Устройство для поиска волновых предвестников землетрясений Советский патент 1982 года по МПК G01V3/00 G01V11/00 

Изобретение относится к устройствам для поиска волновых (злектромагнитных, сейсмических) предвестников землетрясений. В комплексе геофизических, геохимических, геодезических и других методов один из наиболее перспективных - прогнозирование землетрясений по пространственно-временным вариади ям параметров волновых процессов, со путствующих подготовке землетрясения В частности, известно явление появления аномального высокочастотного электромагнитного излучения в диапазоне радиоволн в период подготовки и развития сейсмической активности til В горных породах в условиях их ее тественного зешегания происходят механоэлектрические преобразования, вызывающие появление свободных электрических зарядов, возникновение раэ ности потенциалов (появление высоких электрических полей в земной коре, атмосфере, уменьшение электрического сопротивления пород,, особенно сильно в эпицентрашьной зоне), возникновени электрических токов в земле. Тре1аино образование в процессе подготовки землетрясения сопровождается возникновением высокочастотного электромагнитного излучения, имеющего импульсный характер, что указывает на целесообразность его изучения в широком диапазоне радиочастот Г23. Известны устройства для поиска электрсялагиитгелх предвестников землетрясений, содержащие приемный дат-, чик-антенну, тракты селективного усиления, детектор и регистратор t3l. Аналогичные блоки содержат и устройства, предназначенные для регистрации высокочастотных сейсмических шумов, применяемые для различных целей, в том числе для исследования геодинамических процессов 43. Недостатком указанных устройств является их сложность, а также отсутствие автоматической калибровки приемно-регистрирунзщих трактов. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для поиска волновых предвестников землетрясений, содержащее несколько измерительных каналов, соединенных с многокансшьным регистратором, каждый из которых содержит приемный датчик и блок частотной селекции, настроенный на заданную частоту и выполненный в виде резонансного усилителя, резонансный контур которого содержит реактивные элемен ты, соединенные с умножителем добротности. В датчике наводится электродвижущая сила (ЭДС), пропорциональная напряженности поля вокруг датчика. Для измерения ЭДС датчика сигнал с антенны-датчика по фидеру подается на вход блока частотной селекции, где он усиливается и дете тируется и затем регистрируется сам писцем. -Для определения абсолютных значений наведенной ЭДС и для прове ки стабильной работы аппаратуры на вход устройства подается калибровоч ный сигнал со стандартного генерато ра Г4-ЗА. Калибровка устройства на разных частотах осуществляется ручной перестройкой частоты генератора Г4-ЗА. В качестве информационного параметра в данной методике измерений определяется интенсивность естественного излучения. Интенсивност оценивается по огибающей амплитуде сигнала, по квазипиковому значению пряженности поля и частоте импульсо при заранее выбранной чувствительности приемной системы за фиксированный промежуток времени tS. I К недостаткам известного устройства относится то, что для проведения калибровки в устройство введен специальный блок (стандартный генератор) ,что усложняет конструкцию. Кроме того, в случае использования нескольких трактов узкополосног усиления, настроенных на различные резонансные частоты, проведение операции калибровки достаточно слож но вследствие необходимости перестройки блока калибровки по частоте. Это затрудняет автоматизацию оп рации калибровки. Цель изобретения - упрощение устройства. Поставленная цель достигается тем, что в извест-нрм устройстве для поиска волновых предвестников земле трясений, содержащем несколько измерительных каналов, соединенных с регистратором, каждый из которых содержит последовательно соединенны приемный-датчик и блок частотной се лекции, настроенный на заданную частоту и выполненный в виде резонансного усилителя, резонансный кон тур которого содержит реактивные элементы, соединенные с умножителем добротности, выход каждого блока ча тотАоЙ селекции через ключ и делитель Напряжения связан с приемным датчиком соседнего измерительного канала. При этом в каждом блоке частотно селекции реактивный элемент и умножитель добротности содержат последо вательно соединенные дополнит;ельные реактивные элементы,, входы и выходы каждого из которых соединены ключами , Такое конструктивное выполнение позволяет использовать каждый из блоков частотной селекции для калибровки соседнего канала, настроенного на более низкую усиливаемую резонансную частоту, чем усиливаемая резонансная частота данного блока, используемого для калибровки, и частота генерации которого совпадает с усиливаемой резонансной частотой соседнего более низкочастотного измерительного канала. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит п приемных датчиков 1-1,1-2,,.. ,1-п, т.е. п приемных антенн (п- - количество поддиапазонов, перекрывающих регистрируемый диапазон частот), п блоков 2-1,2-2 ,...,2-п частотной селекции, каждый из которых настроен на центральную частоту полосы пропускания соответствующей антенны, и многоканальный регистратор 3, входы которого присоединены к выходу каждого из блоков 2-1,2-2 ,...,2-п. Каждый Из приемных датчиков 1-1,1-2,..., 1-п выполнен таким образом, что его полоса Пропускания находится в пределах выбранного поддиапазона частот, т.е. каждый из приемников осуществляет частотную селекцию сигнала в пределах заданного поддиапазона частот. Блоки 2-1, 2-2,...,2-п частотной селекции предназначены для частотной селекции сигнала в пределах выбранного поддиапазона частот. Каждый из блоков 2-1,2-2,...,2-п содержит резонансный усилитель, выполненный на активных элементах 4-1, 4-2,...,4-п, например транзисторах, соединенных с реактивным элементом индуктивностями 5-1,5-2 ,. ..,5-п). Каждая из индуктивностей имеет отвод от части витков, например от середины обмотки, присоединенный к коммутирующему ключу (ключи 6-1,6,2,..., б-п), замыкающему часть.витков обмотки на шину питания. На индуктивностях 7-1,7-2,...,7-п и лямда-диодах 8-1,8-2,...,8-п 51 выполнены умножители добротности резонансных каскадов. Каждая из индуктивностей 7-1, 7-2,...,7-п также имеет отвод от части витков, присоединенный к ключу (ключи 9-1,9-2,... ,9-п), закорачивающему часть витков обмотки индуктивности на шину питания. Выход каждого резонансного каскада присоединен к каскаду дополнительного усиления и согласования с кабелем (каскады 10-1,10-2,...,10-п). Каждый из каскадов 10-1,10-2 ,..-. ,10-п имеет электрическую связь с регистратором 3, в качестве которого использован, например, многодорожечный аппарат магнитной записи. Кроме того, каждый из блоков 2-1, 2-2, ,..,2-п частотной селекции через ключи 11-2,11-3,..., 11-п и делители 12-2,12-3,...,12-п напряжения имеет электрическую связ с приемным датчиком соседнего канала: выход блока 2-1 через ключи 11и делитель присоединен к прием ному датчику 1-2, выход блока 2-2 электрически связан с приемным датчиком,1-3 (не показан) и т.д. и выход блока 2-(п-1) (не показан) эле трически связан с приемным датчиком 1-п., Датчик 1-1 и блок 2-1 частотной селекции настроены на самую высокую частоту контролируемого диапазона частот, датчик 1-2 и блок 2-2 - на частоту в. два раза меньшую, чем резонансная частота более высокочастотного канала (датчики 1-1 и селективный блок 2-1) и т.д. Так, например, если контролируемый диапазон лежит в пределах от 1 кГц до 10 мГц следующий соседний канал настроен на частоту 5 мГц и т.д. Устройство работает следующим образом. Приемные датчики 1-1,1-2,...,1-п размещаются в приповерхностной зоне земной коры (в одной или нескольких скважинах, в штольне и т.п.). В продаосе работы устройства периодически осуществляются две операции: калибровка и измерение (при измерении приемные датчики регистрируют естественное импульсно1е электромагнитное излучение Земли) . Калибровка проводится в два этапа. На первом этапе проводится калибровка всех четных усилительных блоков 2-2,2-4,2-6,...; в этом случае все нечетные блоки 2-1f2-3,2-5, ... служат в качестве калибровочных генераторов, вырабатывающих определенное напряжение известной амплитуды и частоты. На втором этапе проводится калибровка нечетных усилительных блоков (кроме первого): 2-3 2-5,2-7,..., при этом все четные блоки 2-2, 2-4, 2-6... работают в режиме Ксшибровочных генераторов. При калибровке четных усилительных блоков 2-2,2-4,2-6 ... ключи 6-1 6-3,6-5,... исключи 9-1,9-3,9-5,... разомкнуты,а ключи 11-2,11-4,11-6,. замкнуты. В этом случае в резонансные контуры нечетных блоков 2-1,2-3 2-5,... вносится отрицательное сопротивление (за .