Устройство для поиска волновых предвестников землетрясений

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик п 1)949597(И) М.Кп.зС 01 Ч 3/00// 6 01 т 11/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОИСКА ВОЛНОВЫХ ПРЕДВЕСТНИКОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ Изобретение относится к устройствам для поиска волновых (электромагнитных, сейсмических) предвестников землетрясений. 5В комплексе геофизических, геохимических, геодезических и других методов один из наиболее перспективных - прогнозирование землетрясений по пространственно-временным вариациям параметров волновых процессов, сопутствующих подготовке землетрясения. В частности, известно явление появления аномального высокочастотного электромагнитного излучения в диапазоне радиоволн в период подготовки и развития сейсмической активности 1.3. В горных породах в условиях их ес" тественного залегания происходят механоэлектрические преобразования, вызывающие появление свободных электрических зарядов, возникновение разности потенциалов (появление высоких электрических полей в земной коре, атмосфере, уменьшение электрического сопротивления пород особенно сильное 125 в эпицентральной зоне), возникновение электрических токов в земле. Трещкнообраэование в процессе подготовки землетрясения сопровождается возникновением высокочастотного электромагнитного излучения, имеющего импульсный характер, что указывает на целесообразность его изучения в широком диапазоне радиочастот 12Известны устройства для поиска электромагнитных предвестников землетрясений, содержащие приемный датчик-антенну, тракты селективного усиления, детектор и регистратор 13). Аналогичные блоки содержат и устройства, предназначенные для регистрации высокочастотных сейсмических шумов, применяевие для различных целей, в том числе для исследования геодинамических процессов 41Недостатком укаэанных устройств является их сложность, а также отсутствие автоматической калибровки приемно-регистрирующих трактов.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для поиска волновых предвестников землетрясений, содержащее несколько измерительных каналов, соединенных с многоканальным регистратором, каждый из которых содержит приемный датчик и блок частотной селекции, настроенный на заданную частоту и выполненный в виде резонансного усилителя, резонансный контуркоторого содержит реактивные элементы, соединенные с умножителем добротности. В датчике наводится электродвижущая сила (ЭДС), пропорциональная напряженности поля вокруг датчика. Для измерения ЭДС датчика сигнал с антенны-датчика по фидеру подается на вход блока частотной селекции, где он усиливается и детектируется и затем регистрируется самописцем. Для определения абсолютных значений наведенной ЭДС и для провер. ки стабильной работы аппаратуры на вход устройства подается калибровочный сигнал со стандартного генератора Г 4-ЗА. Калибровка устройства на разных частотах осуществляется ручной перестройкой частоты генератора Г 4-ЗА. В качестве информационного параметра в данной методике измерений определяется интенсивность естественного излучения. Интенсивность оценивается по огибающей амплитуде сигнала, по квазипиковому значению напряженности поля и частоте импульсов при заранее выбранной чувствительности приемной системы за фиксированный промежуток времени (53.сК недостаткам известного устройства относится то, что для проведения калибровки в устройство введен ЗО специальный блок (стандартный генератор),что усложняет конструкцию.Кроме того, в случае использования Нескольких трактов узкополосного усиления, настроенных на различные 35 резонансные частоты, проведение операции калибровки достаточно сложно вследствие необходимости перестройки блока калибровки по частоте. Это затрудняет автоматизацию.операции калибровки.Цель изобретения - упрощение устройства.Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для 45 поиска волновых предвестников землетрясений, содержащем несколько измерительных каналов, соединенных с регистратором, каждый из которых содержит последовательно соединенные приемный датчик и блок частотной селекции, настроенный на заданную частоту и выполненный в виде резонансного усилителя, резонансный контур которого содержит реактивные элементы, соединенные с умножителем добротности, выход каждого блока час- тотАй селекции через ключ и делитель напряжения связан с приемным датчиком соседнего измерительного канала. 