Устройство для обнаружения неоднородностей в массиве горных пород Советский патент 1981 года по МПК G01V3/10 

Изобретение относится к бесконтактному поиску скрытых неоднородностей путем снятия амплитудно-частотных и фаэо-частотных характеристик исследуемого массива и может быть использовано при производстве земляных работ для обнаружения подземных коммуникаций. Известно устройство для обнаружения неоднородностей,содержащее блок формирования синусоидального сигнала излучающую и приемные антенны, избирательный усилитель и измеритель амплитуды fl . Недостатками такого устройства являются сложность его конструкции,ограниченная область использования для поиска только электропроводящих неоднородностей и невозможность испольэования известного устройства для обнаружения неоднородностей из диэлектрического материала. Наиболее близким техническим реше нием к изобретению является устройст во для обнаружения неоднородностей содержащее излучающую и измерительную антенны, преобразователь, соединенный первым входом с измерительной ан тенной, блок формирования двух частотно-модулированных сигналов с noстоянной разностью частот, соединенный первым выходом с излучающей антенной и вторым выходом с вторым входом преобразователя, последовательно соединенные измерительный усилитель и измеритель амплитуды, соединенные с выходе преобразователя. Известное устройство обеспечивает обнаружение зон с резкими изменениями электроводности в исследуемом массиве, например, наличие металлических коммуникаций 2J, Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает обнаружение зон с различной диэлектрической проницаемостью, например, наличие неметсшлических коммуникаций. 1фоме того, устройство имеет невысокую помехозащищенность. Цель изобретения - расширение функциональной возможности за счет обнаружения неоднородностей с разными диэлектрическими свойствами и повьЕиение помехозащищенности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для обнаружения не(зднородностей в массиве горных пород, содержащее излучающую и измерительную антенны, преобразователь, , соединенный первым входом с измерительной антенной, блок формирования двух частотно-м рдулированных сигналов с постоянной разностью частот, соединенный первым выходом с излучающей антенной и вторым выходом с вторым входом преобразователя, последовательно соединенные избирательный усилитель и измеритель амплитуды, соединенные с выходом преобразователя, дополнительно введены соединенные последовательно второй преобразователь, второй избирательный уси-j литель и фазометр, причем входы второго преобразователя, соединены с выходами блока формирования двух частотно-модулированных сигналов, а Ьторой вход фазометра соединен с выходом измерителя амплитуды.

На чертеже показана принципиальная схема устройства.

Схема устройства содержит блок 1 формирования двух частотно-модулированных сигналов с постоянной разностью частот, один выход которого соединен с излучающей антенной 2, а второй выход соединен с преобразователем 3, выход которого соединен через избирательный усилитель 4 с измерителем 5 амплитуды, а вход с измерительной антенной 6. Выходы блока 1 формирования двух частотно-модулированных сигналов соединены со входами дополнительно установленного преобразователя 7, выход которого соединен через избирательный усилитель 8 с одним из входов фазометра 9, а второй вход фазометра соединен с измерителем 5 амплитуды. Блок 1 формирования двух частотно-модулированных .сигналов состоит из перестраиваемого по частоте генератора 10, соединенного с двумя параллельными частотными каналами, каждый из которых состоит из преобразователя 11, фильтра 12 нижних частот и широкополосного усилителя 13. При зтом вход генератора 10 соединен через коммутатор с блоком 14 автоматического управления частотой или с конденсатором 15 переменной емкости ручной установки частоты, а преобразователи 11 соединены с кварцевыми генераторами 16.

Устройство работает следующим образом.

Блок 1 формирования двух частотно-модулированных сигналов на излучакхдую антенну 2 подает частотно-модулированный сигнал, который создает в окружакяцем пространстве частотномодулированное электромагнитное поле. Это поле, проходя через массив горных пород, индуцирует в них вихревые токи, которые, в свою очередь, создают вторичное частотно-модулированное электромагнитное-поле, амплитуда и фазовый сдвиг которого зависит как от злектрических свойств массива горных пород, так и от имеющихся в нем неоднородностей, например, подземные коммуникации, локальные металлические и неметаллические предt -ia и т.д. Вторичное частотно-модулированное электромагнитное поле принимается измерительной антенной б, сигнал с которой поступает на преобразователь 3. На этот же преобразователь поступает частотно-мсяулировамкый сигнал с блока 1 формирования двух частотно-мсяулированных сигналов.

Преобразователь 3-преобразует два: частотно-мсяулированных сигнала в сигнал промежуточной частоты (частота которого остается постоянной во всем диапазоне изменения частот излученного; антенной 2 электромагнитно,го поля),. Промежуточный сигнал выделяется избирательным усилителем 4 и подается для измерения на измеритель Б амплитуды.

Одновременно с шдходов блока 1 формирования двух частотно-модулированных сигналов сигналы подаются на преобразователь 7, который преобразует их в сигнал промежуточной частоты, фаза которого не зависит от электрических свойств массива горных пород. Этот сигнал Шзшелявтся избирательным усилителем 8 и подается на фазометр 9. Одновременно на фазометр 9 подается сигнал с измерителя 5 амплитуды. Фазометр 9 измеряет. разность фаз между первично излученным и вт,орично -частотно-модулированными электромагнитныкм полями.

Выполненное таким образом устройство обеспечивает получение информации об исследуемом массиве горной породы по трем параметрам: по текущему значению частоты в заданном диапазоне , по амплитуде вторичного электромагнитного поля, характеризующей проводимость исследуемого массива и указывающей на наличие зон с резкими изменениями электропроводности,например, металлических комиуникаций в исследуемся массиве, по сдвигу фаз между первичным и вторичным электромагнитными полями, характеризующему диэлектрические свойства исследуемого массива и указывающего на наличие зон с резкими изменениями диэлектрической проницаемости, например, на наличие неметаллических коимуникацкК,

Применение устройства позволяет снизить трудозатраты при геологоразведочных работах за счет исключения работ по бурению шурфов и скважин для взятия проб исследуемого массива, повысить эффективность инженерных изысканий под строительство зданий и сооружений за счет возможности обнаружения метсшлических и неметаллических неоднородностей, находящихся в зоне строительной площадки, что исключает возможность повреждения

подземных коммуникаций землеройными механизмами, а также позволяет производить работы при наличии высоких индустриальных помех (линий электропередач, трансформаторных подстан|ЦИй, контактных сетей городского . транспорта, коммутационных переходных процессов при включении и выключении потребителем электроэнергии и т.п.) за счет избирательного выделения полезного сигнала из оацего диапазона (спектра) частот.

Формула изобретения

Устройство для обнаружения несадно родностей в массиве горных пород,содержащее излучающую и измерительную антенны, преобразователь, соединеннь1й первым входом с измерительной антенной, блок формирования двух частотно-модулированных сигналов с постоянной разностью частот, соединенный первым выходом с излучающей антенной и вторым выходом с вторым входом преобразователя, последовательно соединенные избирательный усилитель и измеритель амплитуды,соединенные с выходом преобразователя, отличающееся тем, что,с целью расширения функциональных возможностей за счет обнаружения неоднородностей с различными диэлектрическими свойствами и повшцения помехозащищенности, в него дополнительно введены соединенные последовательно второй преобразователь, второй избирательный усилитель и фазометр, причем входа второго преобразователя соединены с выходгши блока формирования двух частотнЪ-модулировакных сигналов, а второй вход фазометра соединен с. выходом измерителя амплитуды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 656012, кл. G01V 3/10, 1976.

2.Мороз И.П.- и др. Моделирование электродинамических процессов в не- однородных проводящих средах. К., Наукова думка, 1975, с. 15 (прототип) .