счет дополнительных -ВИТКОВ индуктивностей 7-1,7-3,7-5 . обеспечивающее возникновение режима генерации блоков 2-1,2-3,2-5,... . Частота генерации определяется количеством дополнительных витков, подключенных к индуктивностям 5-1,5-3, 5-5,... (витков, незакороченных ключами 6-1,6-3,6-5,...). Количество дополнительных витков выбирается таким образом, чтобы частота генера-ции была в два раза ниже, чем резонансная частота этого же блока, работающего в режиме усиления (вместо увеличения числа витков параллельно индуктивности 5-1,5-3,5-5,..., может быть подключена емкость, обеспечивающая генерацию соотйетствующего блока). С выхода каждого из блоков 2-1, 2-3, 2-5,... напряжение известной амплитуды и определенной частоты поступает через соответствуююие ключи 11-2, 11-4,11-6,... и делители 12-2, 12-4,12-6,... напряжения на приемные датчики 1-2,1-4,1-6, ..., обеспечивая тем самым калибровку соответствующих блоков. Параметры калибровочных сигналов записываются соответствующими каналами регистратора 3. Калибровка нечетных усилительных блоков 2-3,2-5,2-7,... аналогична калибровке четных блоков, но в этом случае ключи 6-2, 6-4, 6-6,... и ключи 9-2, 9-4,9-6,... разомкнуты, а ключи 11-3,11-5,11-7,... замкнуты, чем обеспечиваетя подача калибровочных напряжений на входы блоков 2-3, 2-5,2-7,... . При измерении ключи 6-1, 6-2, 6-3,..., 6-п и ключи 9-1, 9-2, ,8-5,...., 9-п замкнуты, а ключи 11-2, 11-3,...,11-п разомкнуты. В этом случае в резонансный контур каждого из блоков 2-1,2-2, 2-3,..., 2-п вносится отрицательное сопротивление, обеспечивающее умножение добротности соответствующего резонансного контура, и каждый из блоков 2-1, 2-2, 2-3,..., 2-п обеспечивает усиление сигнсшов, поступающих с приемных датчиков 1-1, 1-2, 1-3,...,1-п. Напряжение сигналов каждого из каналов узкополосного усиления записывается регистратором 3. Операции калибровки и измерения осуществляются автоматически через определенные интервалы времени, задаваемые прогрг1ммирунщим блоком (не показан). В предлагаемом устройстве одни и те же блоки выполняют роль как калибраторов, так и узкополосных усилителей. Действительно, на первом этапе калибровки половина блоков частотной селекции работает в качестве генераторов, выдающих напряжение определенной частоты с калиброванной (известной) амплитудой, использующееся для калибровки другой половины блоков частотной селекции, работакяцих в режиме узкополосного усиления. На втором этапе калибровки - наоборот, другая половина этих блоков используется для калибровки первой половины блоков частотной селекции. Такое техническое решение упрощает конструкцию и дает возможность автЪматизировать процесс калибровки .. . В предлагаемом устройстве по сравнению с .известным количеством, активных схемных элементов (транзис торы, микросхемы и т.п.) может быть уменьшен( не менее, чем в 10 раз. Это позволяет также повысить надежность работы устройства, что особен но существенно при долговременной непрерывной работе его в полевых ус ловиях. Кроме того, применение ум-; ножителей добротности в данном устройстве позволяет получить высокие технические параметры низкочастотных узкополосных трактов. Формула изобретения 1. Устройство для поиска волновы предвестников землетрясений, содерж щее несколько измерительных канЬлов соединенных с многоканальным регистратором, каждый из которых содержит последовательно соединенные приемный Датчик и блок .частотной се лекции, настроенный на заданную час тоту и выполненный в виде резонансного усилителя, резонансный контур которого содержит реактивные элемен ты, соединенньГе с умножителем добро ности, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, выход каждого блока частотной селек дни через ключ и делитель напряжения связан с приемным датчиком соседнего измерительного канала. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в каждом блоке частотной селекции реактивный элемент и умножитель добротности содержат последовательно соединеные дополнительные реактивные элементы, входы и выходы каждого из которых соединены ключами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Садовский М.А., Соболев Г.М., Мигунов Н.И. Изменения естественного излучения радиоволн при сильном землетрясении в Карпатах. Доклады АН СССР, 1979, т. 244, W 2, с.31б319. 2.Гохберг М.Б., Горбунов В.А., Аронов Е.Л. О высокочастотном электромагнитном излучении при сейсмической активности. Доклады АН СССР, 1979, Т.248, 5, с.1077-1081. 3.Рыкунов Л.Н., Хаврошкина О.Б., Цыплаков В.В. Временные вариации сейсмических шумов. Известия АН УССР. Сер. Физика Земли, 1979, 11, с.72-77. 4.Султанходжаев А.Н. и др. Гидросейсмологические исследования в Восточной Фергане. Ташкент, Фан, 1978, с.178-182. 5.Кузнецов А.Н., Барышев В.И. Узкополосный усилитель слабых сигналов для измерения частоты.- Измерительная техника, 1979, 8, с.53-54 (прототип).