RU1770775C - Устройство дл геофизической электроразведки - Google Patents

Abstract

Использование; в прикладной геофизике , а точнее к геофизической электроразведке дл  регистрации слабых электрических полей. Изобретение направлено на повышение чувствительности устройства геоэлектроразведки . Сущность изобретени : устройство содержит воспринимающий электрод, два варикапа, два ВЧ-генератора, Изобретение относитс  к области прикладной геофизики, а точнее к геофизической электроразведке. Оно может быть использовано дл  регистрации слабых электрических полей, обусловленных электрическими и электростатическими  влени ми в атмосфере, ионосфере и механоэлектриче- скими  влени ми в недрах Земли, например , в периоды подготовки землетр сений. Известно устройство дл  измерени  электрических сигналов, содержащее датчики , выполненные на базе варикапов, и посмеситель , преобразователь частоты в напр жение , высокочастотный (ВЧ) фазовращатель , фазовый детектор и устройство фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ). Воспринимающий электрод соединен с варикапами, выходы обоих ВЧ-генераторов - с входом смесител , а выход смесител  - с входом преобразовател  частоты в напр жение. К выходу первого ВЧ-генератора параллельно подключены первые входы ВЧ-фазовращател  и фазового детектора, выход которого подключен к модул ционному входу второго ВЧ-генератора . Выход ВЧ-фазовращател  соединен с вторым входом фазового детектора, а преобразователь частоты в напр жение имеет дополнительный вход, который через устройство ФАПЧ соединен с выходом того же преобразовател . ВЧ-фазовращатель содержит умножитель добротности колебательного контура, к выводам которого через емкости подключены вход и выход резонансного усилител , причем его выход через емкость дополнительно соединен с встречно-параллельно включенными диодами. следовательно соединенные генераторы с управл емыми по частоте колебательными системами, сумматор и умножитель частоты , квадратичный детектор и преобразователь частоты в напр жение. Недостатком этого устройства  вл етс  то, что его чувствительность ограничена параметрами собственной нестабильности частоты генераторов. Чувствительность этого устройства при отношении сигнал/шум, равном единице, пор дка 5-8 В/м. - & VJ 3 VI VJ ел

Description

Устройство дл  регистрации низкочастотных электрических полей геофизического происхождени , прин тое за прототип, содержит воспринимающий электрод , варикапы, два управл емых по частоте генератора, смеситель и преобразователь частоты в напр жение. Первый генератор управл етс  исследуемым электрическим полем, а второй - опорным напр жением.

Недостатком прототипа, в котором прин ты специальные меры к повышению стабильности частоты генераторов, также1  вл етс  сравнительно невысока  чувствительность , пор дка 1-2 В/м при отношении сигнал/шум равном единице.

Уровень собственных шумов прототипа на выходе преобразовател  частоты в напр жение пропорционален суммарной нестабильности частоты управл емого и опорного генераторов, что видно из следующего соотношени ;

иш К( б тэп+ 6 т„),

где Кщ - уровень собственных шумов на выходе преобразовател  частоты в напр жение;

К - коэффициент преобразовани ;

5 fan , 5 fH - нестабильность частоты генератора , управл емого исследуемым электрическим полем, и опорного генератора, управл емого напр жением.

Этот шумовой сигнал посто нно накладываетс  на полезный и преп тствует повы- шению чувствительности устройств подобного рода.

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности устройства дл  геофи- зической электроразведки. Устройство обеспечивает достижение чувствительности пор дка 0,05 В/м при соотношении сигнал/шум равном единице.

На чертеже приведена функциональна  схема устройства дл  геофизической электроразведки .

Устройство содержит приемный электрод 1, первый и второй последовательно - встречно соединенные варикапы 2 и 3, первый опорный ВЧ-генератор 4 и второй высокочастотный ЧМ-генератор 5, смеситель 6 и преобразователь 7 частоты в напр жение. Отличительным признаком устройства  вл етс  то, что оно также содержит высокочастотный фазовращатель 8, фазовый детектор 9, устройство 10 фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ), при этом в состав фазовращател  вход т колебательный контур 11, умножитель 12 до

бротности , содержащий резонансный усилитель 13, опорный колебательный контур 14, соединительные емкости 15, 16 и 17 и диодную цепочку из встречно-параллельно

5 включенных диодов 18 и 19.

