Двухчастотное фазометрическое устройствоиНфРАНизКиХ чАСТОТ Советский патент 1981 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использова но в фазометрической технике, преимущественно при амплитудно-фазовых измерениях на инфранизких частотах и геоэлектроразведке. Известно устройство для измерения фазовых сдвигов сигналов двух частот, содержащее измерительный и опорный канал, подключенный к фазометру.. В этом устройстве производится поочередное измерение фазовых УГ.ПОВ на каждой частоте относительно опорного сигнала той же частоты Недостатком этого устройства является необходимость передачи сигналов опорной фазы по специальному каналу, что при проведении полевых измерений в горных районах связано с рядом технических трудностей. Наиболее близким техническим ре шением к предлагаемому является уст ройство для двухчастотных измерений на инфранрзких частотах, содержащее блок согласования, вход которого соединен со входными клеммами устройства, а выход подключен к входгии блока усиления и фильтрации сигнала нижней частоты и блока усиления и фильтрации сигнала верхней частоты. а также два усилителя-ограничителя, входы которых подключены к выходам блоков усиления и фильтрации сигналов нижней и верхней частот, а выходы - к измерителю временных интервалов. При этом после усилителя-ограничителя в кднале верхней частоты установлен делитель частоты (несколько триггеров), с помощью которого верхняя частота делится до значения нижней частоты, так что на два входа измерителя временных интервалов поступают сигналы одинаковой (нижней) частоты, фазовый сдвиг между которыми и измеряется. При этом сигнал верхней частоты играет роль опорного сигнала, передается, как и сигнал нижней частоты, непосредственно ио исследуемой среде - земле, поэтому необходимость в специальном канале передачи опорных сигналов отпадает 2. , Недостатком данного устройства является его низкая помехозащищенность, обусловленная тем, что триггеры делителя частоты в канале верхней частоты реагируют на импульсные помехи. Короткая импульсная помеха перебрасывает триггеры в другое положение, после чего деление верхней

частоты продолжается, но происходит сбой начала отсчета на полпериода или период верхней рабочей частоты, что автоматически приводит к скачк.ообразкому изменению измеряемого фазового угла. ЧуБСТвительность этого канала к помехам объясняется еще и тем, что обычно в качестве исходного двухчастотного сигнала в геэлектроразведке используют сигнал прямоугольной формы, в котором содержатся первая iнижняя) и третья (верхняя) гармрники, причем амплитуда третьей гармоники в три раза менше амплитуды первой гармоники.

Цель изобретения - повышение помехозащищенности устройства при использовании его в полевых условиях для целей геоэлектроразведки.

Для достижения поставленной цели в двухчастотное фазометрическое устройство инфранрзких частот, содержащее блок согласования, выход которого подключен к входам блока усиления и фильтрации сигнала нижней частоты и блока усиления и фильтрации сигнала верхней частоты, а также два усилителя-ограничителя, входы которых подключены к выходам блоков усиления и фильтрации сигналов нижней и верхней частот соответственно, а выходы подключены к первому и второму разрешающим входам измерителя временных интервалов/. введен преобразователь уровня сигнала, а измеритель временных интервалов снабжен третьим разрешающим входом, к которому подключен выход преобразователя уровня сигнала, причем вход преобразователя уровня сигнала подключен к выходу блока усиления и фильтрации сигнала нижне частоты.

На фиг. 1 изображена структурная схема двухчастотного фазометрического устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства...

Устройство содержит входную шину 1, блок 2 согласования, блок 3 усиления и фильтрации сигнала нижне Частот ы и блок 4 усиления и фильтрации сигнала верхней частоты, усилители-ограничители 5 и б, преобразователь 7 уровня сигнала, .измеритель 8 временных -интервалов, i В предпочтительном варианте измеритель 8 временных интервалов выполнен в виде пятивходового элемента 9 И, счетчика 10 результатов измерений, ге-нератора 11 импульсов образцовой частоты, счетчика 12 периодов .

Устройство работ ает следующим образом.

Двухчастотный сигнал с исследуемого объекта (земли) поступает на входную шину 1 устройства. Обычно в земле с помощью сигнала генераторного устройства (не показано) возбуждают электромагнитное поле токами двух- инфранизких частот (0,1-10 Гц). В точках исследований с помощью приемного датчика (заземленного диполя или магнитометра) измеряемые сигналы принимаются и подаются на шину 1. Блок 2 согласования служит для согласования входа измерительного устройства с выходом датчика сигнала. Так, если в качестве датчика сигнала используется заземленный диполь, внутреннее сопротивление которого изменяется от десятков ом до десятков колоом, в качестве блока 2 согласования используется малошумявдий усилитель, входное Сопротивление которого превышает несколько мегаом. Блок 2 согласования осуществляет также предварительное усиление слабых сигналов или ослабление больших сигналов, т.е. осуществляет регулировку динамического диапазона устройства.

С выхода блока 2 согласования сигнал поступает на два блока. 3 и 4 усиления и фильтрации сигналов нижней и верхней частот, с помощью которых осуществляется выделение этих сигналов и усиление их до заданного уровня. Форма сигналов на вы- . ходе блоков 4 и 3 показана соответственно на иг, и б. Синусоидальные сигналы двух частот с выходов блоков 3 и 4 поступгиот на входы двух усилителей-ограничителей 5 и 6, с

о 35 помощью которых синусоидальные сигналы преобразуются в сигналы прямоугольной формы (фиг. 2,в и г), моменты перехода через нуль которых близки к моментам перехода через нуль синусоидальных сигналов. При этом усилители-ограничители 5 и б выполнены по различным схемам. Различие их заключается в том, что усилиТеЛь-ограничитель 5 обеспечивает на 180 больший (или меньший) сдвиг сигнала по сравнению с усилителем ограничителем 6. Это достигается либо подключением выходов блоков 3 и 4 к различным (инвертируклцему и неинвертирукхдему) входам усилителейограничителей 5 и 6, либо установкой на выходе усилителя-ограничителя 5 дополнительного инвертора (элемента НЕ).

