Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Система електромагнітного зондування земної кори, яка містить два модулі - передавальний та приймальний, причому передавальний модуль містить випромінюючу антену, з'єднану через підсилювач потужності з виходом першого синтезатора частоти, управляючі входи якого з'єднані з виходами першого мікроконтролера, на вхід якого підключений перший модуль GPS, a прийомний модуль містить вимірювальну антену, з'єднану з першим входом перетворювача, другий вхід якого з'єднаний з виходом другого синтезатора частоти, а вихід перетворювача підключений до першого входу синхронного амплітудного детектора, до другого входу якого підключений вихід формувача-дільника частоти, а вихід синхронного амплітудного детектора через фільтр нижніх частот підключений до входу аналого-цифрового перетворювача, цифрові виходи якого підключені до входів другого мікроконтролера, причому виходи другого мікроконтролера підключені до входів керування другого синтезатора частоти, крім того другий мікроконтролер з'єднаний з персональним комп'ютером, до якого підключений другий модуль GPS, a також з'єднаний із входом синхронізації аналого-цифрового перетворювача, яка відрізняється тим, що передавальний модуль додатково містить перший помножувач частоти синхроімпульсів, вихід якого підключений до входу опорного сигналу першого синтезатора частоти, а вхід з'єднаний з виходом синхроімпульсів першого модуля GPS, а приймальний модуль додатково містить другий помножувач частоти синхроімпульсів, вихід якого підключений до входу опорного сигналу другого синтезатора частоти, а також до входу формувача-дільника частоти, а вхід з'єднаний з виходом синхроімпульсів другого модуля GPS, причому входи керування першого помножувача частоти підключені до виходів першого мікроконтролера, а входи керування другого помножувача частоти підключені до виходів другого мікроконтролера.

