Корреляционный измеритель шумов электрохимических сейсмоприемников Советский патент 1984 года по МПК G01V1/16 

Изобретение ртносится к измерител ной технике и может быть испольЗовано в сейсмометрическом приборостроении, Известно устройство для измерения коэффициента шума, содержащее эталонный источник шума, усилитель, квадратичный вольтметр, переключател и реакт.ивный элемент, используе «1й в качестве входного сопротивления ис пытуемой схемы, причем выход усилителя канйла калибровки соединен с клеммой переключателя рода работы и с входом этого усилителя через цепь отрицательной обратной связи, а выхо дополнительного усилителя измеритель ного канала подключен к другой клемме переключателя и к входу этого же усилителя .также через -цепь отрицател (ной обратной связи С-13 . Однако данное устройство .не может быть использовано для измерения шумо электрохимических сейсмоприемников, так как в гпобой точке земного шара на сейсмоприемник действует сейсмический фон, вызванный колебаниями земной коры даже в отсутствие земле трясения. Наиболее близким к изобретению является корреляционный измеритель шумов электрохимических сейсмоприем ников содержа1)4ий задающий блок и подключенный к вибростенд с ус тановленным на нем опорным сейсмоприемником, соединенным с опорным каналом, состоящим из последователь но соединенных усилителя с перестраи ваемым коэффициентом усиления, пере множающего блока и интегратора, и подключаемая к испытуемому сейсмс г:приемнику, размещаемому на вибростен де, измерительный канал, состоящий из последовательно соединенных усилителя,, квадратора и интегратора, балансный индикатор амплитуд, подключенный к усилителю измерительного канала, подключенный к выходам интеграторов блок разности, к выходу которого подключен индик ат.ор С 2 3. Недостатком известного устройства является влияние сейсмического фона на процесс измерений, которое выража ется в появлении нелинейных искажений сигналов Цель изобретения - исключение вли ния внешних возмущений. Поставленная цель достигается тем что корреляционный измеритель шумов электрохимических сейсмоприемников, содержащий задающий блок и подключенный к нему вибростенд с установленным на нем опорным сейсмоприемником, сое.диненным с опорным каналом, состоящи.м из последовательно соединенных усилителя с перестраиваемым коэффициентом усиления, перемножающего блока и интегратора, и подключаемый к испытуемому сейсмоприемнику размещаемому на вибростенде, измерительный канал, состоящий из последовательно соединенных усилителя, квадратора и интегратора, балансный индикатор амплитуд, подключенный к выходам интеграторов блок разности, к выходу которого Подключен индикатор, снабжен избирательным фильтром, включенным между усилителем измерительного канала и квадратором, последовательно соединенными фазовращателем и избирательным фильтром, включеннь1ми между усилителем опорного канала и перемножающим блоком, и индикатором баланса фаз, включенным параллельно индикатору баланса амплитуд, второй вход которого включ;ен между фазовращателем и фильтром опорного канала. На чертеже представлена блок-схема измерителя. Корреляционный измеритель шумов электрохимических сейсмоприемников состоит из возбуждаемого задающего блока 1 вибростенда 2, на котором установлены испытуемый 3 и опорный 4 электрохимические сейсмоприемники, образующие измерительный и опорный каналы соответственно. Измерительный канал состоит из последовательно соединенных усилителя 5, набора фИлЬтров 6, настроенных на фиксированные частоты исследуемого диапазона, квадратора 7 и интегратора 8. Опорный канал состоит из последовательно соединенных усилителя 9с перестраиваем коэффициентом усиления, фазовращателя 10, набора фильтров 11, аналогичных фильтрам нсгштуемого канала, перемножителя 12 и интег{ атора 13. Выход фазовращателя 10 соединен также с одним иэ входов индикатора 14 баланса амплитуд и индикатора 15 баланса фаз, другие входы которых соединены