60При этом в каждом блоке частотной селекции реактивный элемент и умно- житель добротности содержат. последовательно соединенные дополнительные реактивные элементы,. входы и выходы 65 каждого иэ которых соединены ключамиТакое конструктивное выполнение позволяет использовать каждый изблоков частотной селекции для калибровки соседнего канала, настроенного на более низкую усиливаемую резонансную частоту, чем усиливаемая резонансная частота данного блока, используемого для калибровки, и частота генерации которого совпадает с усиливаемой резонансной частотой соседнего более низкочастотного измерительного канала.На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.Устройство. содержит и приемных датчиков 1-1,1-21-п, т.е. иприемных антенн (и - количество поддиапазонов, перекрывающих регистрируемый диапазон частот), п блоков 2-1,2-22-п частотной селекции, каждый из которых настроен на центральную частоту полосы пропускания соответствующей антенны, и многоканальный регистратор 3, входы которого присоединены к выходу каждого из блоков 2-1,2-22-п. Каждый из приемных датчиков 1-1,1-21-п выполнен таким образом, что его полоса пропускания находится в пределах выбранного поддиапазона частот,т.е. каждый из приемников осуществляет частотную селекцию сигнала в пределах заданного поддиапазона частот. Блоки 2-1,2-22-п частотной селекции предназначены для частотной селекции сигнала в пределах выбранного поддиапазона частот.Каждый из блоков 2-1,2-2, ,2-и содержит резонансный усилитель., выполненный на активных элементах 4-1,4-24-п, например транзисторах, соединенных с реактивным элементом (индуктивностями 5-1,5-25-п).Каждая из индуктивностей имеет отводот части витков, например от середины обмотки, присоединенный к коммутирующему ключу (ключи 6-1,6,2 6-п), замыкающему часть, витков обмотки на шину питания. На индуктивностях 7-1,7-27-п и лямда-диодах 8-1,8-2 .8-и (5) выполнены умно- жители добротности резонансных каскадов. Каждая из индуктивностей 7-1,7-27-п также имеет отвод отчасти витков, присоединенный к ключу (ключи 9-1,9-29-п), эакорачивающему часть витков обмотки индуктивности на шину питания. Выход каждого резонансного каскада присоединен к каскаду дополнительного усиления и согласования с кабелем (каскады 10-1,10-210-п). Каждый из каскадов 10-1,10-210-п имеетэлектрическую связь с регистратором 3, в качестве которого использован, например, многодорожечный аппаратмагнитной записи. Кроме того, каждыйиз блоков 2-1,2-22-п частотнойселекции через ключи 11-2,11-311-и и делители 12-2,12-312-пнапряжения имеет электрическую связьс приемным датчиком соседнего канала: выход блока 2-1 через ключи 11-2и делитель 12-2 присоединен к приемному датчику 1-2, выход блока 2-2электрически связан с приемным датчиком,1-3 (не показан) и т.д. и 10выход блока 2-(и) (не показан) электрически связан с приемным датчиком1-пДатчик 1-1 и блок 2-1 частотной.селекции настроены на самую высокуючастоту контролируемого диапазоначастот, датчик 1-2 и блок 2-2 - начастоту в два раза меньшую, чем резонансная частота более высокочастотного канала (датчики 1-1 и селективный блок 2-1) и т.д. Так, напри 20мер, если контролируемый диапазонлежит в пределах от 1 кГц до 10 мГц,следующий соседний канал настроенна частоту 5 мГц и т.д.Устройство работает следующим образом.Приемные датчики 1-1,1-21-иразмещаются в приповерхностной зонеземной коры (в одной или несколькихскважинах, в штольне и т.п.), В про- ЗО,цеосе работы устройства периодически осуществляются две операции: калибровка и измерение (при измеренииприемные датчики регистрируют естественное импульсное электромагнитное 35излучение Земли).Калибровка проводится в два этапа. На первом этапе проводится калибровка всех четных усилительныхблоков 2-2,2-4,2-6,; в этом слу рчае все нечетные блоки 2-1,2-3,2-5,служат в качестве калибровочныхгенераторов, вырабатывающих определенное напряжение известной амплитуды и частоты. На втором этапе проводится калибровка нечетных усилительных блоков (кроме первого): 2-3,2-5,2-7 при этом все четныеблоки 2-2, 2-4, 2-6.. работают врежиме калибровочных генераторов.