Гидрофизический зонд Советский патент 1990 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к приборам технической физики, основанным на зон- довой телеметрии сигналов от гидрофизических датчиков с различным физическим принципом действия.Устройство может найти применение в зондирующей аппаратуре для каротажа скважин в земной толще.

Целью изобретения является расширение области применения за счет устранения влияния изменений погонных электрических параметров кабель-троса на передаваемую информацию и надежность работы устройства.

На фиг. 1 приведена структурная схема гидрофизического зонда; на фиг. 2 - выбор частотных режимов работы зонда.

Гидрофизический зонд состоит из погружаемого модуля 1 и бортового приемного устройства 2, соединенных через бронированный протяженный кабель-трос 3 с одной внутренней жилой 4 и оплеткой 5 брони. Погружаемый модуль 1 содержит последовательно со- единнные кодирующее устройство 6 сбора гидрофизической информации и частотный модулятор 7, вторичный источник 8 электропитания и первый согласующий трансформатор 9 с тремя обмотками: первой 10, второй 11 и третьей 12. Кодирующее устройство 6 выполнено по схеме последовательного соединения аналого-цифрового преобразователя с электронным коммутатором каналов, сигнальные входы которого подсл

со оэ

СО СОсо

лючены к выходам гидрофизических дат- 4иков электропроводности воды, ее тем- г|ературы и глубины погружения. Ана- .rioro-цифровой преобразователь выполняется по схеме с поразрядным уравно- Йешением и выдает выходные сигналы в иде сигналов последовательного двоичного кода.

Обмотки 11 и 12 первого согласующего трансформатора 9 равны по числу ампервитков и соединены между собой ьстречно, точка соединения обмоток подключена через конденсатор 13 w оплетке 5 брони на одном конце кабель- троса 3. Нулевая шина 14 погружаемого модуля подключена к точке соединения конденсатора 13 и оплетки 5 бро- йи кабель-троса 3.

Бортовое приемное устройство 2 Додержит последовательно соединенные Демодулятор 15 и регистратор 16, бор- foeou источник 17 электропитания и второй согласующий трансформатор 18 с

10

15363334

фильтра 24 ФАПЧ соединен с сигнальным входом амплитудного детектора 23. Бортовой источник электропитания является источником напряжения постоянного тока, которое подается на выводы питания регистратора 16, фильтра 2k ФАПЧ, амплитудного детектора 23, а нулевая шина 22 подключена к точке соединения RLC-контура и оплетке 5 брони кабель-троса 3.

Гидрофизический зонд работает следующим образом.

Судно буксирует погружаемый модуль 1 на конце кабель-троса 3 в обследуемой придонной области. В зависимости от требуемой глубины соответствующая часть кабель-троса находится в воде и испытывает переменное по глубине гидростатическое давление. Остальная часть кабель-троса остается смотанной на бортовую лебедку судна-буксира. Напряжение питания от бортового источника 1 электропита15

20

Изобретение относится к приборам технической физики, основанным на зондовой телеметрии сигналов от гидрофизических датчиков с различным физическим принципом действия. Цель изобретения - расширение области применения за счет устранения влияния изменения погонных электрических параметров кабель-троса на передаваемую информацию и надежность работы зонда. Цель достигается путем увеличения глубины амплитудной модуляции непосредственно при передаче частотно-манипулированного сигнала по кабелю-тросу в сочетании с последующей демодуляцией по амплитуде и по частоте. Для этого в зонд дополнительно введены конденсатор последовательный RLC - контур, в первый и второй согласующие трансформаторы введены дополнительные обмотки, а демодулятор выполнен в виде соединеных последовательно амплитудного детектора и фильтра фазовой автоподстройки частоты. 2 ил.

tpeMH обмотками: первой 19, второй 20 25 ния передается через обмотки 20 и 21

40

и третьей 21. Первая обмотка 19 подключена к нулевой шине 2,2 бортового Приемного устройства 2 и к входу демо- улятора 15, в качестве которого слу- )|(ит точка соединения сигнальных вхо- JJJOB амплитудного детектора 23 и фильтра 24 фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), Вторая и третья обмотки 20,21 второго согласующего трансформатора 18 имеют равное число ампервитков, включены встречно, а точка их соеди- йения подключена через последователь- йый RLC-контур, составленный резистором 25, индуктивностью 26 и конденса- topoM 27, к нулевой шине 22 и оплет- Ке 5 брони кабель-троса 3 на его другом конце, где внутренняя жила подключена к выводу третьей обмотки 21, а Вывод второй обмотки 20 подключен к Выходу бортового источника 17 электропитания. В качестве регистратора 16 Может быть использовано поканальное Устройство памяти на полупроводниковых приборах или на магнитном носите- Яе. В качестве фильтра 24 ФАПЧ может быть использована известная структура следящей петли, составленной из фазового компаратора, фильтра нижних частот и управляемого генератора. Сигнальный вход регистратора подключен к аналоговому выходу 28 фильтра 24 ФАПЧ, вход 29 сдвига частоты которого подключен к выходу амплитудного детектора 23, а сигнальный вход 30

45

50

55

второго согласующего трансформатора 18, внутреннюю жилу 4 всего кабель- троса 3 затем через обмотки 11 и 12 первого согласующего трансформатора 9 на вход вторичного источника 8 электропитания, который вырабатывает стабилизированное напряжение питания кодирующего устройства и частотного модулятора 7 погружаемого модуля 1. Нулевая шина 14 погружаемого модуля 1 и нулевая шина 22 бортового приемного устройства 2 соединяются через оплетку 5 брони кабель-троса 3. При наличии напряжения питания в погружаемом модуле кодирующее устройство 6 сбора гидрофизической информации формирует кодовый мультиплексный кадр данных гидрофизических датчиков в виде последовательности двоичных посылок (0,1), которая преобразуется частотным модулятором 7 в частотно-манипу- лированные посылки с соответствующими частотами fc, fj (фиг. 2), Сформированный сигнал через обмотки 10 и 11 первого согласующего трансформатора 9 внутреннюю жилу 4 кабель-троса 3, обмотки 21 и 19 второго согласующего трансформатора 18 передается на вход демодулятора 15, ас него - на вход регистратора 16 бортового приемного устройства 2.

Встречное включение обмоток 11,12 и 20,21 с равными парами ампервитков размагничивает соотвэтствующие согла0

5

5

0

5

второго согласующего трансформатора 18, внутреннюю жилу 4 всего кабель- троса 3 затем через обмотки 11 и 12 первого согласующего трансформатора 9 на вход вторичного источника 8 электропитания, который вырабатывает стабилизированное напряжение питания кодирующего устройства и частотного модулятора 7 погружаемого модуля 1. Нулевая шина 14 погружаемого модуля 1 и нулевая шина 22 бортового приемного устройства 2 соединяются через оплетку 5 брони кабель-троса 3. При наличии напряжения питания в погружаемом модуле кодирующее устройство 6 сбора гидрофизической информации формирует кодовый мультиплексный кадр данных гидрофизических датчиков в виде последовательности двоичных посылок (0,1), которая преобразуется частотным модулятором 7 в частотно-манипу- лированные посылки с соответствующими частотами fc, fj (фиг. 2), Сформированный сигнал через обмотки 10 и 11 первого согласующего трансформатора 9, внутреннюю жилу 4 кабель-троса 3, обмотки 21 и 19 второго согласующего трансформатора 18 передается на вход демодулятора 15, ас него - на вход регистратора 16 бортового приемного устройства 2.

Встречное включение обмоток 11,12 и 20,21 с равными парами ампервитков размагничивает соотвэтствующие согласующие трансформаторы 9 и 18 на любом уровне постоянного тока питания, протекающего через внутреннюю жилу k кабель-троса 3. Это предотвращает нежелательные искажения формы информационных сигналов, проходящих через трансформаторы, что могло бы внести нежелательные гармоники в спектр передаваемых сигналов и провести к ложным срабатываниям демодулятора 15. Взаимно компенсирующее действие обмоток 11,12 для тока цепи питания не распространяется на передачу через первый согласующий трансформатор 9 частотно-манипулированных CHI- налов благодаря шунтирующему влиянию конденсатора на переменном токе. Последовательный RLC-контур, резонансная частота которого выбрана равной частоте f(, оказывает на сигналах с частотами f0 и f(Cf07f) различное шунтирующее действие. Вследствие этого наряду с взаимно компенсирующим действием обмоток 20,21 второго согласующего трансформатора 18 в бортовом приемном устройстве 2 возникает дополнительная амплитудная модуляция частотно-манипулированных сигналов с частотами f0,f. Фильтр 2k на своем аналоговом выходе 28 восстанавливает импульсную форму выходных посылок кодирующего устройства 6, но с экспоненциальными искажениями вследствие переходного процесса при перестройке частоты в процессе ее захвата в следящей петле с фазовым компаратором. Формирование переходного процесса и повышение надежности захвата за продолжительность каждой двоичной посылки осуществляется выходным CHI- налом амплитудного детектора 23 по входу 29 сдвига частоты в фильтре 2Ц Это реализуется автоматически, поскольку различным частотам f0иf( соответствуют различные амплитуды принимаемых демодулятором 15 сигналов переменного тока.

Полезный эффект в предлагаемом гидрофизическом зонде достигается следующим образом. Для повышения глубины амплитудной модуляции частоты Ј0 и fj выбираются больше частоты fc среза амплитудно-частотной характеристики кабель-троса, не испытывающего внешнего гидростатического давления воды. Это отображается кривой а затухания на фиг. 2. При опускании и буксировке погружаемого модуля 1 в

0

5

глубинные водные слои кабель-трос испытывает гидростатическое давление, изменяется погонная емкость кабель- троса, частота среза становится меньше fc, а кривая затухания б приобретает крутизну большую, чем а, в итоге возрастает глубина амплитудной модуляции, улучшается переходный процесс восстановления исходной посылки в фильтре 2k, улучшается надежность работы бортового приемного устройства. Глубина амплитудной модуляции только за счет перевода частот в область среза амплитудной частотной

характеристики кабель-троса (т.е. более f c) недостаточна для уверенного форсирования работы фильтра фазовой подстройки частоты. Это возможно бла0 годаря введению последовательного RLC-контура для согласования уровней амплитудной модуляции с областью захвата фильтра ФАПЧ. Таким образом, область применения предлагаемого гид5 рофизического зонда расширяется в область больших глубин при большой длине кабель-троса, что допускает использование и в высокопроизводительных региональных поисковых исследованиях.

0

5

0

S

0

5

Формула изобретения

Гидрофизический зонд, состоящий из погружаемого модуля и бортового приемного устройства, соединенных через бронированный протяженный кабель- трос с одной внутренней жилой, где погружаемый модуль содержит кодирующее устройство сбора гидрофизической информации, соединенное с частотным модулятором, вторичный источник электропитания и первый согласующий трансформатор, а бортовое приемное устрой ство содержит демодулятор, соединенный с регистратором, бортовой источник электропитания и второй согласующий трансформатор, причем первая обмотка первого согласующего трансформатора подключена к выходу частотного модулятора и нулевой шине погружаемого модуля, первая обмотка второго согласующего трансформатора подключена к входу демодулятора и нулевой шине бортового приемного устройства, первый вывод второй обмотки первого согласующего трансформатора и нулевая шина погружаемого модуля подключены к внутренней жиле и к оплетке брони на одном конце кабель-троса, соответственно первый вывод второй

обмотки второго согласующего трансформатора и нулевая шина бортового приемного устройства подключены к внутренней жиле и к оплетке брони кабель-троса соответственно на втором конце кабель-троса, отличающийся тем, что, с целью расши- рения области применения за счет устранения влияния изменений погонных электрических параметров кабель-троса н,з передаваемую информацию и надежность работы устройства, введены кон- дэнсатор, последовательный RLC-контур первый и второй согласующие трансфер- моторы содержат третьи обмотки, демодулятор выполнен в виде амплитудного детектора и фильтра фазовой автопод- стройки частоты, сигнальные входы которых объединены и служат входом демо дулятора, причем второй вывод второй обмотки первого согласующего трансфс/e.j

3&myx(Mt/e

4 A А А,

5 п

форматора через соединенную третью обмотку подключен к входу вторичного источника электропитания, второй вывод второй обмотки второго согласующего трансформатора через встречно соединенную третью обмотку подключен к выходу бортового источника электропитания, конденсатор подключен между нулевой шиной погружаемого модуля и точкой соединения второй и третьей обмоток первого согласующего трансформатора, последовательный RLC-контур подключен между нулевой шиной бортового приемного устройства и точкой соединения второй и третьей обмоток второго согласующего трансформатора и вход регистратора подключен к аналоговому выходу фильтра автоподстройки частоты, вход сдвига частоты которого подключен к выходу амплитудного детектора.

1В