Устройство для моделирования электромагнитной индукции Советский патент 1982 года по МПК G06G7/48 

Изобретение относится к электрическому моделированию и может быть использовано в геофизике при решении згщач электроразведки.

Известно моделирующее устройство, содержащее ванну с электролитом и моделями, возбуждающий генератор с антенной системой для создания в области ванны однородного электромагнитного поля, измерительный зонд, включающий в себя датчик электромагнитного поля ( приерлные электромагнитные диполи), частотный преобразователь и развязочные линии передачи, например, трансформаторные или оптические, осуществляющие гальваническую развязку с приемно-регистрирующим прибором 11 .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является моделирующее устройство/ также содержащее ванну с электролитом и моделя ли, возбуждающий генератор с антенной системой, измерительный, зонд, частотный преобразователь, гетеродин и формирователь гетеродинного напряжения 2.

Известные моделирующие устройства с удовлетворительной точностью работают до частот 5-10 мГц, так как

существующие измерительные зонды моделирующих устройств не обеспечивают достаточной точности из-за остаточного антенного эффекта (синфазной составляющей помех, возбуждаемых электромагнитным полем), обусловленного соединительными проводами и переключателем приемных диполей, которые соединяют их с частотным преоб10разователем. Длина соединительных проводов достаточна, чтобы паразитная наводка от электромагнитных полей на высокой частоте была ощутимой. При тщательной развязке изме15рительного зйн да от приемно-регистрирующих приборов, например, с помощью передачи по световоду оптических сигналов экспериментально было установлено, что антенный эффект воз20никает только на вышеупомянутом участке. Диаграмма направленности приемных :5лектромагнитных диполей, на повышенных частотах поэтому ис кажается и это искажение тем зна25чительнее, чем Меньше габариты приемных диполей. Этим обуславливается неточность измерения составляющих электромагнитного поля.

Большие габариты моделирующих

30 ванн ( метра) известных устройств. а следовательно, и большие габариты моделей геоэлектрических структур также создают трудности при ранении ряда трехмерных задач, В основном эти трудности связаны с из1Х)товлением крупных моделей, тяжелых по ве су, и установлением их в ванну. Та„кое устройство непередвижное. Что-бы уменьшить линейные размеры ванны например, в два раза, необходимо для обеспечения того не частотного перекрытия при соблюдении коэффициентов подобия повысить частотный диапазо1 устройства в четыре раза ( г где X - длина волны в электролите, f - частота электромаг нитного поля, р- удельное сопротив ление электролита). Для соблюдения линейной разрешающей способности размеры приемных диполей должны быть во столько же уменьшены. Поэто му очень актуальной задачей остаетс уменьшение помех на высокочастотном крае диапазона. Цель изобретения - повышение точ ности моделирования на повьшенных частотах. Поставленная цель достигается те что в известном устройстве, содер.жащем электролитическую ванну, гене ратор однородного эле ром 1гнитного поля, излучающую антенну, гетеродин блок зеицания порядка включешия элек .ромагнитных диполей, измерительный блок,три линии передачи и измёри тёльHfcfflf зонд, первый вход которого подключен через первую линию передачи к выходу гетеродина, второй вход через вторую линию передачи - к выходу блока задания порядка включени электромагнитных диполей, а выход через третью линию передачи - к вхо ду измерительного блока, причем, измерительный зонд содержит приемны электромагнитные диполи, включенные к входам соответствующих усилителей преобразователей промежуточной частоты и формирователь гетеродинного напряжения, выход которого подключен к объединенным входам усилителей-преобразователей промежуточной частоты, а вход является пефвым входом измерительного зонда, каждая линия передачи выполнена в виде последовательно соединенных светодиода, световода и фотодиода, а усилители-преобразователи промежуточной частоты измерительного зонда размещены внутри катушек электромаг нитных дипрлей и в измерительный зонд введены временной и фильтр промежуточной частоты, вход которого соединен с объединенными выходами усилителей-преобразователе промежуточной частоты, а выход явля ется выходом измерительного зонда. при этом вход временного селектора является вторым входом измерительного зонда, а выходы подключены к управ- . ляющим входам соответствующих усилителей-преобразователей промежуточной частоты. На фиг.1 приведена блок-схема устройства для моделирования электромагнитной индукции; на фиг,2 - функциональная схема измерительного зонда. Устройство содержит электролитн ческу10 ванну 1 с моделями, генератор 2 однородного электромагнитного поля, излучающую антенну 3, измерительный зонд 4, электромагнитные диполи трехкомпонентные (Hj, Ну, Н), катушки которжлх имеют взаимно перпендикулярную намотку на кубической изоляционной основе, электромагнитные диполи 8 и 9 двухкомпонентные (Е и EV) усилители-преобразователи 10-14 промежуточной частоты, фильтр 15 промежуточной частоты, светодиод 16, световод 17, фотодиод 18 измерительный блок 19, формирователь 20 гетероflHHjjdro напряжения, фотодиод 21, световод 22, светодиод 23, гетеродин 24, временной селектор 25, фотодиод 26, световод 27, светодиод 28, блок 29 задания порядка включения электромагнитных диполей.. Устройство работает следующим образом... Электромагнитное поле, создаваемое в области ванны 1 антенной 3, возбуждает в электромагнитных диполях 5-9 измерительного зонда 4 электрический сигнал. Сигнал от одного из диполей 5-9, в зависимости от поступления разрешающего потенциала (импульса)от временного селектора 25, поступает через один из усилителей-преобразователей 10-14 промежуточной часто-. ты в виде промежуточной частоты на вход-фильтра 15 промежуточной частоты, размещенного снаружи магнитных диполей. Отфильтрованный и усиленный по току активным фильтром электрический сигнал промежуточной частоты поступает на светодиод 16, где преобразуется в световой поток и по световоду 17 передается через фотодиод 18 на блок 19. Для обеспечения режима преобразования частоты преобразователей 10-14 в диагональ балансной схемы от формирователя 20 гетеродинного напряжения поступает напряжение гетеродина 24. Частота гетеродинного колебания задается внешним гетеродином 24, колебание которого с помощью светодиода 23 преобразуется в световое излучение, которое по световоду 22 поступает на фотодиод 21, где преобразуется опять

