УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА КОРРЕЛЯЦИИ ДВУХ СИГНАЛОВ Советский патент 1967 года по МПК G01V3/08 

Известны устройства для измерения коэффициента корреляции двух сигналов. Такие устройства содержат усилители в измерительных каналах и выполнены в виде счетно-решающих машин, отдельные узлы которых поочередно осуществляют элементарные математические операции, необходимые для вычисления коэффициента.

В предложенном устройстве вычислительное устройство выполнено в виде логометра, например, электродинамического типа, измерительные обмотки которого подключены к выходам усилителей, а в канале опорной обмотки установлен селектор. Благодаря этому упрощается конструкция устройства и повышается точность измерений.

Устройство, кроме измерения коэффициента корреляции, позволит измерять отношение пропорциональных сигналов или их компонентов, а также сигналов, которые путем коррекции одного из них, например сдвига по фазе, интегрирования или дифференцирования, могут быть преобразованы в пропорциональные.

Па чертеже приведена структурная схема описываемого устройства.

Входные сигналы Xo(t), Уо(0 и Zo(/f) УО{О поступают соответственно на входы }, 2 и 3 устройства. Такие сигналы могут быть получены, например, с датчиков исследуемого электромагнитного поля и соответствовать каким-либо пространственным компонента.м электрической и магнитной составляющих этого поля. Сигнал Xo(t) преобразуется корректором 4

и поступает на вход усилителя 5. Сигнал УО(О поступает непосредственно на вход усилителя 6, а также после преобразования в селекторе 7 - на вход усилителя 8. Усиленные сигналы подаются в соответствующие обмотки логометра 9, который и указывает измеряемую ВбоТИЧИНу.

Работа устройства основана на том. что в установившемся режиме логометр электродинамического или ферродинамического тина

при определенной градуировке его шкалы может указывать коэффициент корреляции К между сигналами Х(() и У(0. который обозначает величину

SX(t) Y(t) dt о

(1)

К -,

J Y-(t)dt

Пеобходимо, чтобы Интервал интегрирования О-т-Т был достаточно малым но сравнению с постоянной времени логометра, ток ii(t) в одной из измерительных обмоток изменялся но закону X(i), а ток /2(0 во второй измерительной обмотке был равен току 1(1) в обмотке опорного сигнала и изменялся по закону y(t). Мгновенное значение момента сил, действующих на подвижную систему логометра, равно М (О cpi (,) . i (с) - , (J.) i, (t) . /о (О (2) где cpi (а), ср2 (а) - , зависящие от конструкции логометра функции угла а, на который поворачивается подвижная система логометра относительно его неподвижной части. Если полное время измерений достаточно для того, чтобы показания логометра успели установиться, а форма измеряемых сигналов такова, что это время можно разбить на интервалы, достаточно малые по сравнению с постоянной времени логометра, в каждом из которых среднее значение момента сил, действующих на подвижную систему, будет равно нулю, то подвижная система логометра займет положение равновесия и будет оставаться в нем практически неподвижно. Таким образом, условие равновесия подвижной системы логометра можно записать в виде J M(t) dt-O Это условие эквивалентно соотношению 1, если шкалу логометра проградуировать по закону/С ) -fiW Такая градуировка обеспечивает также наименьшую среднеквадратичную ошибку измерения коэффициента пропорциональности между двумя сигналами, если они связаны соотношением A(t)K-B(t) и поступают на измеритель в аддитивных смесях с помехами X(t)A(t)+n(t} y(t)B(t)+m(t) Помехи n(t) и m(t) в выражениях 6, 7 предполагаются случайными функциями времени, у которых средние значения равны нулю, а величина К рассматривается, как измеренное значение неизвестного коэффициента /С. При электрической разведке полезных ископаемых отношение К но выражению У является эффективной характеристикой исследуемых полей, обычно лишь в том случае, когда сигналы X(i) н У(/) соответствуют определенным составляющим этих полей. Нанример, при исследовании вариаций естественного электромагнитного поля в качеств таких сигналов целесообразно использовать не полные сигналы вариаций, а лишь определенные спектральные (частотные) компоненты этих вариаций. Если устройство используется для измерения отношения мнимой и вещественной компонент поля, то одна из них предварительно должна быть сдвинута по фазе так, чтобы измеряемая величина К в соотношении 5 стала вещественной и ноложительной и т. н. В связи с этнм входные сигналы Xo(t) и Уо(0 прежде чем попасть в логометр, подвергаются необходимым преобразованиям в селекторе 7 и корректоре 4. Селектор выделяет из входного сигнала УО() те части, которые представляют непосредственный интерес для анализа. Это могут быть, например, определенные спектральные (частотные) компоненты сигнала или стробы, полученные в нужный момент времени. Корректор преобразует форму входного сигнала АО (i) в вид, в котором содержащаяся полезная компонента становится пропорциональной соответствующей полезной компоненте сигнала Уо(0- 1 простейшими видами коррекции являются дифференцирование, интегрирование, сдвиг по фазе и другие операции, легко выполннмые, например, с помощью пассивных электрических ценей. Если необходимо уменьшить влияние собственных шумов (помех) датчика канала У на результаты измерений, то вход селектора изолируют от входа усилителя 6 и подают на каждый из них сигналы от независимых датчиков одной и той же компоненты. Обозначение Zo() сигнала на дополнительном входе 3, указывает на то, что этот сигнал не вполне совпадает с сигналом УО (О входе 3, вследствие возможной неидентичности датчиков этих каналов н помех в них. Постоянная времени логометра накладывает ограничение на длительность сигналов, которые могут обрабатываться в соответствии с выражением /. Чтобы снять это ограничение, в устройстве устанавливают донолнительный блок промежуточной, например, магнитной записи с регулируемой скоростью записи и воспроизведения. Введение блока промея уточной записи позволяет регистрировать сигналы необходимой длительности и воспроизводить их в течение интервала времени, соответствующего постоянной времени логометра. Изменяя скорости записи и воспроизведения, можно в широких нределах изменять диапазон рабочих частот, а также длительность сигналов, которые могут анализироваться с помощью предложенного устройства. Предмет изобретения Устройство для измерения коэффициента корреляции двух сигналов в геоэлектроразведке, содержащее датчики поля, усилители и вычислительное устройство, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и

повышения точности измерений, вычислительное устройство выполнено в виде логометра, например, электродинамического типа, измерительные обмотки которого подключены к выходам усилителей, а в канале опорной обмотки установлен селектор.