с выходом усилителя 5. Выход фильтра б дополнительно соединен с одним из BXOAQB перемиржителя 12. Выход интегратора 8 соеяинен с одним из входов блока 16 разности, другой вход которого п6дкJшoчeн к выходу интегратефа 13. Выход блока 16 соединен с измери-гельным прибором 17.. Измеритель работает следующим образом,, Вибростенд 2 с закрепленными на его столе электрохимическими сейсмоприемниками 3 и 4 возбуждается задающим блрком 1, вырабатывающим гармонический сигнал частоты f исследуемого диапазона. При этом возбуждение вибростенда 2 производится таким образом, чтобы выходные сигналы сейсмоприемников 3 и 4, вызванные колебаниями вибростенда 2, на 1,5-2,0 порядка превышали соответствующие выходные сигналы, вызванные сейсмическим фоном, т,е. Ucn-, {t,f) у, Uc,,,, (t,f,), 4 tfV cФ4(t,fp где Ucn, (t,f ) и c(t,f) мгновенные значе ния выходных напр жений сейсмоприем ников 3 и 4 COOTветственно, вызванные колебаниями вибростенда на частоте f Uc,(t,f,) и (trf,) мгновенные значения выходных напряжений сейсмо приемников 3 и..4 соответственно, вызванные состашляюшей сейсмического фона частоты 1 Выполнение соотносиения () необходимо для исключения влияния сейсми ческого фона на точность балансировки. Так как даже небольшие различия в величинах и характере частотной зависимости коэффициентов преобразования испытуемого 3 и опорного 4 сейсмо приемников приводят к различным сигриалам по амплитуде и Фазе на их выхо,дах, то необходима балансировка испытуемого и опорного сейсмоприемников ка«с по амплитуде, так и по фазе на каждой частоте измерения исследуемого диапазона. Таким образом, в резул тате балансировки на частоте f (t,f) S x-8in(2Jif + 4)i м(Ц S X sin(2Jff,+ /2, -коэффициент npep6pai3 где Sвания испытуемого и опорного сейсмоприеМ ник ов соотв етствевно -амплитуда смещения стола вибростенда; Ч. и Ч, -фазовые сдвиги на вы ходе испытуемого и опорного сейсмопрИ1ем ников соответственно Напряжение на выходах усилителя 5 и фазовращателя 10 U5(t,f)U, (t,f,)Ks S XK5Slh. () , , и,, (t,f,))K9(fl) .K3{f)sin(), (4) где Kj и Kg (f) - коэффициенты усили телей 5 и 9 соответственно;V - фазовый сдйиг, получаемый за счет фазовргицателя 10. Зависимость Кц(fу) подчеркивает то обстоятельство, что для каждой частоты измерения исследуемого диапазона необходимо подобрать свое оп{}еделенное значение коэффициента усиления усилителя 9. Коэффициент передачи фазовращателя 10 равен 1. Целью балансировки является равенство выходных напряжений усилителя 5 и фазовращателя 10 Us(t,f)U(t,f), (5) что достигается балансом амплитуд s,x Kj s,x Kg (f,)(6) и балансом Фаз if с/ +tf(7) равенство (5) регистрируется по нулевому псжазанию индикатора 14 баланса амплитуд и совпадению синусоид по фазе на индикаторе 15 баланса фаз. После балансировки стол вибростенда жестко закрепляется на основании, и производится измерение. на выходе блока 16 разности будет только напряжение, пропорциональное квадрату среднеквадратичного значеНия шума на частоте f сейсмоприемника (1).. . При закрепленном стопе вибростенда мгновенные значения выходных напряжений сейсмоприемников 3 и 4 (t,f)U (t,f)+Uc+3(t,f), (8) Otn(t,f)Uto2(t,f)+Oc(t,f), (9) где Ощ (t,f) и V (t,f) - мгновенные значения - выходных шумовых напряжений сейсмоприемНИКОВ 3 и 4 соответственно. Напряжение на выходах усилителя 5 и фазовращателя 10 UjCt/f) Ucn3(t,f)K5 ш, (t,f)Ks+U,(t,f)K5 (t,f) Ucrt(t,f)K9(f,) U«,(t,f)K3 (f,),f)Kj (f ).(11) напряжение на выходах фильтров 6 и 11 U4,(t,f )Utt,(t,f)K5K + (t,i,)KjK 0, (t,f иш2(t,f)K, (f ;)К,, + ,f;)Kg(/,)K,/(13) где К и К -коэффициенты передачи фильтров 6 и 11. Для составлгаощей сейсмического фо,на,частоты измерительный и опорный S 11005 каналы сбалансированы - сейсмический фои подобно колебаниям вйбростенда возлействует на оба сейсмоприемника одновременно и с одинаковой амплитудои, а поэтому при К j К:, Uc,j(t,f )KjK,U,(t,f,)Kg(f,)K,, , 1(14) В соответствии с выражением (14) соотношения (12) (13) имеют вид 10

