Устройство инженерной разведки

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(72) Авторы Воинов Валерий Васильевич Шавров Геннадий Петрович Карпович Елена Леонидовна Белько Юрий Валерьевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(57) Устройство инженерной разведки, содержащее введенные в грунт первый и второй электроды, регулируемый источник тока, переменный резистор нагрузки, первый и второй регулируемые усилители, дифференциальный усилитель, согласующее устройство, квадратичный детектор, первый и второй интеграторы, пороговое устройство, первый и второй индикаторы в котором первый полюс регулируемого источника тока подключен к первому электроду переменный резистор нагрузки подключен ко второму полюсу регулируемого источника тока и второму электроду вход первого регулируемого усилителя соединен со вторым полюсом регулируемого источника тока, а его выход соединен с первым входом первого дифференциального усилителя вход второго регулируемого усилителя соединен со вторым электродом, а его выход соединен со вторым входом первого 60752010.04.30 дифференциального усилителя квадратичный детектор, первый интегратор и первый индикатор соединены последовательно в порядке перечисления выход первого дифференциального усилителя соединен последовательно в порядке перечисления с первым согласующим устройством, вторым интегратором, с пороговым устройством и вторым индикатором, отличающееся тем, что в него включены второе согласующее устройство и второй дифференциальный усилитель, причем выход второго интегратора соединен с входом второго согласующего устройства, а выход второго согласующего устройства соединен со вторым входом второго дифференциального усилителя, первый вход которого соединен с выходом первого дифференциального усилителя, а выход второго дифференциального усилителя 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 источника микросейсмических волн при проведении инженерной разведки в условиях внешних воздействий. Известно устройство обнаружения источника микросейсмических волн 1, содержащее введенные в грунт первый и второй электроды, источник тока, переменный резистор нагрузки, первый и второй регулируемые усилители, дифференциальный усилитель, квадратичный детектор, интегратор и индикатор в котором первый полюс источника тока подключен к первому электроду переменный резистор нагрузки подключен ко второму полюсу источника тока и второму электроду вход первого регулируемого усилителя соединен со вторым полюсом источника тока, а его выход соединен с первым входом дифференциального усилителя вход второго регулируемого усилителя соединен со вторым электродом, а выход - со вторым входом дифференциального усилителя выход дифференциального усилителя, квадратичный детектор, интегратор и индикатор соединены последовательно в порядке перечисления. Однако недостатком известного устройства является низкая чувствительность из-за наличия составляющей шума, вызванной дрейфом сопротивления грунта при постоянно изменяющихся внешних воздействиях. Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому устройству является устройство обнаружения источника микросейсмических волн 2, содержащее введенные в грунт первый и второй электроды, регулируемый источник тока, переменный резистор нагрузки, первый и второй регулируемые усилители, дифференциальный усилитель, согласующее устройство, квадратичный детектор, первый и второй интеграторы, пороговое устройство, первый и второй индикаторы в котором первый полюс регулируемого источника тока подключен к первому электроду переменный резистор нагрузки подключен ко второму полюсу регулируемого источника тока и второму электроду вход первого регулируемого усилителя соединен со вторым полюсом регулируемого источника тока, а его выход соединен с первым входом дифференциального усилителя вход второго регулируемого усилителя соединен со вторым электродом, а выход соединен со вторым входом дифференциального усилителя выход дифференциального усилителя, квадратичный детектор, первый интегратор и первый индикатор соединены последовательно в порядке перечисления, выход дифференциального усилителя соединен с входом согласующего устройства, последовательно соединенного в порядке перечисления со вторым интегратором, пороговым устройством и вторым индикатором. 