Кроме того, сигнал низкой частоты с выхода блока 3 поступает на вход преобразователя 7 уровня. Напряжение на выходе преобразователя 7 уровня является положительнымщо тех пор, пока в отрицательный полупериод низкочастотного сигнала амплитуда этого сигнала не достигает заланного уровня (например, если максимальное значение амплитуды равно 1 В, то заданный уровень составляет 0,1-0,2 в). После этого напряжение на выходе преобразователя 7 уровня

становится близким к нулю (или небольшим отрицательным) и остается таким в течение всего периода, пока амплитуда отрицательного полупериода низкочастотного сигнала npeBtmiaет заданный уровень (фиг. 2, д). В качестве преобразователя 7 уровня целесообразно использовать стандартный преобразователь в интегральном исполнении, например, 284 серии (к 284 ПУ1), позволяющий также задавать неодинаковые уровни срабатывания при увеличении и уменьшении сигнала в каждый полупериод. Уровен срабатывания преобразователя 7 уровня выбирается исходя из того, что измеряемые фазовые углы, для которых предназначено данное устройство, обь но очень малы (обычно составляют от 0,1 до 2-3°) и никогда не превышают lO-lS, а соотношение частот составляет 3-5. Поэтому указанный уровень выбирается таким образом, чтобы фазовый сдвиг между фронтами импульсов на выходах блока 5 и преобразователя 7 (фиг. 2 г и д) составлял 15-2С/ (именно этому случаю и соответствуют приведенные выше в качестве примера цифры).

С выхода блоков 5 и б и преобразователя 7 сигналы прямоугольной формы поступают на три разрешающих входа измерителя 8 временных интервалов. -Измеряемый временной интервал в измерителе 8 формируется как промежуток времени, в течение которого сигналы на выходах блоков 5 и 6 и преобразователя 7 имеют положительный знак одновременно (фиг. е) Это временной интервал и измеряется в измерителе 8 либо злектронносчетным, либо аналоговым методом.

Если измерение временного интервала Предусматривается проводить электронно-счетным методом, то измеритель. 8 временных интервалов выполняют в виде пятивходового элемента 9 И, счетчика 10 результатов измерений, генератора 11 импульсов образцовой частоты и счетчика 12 периодов. В этом злучае на входы элемента 9 И, помимо сигналов с выходов блоков 5 и 6 и преобразователя 7, поступают также сигналы от генератора Ц импульсов и счетчика 12- периодов. Счетчик 12 периодов служит для установки заданного времени измерений, ОбЕлчно он состоит из нескольких триггеров и дает возможность проводить измерения за 1, 2, 4, 8, 16, 32 и т.д. периодов нижней частоты. При нажатии кнопки Начало измерений (не показана) счетчик 12 перидов устанавливается в такое положение, что .напряжение на его выходе положительное, а по истечении прохождения заданного числа периодов сигнала низкой частоты становится нулевым (это достигается

подключением входа счетчика 12 периодов к первому входу элемента 9 И, на который поступают прямоугольные импульсы сигнала низкой часто- . ты, а также выбором числа триггеров в счетчике 12 периодов). Таким образом, элемент 9 И открыт для прохождения через него импульсов только в тот промежуток времени, когда сигнал на выходе счетчика 12 периодов имеет положительный знак. В течение этого промежутка времени измеряемые временные интервалы (импульсы, изображенные на йиг. 2, е) заполняются импульсами высокой частоты, генерируемыми генератором 11 импульсов , и по окончании счета результат измерений в цифровой форме считывается со счетчика 10 результатов измерений.

Если измерение интервала времени предусматривается выполнять аналоговым методом, то измеритель 8 временных интервалов выполняют в виде трехвходового элемента И и интегрирующего вольтметра. В этом случае сформированные на выходе элемента И прямоугольные импульсы (фиг. 2, е) поступают на интегратор, а затем измеряется величина постоянного напряжения на выходе интегратора с помощью вольметра .

Формула изобретения

Двухчастотное фазометрическое устройство инфранизких частот, содержащее блок согласования, выход кото.рого подключен к входам блока усиления и фильтрации сигнала нижней частоты и блока усиления и фильтрации сигнала верхней частоты, а также два усилителя-ограничителя, входы которых подключены к выходам блоков усиления и фильтрации сигналов нижней и верхней частот соответственно, а выходы подключены к первому и второму разрешающим входам измерителя временных интервалов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности устройства, в него введен преобразователь уровня сигнала, а измеритель временных интервалов снабжен третьим разрешающим входом, к которому подключен выход преобразователя уровня сигнала, причем вход преобразователя уровня

сигнала подключен к выходу блока усиления и фильтрации сигнала нижней частоты.

Источники информации, принятые во вн1|; ание. при экспертизе

1.Галаков О.П., болтик Е.Д. Основы фазометрии. Л., Энергия, 1976, с. 18-19.

2.Мельников В.П. Бобровников Л.З Основы амплитудно-фазовых измерений ВП. Якутское кн. иэд-во, 1974,

с. 143 (прототип).