Устройство обнаружения источника микросейсмических волн

НАЦИОНАЛЬНЫИ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь (ВУ)(72) Авторы Мокринский Владимир Валерьевич Воинов Валерий Васильевич Белько Юрий Валерьевич Пальцев Виталий Александрович (ВУ)(73) Патентообладатель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь (ВУ)Устройство обнаружения источника микросейсмических волн, содержащее введенные в грунт первый и второй электроды источник тока, первый полюс которого подключен к первому электроду переменный резистор нагрузки, который подключен ко второму полюсу источника тока и второму электроду регулируемый усилитель, вход которого соединен со вторым полюсом источника тока квадратичный детектор, выход которого соединен с входом интегратора индикатор, вход которого соединен с выходом интегратора,отличающееся тем, что в него включены второй регулируемый усилитель, вход которого соединен со вторым электродом дифференциальный усилитель, первый вход которого соединен с выходом регулируемого усилителя, второй вход соединен с выходом второго регулируемого усилителя, а выход соединен с входом квадратичного детектора.Полезная Модель относится К геофизике, а именно К области исследования физических явлений, происходящих в земной коре, и может быть использована для обнаружения источников микросейсмических волн при проведении инженерной разведки.Известно устройство электрического зондирования земной коры 1, включающее источник постоянного тока, систему электродов, устройство измерения потенциала электродов.Однако известное устройство регистрирует только средние значения потенциалов и не позволяет осуществлять обнаружение малоразмерных импульсных источников микросейсмических волн из-за низкой чувствительности.Известно устройство, реализующее способ предсказания времени наступления землетрясения 2, включающее источник тока, введенные в грунт электроды и устройство измерения мощности щума тока в земной коре.Однако известное устройство отличается низкой чувствительностью, что не позволяет регистрировать микросейсмические волны, создаваемые маломощными источниками.Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому устройству является устройство, реализующее способ измерения Шумов тока резистора 3, содержащее последовательно соединенные малошумящий источник регулируемого напряжения, испь 1 туемь 1 й резистор, переменный малощумящий эталонный резистор, измеритель тока, а также последовательно соединенные предварительный малощумящий усилитель, вход которого подключен к точке соединения резисторов, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, квадратичный детектор и индикатор.Однако в выходном сигнале известного устройства присутствуют щумы источника тока и измерительной цепи, обусловленные присутствием на входе предварительного усилителя постоянной составляющей сигнала, что снижает чувствительность устройства.Задачей полезной модели является повыщение чувствительности устройства.Техническим результатом осуществления полезной модели является повыщение чувствительности устройства в 2-2,5 раза.Для рещения поставленной задачи при осуществлении полезной модели в устройство,содержащее введенные в грунт первый и второй электроды источник тока, первый полюс которого подключен к первому электроду переменный резистор нагрузки, который подключен ко второму полюсу источника тока и второму электроду регулируемый усилитель, вход которого соединен со вторым полюсом источника тока квадратичный детектор, выход которого соединен с входом интегратора индикатор, вход которого соединен с выходом интегратора, включены второй регулируемый усилитель, вход которого соединен со вторым электродом дифференциальный усилитель, первый вход которого соединен с выходом первого регулируемого усилителя, второй вход соединен с выходом второго регулируемого усилителя, а выход соединен с входом квадратичного детектора.На фигуре приведена схема заявляемого устройства.Принцип работы устройства состоит в следующем. При протекании тока по измерительной цепи падения напряжения на сопротивлениях резистора нагрузки и межэлектродного промежутка соответственно равныВ выражениях ( 1) и (2) внутреннее сопротивление источника тока пренебрежимо мало.Проходящая в межэлектродном промежутке микросейсмическая волна вызывает флуктуации сопротивления грунта и, как следствие, флуктуации напряжения на резисторе нагрузки (ПН) и на электродах (ПГ). Эти флуктуации регистрируются в качестве сигнала,свидетельствующего о наличии источника микросейсмических волн. Сигнал регистрируется на фоне естественных Шумов измерительной цепи 4.При использовании источников тока большой мощности среди всех видов Шумов преобладает Шум флуктуации ЭДС источника.Таким образом, величины ПН и ПГ являются случайными. Линеаризация 5 этих величин для малых функций флуктуации дает(кг) КН де дкг где е - среднее значение ЭДС за время наблюдения КГ - среднее значение сопротивления грунта за время наблюденияАЗ, АКГ - МГНОВСННЫС ОТКЛОНСНИЯ ОбСИХ ВСЛИЧИН ОТ СрСДНСГО ЗНЗЧСНИЯ.Подстановка в (3) значений производных при условии 8 8, К Кг приводит кНЗПРЯЖВНИС на ЭЛВКТРОДЗХ ПрИ ТВХ же УСЛОВИЯХ описываются ВЫРЗЖВНИСМПеременный регистр нагрузки устанавливают таким образом, чтобы Кг Кн. ПриНапряжения ПН и Пг усиливают регулируемые усилители 5 и 6 соответственно (фигура), у которых устанавливают одинаковый коэффициент усиления. С выходов регулируемых усилителей напряжения поступают на два входа дифференциального усилителя 7. На выходе дифференциального усилителя действует напряжениегде ос - коэффициент усиления измерительной цепи.Это напряжение поступает на вход квадратичного детектора 8. С выхода квадратичного детектора напряжение поступает на вход интегратора 9, к выходу которого подключен индикатор 10. Последний показывает дисперсию флуктуаций напряжения, пропорцио Пос(ПГП)ос (8)нальную дисперсии флуктуаций сопротивления грунта, вызванных прохождением микросейсмической волны. Таким образом, заявляемое устройство измеряет дисперсию напряжения (8), равнуюГДС Дн - ДИСПСрСИЯ НЗПРЯЖСНИЯ ДЕ - ДИСПВРСИЯ СОПрОТИВЛСНИЯ МСЖЭЛСКТрОДНОГО промежутка.Устройство (прототип), реализующее способ измерения шумов тока резистора 3, регистрирует дисперсию напряжения Пн (6) на эталонном резисторе нагрузки, равную 2 2 г д г дн,Дин 2092 щфщ (10) 4 КН 4 16 КНгде Де - дисперсия флуктуаций ЭДС источника.Оба выражения отписывают сигналы, регистрируемые заявляемым устройством (9) и устройством-прототипом (10). В сигнале, регистрируемом устройством-прототипом, присутствуют две составляющие щума щум источника питания и щум измерительной системы, обусловленный наличием на входе предварительного усилителя постоянной составляющей напряжения, что существенно понижает Чувствительность устройства-прототипа по сравнению с заявляемым устройством.За счет того, что ко второму электроду измерительного устройства подключен вход второго регулируемого усилителя, а входы первого и второго регулируемых усилителей подключены к дифференциальному усилителю, выход которого подключен к входу квадратичного детектора, достигается снижение уровня щума и повыщение чувствительности заявляемого устройства, как минимум, в два раза по сравнению с устройством-прототипом.Это подтверждается результатами экспериментальных измерений зависимости эффективного щумового напряжения на выходе обоих устройств от напряженности электрического поля в межэлектродном промежутке, приведенных в таблице.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.