Устройство для моделирования электромагнитной индукции

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 01.04. 81 (21) 3267197/18-24 11 М,Кп,с присоединением заявки М С 06 6 7/48 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 30,1082. Бюллетень Мо 40 Дата опубликования описания 30,10.82(72) Авторы изобретен хани атеМатйкс(71) Заявитель блем итут прикладн АН(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ 25 Изобретение относится к электрическому моделированию и может быть использовано в геофизике при решении задач электрораэведки.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 ( приемные электромагнитные диполи), частотный преобразователь и развяэочные линии передачи, например, трансформаторные или оптические, осуществляющие гальваническую развязку с приемно-регистри-. рующим прибором 1 ).Наиболее близким по технической сущности к изобретению является моделирующее устройство; также содержащее ванну с электролитом и моделями, возбуждающий генератор с антенной системой, измерительный. зонд, частотный преобразователь, гетеродин и формирователь гетеро" динного напряжения2).Известные моделирующие устройства с удовлетворительной точностью работают до частот 5-10 мГц, так как существующие измерительные зонды моделирующих устройств не обеспечивают достаточной точности из-эа остаточного антенного эффекта (синфазной составляющей помех, возбуждаемых электромагнитным полем), обусловленного соединительными проводами и переключателем приемных диполей, кото" рые соединяют их с частотным преобразователем. Длина соединительных проводов достаточна, чтобы паразитная наводка от электромагнитных полей на высокой частоте была ощутимой. При тщательной развязке измерительного зонда от приемно-регистри" рующих приборов, например, с помощью передачи по световоду оптических сигналов экспериментально было установлено, что антенный эффект возникает только на вышеупомянутом участке. Диаграмма направленности приемных Электромагнитных диполей на повышенных частотах поэтому искажается и это искажение тем значительнее, чем меньше габариты приемных диполей. Этим обуславливается неточность измерения составляющих электромагнитного поля.Большие габариты моделирующих ванн (4 4 метра) известных устройств, 970395а следовательно, и большие габариты моделей геоэлектрических структуртакже создают трудности при решении ряда трехмерных задач. В основном эти трудности связаны с изготовлением крупных моделей, тяжелых по ве су, и установлением их в ванну. 1 а,кое устройство непередвижное. Что.бы уменьшить линейные размеры ванны, например, в два раза, необходимо для обеспечения того же частотного перекрытия при соблюдении коэффйциентов подобия повысить частотный диапазон устройства в четыре раза1 0 У(1=1 , где ). - длина волны в электролите, Г - частота электромаг-нитного поля, р- удельное сопротивление электролита). Для соблюдения линейной разрешающей способности размеры приемных диполей должны Щ быть во столько же уменьшены. Поэто" му очень актуальной задачей остается уменьшение помех на высокочастотном крае диапазона.Цель изобретения - повьпдение точности моделирования на повышенных частотах.Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем электролитическую ванну, гене- ЗО ратор однородного эле(;громагнитного поля, излучающую антенну, гетеродин, блок задания порядка включения элект.ромагнитных диполей, измерительный блок, три линии передачи и измЕритель-. З 5 ный зонд, первый вход которого подключен через первую линию передачи к выходу гетеродина, второй вход через вторую линию передачи - к выходу блока задания порядка включения 4 О электромагнитных диполей, а выход через третью линию передачи - к входу измерительного блока, причем, изМерительный зонд содержит приемные электромагнитные диполи, вклюЧенные к входам состветствующих усилителей- преобразователей промежуточной частоты и формирователь гетеродинного напряжений, выход которого подключен к объединенным входам усилителей-преобразователей промежуточной частоты, а вход является первым 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 электромагнитных диполей и в измерительный зонд введены временной селектор и 60 фильтр промежуточной частоты, вход которого соединен с объединенными выходами усилителей-преобразователей промежуточной частоты, а выход является выходом измерительного зонда, 65 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 уст" ройства для моделирования электромагнитной индукции; на Фиг,2 - функциональная схема измерительного зонда.Устройство содержит электролитическую ванну 1 с моделями, генератор 2 однородного электромагнитного поля, излучающую антенну 3, измерительный зонд 4, электромагнитные диполи 5-7 трехкомпонентные (Н, Н, Н), катушки которых имеют взаимно перпендикулярную намотку на кубической иэоля" ционной основе, электромагнитные диполи 8 и 9 двухкомпонентные (Е и Е), усилители-преобразователи 10-14 промежуточной частоты, Фильтр 15.промежуточной частоты, светодиод 16, световод 17, Фотодиод 18 измерительный блок 19, формирователь 20 гетеродиннаго напряжения, фотодиод 21, световод 22, светодиод 23, гетеродин 24, временной селектор 25, Фо-тодиод 26, световод 27, светодиод 28, блок 29 задания порядка включения электромагнитных диполей .Устройство работает следующим образом.Электромагнитное поле, создава.- емое 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 19Для обеспечения режима преобразования частоты преобразователей 10-14 в диагональ балансной схема от формирователя 20 гетеродинного напряжения поступает напряжение гетеродина 24. Частота гетеродинного колебания задается внешним гете- родином 24, колебание которого с помощью светодиода 23 преобразуется в световое излучение, которое по световоду 22 поступает на фото- диод 21, где преобразуется опятьв электрический сигнал, который в формирователе 20 принимает стандартный уровень.Последовательность работы усилите" лей-преобразователей 10-14 промежуточной частоты задается включающими импульсами, поступающими от временного селектора 25, которые в определенном порядке открывают базово-эмиттерные переходы транзисторов усилителей-преобразователей промежуточной частоты, тем саьым осу ществляя последовательный опрос каждого измерительного канала.Электромагнитные диполи и усилители-преобразователи 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 измерительный зонд 4.Фильтр 15 промежуточной частоты, аналогично известным устройствам, содержит симметричный резонансный ЬС -контур 30 и дополнительный активный низкочастотный ВС-фильтр 31, улучшающий согласование его со светоциодом 16.Формирователь 20 гетеродинного напряжения состоит из фотоусилителя 32 и ограничителя 33, Вход Фотоусилителя соединен с фотодиодом 21, а выход с ограничителем, где гетеродинное 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 .Фотоусилителем 34 временного селектора 25 импульсы поступают на трехразрядный счетчиковый делитель 35, где устанавливают его в заданное состояние. С помощью дешифратора 36 состояние триггеров счетчика преобразуется в 8-разрядный параллельный код с пятью независиьыми линейными выходами. Одновременно на двух и более выходах разрешающий потенциал-импульс не может возникнуть. Неиспользуемые три разряда являются меткой начала или конца цикла переключения частотных преобразователей. Устройство позволяет реализоватьточность измерения электромагнитныхполей до 1 Ъ в диапазоне свыше 35 мГц,упростить моделирование задач в двухполяризациях электромагнитного поля(Е и Н -поляризациях) и тем саьаюмрасширить класс решаеьых задач.Формула изобретения Устройство для моделирования элект-,ромагнитной индукции, содержащееэлектролитическую ванну, генератор.однородного электромагнитного. поля,излучающую антенну, гетеродин, блокзадания порядка включения электро(5 магнитных диполей, измерительныйблок, три линии передачи и измерительный зонд, первый вход которогоподключен через первую линию передачи к выходу гетеродина, второй вход20 через вторую линию передачи - к выходу блока задания порядка вклю.чения электромагнитных динолей,через третью линию передачи - к вхо,ду измерительного блока, причем измерительный зонд содержит приемныеэлектромагнитные диполи, подключенные к входам соответствующих усилителей-преобразователей промежуточной частоты, иФормирователь гетероЗО динного напряжения, выход которогоподключен к объединенным входам усилителей-преобразователей промежуточ.- ной частоты, а вход является первымвходом измерительного зонда, о т 35 л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности моделирования, каждая линия передачи выполнена в виде последовательно соединенных светодиода, световода и Фотоди-.40 ода, а усилители-преобразователи промежуточной частоты измерительногозонда размещены внутри катушек электромагнитных диполей, и в измерительный зонд введены временной селектор45 и фильтр промежуточной частоты, входкоторого соединен с объединеннымивыходами усилителей-преобразователейпромежуточной частоты, а выход является выходом измерительного зонда,5 О при этом вход временного селектораявляется вторым входом измерительного зонда, а выходы подключены к управляющим входам соответствующихусилителей-преобразователей промеу жуточной частотыИсточники. информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 572807, кл, С 06 С 7/48, 1977.2. Авторское свидетельство СССР6 О Р 329537, кл. С 06 С 7/48, 1972 (прототип),