Устройство для геофизической электроразведки Советский патент 1992 года по МПК G01J3/08 

Устройство для регистрации низкочастотных электрических полей геофизического происхождения, принятое за прототип, содержит воспринимающий электрод, варикапы, два управляемых по частоте генератора, смеситель и преобразователь частоты в напряжение. Первый генератор управляется исследуемым электрическим полем, а второй - опорным напряжением.

Недостатком прототипа, в котором приняты специальные меры к повышению стабильности частоты генераторов, также1 является сравнительно невысокая чувствительность, порядка 1-2 В/м при отношении сигнал/шум равном единице.

Уровень собственных шумов прототипа на выходе преобразователя частоты в напряжение пропорционален суммарной нестабильности частоты управляемого и опорного генераторов, что видно из следующего соотношения;

иш К( б тэп+ 6 т„),

где Кщ - уровень собственных шумов на выходе преобразователя частоты в напряжение;

К - коэффициент преобразования;

5 fan , 5 fH - нестабильность частоты генератора, управляемого исследуемым электрическим полем, и опорного генератора, управляемого напряжением.

Этот шумовой сигнал постоянно накладывается на полезный и препятствует повы- шению чувствительности устройств подобного рода.

Целью изобретения является повышение чувствительности устройства для геофи- зической электроразведки. Устройство обеспечивает достижение чувствительности порядка 0,05 В/м при соотношении сигнал/шум равном единице.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для геофизической электроразведки.

Устройство содержит приемный электрод 1, первый и второй последовательно - встречно соединенные варикапы 2 и 3, первый опорный ВЧ-генератор 4 и второй высокочастотный ЧМ-генератор 5, смеситель 6 и преобразователь 7 частоты в напряжение. Отличительным признаком устройства является то, что оно также содержит высокочастотный фазовращатель 8, фазовый детектор 9, устройство 10 фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ), при этом в состав фазовращателя входят колебательный контур 11, умножитель 12 до

бротности, содержащий резонансный усилитель 13, опорный колебательный контур 14, соединительные емкости 15, 16 и 17 и диодную цепочку из встречно-параллельно

5 включенных диодов 18 и 19.

Приемный электрод 1 соединен с общей точкой последовательно-встречно включенных варикапов 2 и 3, выходы первого 4 и второго 5 генераторов соединены со входа10 ми смесителя 6, выход которого подключен ко входу преобразователя 7 частоты в напряжение, при этом выход генератора 4 соединен также с первыми входами фазовращателя 8 и фазового детектора 9,

15 выход фазового детектора 9 соединен с модуляционным входом второго ВЧ-генерато- ра 5; выход высокочастотного фазовращателя 8 соединен со вторым входом фазового детектора 9, преобразователь

20 7 частоты в напряжение своим подстроеч- ным входом невыходом соединен соответственно с входом и выходом устройства ФАПЧ 10.

Колебательный контур 11 фазовращате25 ля подключен к свободным выводам варикапов 2 и 3, а через соединительную емкость 15 к опорному колебательному контуру 14 и ко входу резонансного усилителя 13, а через соединительные емкости 16 и 17 к его выхо30 ду и к встречно-параллельно включенным диодам 18 и 19.

Устройство работает следующим образом.

При воздействии на электрод 1 исследу35 емого сигнала, высокочастотные колебания генератора 4, проходя через колебательный контур 11, подвергаются фазовой модуляции с индексом модуляции р , пропорциональным мгновенному амплитудному

40 значению напряженности электрического поля, добротности Q колебательного контура 11 и коэффициенту N умножения добротности.

На выходе фазового детектора 9 в этом

45 случае будет действовать аналоговый сигнал, величина которого определяется соотношением

50Ua К arctg N Q . (2)

где Ua - амплитуда сигнала на выходе фазового детектора 9;

N - коэффициент умножения добротно- 55 сти 5;

Q - добротность колебательного контура 11;

Afic - расстройка колебательного контура 11;

fp - резонансная частота контура 11. равная частоте ВЧ-генератора 4.

Из сравнения соотношений (2) и (1) видно, что в отличие от прототипа влияние на чувствительность суммарной нестабильности частоты генераторов в новом устройстве исключено.

