СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ КОМПЛЕКСНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ Советский патент 1971 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к области геофизических исследований верхней части земной коры, распространения радиоволн, радиосвязи и может быть осуществлено при эксплуатации радионавигационных систем, линий радиосвязи и при геофизических исследованиях.

Известны способы определения эффективной комплексной диэлектрической проницаемости, основанные на измерении отношения амплитуд тангенциальных составляющих электрического и магнитного полей.

Однако известные способы позволяют определить только модуль эффективной комплексной диэлектрической проницаемости, из которых невозмолсно определить эффективные диэлектрическую проницаемость (е) и проводимость (о).

С целью определения как модуля, так и аргумента эффективной комплексной диэлектрической проницаемости, измерения в диапазонах средних, длинных и сверхдлинных радиоволн, когда как на открытых, так и на занесенных участках местности, повыщення точности определения е и снижения требований к чувствительности и динамическому диапазону измерительной аппаратуры и, как следствие, расширения площади, на которой могут производиться уверенные измерения от западного передатчика, по предлагаемому способу эффективная комплексная диэлектрическая проницаемость определяется на основании непосредственного измерения в полевых услоВИЯХ разности фаз тангенциальных составляющих магнитного (Н-) и электрического () полей радиостанции и их амплитуд, т. е. указанный способ основан на измерении модуля и фазы импеданса. Измерения проводятся по

промежуточной частоте двухканального супергетеродинного приемника с общим гетеродином, при этом Е- измеряется в земле с помощью двух электродов, подсоедпняемых к соответствующему каналу через выносной катодный повторитель посредством согласованного коаксиального кабеля, а Н- - в воздухе с помощью обычных ферритовых антенн.

Из теории распространенпя радиоволн известно, что эффективная комплексная диэлектрическая проницае.мость е быть определена по величине импеданса Z по формуле;

г +1

Н,

25 где Н-.

- тангенциальная составляющая магнитного поля на дневной поверхности,

Zo - характеристический импеданс свободного пространства.

На фиг. 1 представлена блок-схема, иллюстрирующая предлагаемый способ; на фиг. 2- график, характеризуюндий способ определения эффективной комплексной диэлектрической проницаемости.

В качестве датчика электрического поля 1 используется система из двух заземленных электродов, соединенных с двухканальным суиергетеродинным приемником через выносной катодный повторитель посредством согласованного коаксиального кабеля. В качестве датчика магнитного поля 2 используется ферритовая антенна. Характеристики усилителей высокой частоты 3 и 4 и промежуточной частоты

5и 6 являются стандартными для любого супергетеродинного приемника. Смесители 7 и 8 работают от общего гетеродина 9. Вольтметры 10 и 11 для измерения амплитуд ЕГ и Нг состоят из выпрямителя, делителя и индикатора напрял ения. Блок измерителя разности фаз 12 состоит из плавного градуированного фазовращателя, настроенного на промежуточную частоту и включенного в первый канал, и сумматора (или фазочувствительного детектора с индикатором нуля выходного напряжения).

Сначала проводится подготовительная операция. По щкале настройки прибора устанавливается частота радиостации, на которой производятся измерения, датчик магнитного ноля 2 включается на оба входа прибора (датчик электрического поля 1 отключен). Вращением датчика 2 в горизонтальной плоскости добиваются максимального показания вольтметров 10 и 11 (при необходимости по максимальным показаниям вольтметров 10 и 11 производится более точная настройка на частоту принимаемой радиостанции), а регулировкой усиления блока промежуточной частоты 5 или

6- равенства показаний вольтметров 10 и 11. В результате этой операции уравниваются коэффициенты усиления обоих каналов. Вращая плавный фазовращатель, получают минимальный сигнал - нуль-индикатора блока измерения разности фаз 12, благодаря чему выравниваются собственные фазовые сдвиги первого и второго каналов. Отсчет по щкале фазовращателя УО соответствует начальному аппаратному фазовому сдвигу, возникающему за счет неидентичности первого и второго каналов.

Затем датчик магнитного поля 2 подключается к первому каналу, а датчик электрического поля / - ко второму каналу. С вольтметров 10 и 11 снимаются показания относительных величин тангенциальных составляющих магнитного . электрического „зм. полей. Вращая плавный фазовращатель, добиваются минимального значения сигнала на нуль-индикаторе блока измерения разности фаз /2, при этом положении снимается показание указателя фазы ср.

По результатам отсчетов модуль и аргумент рассчитываются по следующей форм)-ле:

Zi

где Яд-действующая высота магнитной антенны в м,

I - расстояние между заземлителями в м,

argZ 9-фо.

Исследования ведутся в районе с глинистыми и песчано-глинистыми отложениями с удельной электрической проводимостью порядка 10-1-3-10-2- -. ом м

Для оценки точности полевых исследований предлагаемым способом ниже приводится сопоставление результатов теоретических расчетов и экспериментальных работ над двухслойной структурой со следующими параметрами:

проводимость верхнего слоя

ом- м

мощность верхнего слоя 0,8 м, проводимость

-2

подстилающего слоя 9-10

ом м

Относительная погрещноеть определения модуля импеданса предлагаемым способом не превыщала ±3,5%. Абсолютная погрещноеть при определении аргумента импеданса составляет в среднем 2-3°.

На фиг. 2 приводится пример, характеризующий возможности использования предлагаемого способа определения эффективной комплексной диэлектрической проницаемости при геолого-геофизических исследованиях (например, при поисках хорошо проводящих рудных тел). Исследования проводятся над хорощим проводником цилиндрической формы диаметром 15-20 см. Проводник расположен на глубине порядка 2-2,5 м и ориентирован

своей осью по направлению к радиостанции, работающей на частоте 173 кгц. Кривые модуля 13 и 14 эффективной комплексной диэлектрической проницаемости практически симметричны относительно вертикальной плоскости, при этом I sl над проводником возрастает в три раза, а arge изменяется на 30°. Таким образом, принципиально новым в предлагаемом изобретении является использование датчиков горизонтальных составляющих электрического и магнитного поля для определения в полевых условиях не только модуля, но и аргумента эффективной комплексной диэлектрической проницаемости по промежуточьой частоте двухканального супергетеродинного приемника с общим гетеродинам.

Эультатам измерений составляющих электромагнитного поля радиостанций на границе раздела земля-воздух, отличающийся тем, что, с целью проведения измерений в диапазоне средних, длинных и сверхдлинных радиоволн, а также с целью снижения требований к чувствительности и динамическому диапазону измерительной аппаратуры, величина диэлектрическои проницаемости определяется в полевых условиях по результатам непосредственного и одновременного измерения модуля и фазы импеданса на промежуточной частоте двухканального супергетеродинного прнемника с общим гетеродином и измерением тангенциальной составляющей электрического .поля в земл,.

1канал

агд 1 /

,1,8-1й