Система для пошуку неоднорідностей в земній корі

Система для пошуку неоднорідностей в земній корі, яка містить випромінюючу та вимірювальну антени, перетворювач, з'єднаний першим входом з вимірювальною антенною, генератор опорної частоти, блок формування двох сигналів з постійною різницею частот, яка відрізняється тим, що система містить передавальний та приймальний модулі, причому частина блока формування двох сигналів з постійною різницею частот знаходиться в передавальному модулі, а частина в приймальному, при цьому перша частина блока формування двох сигналів з постійною різницею частот, що міститься в передавальному модулі, містить перший синтезатор частоти, вхід якого підключений до генератора опорної частоти, а вихід з'єднаний з випромінюючою антеною через перший підсилювач потужності, вхід керування підключений до виходу першого мікроконтролера, крім того, передавальний модуль містить перший модуль GPS, вихід якого підключений до входу першого мікроконтролера, а генератор опорної U 2 50747 1 3 використання даного пристрою в випадку виконання амплітудно-фазових електромагнітних вимірювань в рознесених в просторі точках), має низьку точність та завадостійкість за рахунок використання змішувача сигналів і підсилювача проміжної частоти при формуванні опорного сигналу фазометра, які мають велику нестабільність фазочастотних характеристик, крім того опорний сигнал отриманий таким чином не є синусоїдальним і має дуже складний спектр, тому неможливо забезпечити високу точність вимірювання фазового зсуву синусоїдального сигналу заданої частоти, а також воно має дуже складну апаратурну реалізацію. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення пристрою для пошуку неоднорідностей в земній корі шляхом розширення функціональних можливостей в випадках виконання вимірювань в рознесених в просторі точках. Поставлена задача вирішується тим, що система для пошуку неоднорідностей в Землі, яка містить випромінюючу та вимірювальну антени, перетворювач, сполучений першим входом з вимірювальною антенною, генератор опорної частоти, блок формування двох сигналів з постійною різницею частот, відрізняється тим що вона містить передаючий та прийомний модулі, причому частина блока формування двох сигналів з постійною різницею частот знаходиться в передаючому модулі, а частина в прийомному, причому перша частина блока формування двох сигналів з постійною різницею частот, що міститься в передаючому модулі, містить перший синтезатор частоти, вхід якого підключено до генератора опорної частоти, а вихід з'єднано з випромінюючою антеною через перший підсилювач потужності, а вхід керування підключено до виходу першого мікроконтролера, крім того передаючий модуль містить перший модуль GPS, вихід якого підключено до входу першого мікроконтроллера, а генератор опорної частоти через другий підсилювач потужності підключено до випромінюючої антени опорного сигналу, друга частину блока формування двох сигналів з постійною різницею частот, що міститься в прийомному модулі, включає в себе другий синтезатор частоти, опорний вхід якого з'єднано з прийомною антеною опорного сигналу через попередній підсилювач, а вихід підключено до другого входу перетворювача, вхід керування підключено до другого мікроконтролера, при цьому другий синтезатор частоти виконаний з можливістю зміни початкової фази вихідного сигналу, крім того в прийомному модулі додатково міститься аналого-цифровий перетворювач, подільник частоти, фільтр нижніх частот, другий модуль GPS, персональний комп'ютер, синхронний амплітудний детектор, один вхід якого підключений до виходу подільника частоти з постійним коефіцієнтом ділення, вхід якого підключено до прийомної антени опорного сигналу через попередній підсилювач потужності, при цьому виходи аналого-цифрового перетворювача підключено до входів другого мікроконтролера, керуючий вхід аналого-цифрового перетворювача підключено до другого мікроконтролера, а вхід аналогоцифрового перетворювача до виходу синхронного амплітудного детектора через фільтр нижніх час 