Текст

Реферат: Система електромагнітного зондування земної кори належить до безконтактного пошуку наявних неоднорідностей шляхом вимірювання амплітуди та фази електромагнітної хвилі зумовленої неоднорідностями масиву, що досліджується, та може бути використана для пошуку рідких, газоподібних та твердих корисних копалин. Система містить два модулі - передавальний та приймальний, випромінюючу та вимірювальну антени, підсилювач потужності, синтезатори частоти, мікроконтролери, модулі GPS, перетворювач, синхронний амплітудний детектор, формувач-дільник частоти, фільтр нижніх частот, аналого-цифровий перетворювач, персональний комп'ютер. Передавальний модуль додатково містить перший помножувач частоти синхроімпульсів, вихід якого підключений до входу опорного сигналу першого синтезатора частоти, а вхід з'єднаний з виходом синхроімпульсів першого модуля GPS. Приймальний модуль додатково містить другий помножувач частоти синхроімпульсів, вихід якого підключений до входу опорного сигналу другого синтезатора частоти, а також до входу формувача-дільника частоти, а вхід з'єднаний з виходом синхроімпульсів другого модуля GPS. Входи керування першого помножувача частоти підключені до виходів першого мікроконтролера, а входи керування другого помножувача частоти підключені до виходів другого мікроконтролера. Технічним результатом є підвищення точності та завадостійкості вимірювання, що спрощує апаратурну реалізацію пристрою та зменшує габарити і енергоспоживання. UA 98689 C2 (12) UA 98689 C2 UA 98689 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до безконтактного пошуку наявних неоднорідностей шляхом вимірювання амплітуди та фази електромагнітної хвилі, зумовленої неоднорідностями земної кори, що досліджується, та може бути використана для пошуку рідких, газоподібних та твердих корисних копалин. Найбільш близьке до запропонованого за сукупністю ознак є пристрій для пошуку неоднорідностей в земній корі [корисна модель №45905 МПК (2009) G 01 V 3/10], який містить випромінювальну та вимірювальну антени, перетворювач, з'єднаний першим входом з вимірювальною антеною, блок формування двох сигналів з постійною різницею частот. Причому частина блоку формування двох сигналів з постійною різницею частот знаходиться в передавальному модулі, а частина в приймальному. Перша частина блоку 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 випромінювальною антеною через перший підсилювач потужності, а 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 частоти через другий підсилювач потужності підключений до випромінювальної антени опорного сигналу, другу частину блока формування двох сигналів з постійною різницею частот, що міститься в приймальному модулі, включає в себе другий синтезатор частоти, опорний вхід якого з'єднано з приймальною антеною опорного сигналу через попередній підсилювач, а вихід підключений до другого входу перетворювача, вхід керування підключений до другого мікроконтролера, при цьому другий синтезатор частоти виконаний з можливістю зміни початкової фази вихідного сигналу. Вадами даного обладнання є те, що воно має низьку точність та завадостійкість за рахунок використання в передавальному та приймальному модулях окремих блоків для формування опорного сигналу, таких як генератора опорної частоти, двох додаткових антен, попереднього підсилювача та підсилювача потужності, рівень нестабільності фазочастотних характеристик і шумів яких вносять значний вклад в похибку роботи системи. Крім того, опорний сигнал при випромінюванні між антенами, передається з деякими затримками, які потрібно постійно компенсувати в приймальному модулі. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення пристрою для пошуку неоднорідностей в земній корі, в якому, шляхом зміни структурної схеми досягають підвищення точності та завадостійкості вимірювання при спрощенні апаратної частини за рахунок використання новітніх технологій. Поставлена задача вирішується тим, що система електромагнітного зондування земної кори, яка містить два модулі - передавальний та приймальний, причому передавальний містить випромінюючу антену, з'єднану через підсилювач потужності з виходом першого синтезатора частоти, управляючі входи якого з'єднані з виходами першого мікроконтролера, до входів якого підключений перший модуль GPS, a прийомний модуль містить вимірювальну антену, з'єднану з першим входом перетворювача, другий вхід якого з'єднаний з виходом другого синтезатора частоти, а вихід перетворювача підключений до першого входу синхронного амплітудного детектора, до другого входу якого підключений вихід формувачадільника частоти, а вихід синхронного амплітудного детектора через фільтр нижніх частот підключений до входу аналого-цифрового перетворювача, цифрові виходи якого підключені до входів другого мікроконтролера, причому виходи другого мікроконтролера підключені до входів керування другого синтезатора частоти, крім того другий мікроконтролер з'єднаний з персональним комп'ютером, до якого підключений другий модуль GPS, а також з'єднаний із входом синхронізації аналого-цифрового перетворювача, яка відрізняється тим, що передавальний модуль містить перший помножувач частоти синхроімпульсів, вихід якого підключений до входу опорного сигналу першого синтезатора частоти, а вхід з'єднаний з виходом синхроімпульсів першого модуля GPS, а приймальний модуль містить другий помножувач частоти синхроімпульсів, вихід якого підключений до входу опорного сигналу другого синтезатора частоти, а також до входу формувача-дільника частоти, а вхід з'єднаний з виходом синхроімпульсів другого модуля GPS, причому входи керування першого помножувача частоти підключені до других виходів першого мікроконтролера, а входи керування другого помножувача частоти підключені до других виходів другого мікроконтролера. Сутність винаходу пояснюється креслеником, де зображена структурна схема системи електромагнітного зондування земної кори. Структурна схема містить передавальний і приймальний модулі 1 і 2, в яких формування двох когерентних синусоїдальних сигналів виконується на базі двох помножувачів синхроімпульсів 5 і 11 (керованих за допомогою мікроконтролерів 4 і 12), входи синхронізації 1 UA 98689 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 яких підключені до модулів GPS 3 і 10 відповідно. Виходи помножувачів синхроімпульсів з'єднані з входами опорного сигналу синтезаторів частоти 6 і 15 відповідно, входи керування яких підключені до мікроконтролерів 4 та 12. Вихід синтезатора частоти 6 підключений до входу підсилювача потужності 7, до виходу якого підключена випромінювальна антена 8. Вихід синтезатора частоти 15 підключено до другого входу перетворювача частоти 14, перший вхід якого з'єднаний з приймальною антеною 9. Вихід перетворювача 14 підключений до одного із входів синхронного амплітудного детектора 18, другий вхід якого підключений до виходу формувача-дільника частоти синусоїдального сигналу 16, вхід якого з'єднаний з виходом помножувача частоти синхроімпульсів 11. Вихід синхронного амплітудного детектора 18 підключений через фільтр нижніх частот 19 до аналогового входу аналого-цифрового перетворювача 17, цифрові виходи якого підключені до входів мікроконтролера 12, причому вхід керування аналого-цифрового перетворювача 17 також з'єднаний з мікроконтролером 12. Система працює наступним чином. Модулі GPS 3 і 10 подають синхроімпульси (PPS сигнали (Pulse Per Second)) на синхровходи помножувачів 5 та 11, з виходів яких отримуються фактично два когерентні сигнали. З помножувача синхроімпульсів 5 сигнал поступає на вхід синтезатора частоти 6. З синтезатора частоти 6 сигнал, заданої мікроконтролером 4 частоти, через підсилювач потужності 7 подається на випромінювальну антену 8. Випромінювальний сигнал створює в навколишньому просторі електромагнітне поле. Це поле, проходячи через структуру земної кори, індукує в ній вихрові струми, які, у свою чергу, створюють вторинне електромагнітне поле, амплітуда і фазовий зсув якого залежить як від електричних властивостей землі, так і від наявних у ній неоднорідностей. Вторинне електромагнітне поле приймається вимірювальною антеною 9, сигнал з якої поступає на перетворювач частоти 14. На другий вхід цього ж перетворювача 14 поступає сигнал з синтезатора частоти 15, заданої мікроконтролером 12, (при чому різниця між значеннями частот з синтезаторів 15 і 6 завжди фіксована). На вхід синтезатора частоти 15 подається сигнал з помножувача синхроімпульсів 11. Момент зміни частот синтезаторів 6 та 15 визначається мікроконтролерами 4 і 12 відповідно, завдяки модулям GPS 3 та 10. Перетворювач 14 виділяє сигнал проміжної частоти (частота якого залишається постійною у всьому діапазоні зміни сітки частот сигналів, що випромінюються антеною 8), який подається на перший вхід синхронного амплітудного детектора 18, на другий вхід якого подається синусоїдальний сигнал такої ж частоти, який надходить з формувача-дільника частоти 16. На виході синхронного амплітудного детектора 18 за допомогою фільтра 19 отримуємо сигнал постійної напруги, значення якої буде пропорційне амплітуді та фазі вимірювального синусоїдального сигналу. Отриманий аналоговий сигнал постійної напруги з фільтра 19 перетворюється в цифровий за допомогою аналого-цифрового перетворювача 17, керованого мікроконтролером 12 і подається на його цифровий вхід. Оскільки сигнал пропорційний амплітуді та фазі, то для вимірювання амплітуди цього сигналу за допомогою програми мікроконтролера виконується підстройка по фазі синтезатора частоти 15 доки на виході фільтра 19 не буде максимальна амплітуда сигналу. При цьому значення коду на виході аналогоцифрового перетворювача 17 буде відповідати амплітуді сигналу, а значення коду підстройки фази синтезатора 15, яке забезпечується мікроконтролером 12, при якому наступив максимум амплітуди, буде відповідати зсуву фаз вимірювального сигналу. Таким чином фактично буде реалізовуватись найбільш точний у вимірювальній техніці компенсаційний метод вимірювання різниці фаз, при чому без використання окремого фазометра. Все це можливо завдяки тому, що для першого 6 та другого 15 синтезаторів частоти використовуються опорні сигнали з генераторів-помножувачів тактових імпульсів 5 та 11, які являються когерентними - співпадають по фазі та частоті. Особливо слід відзначити, що запропонований пристрій має підвищену завадостійкість завдяки тому, що вимірювальний сигнал постійної напруги, який отримується на виході синхронного амплітудного детектора 18 буде пропорційний тільки першій гармоніці вимірювального сигналу отриманого антеною 9, бо на вхід синхронного амплітудного детектора з формувача-дільника частоти 16 подається синусоїдальний сигнал. Слід також відзначити, що прецизійне вимірювання зсуву фази прийнятого сигналу виконується фактично без використання окремого дорогого приладу – фазометра, тому-що, як було сказано вище, результат вимірювання зсуву фаз отримуємо як побічний продукт при вимірюванні амплітуди. А також використання помножувачів синхроімпульсів, синхронізованих модулями GPS, як опорного сигналу синтезаторів частоти. Це значно підвищує точність вимірювання та спрощує апаратурну реалізацію системи, зменшує габарити і енергоспоживання, що в свою чергу робить пристрій мобільним. Як помножувачі синхроімпульсів можуть бути використані мікросхеми AD9548, на входи яких поступають PPS 2 UA 98689 C2 сигнали з модулів GPS і які можуть генерувати сигнали в діапазоні частот від 0 до 100 Мгц по командам мікроконтролерів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 Система електромагнітного зондування земної кори, яка містить два модулі - передавальний та приймальний, причому передавальний модуль містить випромінюючу антену, з'єднану через підсилювач потужності з виходом першого синтезатора частоти, управляючі входи якого з'єднані з виходами першого мікроконтролера, на вхід якого підключений перший модуль GPS, a прийомний модуль містить вимірювальну антену, з'єднану з першим входом перетворювача, другий вхід якого з'єднаний з виходом другого синтезатора частоти, а вихід перетворювача підключений до першого входу синхронного амплітудного детектора, до другого входу якого підключений вихід формувача-дільника частоти, а вихід синхронного амплітудного детектора через фільтр нижніх частот підключений до входу аналого-цифрового перетворювача, цифрові виходи якого підключені до входів другого мікроконтролера, причому виходи другого мікроконтролера підключені до входів керування другого синтезатора частоти, крім того другий мікроконтролер з'єднаний з персональним комп'ютером, до якого підключений другий модуль GPS, a також з'єднаний із входом синхронізації аналого-цифрового перетворювача, яка відрізняється тим, що передавальний модуль додатково містить перший помножувач частоти синхроімпульсів, вихід якого підключений до входу опорного сигналу першого синтезатора частоти, а вхід з'єднаний з виходом синхроімпульсів першого модуля GPS, а приймальний модуль додатково містить другий помножувач частоти синхроімпульсів, вихід якого підключений до входу опорного сигналу другого синтезатора частоти, а також до входу формувача-дільника частоти, а вхід з'єднаний з виходом синхроімпульсів другого модуля GPS, причому входи керування першого помножувача частоти підключені до виходів першого мікроконтролера, а входи керування другого помножувача частоти підключені до виходів другого мікроконтролера. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

System for electromagnetic sounding of earth's crust

Автори англійською

Bazhenov Viktor Hryhorovych, Yakymchuk Mykola Andriiovych, Khudetskyi Mykhailo Vasyliovych

Назва патенту російською

Система электромагнитного зондирования земной коры

Автори російською

Баженов Виктор Григорьевич, Якимчук Николай Андреевич, Худецкий Михаил Васильевич

МПК / Мітки

МПК: G01V 3/12, G01V 3/10

Мітки: зондування, корі, земної, система, електромагнітного

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/5-98689-sistema-elektromagnitnogo-zonduvannya-zemno-kori.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Система електромагнітного зондування земної кори</a>

Подібні патенти