Цифровая автоматическая измерительная станция Советский патент 1984 года по МПК G01V3/00 

Изобретение относится к геофизике и предназначено для измерения и регистрации естественных и искусственных ;электромагнитньгх полей, например, при глубинном электромагнитном зондировании для изучения строения Земли, поиска полезных ископаемых, прогнозирования землетрясений, а также других геофизических работах с использованием мощного импульсного (МГД-)генерато ра(МГДГ-эондирование).

Известна цифровая измерительная станщи для измерения электрических и магнитных компонент полного вектора электромагнитного поля, состоящая из датчиков магнитной индукции и напряженности электрического поля, предварительных усилителей, полосовых фильтров, коммутатора каналов, аналого-цифрового преобразователя и устройства регистрации t 3Недостатком известного устройства является низкая разрешающая способность из-за наличия в точке измерения постоянной составляющей магнитной индукции, обусловленной влиянием естественного электромагнитного поля Земли, большое значение величины которой не дает возможности сузить диапазон измерения и тем самым увеличить разрешающую способность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровая ав томатическая. измерительная станция, содержащая последовательно соединенные коммутатор, оперативное запоминающее устройство и регистратор, при этом с входами каналов коммутатора.соединены выходы измерительных каналов., каодый из которых содержиг магнитьстатический чувствитель- ный алемейт, частотный нуль-орган, peBepcHBHi i счетчик, соединенный с первьм входом канала коммутатора и преобразователем код - аналог, с выходом которого соединена катушка обратной связи С2 J.

Недостатком известного устройства ; является узкий динамический диапазон измерения и низкое быстродействие из-за отсутствия возможности регулирования диапазона и компенсации естественного электромагнитного поля Земли.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона и повышение быстродействия.

Указанная цель достигается тем, что в цифровой автоматической измерительной станции, содержащей последовательно соединенные коммутатор, оперативное запоминающее устройство и регистратор, при этом с входами каналов коммутатора соединены выходы измерительных каналов, каждый из которых содержит магнитостатический чувствительный элемент, частотный нуль-орган, реверсивный счетчик, сое диненный с первьм входом канала коммутатора и преобразователем код аналог, с выходом которого со.единена катушка обратной связи, каждый измерительный канал содержит устройство компенсации, регистр памяти, первый цифро-аналоговый преобразователь с катушкой компенсации, усилитель с переключаемым коэффициентом усиления анализатор превышения диапазона измерения, счетчик диапазонов, дешифратор, второй цифро-аналоговый преобразователь и схему сравнения, при этом первый вход устройства компенсации соединен с входом обнуления счетчика диапазонов, а второй вход - с входом управления регистра памяти, информационные входы которых соединены с выходами.реверсивного счетчика, выходы регистра памяти через первый цифJJO-аналоговый преобразователь подклю чены к катушке компенсации,входы сум мирования и вычитания счетчика диапазонов соединены с выходами суммирования и вычитания анализатора Превьш1ения диапазона измерения, вход которого соединен со старшими разрядами реверсивного счетчика, выход счетчика диапазонов соединен через дешифратор с управлякяцнми входами усилителя с переключаемым коэффициентом усиления, а также с входом канала коммутатора и вторым цнфро-аналоговьач преобразователем, выход которого соединен с входом преобразователя код аналог и вторым входом схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом усилителя с переключаемым коэффициентом усиления, выход Которой соединен с входом анализатора превышения диапазона измерения.

На чертеже представлена структурная схема цифровой автоматической .измерительной станции.