2 60752010.04.30 Недостатком этого устройства является низкая чувствительность при наличии постоянного дрейфа сопротивления грунта, вызванного непрерывно изменяющимися внешними воздействиями. Задачей полезной модели является повышение чувствительности устройства в условиях непрерывно изменяющихся внешних воздействий. Техническим результатом осуществления полезной модели является повышение чувствительности на 10 . Для решения поставленной задачи при осуществлении полезной модели в устройство инженерной разведки, содержащее введенные в грунт первый и второй электроды, регулируемый источник тока, переменный резистор нагрузки, первый и второй регулируемые усилители, дифференциальный усилитель, согласующее устройство, квадратичный детектор, первый и второй интеграторы, пороговое устройство, первый и второй индикаторы в котором первый полюс регулируемого источника тока подключен к первому электроду переменный резистор нагрузки подключен ко второму полюсу регулируемого источника тока и второму электроду вход первого регулируемого усилителя соединен со вторым полюсом регулируемого источника тока, а его выход соединен с первым входом первого дифференциального усилителя вход второго регулируемого усилителя соединен со вторым электродом, а его выход соединен со вторым входом первого дифференциального усилителя, квадратичный детектор, первый интегратор и первый индикатор соединены последовательно в порядке перечисления выход первого дифференциального усилителя соединен последовательно в порядке перечисления с первым согласующим устройством,вторым интегратором, с пороговым устройством и вторым индикатором, включены второе согласующее устройство и второй дифференциальный усилитель, причем выход второго интегратора соединен с входом второго согласующего устройства, а выход второго согласующего устройства соединен со вторым входом второго дифференциального усилителя, первый вход которого соединен с выходом первого дифференциального усилителя, а выход второго дифференциального усилителя соединен с входом квадратичного детектора. Схема заявляемого устройства показана на фигуре. Обозначения на фигуре следующие 1 - регулируемый источник питания, например соединенные последовательно трансформатор и двухполупериодный выпрямитель 2, 3 - первый и второй соответственно введенные в грунт электроды 4 - переменный резистор нагрузки 5, 6 - соответственно первый и второй регулируемые усилители, выполненные, например, на микросхемах К 140 УД 8 7, 8 - первый и второй соответственно дифференциальные усилители, выполненные,например, на микросхемах К 140 УД 4 9, 10 - первое и второе соответственно согласующие устройства, например усилители,выполненные на микросхемах К 140 УД 8 11 - квадратичный детектор, выполненный, например, на микросхеме К 140 УД 7 12, 13 - первый и второй интеграторы соответственно, выполненные, например, на микросхемах К 140 УД 6 14 - пороговое устройство, например компаратор на микросхеме К 140 УД 1 15, 16 - первый и второй индикаторы соответственно, например, стрелочные. Принцип работы устройства заключается в следующем. В измерительной цепи, состоящей из последовательно соединенных регулируемого источника тока 1, введенных в грунт первого 2, второго 3 электродов и переменного резистора нагрузки 4, течет ток. Этот ток создает напряжения на сопротивлениях резистора нагрузки н и сопротивлении межэлектродного промежутка г. Эти напряжения усиливаются соответственно регулируемыми усилителями 5 и 6. С выходов регулируемых усилителей 5 и 6 сигналы подаются 3 60752010.04.30 на первый и второй входы первого дифференциального усилителя 7. Флуктуации тока регулируемого источника 1 создают синфазные флуктуации напряжения на обоих сопротивлениях. Поэтому при равенстве коэффициентов усиления регулируемых усилителей 5 и 6 и выполнении условиягн,(1) напряжение на выходе дифференциального усилителя 7 минимально, так как шумы источника тока устраняются. Поэтому после установки устройства обнаружения источника микросейсмических волн добиваются выполнения условия (1) регулировкой переменного резистора 4. Коэффициенты усиления регулируемых усилителей 5 и 6 изменяют до их равенства, что отмечают по минимальной величине сигнала на выходе первого дифференциального усилителя 7. Проходящая в межэлектродном промежутке микросейсмическая волна модулирует сопротивление межэлектродного промежутка г. Создаваемые при этом флуктуации напряжения на сопротивлениях резистора нагрузки н и межэлектродного промежутка г имеют противоположные знаки. Поэтому их величины складываются первым дифференциальным усилителем 7. Максимальная величина сигнала на выходе первого дифференциального усилителя 7 соответствует условию (1). