Способ локализации подповерхностных аномалий и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01V3/12 

Изобретение относится к геофизике, а более конкретно - к обнаружению скрытых масс или объектов с использованием радио- волновых способов обнаружения подповерхностных диэлектрических аномалий.

Цель изобретения - повышение точности и информативности.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит ЛЧМ-генерэтор 1, направленный ответвитель 2, согласующее устройство 3, однопроводную линию (ОПЛ) 4, расположенную параллельно поверхно- с ги зондируемой среды 5, включающей подповерхностную аномалию - неоднородность 6. первый блок 7 перемножения, согласующее устройство 8, второй блок; 9 перемноже- ния, переключатель 10, блок 11 памяти, вычитающее устройство 12, блок 13 спектрального анализа, блок 14 срайнения, блок 15 вычисления координат, блок 16 индикации.

Способ реализуют следующим путем.

Предварительно помещают однопроводную линию (ОПЛ) 4 над исследуемой средой в отсутствии подповерхностных аномалий. Возбуждают электромагнитную линейно-частотно-модулированную (ЛЧМ) вол ну дециметрового диапазона. Осуществляют прием прямой и обратной составляющих рассеянной волны на обоих концах ОПЛ 4. Выполняют перемножение отраженных сигналов на разностной частоте.

Затем располагают ОПЛ 4 над исследуемым участком среды и повторяют операции возбуждения, приема и последующей обработки сигналов от исследуемой среды. Из вновь полученных низкочастотных сигналов на разностной частоте вычитают шумовые сигналы, полученные в отсутствии подповерхностных аномалии.

Сели результирующий разностный сигнал представляет собой случайную функцию, то ОПЛ 4 , г ремещают в следующую точку измерения, повторяют операции передачи, приема и обработки сигналов.

Если результирующий сигнал является периодической низкочастотной функцией, то определяют параметры сигнала и вычисляют глубину Za аномалии и расстояние Ui от начала линии до аномалии:

Za F(-/° -Т V/2AF-l/2-r.V;

U-FH -Т -V/2 AF-Za, где F(-/ F{-/° - частота разностных сигналов, сформированных соответственно обратной и прямой составляющими отраженного аномалией сигнала; AF - девиация частоты; Т - период модуляции; V - скорость волны в линии, образованной од- нопроводной линией и средой; г- суммарная задержка сигнала; I - длина линии,

В процессе реализации способа от ЛЧМ генератора подают в направленный ответвитель 2, где сигнал разделяется на две составляющие: опорный сигнал и зондирующий сигнал. Зондирующий сигнал, поступивший через согласующее устройство 3 в ОПЛ 4, расположенную

параллельно поверхности зондирующей среды 5, испытывает отражения неодн род- ностями линии передачи, в том числе ; подповерхностной неоднородностью 6. В

результате ОПЛ 4 индуцируется сигнал, его разделяют на две составляющие. Одна распространяется к началу ОПЛ 4, другая - к концу, и образуют соответственно обратную и прямую составляющие рассеянного

0 сигнала. Обратная составляющая после прохождения согласующего устройства 3 и направленного ответвителя 2 перемножается в блоке 7 с опорным сигналом. Прямая составляющая после прохождения второго

5 согласующего устройства 8 в блоке 9 также перемножается с опорным сигналом, прошедшим через линию без рассеяния на аномалии. В результате перемножения в блоках 7 и 9 получают сигнал разностной частоты,

0 который через переключатель 10 подают а блок 11 памяти и на один из входов вычитающего устройства 12. Сигнал из блока памяти, записанный в случае, когда подповерхностная аномалия отсутствует,

5 также подают в блок 12. Образующийся сигнал в блоке 13 подвергают спектральному анализу. Если первая спектральная гармоника выращена отчетливо, то в блоке 14 регистрируют наличие подповерхностной

0 аномалии. Информацию о частоте разностного сигнала подают п блок 15 и блок 16.

Экспериментальные измерения проводились при следующих параметрах Д F FK - FH; FM - начальная частота - FM 600 МГц,

5 конечная частота -- FK 1200 МГц, I 1,2 м, Zo 1.0-5,0 см. В качестве согласующих элементов использовались металлические конические рупоры с диаметром раскрывэ 0,35 м и длиной 0,7 м. В качестве ЛЧМ гене0 ратора применялся генератор качающейся частоты серийного прибора Р4-11. Приемный канал использовался для выработки сигналов, аналогичных полученным с выходов смесителей 3 и 9 после фильтрации

5 низких частот. Спектральный анализ осуществлялся с помощью прибора С1-54. а также после преобразования Фурье на ПК VI-20 (VIDEOTON), выполняющем а данной установке также функции блока памяти для ре0 гистрации в цифровой форме обрабатываемых сигналов и для вычисления координат аномали Сигналы регистрировались потенциометром ЛДП-004. В качестве зондируемой среды был выбран сухой

5 песчанный грунт, который помешался в деревянную кювету размером 120 х 30 х 25.

Расчитанное по результатам измерений расстояние 3 составило 17,0 см, в то время как реально аномалия располагалась на расстоянии порядка 20 см. Относительная погрешность составила 15%, абсолютная 3,0 см.

Формула изобретения 1. Способ локализации подповерхностных аномалий, при котором пропускают зондирующий сигнал по однопроводной линии, расположенной в воздухе параллельно границе раздела с зондирующей средой на заданном расстоянии, определяют местонахождение в среде диэлектричс- ской аномалии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и информативности, предварительно помещают од- нопроводную линию над средой, заведомо не имеющей подповерхностных аномалий, возбуждают злактромаг нитную линейнс-ча- стотно-модулированную волну дециметрового диапазона, осуществляют прием прямой и обратной составляющих рассеянной волны на обоих концах линии,выполни- ют перемножение отраженных сигналов с опорными, после чего выделяют и запоминают шумовой низкочастотный сигнал на разностной частоте, а затем располагают линию и над исследуемым участком среды и повторяют операции возбуждения, приема и последующей обработки сигналов от исследуемой среды, после чего из пновь полученных низкочастотных сигналов на разностной частоте вычитают шумовые сиг- налы, полученные в отсутствие подповерхностных аномалий, если результирующий разностный сигнал представляет собой случайную функцию, то линию перемещают в следующую точку измерения, повторяют операции передачи, приема, обработки сигналов, если результирующий сигнал являет- ся периодической низкочастотной функцией, то определяют параметры сигн-э- ла и вычисляют глубину 2 аномалии и psc- стояние а до аномалии:

Za - F(-)(0) -Т V/2 Дс -1/2 - r-V,

Ia-F(.)fl) -T -V/2 ДГ--2а.

где F(-) . F(-/° - частоты разностных сигналов, сформированных соответственно об ратной и прямой составляющими отраженного аномалией сигнала: AF - девиация частоты: Т -- период модуляции; V - скорость волны в линии, образованной однопроводной линией и средой; г- суммяр- иая задержка сигнала; I - длина линии.

2. Устройство для локализации подповерхностных аномалий, содержащее генератор, однопроводную пинию, расположенную в воздухе параллельно границе раздела с зондируемой средой, приемник, отличающееся тем, что содержит направленный ответвитель, согласующее устройство, первый и второй блоки перемножения с опорным сигналом, первое и второе согласующие устройства, переклю-. чатель. блок памяти, вычитающее устройство, блоки спектрального анализа, сравнения, вычисления координат и индикации, в качестве генератора используется генератор линейно-частотно-модулированной волны дециметрового диапз она, при этом выход генератора соединен с входом нзправпенного отвствмтелл. одно выходное плечо которого через согласующую линию соединено с концом однопроаодной линии, другое бь годное плечо соединено с входом первого б.окз перемножения, второй конец одномронолной лини 1 через второе согласующее устройство соединен с входом второго блока чсрсмнгжр.ния, выходы блоков перемножения соединены с входами переключателя, выход которого соединен с входом блока памяти и с первым входом вычитающего устройства, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, а выход через последовательно соединеннее блоки спектрального -т(пчзэ, сравнечия, вычисления координгт соединен с входом блока индикации

Изобретение относится к геофизике, а более конкретно - к обнаружению скрытых масс или объектов с использованием радиоволновых способов обнаружения подповерхностных диэлектрических аномалий. Цель изобретения - повышение точности и информативности. Указанная цель достигается тем, что предварительно помещают однопроводную линию над исследуемой средой а отсутствие подповерхностных аномалий. Возбуждают электромагнитную ли- нейно-частотно-модулировэнную волну дециметрового диапазона. Осуществляют прием прямой и обратной составляющих волны на обоих концах линии. Выполняют перемножение отраженных сигналов с опорными. Выделяют и запоминают шумовой низкочастотный сигнал на разностной частоте, а затем располагают линию над исследуемым участком среды и повторяют операции. Из полученных низкочастотных сигналов на разностной частоте вычитают шумовые сигналы. Если результирующий сигнал является периодической низкочастотной функцией, то определяют частоту сигнала и вычисляют параметры аномалии. Устройство содержит генератор, однопроводную линию, направленный ответяитель, согласующее устройство, первый и второй блоки перемножения с опорным сигналом, первое и второе согласующие устройства, переключатель, блок памяти, вычитающее устройство Слоки спектрального анализа, сравнения, вычисления координат и индикации. Повышение точности и информативности обеспечивается использованием зондирующей линейно-частотно-модулированной волны дециметрового диапазона, и приемом сигнала прямой и обратной составляющих рассеянной аномалией волны на обоих концах линии, а также перемножением отраженных омгналов с опорными, что позволяет уменьшить влияние негладких границ, неровностей на границах раздела ере/1, на соотношение сигнал/шум. 2 с.п. ф- лы, 1 ил. О ел о 00 о