При калибровке четных усилительных блоков 2-2,2-4,2-6 ключи 6-1,6-3,6-5, и ключи 9-1,9-3.,9-5,разомкнуты, а ключи 11-2,11-4,11-6,замкнуты, В этом случае в резонансные контуры нечетных блоков 2-.1,2-3,2-5,вносится отрицательное сопротивление (за счет дополнительныхвитков индуктивностей 7-1,7-3,7-5обеспечивающее возникновение режимагенерации блоков 2-1,2-3,2-5 60Частота генерации определяется количеством дополнительных витков, подключенных к индуктивностям 5-1,5-3,5-5, (витков, незакороченных ключами 6-1,6-3,6-5,). Количество 65 дополнительных витков выбирается таким образом, чтобы частота генерации была в два раза ниже, чем резонансная частота этого же блока, работающего в режиме усиления (вместо увеличения числа витков параллельно индуктивности 5-1,5-3,5-5 может быть подключена емкость, обеспечивающая генерацию соответствующего блока). С выхода каждого из блоков 2-1, 2-3, 2-5, напряжение известной амплитуды и определенной частоты поступает через соответствуююие ключи 11-2, 11-4,11-6, и делители 12-2, 12-4,12-6, напряжения, на приемные датчики 1-2,1-4,1-6,обеспечивая тем самым калибровку соответствующих блоков. Параметры калибровочных сигналов записываются соответствующиМи каналами регистратора 3.Калибровка нечетных усйлительных блоков 2-3,2-5,2-7, аналогична калибровке четных блоков, но в этом случае ключи 6-2, 6-4, 6-6, и ключи 9-2, 9-4,9-6,.. разомкнуты, а ключи 11-3,11-5,11-7, замкнуты, чем обеспечиваетя подача калибровочных напряжений на входы блоков 2-3, 2-5,2-7,При измерении ключи 6-1, 6-2, 6-3 б-и и ключи 9-1, 9-2, Э.-5 9-и замкнуты, а ключи 11-2, 11-311-п разомкнуты. В этом случае в резонансный контур каждого из блоков 2-1, 2-2, 2-3 2-и вносится отрицательное сопротивление, обеспечивающее умножение добротности соответствующего резонансного контура, и каждый из блоков 2-1, 2-2, 2-3 2-и обеспечивает усиление сигналов, поступающих с приемных датчиков 1-1, 1-2, 1-31-п. Напряжение сигналов каждого из каналов узкополосного усиления записывается регистратором 3.Операции калибровки и измерения осуществляются автоматически через определенные интервалы времени, задаваемые программирующим блоком (не показан).В предлагаемом устройстве одни и те же блоки выполняют роль как калибраторов, так и узкополосных усилителей. Действительно, на первом этапе калибровки половина блоков частотной селекции работает в качестве генераторов, выдающих напряжение рпределенной частоты с калиброванной (известной) амплитудой, использующееся для калибровки другой половины блоков частотной селекции, работающих в режиме узкополосного усиления. На втором этапе калибровки - наоборот, другая половина этих блоков используется для калибровки первой половины блоков частотной селекции. Такое техническое решениеупрощает конструкцию и дает возможность автоматизировать процесс калибровки.. "В предлагаемом устройстве по сравнению с известным количество=. активных схемных элементов (транзисторы, микросхемы и т,п.) может быть уменьшена не менее, чем в 10 раэ, Это позволяет также повысить надежность работы устройства, что особенно существенно при долговременной 10 непрерывной работе его в полевых условиях. Кроме того, применение умножителей добротности в данном уст-; ройстве позволяет получить высокие технические параметры низкочастот ных узкополосных трактов. формула изобретения201. Устройство для поиска волновых предвестников землетрясений, содержащее несколько измерительных каналов, соединенных с многоканальным регистратором, каждый из которых содер" 25 жит последовательно соединенные приемный датчик и блок частотной се-лекции, настроенный на заданную частоту и выполненный в виде резонансного усилителя, резонансный контур которого содержит реактивные элементы, соединеннье с умножителем добротности, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, выход каждого блока частотной селекции через ключ и делитель напряжения связан с приемным датчиком соседнего измерительного канала.2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в каждомблоке частотной селекции реактивныйэлемент и умножитель добротности содержат последовательно соединеныедополнительные реактивные элементы,входы и выходы каждого из которыхсоединены ключами.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Садовский М.А., Соболев Г.М.,Мигунов Н.И. Изменения естественногоизлучения радиоволн при сильномземлетрясении в Карпатах. ДокладыАН СССР, 1979, т.244, У 2, с.316319.2. Гохберг М.Б., Горбунов В.А.,Аронов Е.Л. О высокочастотном электромагнитном излучении при сейсмической активности. Доклады АН СССР,1979, т.248, 9 5, с.1077-1081.3. Рыкунов Л.Н., Хаврошкина О.Б.,Цыплаков В.В. Временные вариациисейсмических шумов. Известия АН УССР.Сер. ффизика Земли", 1979, 9 11,с.72-.77.4. Султанходжаев А.Н. и др. Гидросейсмологические исследования в Восточной Фергане. Ташкент, "Фан", 1978,с.178-182.5. Кузнецов А.Н., Барышев В.И.Узкополосный усилитель слабых сигналов для измерения частоты. - "Измерительная техника", 1979, Р 8, с.53-54949597Составитель Л.Воскобойников едактор л.филь техред С.Мигуновакорректор О.Бил аз 5744/36 Тираж 717 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патентф, г.ужгород, уд.Проектная,4