Устройство состоит из магниточувСтвительного элемента 1, установленного в геометрическом центре катушки 2 обратной связи и катушки 3 компенсации.Выход магниточувствительного элемента 1 через усилитель 4 с переключаемым коэффициентом усиления соединен с входом частотного нуль-органа 5, выходы которого соединены с входами суммирования и вычитания реверсивного счетчика 6, соединенного с преобразователем код - аналог 7, выход которого подключен к катушке 2 обратной связи. Устройство 8 компен сации связано с управляющим входом регистра 9 памяти, подключенного к вы ходам реверсивного счетчика 6, а выходы регистра 9 памяти связаны с первым цифро-аналоговьм преобразователем 10, соединенным с катушкой 3 компенсации . Выход счетчика 11 диапазонов соединен с вторь1м цифро-аналоговым преобразователем 12, выход которого подключен к преобразователю код - аналог 7 и схеме 13 сравнения. Управляющие входы усилителя 4 с переключаемым коэффициентом усиления через дешифратор 14 связаны с выходами счетчика 11 диапазона, а входы счетчика 11 диапазонов подключены к выходам анализатора 15 превьш1ения диапазона измерения. Коммутатор 16 кана лов объединяет выходы всех двенадцати измерительных каналов станции. К выходу коммутатора 16 каналов подключено оперативное запоминающее уст ройство 17с регистратором 18. Устройство работает следзпощим образом. Выходной сигнал магниточувствител ного элемента 1 через усилитель 4 с переключаемым коэффициентом усиления и частотный нуль-орган 5 управляет значением кода на выходе реверсивного счетчика 6, увеличивая или уменьшая его в соответствии с изменениями индукции магнитного поля на входе магниточувствительного элемента 1. : Выходной код реверсивного счётчика 6 преобразуется преобразователем код аналог 7 в ток отрицательной обратной связи, который при помощи катушки 2 обратной связи создает в объеме магниточувствительного элемента 1 урав новешивающее значение магнитной индук ции, равное и противоположно направлен -ное текущему значению измеряемой магни ной индукции. В установившемся режйме значение уравновешивающей магнитной индукции, создаваемой катушкой 2 обратной связи, равно значению изеряемой магнитной индукции, а значеие кода, записанного в реверсивном ; четчике 6 пропорционально этому знаению. При изменении текущего значеия магнитной индукции значение одд в реверсивном счетчике 6 меняетя до тех пор, пока индукция в катуше 2 обратной связи вновь не уравноесит измеряемую магнитную индукцию. Дли увеличения динамического .диаазона измерения при регистрации мпульсных сигналов, возбуждаемых ощным импульсным МГД-генераторон, в стройство введены анализатор 15 преышения диапазона измерения со счетиком 11 диапазонов и вторым цифроналоговым преобразователем 12. При выходе измеряемой величины за диапазон измерения или ее уменьшении до значения, меньшего половины установленного, измерительного диапазона, на одном из выходов анализатора 15 превьш1ения диапазона измерения появляется сигнал, который увеличивает или уменьшает на единицу значение кода, записанного в счетчике 11 диапазона. Изменение кода счетчика 11 диапазона на единицу вызывает .изменение выходного напряжения второго цифроаналогового преобразователя 12 в два раза. Это напряжение используется в качестве опорного в преобразователе код - аналог 7 и, таким образом, значение тока обратной связи изменяется также в два раза, что дает такое же изменение цены деления младшего разряда цифрового отсчета и диапазона преобразования магнитной индукции в цифровой код. Чтобы общая глубина обратной связи устройства при этом не изменилась, одновременно в два раза изменяется коэффициент усиления усилителя А, управлякицие входы которого через дешифратор 14 связаны с выходами счетчика 11 диапазона. Для ускорения процесса поиска диапазона При больших рассогласованиях на входе магниточувствительного элемента 1 его выход через усилитель 4 с переключаемым коэффициентом усиления подключен к одному из входив схемы 13 сравнения, которая чер.ез анализатор 15 превышения диапазона измерения изменяет значение кода счетчика 11 диапазонов до тех пор, пока выходное напряжение второго цифро-аналогового преобразователя 12 не сравнится с напряжением на выходе усилителя 4 с 11 переключаемым коэффициентом усиления. Для компенсации больших начальных значений магнитной индукции при измерении искусственно возбуждаемого электромагнитного поля на фоне естест венных вариаций магнитного поля Земли служит устройство компенсации. При переходе в режим компенсации счетчлк 11 диапазонов устанавливается в состояние, соответствующее старшему измерительному диапазону, а регистр 9 памяти обнуляется. Реверсивный счетчик 6 при этом фиксирует текущее значение измеренной магнитной индукции. При обратном переходе из режима компенсации в режим измерения значение кода из реверсивного счетчика 6 переписывается в регистр 9 памяти и первым цифро-аналоговым преобразователем 10 преобразуется в ток компенсации, который создает в объеме катушки компенсации 3 значение компен сирующей магнитной индукции равное текущему значению индукции магнитного поля Земли, По окончании переходного процесса в реверсивном счетчика 6 фиксируется нулевое значение кода (средина измерительного диапазона) . 6 В предлагаемой измерительной станции достигается расширение динамического диапазона измерений не менее, чем на 40 дБ и обеспечивается регистрация импульсных процессов, различающихся по амплитуде в 100 и более раз с достоянной относительной разрешающей способностью. При этом также снижается погрешность, обусловленная влиянием естественных электромагнитных полей на результат измерений импульсных процессов, до значений, не превыщающих 2,5% от величины самого чувствительного диапазона, при значениях вариаций естественного электромагнитного поля Земли, достигающих flOOO нТл. Изобретение позволяет существенно увеличить глубину поиска, расширить площадь зондирования, распространить использование аппаратуры на труднодоступные районы, включая районы крайнего Севера. При глубинном электромагнитном зондировании с использованием МГД-генератора с целью изуче- ния строения Земли,прогнозирования сильных землетрясений, пояска важных видов полезных ископаемых и других геофизических работах.

ЦИФРОВАЯ АЙТСМАТИЧЕСКАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ, содержащая последовательно соединенные коммутатор, оперативное запоминающее устройство и регистратор, при этом с входами каналов коммутатора соединены выходы измерительных каналов, каждый из которых содержит магнитостатический чувствительный элемент, частотный нуль-орган, реверсивный счетчик, соединенный с первым входом канала коммутатора и преобразователем код аналог, с выходом которого соединена катушка обратной связи, о т л и ч аю щ а я с-я тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения быстродействия, каждый измерительный канал содержит устройс - -, во компенсации, регистр памяти, первый цифро-аналоговый преобразователь с катушкой компенсации, усилитель с переключаемым коэффициентом усиления, анализатор превьш1ения диапазона измерения, счетчик диапазонов, дешифратор, второй цифро-аналоговый преобразователь и схему сравнения, при этом первый вход устройства компенсации сое динен с входом обнуления счетчика диапазонов, а второй вход - с входом управления регистра памяти, информационные входы которых соединены с выходами реверсивного счетчика, выходы регистра памяти через первый цифроаналоговый преобразователь подключены к катушке компенсации, входы суммирования и вычитания счетчика диапазонов соединены с выходами суммирования и вычитания анализатора превыщения диапазона измерения, вход которого со старшими разрядами реверсивного счетчика, выход счетчика диапазонов соединен через дешифратор с управляющими входами усилителя с переключаеMbfff коэффициентом усиления,.а также с вторым входом канала коммутатора Од и вторьм цифро-аналоговым преобразователем, выход которого соединен с входом преобразователя код - аналог и вторым входом схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом усилителя с переключаемым коэффициентом усиления,, выход которой соединен с входам анализатора превьш1ения диапазона измерения.