UJt,f)tJц,(t,f, )KyKt + S(t,f,) (15) U,(t, f, )U (t, f )K (f )(t, f( 1

2 у

Напряжение на выходе квадратора 7

.,,.,.,,-к,u.-,t.f,,.-;HvA,(i,MMV.V , (.

„тГ.,(Ч|5(.М.„«- . (Z4|

где к - нормирующий множитель ( w и

гО,11/В),

напряжение на выходе перемножителявыражения (22-24) равны О по той же

и ,г (t, f,) К .,г и , {t, f ,) и ,, (t, f,) Напряжение на выходе блока 16 разUu,,.(t,f,)U (t,fT)KcK3(f Ж К К г нести

S(t,f )U(,f .,)К (,)К,Д,2+ ,.8,(f)(tKr( 1К2К2К (с1

Ui,(t,f)l(t,f)KsK,(t,f. ; , 1Z

где нормирующий множитель (К казания измерительного прибора 17 бу 0,lt/B),дут пропорциональны квадрату среднеНапряжение на выходе интегратораквадратичного значения шума сейсмопри8емника 3 на частоте fi .,

участотах устройство сначала балансиUe{f )-m (t,f )dt руется на требуе юй частоте fj, ...

т j fz чf и затем на частоте балансировки

опроизводится измерение квадрата средIHZ (f MfiifZK. 4-4-4 2ff if пдП°неквадратичного значения шума сейсмоT iijV -- . приемника 3.

.Подавление сейсмического фона и выJL С11 К CLK . . . .

тделение измер еккш шумов при наличии

1 f lc;f4. f itf If V Л4- - л /ол Вйбростенда и набора фильтров позво- (t,(t,f).dt - о (20) измерить шумы электрохимических

о . .сейсмоприемников даже при значительЛевая часть выражения (20) представ-ном сейсмическом фоне, что повышает

ляет собой оценку взаимнойкорреляцииточность измерений. 5

.(,,,}V.„м.a,(г2|

25причине, что и выражение (20)

Из выражения (25) видно что по35Для проведения измерений на других 91 двух центрированных случайных процессовUu,(t,f)H S(t,f) Напряжение на выходе интегратора 13 Г .(t)K, (21) J так как

КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ШУМОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СЕЙСМОПРИЕМНИКОВ, содержащий задающий &TIOK и подключенный к нему вибростенд с установленным на нем опорным сейсмоприемником, соединенным с опорным каналом, состоящим из последовательно соединенных усилителя с перестраиваемым коэффициентом усиления, переgf prOWTiOr.. ft :v::;.. 3 вйМйе; „,.. множающего блока и интегратора, и подключаемой к испытуемому сейсмоприемнику, размещаемому на вибростенде, измерительный канал, состоящий из последовательно соединенных усилителя квадратора и- интегратора, балансный . индикатор амплитуд, подключенный к усилителю измерительного канала, подключенный к выходам интеграторов блок разности, к выходу которого подключен индикатор, отличающийся тем, что, с целью ггсключения влияния внешних возмущений, он снабжен избирательным фильтром, включенным между усилителем измерительного канала и квадратором, последова-, тельно соединенными фазовращателем и избирательным фильтром, включенными между усилителем опорного канала и перемножающим блоком, и индикатором баланса фаз, вк/воченным параллельно индикатору баланса амплитуд, второй вход которого включен между фазовра- S щателем и фильтром опорного канала. СП СО