частоты и частотного диапазона шахтн помех, с другой стороны: верхнюю рабочую частоту выбирают, исходя из условий увеличения затухания сигнала с ростом частоты в полупроводящем массиве горных пород.

Псзсле этого производят расчет величин активной и реактивной составляющих входного сопротивления антенн в диапазоне частот, разделяя его на поддиапазоны и подбирая для каждого поддиапазона геометрические размеры диполя и радиус скважины таким образом, чтобы соблюдалось равенство входных сопротивлений во всем исследуемом диапазоне частот,а геометрия диполей и скважин находилась в разумных, удобных для эксплуатации пределах. Расчет активной и реактивной компонент входного сопротивления диполей производят по выражениям t(f ,, 16 .. R.. ЩМ пГИ-Ь 1 «т - 1 . .o -волновое число в воздухе; -длина волны в воздухе -скЬрость света} -рабочая частота) -тангенс угла потерь массиве; -проводимость массива -отн- сительная диэлек рическая, проницаемос массива; В - длина диполя; Г), - радиус скважины; Го - адиус провода . . Далее согласно расчетам разделяю частотный диапазон на определенное количество поддиапазонов, к каждому из которых подбирают изолированный диполь с соответствующими расчету длиной .и радиусом проводящего стерж ня диполя, разносят на расстояние, исключающее их взаимное влияние и монтируют многозвенную широкополрсную антенну, причем в каждом диполе предусматривают несколько секций с изменяющейся длиной для последующего, бопее точного согласования по длине. В соответствии с результатами расчетов выбирают для каждого диполя радиус ступени скважины, а шина каждой ступени равна длине соответствующего ей диполя. После этого в массиве разбуривают скважину до многоступенчатой, с количеством ступеней, равным числу поддиапазонов и со,ответствующими каждой ступени рахшусами и длинами. Затем смонтированную и согласованную с Массивом антенну устанавливают строго по центру сквс1жины для сЬблюдения условий оптимального согласования.. После этого производят подстройку каждого диполя соответствии с его частотным поддиапазоном и многоканальным входом измерительной системы по максимуму контрольного сигнала, излучаемого в массив в заданном частотном диапазоне. Преимущество предлагаег-юго способа заключается в том, что в отличие от известных способов coглacoвaнj я 60 всем широком диапазоне частот, где происходит регистрах я электу омагнитных колебаний, в нем сохраняется постоянство в еличины входного сопротивления антенны. Соблюдение равенства величины входного сопротивления в диапазоне частот позволяет без дополнительного анешиза и расчетов по регистрации изменения амплитуд принимаемых сигналов анализи ровать изменение динамического состояния массива горных пород.

СПОСОБ СОГЛАСОВАНИЯ АНТЕННЫ С ЭЛЕКТРНЧЕСКИПИ ПАРАМЕТРАМИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, основанный на пробуривании в массиве скважины и установке в нее покрытой диэлектриком электрической антенны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, измеряют электрические параметры массива, по KOTopiii при равенстве входных сопротивлений каждого диполя многозвенной широкополосной антенны в диапазоне частот выбирают длину каждого диполя, разнося их на расстояния, исключающие взаимное влияние, и определяют радиусы каждой ступени сква.жины, разбуривают каждую ступень до необходимого радиуса и длины, устанавливают антенну по центру скважины и подстраивают каждый диполь в соответствии с рабочим частотным диапа(Л зоном.