Способ измерения направления большойпОлуОСи эллипСА пОляРизАции МАгНиТНОйНАпРяжЕННОСТи элЕКТРОМАгНиТНОгО пОляи уСТРОйСТВО для ЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01V3/12 

Изобретение относится к геофизической электромагнитной разведке и может быть использовано для поиска открытых металлических предметов в малопроводящих и непроводящих средах

Известен способ измерения элементов эллипса поляризации для геофизи,ческой разведки, заключающийся .в том, что токонесущий кабель, расположенный на поверхности земли, создает электромагнитное поле в обследуемом пространстве. В результате сложения этого поля с полем проводящей неоднородности суммарное поле оказывается, электрически поляризованным. Данное устройство измеряет полуоси эллипса поляризаций, а по величине полуосей эллипса вычисляется их угловое положение 1.

Недостатком известного способа является то, что определить направление осей эллипса поляризации э.пекромргнитного поля, т.е. направление на металлическое тело или включени можно только путем вычислений, что снижает скорость поиска.

Известен также способ измерения углового положения полуосей эллипса поляризации магнитной составляющей переменного электромагнитного поля.

который заклюиается в воздействии электромагнитного поля на исследуемый объект, двухканальном приеме, усилении, фазочувствительном детектировании суммарного напряжения с антенн, вызванного первичным и вторичным полем, обработке полученных сигналов и автоматической ориентации в пространстве приемных антеШ до сов1:;адения направления оси одной из приемных рамок с направлением оси эллипса поляризации. Направление большой полуоси эллипса поляризации определяется по углу поворота антенн относительно положения,соответствующего реперной точке.

Устройство, осуществляющее этот способ, содержит две opтoгoнaJlЬныe

приемные рамки, квадратурный фазовращатель, входной коммутатор, подключенный к квадратурному фазовращателю и ко второй приемной рамке, и синхронный с ним выходной коммутатор,

подсоединенный к амплитудным детегсторам измерительных приборов, взаимосвязанных избирательным усилителем, который соединен с фазочувствительным детектором, подключенный через

дополнительный усилитель частоты коммутации и синхронный детектор ко входу следующей системы.2.

Недостатком известного способа и устройства, его реализующего, является необходимость механического вращения системы приемных антенн, чт снижает скорость и точность измерени а также усложняет конструкцию устройства за счет наличия двигателя, под.вижных антенн, следящей системы. Это ведет к увеличению потребления энергии, к трудностям герметизации при подводном поиске, к сложности электрической связи подвижной антенной системы с электронной частью устройства и затрудняет отсчет угла наклона большой полуоси эллипса поляриэации по положению антенн относительно положения, соответствующего реперной точке, в случае использования выносной антенной системы.

Цель изобретения - повышение скорости и точности непосредственного измерения углового положения большой полуоси эллипса поляризации магнитной напряженности электромагнитного поля.

Указанная цель достигается тем, что в способе измерения направления большой полуоси эллипса поляризации магнитной поляризации электромагнитного поля, заключающегося в воздействии электромагнитного поля на исследуемый объект, двухканальном приеме, усилении, фазочувствительном детектировании, коммутации и фильтрации сигналов, наведенных в приемных антеннах от первичного и вторичного электромагнитных полей, после фазочувствительного детектирования производят подавление сигнала-от первичного поля, а положение большой полуоси определяют по фазе первой гармоники сигнала, полученной в результате кО1у1мутации сигналов в следующей последовательности: сигнал со второй антенны, сигнал с первой антенны, инвертированный сигнал со второй антенны, инвертированный сигнал с первой антенны, сигнал со второй антенны и т.д.

Такой способ может быть осуществлен устройством, содержащим жестко скрепленные излучающую и две ортогональные приемные антенны, генератор излучения, подключенный к излучающей антенне, два приемных канала, подключенным к выходам приемных антени и состоящим из последовательно соединенных усилителя и фазочувствительного детектора, опорные входы, которых подключены к выходу генератора излучения, коммутатор и последовательно соединенные избирательный усилитель и фазометр, которое снабжено генератором частоты коммутации и двумя дифференцирующими цепочками в каждом из приемных каналов, подключенными между фазочувствительными детекторами и коммутатором, при этом выход генератора частоты коммутации подключен к входу управления коммутатора и опорному входу фазометра.

На фиг.1 изображена форма напряжения на выходе коммутатора; на фиг.2 - структурная схема устройства.

Способ измерения направления большой полуоси эллипса поляризации магнитной напряженности электромагнитного поля состоит в следующем.

В приемных антеннах поискового устройства возникают напряжения, обуловленные первичным и вторичным электромагнитными полями. Эти напряжения детектируются фазочувствительными детекторами и поступают на дифференцирующие цепи, на выходах которых через некоторое время после включения устройства устанавливаются нули. При движении устройства в месте расположения объекта поиска на выходе дифференцирующих цепей появляются напряжения е, и , пропорциональные проекциям вектора магнитной напряженности ТГ на оси антенн: e rHj cosoCj- j

, SIHOC;

где ot - угол наклона вектора магнитной напряженности в плоскости ортогональных приемных антенн; V коэффициент пропорциональности (чувствительность ) .