50747 4 тот, при цьому другий модуль GPS підключено до персонального комп'ютера, який підключено до другого мікроконтролера. Сутність корисної моделі пояснюється кресленням, де на Фіг. зображена структурна схема системи для пошуку неоднорідностей в земній корі, в масивах гірських порід. Структурна схема містить два модулі передаючий 1 та прийомний 2, блок формування двох сигналів з постійною різницею частоти виконаний на базі двох синтезаторів частоти 6 і 16, (керованих по частоті за допомогою двох мікроконтролерів 5 і 17, які синхронізуються за допомогою двох модулів GPS 3 і 14 відповідно, при цьому другий синтезатор частоти 16 виконаний з можливістю зміни початкової фази вихідного сигналу), підключених до одного генератора опорної частоти 4, причому опорний сигнал з генератора подається на вхід першого синтезатора 6, а також через другий підсилювач потужності 8 на випромінюючу антену опорного сигналу 10, який подається на вхід другого синтезатора 16 в прийомному блоці з прийомної антени опорного сигналу 12 через попередній підсилювач 13. Вихід першого синтезатора частоти 6 підключено до входу першого підсилювача потужності 7, до виходу якого підключена випромінююча антена 9 вимірювального сигналу. Вихід другого синтезатора частоти 16 підключено до другого входу перетворювача частоти 15, перший вхід якого з'єднано з вимірюючою антеною 11 вимірювального сигналу. Вихід перетворювача 15 підключено до входу вибіркового підсилювача 19, вихід якого підключено до одного із входів синхронного амплітудного детектора 21, другий вхід якого підключено до виходу подільника частоти 20 синусоїдального сигналу, на вхід якого подається сигнал опорної частоти. Вихід синхронного амплітудного детектора підключено через фільтр нижніх частот 22 до аналогового входу аналогоцифрового перетворювача 23, керованого другим мікроконтролером 17, причому вихід другого мікроконтролера 17 з'єднано також зі входом керування другого синтезатора частоти 16, а вхід з цифровими виходами аналого-цифрового перетворювача 23. Накопичення і обробка вимірювальної інформації, а також керування всією системою вимірювання виконується за допомогою комп'ютера 18 підключеного до другого мікроконтролера 17. Система вимірювання складається з двох модулів, передаючого 1 та прийомного 2, які можуть бути рознесені в просторі на будь яку відстань при виконанні вимірювань. Запуск системи, а також моменти часу зміни частот двох синтезаторів 6 і 16 рознесених в просторі синхронізується за допомогою двох модулів GPS 3 та 14, які знаходяться відповідно в передаючому та прийомному модулях, при цьому другий синтезатор частоти 16 виконаний з можливістю зміни початкової фази вихідного сигналу. Блок формування двох сигналів з постійною різницею частот подає вимірювальний сигнал заданої частоти з першого синтезатора частоти 6, що керується першим мікроконтролером 5, через перший підсилювач потужності 7 на випромінюючу антену 9. Опорний сигнал фіксова 5 ної частоти подається з генератора опорної частоти 4 на вхід першого синтезатора частоти 6, а також через другий підсилювач потужності 8 на випромінюючу антену опорного сигналу 10. Вимірювальний сигнал, що випромінює випромінююча антена 9, створює в навколишньому просторі електромагнітне поле. Це поле, проходячи через масив гірських порід, індукує в них вихрові струми, які, у свою чергу, створюють вторинне електромагнітне поле, амплітуда і фазовий зсув якого залежить як від електричних властивостей масиву гірських порід, так і від наявних в ньому неоднорідностей. Вторинне електромагнітне поле приймається вимірювальною антеною 11 прийомного модуля, і надходить на перший вхід перетворювача 15. На другий вхід цього ж перетворювача надходить сигнал заданої частоти (з фіксованою різницею від частоти синтезатора 6) з другого синтезатора частоти 16, що керується за допомогою другого мікроконтролера 17, причому опорний сигнал фіксованої частоти з генератора 4 надходить на вхід сигналу 12, через попередній підсилювач 13. Перетворювач частоти 15 виділяє сигнал проміжної частоти (частота якого залишається фіксованою у всьому діапазоні зміни частот вимірювальних сигналів, що випромінюються антеною 9). Сигнал фіксованої проміжної частоти виділяється вибірковим підсилювачем 19 і подається на перший вхід синхронного амплітудного детектора 21, на другий вхід якого подається сигнал такої ж частоти, який отримується з подільника частоти 20 сигналу опорної частоти. На виході синхронного амплітудного детектора 21 за допомогою фільтра 22 отримується сигнал постійної напруги, значення якої буде пропорційне амплітуді та фазі вимірювального сигналу. Отриманий сигнал постійної напруги з фільтра нижніх частот 22 перетворюється в код за допомогою аналого-цифрового перетворювача 23, керованого другим мікроконтролером 17, запуск якого синхронізується з допомогою другого модуля GPS 14, подається на цифрові входи порта другого мікроконтролера 17. Оскільки сигнал пропорційний амплітуді та фазі, то для вимірювання амплітуди цього сигналу за допомогою програми мікроконтролера виконується підстроювання по фазі другого синтезатора 16 доки на виході фільтра нижніх частот 22 не буде максимальна амплітуда сигналу. При цьому значення коду на виході аналого-цифрового перетворювача 23 буде відповідати амплітуді сигналу, а значення коду підстроювання фази другого синтезатора 16, яке забезпечується другим мікроконтролером 17, при якому наступив максимум амплітуди, буде відповідати 50747 6 зсуву фаз вимірювального сигналу. Оскільки швидкість розповсюдження у повітряному просторі опорного сигналу значно вища, ніж швидкість розповсюдження вимірювального сигналу в земній корі, то зсувом фази опорного сигналу можна знехтувати або скорегувати використовуючи данні отримані модулями GPS 3 і 14, та розрахувати відстань між модулями і знаючи швидкість розповсюдження радіохвилі у повітряному просторі розрахувати затримку опорного сигналу. Таким чином система вимірювання, що пропонується, являється багатофункціональною та дозволяє виконувати вимірювання зміни амплітуд і фаз сигналів в земній корі на покроково-змінюємих різних частотах між рознесеними в просторі точками, причому фактично буде реалізовуватись найбільш точний у вимірювальній техніці компенсаційний метод вимірювання фази сигналу, притому без використання безпосередньо фазометра. Все це можливо завдяки тому, що для першого 6 та другого 16 синтезаторів частоти використовується один спільний опорний генератор 4, і отримуємо фактично когерентні сигнали різних частот з обох синтезаторів. Особливо слід відзначити, що запропонований пристрій має підвищену завадостійкість завдяки тому, що вимірювальній сигнал постійної напруги, який отримується на виході синхронного амплітудного детектора, буде пропорційний параметрам (амплітуді і фазі) тільки першої гармоніки вимірювального сигналу отриманого антеною 11, бо на вхід синхронного амплітудного детектора з подільника частоти 20 подається синусоїдальний сигнал. Крім того пристрій може мати підвищену чутливість а також завадостійкість завдяки тому, що підсилення прийнятого сигналу виконується фактично на фіксованій частоті за допомогою вузько смугового підсилювача проміжної частоти 19, який в цьому випадку може мати великий коефіцієнт підсилення і дуже малий рівень шумів. Слід також відзначити, що прецизійне вимірювання фази прийнятого сигналу виконується фактично без використання окремого дорогого приладу - фазометра, тому що, як було сказано вище, результат вимірювання зсуву фаз отримується як побічний продукт при вимірюванні амплітуди. Це значно спрощує апаратурну реалізацію пристрою, зменшує габарити і енергоспоживання, що в свою чергу робить пристрій мобільним. В якості синтезаторів частоти можуть бути використані наприклад: мікросхеми AD9834, що реалізують метод DDS, і можуть генерувати сигнали в діапазоні частот від 0 до 50Мгц з можливістю зміни не тільки частоти, але й початкової фази сигналу з дуже малим дискретом по командам мікроконтролерів. 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 50747 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601