С выхода фазового детектора аналоговый сигнал поступает на модуляционный вход второго ВЧ-генератора 5, на выходе которого действует ЧМ-сигнал с индексом модуляции больше единицы. Этот сигнал далее поступает на вход смесителя 6, который переносит спектр ЧМ-сигнала в область более низких частот. Вторично аналоговый сигнал восстанавливается на выходе преобразователя 7 частоты в напряжение, соединенного с устройством ФАПЧ 10. При этом обеспечивается частотная демодуляция с высокой линейностью.

Отличительные признаки устройства позволили одновременно реализовать преимущества фазовой модуляции-демодуляции, частотной модуляции-демодуляции ЧМ-сигналов с помощью ФАПЧ, что в совокупности обеспечило достижение поставленной цели - повышение чувствительности до величины порядка 0,05 В/м при соотношении сигнал/шум равном единице.

Компоненты устройства 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 13, 14, 15, 16, 17, 18 могут быть выполнены на стандартной элементной базе.

Формула изобретения

1. Устройство для геофизической электроразведки, содержащее приемный электрод, первый и второй варикапы, первый и

второй ВЧ-генераторы. смеситель, преобразователь частоты в напряжение, причем приемный электрод соединен с общей точкой последовательно-встречно соединенных варикапов, выходы первого и второго ВЧ-генераторов соединены с входом смесителя, а выход смесителя соединен с входом преобразователя частоты в напряжение, о т- личагощееся тем, что, с целью повышения чувствительности, оно содержит высокочастотный фазовращатель, фазовый детектор и устройство фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ), при этом выход первого ВЧ-генератора соединен с

первыми входами высокочастотного фазовращателя и фазового детектора, выход фазового детектора соединен с модуляционным входом второго ВЧ-генератора, выход высокочастотного фазовращателя соединен с вторым входом фазового детектора, а преобразователь частоты в напряжение своим подстроечным входом и выходом соединен соответственно с выходом и входом ФАПЧ.

2. Устройство по п. 1,отличающеес я тем, что в состав высокочастотного фазовращателя входят колебательный контур и умножитель добротности, содержащий резонансный усилитель, опорный колебательный контур, соединительные емкости и диодная цепочка из встречно-параллельно включенных диодов, при этом колебательный контур подсоединен к свободным выводам варикапов, а также через

соединительные емкости соединен с входом и выходом резонансного усилителя, диодной цепочкой и опорным колебательным контуром.

2j3

Использование; в прикладной геофизике, а точнее к геофизической электроразведке для регистрации слабых электрических полей. Изобретение направлено на повышение чувствительности устройства геоэлектроразведки. Сущность изобретения: устройство содержит воспринимающий электрод, два варикапа, два ВЧ-генератора, Изобретение относится к области прикладной геофизики, а точнее к геофизической электроразведке. Оно может быть использовано для регистрации слабых электрических полей, обусловленных электрическими и электростатическими явлениями в атмосфере, ионосфере и механоэлектриче- скими явлениями в недрах Земли, например, в периоды подготовки землетрясений. Известно устройство для измерения электрических сигналов, содержащее датчики, выполненные на базе варикапов, и посмеситель, преобразователь частоты в напряжение, высокочастотный (ВЧ) фазовращатель, фазовый детектор и устройство фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ). Воспринимающий электрод соединен с варикапами, выходы обоих ВЧ-генераторов - с входом смесителя, а выход смесителя - с входом преобразователя частоты в напряжение. К выходу первого ВЧ-генератора параллельно подключены первые входы ВЧ-фазовращателя и фазового детектора, выход которого подключен к модуляционному входу второго ВЧ-генератора. Выход ВЧ-фазовращателя соединен с вторым входом фазового детектора, а преобразователь частоты в напряжение имеет дополнительный вход, который через устройство ФАПЧ соединен с выходом того же преобразователя. ВЧ-фазовращатель содержит умножитель добротности колебательного контура, к выводам которого через емкости подключены вход и выход резонансного усилителя, причем его выход через емкость дополнительно соединен с встречно-параллельно включенными диодами. следовательно соединенные генераторы с управляемыми по частоте колебательными системами, сумматор и умножитель частоты, квадратичный детектор и преобразователь частоты в напряжение. Недостатком этого устройства является то, что его чувствительность ограничена параметрами собственной нестабильности частоты генераторов. Чувствительность этого устройства при отношении сигнал/шум, равном единице, порядка 5-8 В/м. - & VJ 3 VI VJ ел