Угол ОС определяется выражением

o(r arctg-§JBi (2) бцц

Если произвести коммутацию выпрямленных сигналов антенн в последовательности 62)61;-е2;-е,;е. и т.д., то получится напряжение и, представленное на фиг.1.

Первая гармоника U-i разложения в раде Фурье напряжения U определяется выражением:

,5ir,

(3)

Ui-ve 4e siHlY - b где Р - фазовый сдвиг первой гармоники напряжения U относительно напряжения коммутации.

Этот фазовый сдвиг определяется выражением

y aN:tc (4} 1

Сравнивая выражения (2) и (4) , видим, что 4 , т.е. фазовый сдвиг первой гармоники напряжения, полученного путем коммутации выпрямленных сигналов с антенн, точно соответствует углу наклона вектора магнитной напряженности электромагнитного поля в плоскости ортогональных антенн.

фазометр, стоящий на выходе избирательного усилителя, включенного после коммутатора, непосредственно

указывает угловое положение большой полуоси эллипса поляризации в координатных приемных ортогональных антенн, т.е. направление на объект поиска, по которому корректируется курс движения устройства поиска.

Устройство, реализующее данный способ, содержит генератор излучения 1, излучающую антенну 2, ортогональные приемные антенны 3 и 4, жестко связанные с излучающей, усилители 5 и б, биполярные синхронные детекторы 7 и 8, управляемые генератором излучения, дифференцирующие цепочки 9-12, генератор частоты коммутации 13, коммутатор 14, избирательный усилитель 15, фазометр 16.

Устройство работает следующим образом.

Излучающая антенна 2, возбуждаемая переменным током генератора излучения 1, создает в окрухсающем пространстве электромагнитное поле. Сигналы е и p.j с ортогональных, жестко скрепленных с излучающей антенной, приемных антенн 3 и 4 усиливаются усилителями 5 и б и поступают на сигнальные входы биполярных синхронных детекторов 7 и 8, на выход управления которых подается напряжение от генератора излучения. Синхронные биполярные детекторы одновременно формируют напряжения1е ; te.

Вследствие жесткого скрепления излучакицей и приемной антенн постоянное по амплитуде и фазе напряжение когерентной помехи прямой связи, являясь постоянным напряжением на выходе синхронных детекторов, задерживается дифференцирующими цепями 9-12, а изменяющиеся во времени движения устройства в районе поиска напряжения сигналов от объема поирка поступают на сигнальные входы коммутатора 14, на входе управления гюдается напряжение с генератора частоты коммутации 13. Коммутатор формирует последовательность импульсов ejie ;-ei,-e)e и т.д., которая усиливается избирательным усилителем 15, выделяющим сигнал с частотой коммутации. ФазоM eTt 16 производит измерение угла фазового сдвига напряжения сигнала частоты коммутации с выхода избирательного усилителя относительно напряжения генератора частоты коммутации 13.

Измеренный фазометром угол равен направлению большой полуоси эллипса поляризации магнитной составляющей электромагнитного поля в координатах ортогональных приемных антенн и соответствует направлению на объек поиска.

Преимуществом способа измерения направления и устройства для его осуществления является большая скорость и точность непосредственного

определения углового положения большой полуоси эллипса поляризации при неподвижной относительна излучающей антенны системе антенн, упрощение конструкции, повышение надежности устройства, уменьшение потребления энергии, увеливение удобств в обращении с устройством.

Формула изобретения .

Способ измерения направления большой полуоси эллипса поляризации магнитной напряженности электромагнитного поля, заключающийся в воздействии электромагнитного поля на

5 исследуемый объект, двухканальном приеме, усилении, фазочувствительном детектировании, коммутации и фильтра-. ции сигналов, наведенных в приемных антеннах от первичного и вторичного электромагнитных полей, о т л и ч а0ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения скорости и точности определения углового положения большой полуоси эллипса поляризации, после фазо- чувствительного детектирования произ5водят подавление сигнала от первичного поля, а положение большой полуоси определяют по фазе первой гармоники сигнала, полученной в.результате коммутации сигналов в следующей пос0ледовательности: сигнал со второй антенны, сигнал с первой лнтенны, инвертированный сигнал со второй антейны, инвертированный сигнал с первой антенны, сигнал со второй антенны

5 и т.д.

2. Устройство для осуществления способа по П.1, содержащее жестко скрепленные излучающую и две ортогональные приемные антенны, генер.тор излучения, подключенный к излучающей

0 антенне, два приемных канала, подключенных к выходам приемных антенн и состоящих из последовательно, соединенных усилителя и фазочувствительного детектора, опорные входы которых под5ключены к выходу генератора излучения, коммутатор и последовательно соединенные избирательный усилитель и фазометр, отличающееся тем, что оно снабжено генератором

0 частоты коммутации и двумя дифференцирующими цепочками в каждом из приемных каналов, подключенными между фазочувствительными детекторами и коммутатором, при этом выход генера5тора частоты коммутации подключен к входу управления коммутатора и опорному входу фазометра.

Источники информации, принятые во внигание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР

0 № 132345, кл. G 01V3/10, 1960.

2.Авторское свидетельство СССР № 176334, кл. G 01 V 3/10, 1965 (прототип).

и

г ff

Г

-е, -1

.

i-lr.