Пристрій для реєстрації природного імпульсного електромагнітного поля землі з визначенням напрямку випромінювання

Корисна модель належить до геофізичної апаратури і призначена для виміру, реєстрації природного електромагнітного поля Землі (ПЕМПЗ), його характеристик та визначення напрямку сильних вилучень, потрібного для зондування шарів Землі. Відомий пристрій для реєстрації природного імпульсного електромагнітного поля Землі, що містить магнітну антену, підсилювач і аналого-цифровий перетворювач ["Manifestation of Natural Electromagnetic Pulse on Landslide Slopes", N.R. Kharkhaks, J. Geophys, 1995.Vol.16.рр.437-443]. До причин, що перешкоджають досягненню означеного нижче технічного результату при використанні відомого пристрою, прийнятого за аналог, належать малі функціональні можливості та низька завадостійкість до вузькосмугових завад. Відомий пристрій того ж призначення - пристрій для реєстрації природного імпульсного електромагнітного поля Землі [Україна, А.С. 50863] - містить послідовно з’єднані магнітну антену, підсилювач, блок фільтрів, підсилювач з програмованим коефіцієнтом підсилення, аналого-цифровий перетворювач, мікропроцесор-ЕОМ, пристрій оперативної пам’яті з незалежним живленням, а також амплітудний дискримінатор з програмованим порогом дискримінації, підключений своїм входом до виходу підсилювача з програмованим коефіцієнтом підсилення. До причин, що перешкоджають досягненню означеного нижче технічного результату при використанні відомого пристрою, належать малі його функціональні можливості, великий час спектрального аналізу при перестроюванні фільтрів, мале число смуг резекції, потрібних для боротьби з вузькосмуговими завадами, та непридатність пристрою для одночасних вимірів спектральної щільності сигналу, кореляційних функцій та стратифікації шарів Землі. Найбільш близьким пристроєм того ж призначення до корисної моделі, що заявляється, по сукупності ознак є пристрій для реєстрації природного імпульсного електромагнітного поля Землі [Україна, А.С. 70417, 2004], що містить послідовно з’єднані магнітну антену, з’єднану з підсилювачем, послідовно з’єднані блок фільтрів, підсилювач з програмованим коефіцієнтом підсилення, аналого-цифровий перетворювач, мікропроцесор-ЕОМ, пристрій оперативної пам’яті з незалежним живленням, а також амплітудний дискримінатор з програмованим порогом дискримінації, підключений своїм входом до виходу підсилювача з програмованим коефіцієнтом підсилення. До причин, що перешкоджають досягненню означеного нижче технічного результату при використанні відомого пристрою, належать малі його функціональні можливості, зокрема пристрій не виміряє напрямок сильних вилучень Землі. У корисній моделі "Пристрій для реєстрації природного імпульсного електромагнітного поля Землі з визначенням напрямку випромінювання" поставлене завдання шляхом вдосконалення відомого пристрою з автоматичною реєстрацією вимірів, по-перше, розширити його функціональні можливості, крім вказаних для прототипу (по одночасному виміру спектральної щільності сигналу, кореляційних функцій, по виміру та індикації смуги частот завад, по стратифікації шарів Землі, зменшити вплив будь-якого числа сильних вузькосмугових завад) ще визначати напрямок сильного вилучення Землі. В основу корисної моделі покладено принцип визначення відносної затримки одного сигналу у каналах двохпозиційної приймальної системи методом формування кореляційного інтегралу у ци фровому вигляді у мікропроцесорі. Означений технічний результат при здійсненні корисної моделі досягається тим, що у пристрій, який містить в головному каналі прийому сигналу бази послідовно з’єднані антену, підсилювач, багатоканальний з паралельними каналами фільтр, блок фільтрів, підсилювач з програмованим коефіцієнтом підсилення, аналогоцифровий перетворювач, мікропроцесор з оперативною пам’яттю і незалежним живленням, додатково включається другий рознесений на розмір бази канал прийому з ідентичними антену, підсилювач, багатоканальний з паралельними каналами фільтр, що послідовно з’єднані з аналого-цифровим перетворювачем, радіолінією з кодеком і з мікропроцесором. Між сукупністю істотних ознак, що перераховані вище з формули корисної моделі, і викладеним вище технічним результатом існує наступний причинно-наслідковий зв’язок: наявність каналу прийому сигналу у головній базі з багатоканальним з паралельними каналами фільтром, що дозволяє проводити швидкий паралельний аналіз та корекцію спектру ви хідного сигналу одночасно з вихідним сигналом у др угій ідентичній базі прийому; наявність мікропроцесору з оперативною пам’яттю дозволяє пошук кореляції та визначення відносної затримки сигналів у каналах прийому та напрямку сильного вилучення Землі. На Фіг.1 приведена структурна схема пристрою для реєстрації природного електромагнітного поля Землі з визначенням напрямку випромінювання, де зображено в головному каналі прийому сигналу: антена 1, підсилювач 2, багатоканальний з паралельними каналами фільтр 3, блок фільтрів 4, підсилювач 5 з програмованим коефіцієнтом підсилення, аналого-цифровий перетворювач 6, мікропроцесор-ЕОМ 7 з оперативною пам’яттю і незалежним живленням, та зображено в другому ідентичному каналі прийому сигналу: антена 1д, підсилювач 2д, багатоканальний з паралельними каналами фільтр 3д, аналогово-цифровий перетворювач 8, радіолінія з кодеком 9. На Фіг.2 приведена структурна схема багатоканального з паралельними каналами фільтру 3 Фіг.1, де зображено: вузькосмугові фільтри 11,...1n, амплитудні детектори 21,...2n , схеми керованого порогу 3/1...3/n, індикатори 41,...4n , схеми "І" 5 1 ,...5n, схема додавання 6, виходи a1...an до мікропроцесору 8 Фіг.1. Дія пристрою для реєстрації природного імпульсного електромагнітного поля Землі з визначенням напрямку випромінювання (Фіг.1) полягає в наступному. Головний канал прийому сигналу (функціональні елементи: антена 1, підсилювач 2 та багатоканальний з паралельними каналами фільтр 3) приймає природне випромінювання Землі з довільним спектром до 10МГц, оцифровує у аналого-цифровому перетворювачі 6 рівень спектру сигналу кожного каналу багатоканального фільтру 3, і подає у мікропроцесор 7. Аналогічний прийом сигналу одночасно відбувається у другому ідентичному каналі: 1д, 2д, 3д. Тривалість прийому повинна бути не менш Т=0,01с, щоб не впливали межи сигналу на обчислення кореляційної функції. У мікропроцесорі відшукується значення затримки сигналу, за якої виявляється його кореляційна функція. Якщо кореляційна функція має великий час кореляції, то автоматично або вручну ідентично зменшуються рівні низько частотних складових спектру сигналів обох каналів і знову виявляється час відносної затримки сигналів. Якщо кореляційна функція неоднозначна, то для розв'язання неоднозначності вилучаються по закону геометричної прогресії (1) високочастотні складові спектру сигналів обох каналів. Зразок реалізації пристрою для реєстрації природного імпульсного електромагнітного поля Землі з визначенням напрямку сильного випромінювання. Діапазон частот - 100Гц-10МГц, lmin=30м. База пристрою Б, відстань між просторово-рознесеними каналами, дорівнює Б=150м. Похибка вимірювань напрямку db дорівнює: c dt 3 c t кор db = db » Б cos b , або Б 2 , де t3=0,5tкор , с - швидкість розповсюдження поля, Б - база, 1 tкор £ fmin - можливий час кореляції. Звуження діапазону частот при неоднозначності виміру часу кореляції може бути тільки до максимальної частоти 0,1МГц, тому що при цьому такий час кореляції, що по хибка напрямку дорівнює 180°. Максимальна точність виміру напрямку випромінювання може бути 2°, якщо час кореляції сигналу дорівнює періоду максимальної частоти його спектру - 10 МГц. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі, полягає в додатковому отриманні функції визначення напрямку сильного випромінювання Землі для стратифікації її шарів, потрібної для пошуку корисних копалень та інших геологічних робіт.