Приемный электрод 1 соединен с общей точкой последовательно-встречно включенных варикапов 2 и 3, выходы первого 4 и второго 5 генераторов соединены со входа10 ми смесител  6, выход которого подключен ко входу преобразовател  7 частоты в напр жение , при этом выход генератора 4 соединен также с первыми входами фазовращател  8 и фазового детектора 9,

15 выход фазового детектора 9 соединен с модул ционным входом второго ВЧ-генерато- ра 5; выход высокочастотного фазовращател  8 соединен со вторым входом фазового детектора 9, преобразователь

20 7 частоты в напр жение своим подстроеч- ным входом невыходом соединен соответственно с входом и выходом устройства ФАПЧ 10.

Колебательный контур 11 фазовращате25 л  подключен к свободным выводам варикапов 2 и 3, а через соединительную емкость 15 к опорному колебательному контуру 14 и ко входу резонансного усилител  13, а через соединительные емкости 16 и 17 к его выхо30 ду и к встречно-параллельно включенным диодам 18 и 19.

Устройство работает следующим образом .

При воздействии на электрод 1 исследу35 емого сигнала, высокочастотные колебани  генератора 4, проход  через колебательный контур 11, подвергаютс  фазовой модул ции с индексом модул ции р , пропорциональным мгновенному амплитудному

40 значению напр женности электрического пол , добротности Q колебательного контура 11 и коэффициенту N умножени  добротности .

На выходе фазового детектора 9 в этом

45 случае будет действовать аналоговый сигнал , величина которого определ етс  соотношением

50Ua К arctg N Q . (2)

где Ua - амплитуда сигнала на выходе фазового детектора 9;

N - коэффициент умножени  добротно- 55 сти 5;

Q - добротность колебательного контура 11;

Afic - расстройка колебательного контура 11;

fp - резонансна  частота контура 11. равна  частоте ВЧ-генератора 4.

Из сравнени  соотношений (2) и (1) видно , что в отличие от прототипа вли ние на чувствительность суммарной нестабильности частоты генераторов в новом устройстве исключено.

С выхода фазового детектора аналоговый сигнал поступает на модул ционный вход второго ВЧ-генератора 5, на выходе которого действует ЧМ-сигнал с индексом модул ции больше единицы. Этот сигнал далее поступает на вход смесител  6, который переносит спектр ЧМ-сигнала в область более низких частот. Вторично аналоговый сигнал восстанавливаетс  на выходе преобразовател  7 частоты в напр жение, соединенного с устройством ФАПЧ 10. При этом обеспечиваетс  частотна  демодул ци  с высокой линейностью.

Отличительные признаки устройства позволили одновременно реализовать преимущества фазовой модул ции-демодул ции , частотной модул ции-демодул ции ЧМ-сигналов с помощью ФАПЧ, что в совокупности обеспечило достижение поставленной цели - повышение чувствительности до величины пор дка 0,05 В/м при соотношении сигнал/шум равном единице.

Компоненты устройства 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 13, 14, 15, 16, 17, 18 могут быть выполнены на стандартной элементной базе.

Claims (2)

1. Устройство дл  геофизической электроразведки , содержащее приемный электрод , первый и второй варикапы, первый и

второй ВЧ-генераторы. смеситель, преобразователь частоты в напр жение, причем приемный электрод соединен с общей точкой последовательно-встречно соединенных варикапов, выходы первого и второго ВЧ-генераторов соединены с входом смесител , а выход смесител  соединен с входом преобразовател  частоты в напр жение, о т- личагощеес  тем, что, с целью повышени  чувствительности, оно содержит высокочастотный фазовращатель, фазовый детектор и устройство фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ), при этом выход первого ВЧ-генератора соединен с

первыми входами высокочастотного фазовращател  и фазового детектора, выход фазового детектора соединен с модул ционным входом второго ВЧ-генератора , выход высокочастотного фазовращател  соединен с вторым входом фазового детектора, а преобразователь частоты в напр жение своим подстроечным входом и выходом соединен соответственно с выходом и входом ФАПЧ.

2. Устройство по п. 1,отличающеес   тем, что в состав высокочастотного фазовращател  вход т колебательный контур и умножитель добротности, содержащий резонансный усилитель, опорный колебательный контур, соединительные емкости и диодна  цепочка из встречно-параллельно включенных диодов, при этом колебательный контур подсоединен к свободным выводам варикапов, а также через

соединительные емкости соединен с входом и выходом резонансного усилител , диодной цепочкой и опорным колебательным контуром.

2j3