В электрический сигнал, который в формирователе 20 принимает стандартный уровень.

Последовательность работы усилителей-преобразователей 10-14 промежуточной частоты задается включающими импульсами, поступающими от временного селектора 25, которы в определенном порядке открывают базово-эмиттерные переходы транзисторов усилителей-преобразователей промежуточной частоты, тем самым осуществляя последовательный опрос каждого измерительного канала.

Электромагнитные диполи и усилители-преобраэов.атели промежуточной частоты выполнены конструктивно в виде отдельного узла, соединенного с фильтром 15 промежуточной частоты формирователем 20 гетеродинного напряжения и временным селектором 25 посредством разъема и вместе со светодиодом 16, фотодиодами 21 и 26, световодами 17, 22 и 27 составляют изтмерительный зон 4.

Фильтр 15 промежуточной частоты, аналогично известным устройствам, содержит си 4метричный резонансный LC -контур 30 и дополнительный активный низкочастотный RC-фильтр 31, улучшающий согласование его со светойиодом 16.

Формирователь 20 гетеродинного напряжения состоит из фотоусилителя 32 и ограничителя 33, Вход фотоусилителя соединен с фотодиодом 21, а выход с ограничителем, где гетеродинно напряжение принимает стандартный уровень и форму.

Временной селектор 25 состоит из фотоусилителя 34, трехразрядного двоичного счетчикового делителя 35 и дешифратора 36. Кодовые электрические импульсы от блока 29 с помощью светодиода 28 преобразуются в световые, которые через световод 27 поступают на фотодиод 26, где преобразуются опять в электрический сигнал. Усиленные фотоусилителём 34 временного селектора 25 импульсы поступают на трехразрядный счетчиковый делитель 35, где устанавливают его в заданное состояние. С помощью детиифратора 36 состояние триггеров счетчика преобразуется в 8-разрядный параллельный код с пятью независимыми линейными выходами.Одновременно на двух и более выходах разрешающий потенциал-импульс не может возникнуть.Неиспользуеьвле три разряд являются меткой начала или конца цикла переключения частотных преобразователей-.

Устройство позволяет реализовать точность измерения электромагнитных полей до 1% в диапазоне свыше 35 мГц, упростить моделирование задач в двух поляризациях электромагнитного поля (Е и Н -поляризациях) и тем самлм расашисить класс решаемых задач. Формула изобретения

Устройство для моделирования .

0 ромагнитной индукции, содержащее электролитическую ванну, генератор однородного электромагнитного поля, излучающую антенну, гетеродин, блок заданий порядка включения электро5магнитных диполей, измерительный блок, три линии передачи и измерительный зонд, первый вход которого подключен через первую линию передачи к выходу гетеродина, второй вход

0 через вторую линию передачи - к выходу блока задания порядка вклю.чения электромагнитных диполей, через третью линию передачи - к вхо,ду измерительного блока, причем из5мерительный зонд содержит приемные электромагнитные диполи, подключенные к входам соответствующих усилителей-преобразователей промежуточной частоты, и-формирователь гетеро0динного напряжения, выход которого подключен к объединенным входам усилителей-преобразователей промежуточ.ной частоты, а вход является первым входом измерительного зонда, от5личающееся тем, что, с целью повышения точности моделярова- ния, каждая линия передачи илполне- на в виде последовательно соединенных светодиода, световода и фотоди-° ода, а усилители-преобразователи про0межуточной частоты измерительного зонда размещены внутри катушек электромагнитных диполей, и в измерительный зонд введены временной селектор и фильтр промежуточной частоты, вход

5 которого соединен с объединенными выходами усилителей-преобразователей промежуточной частоты, а выход является выходом измерительного зонда, при этом вход временного селектора

0 является вторым входом измерительного зонда, а выходы подключены к управляющим входам соответствующих усилителей-преобразователей промежуточной часто:гы.

5

Источники.информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

В 572807, кл. G 06 G 7/48, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР

0

№ 329537, кл G 06 G 7/48, 1972 (прототип) .

2В

Z9

//

/S A

9

гз

гг

у

г«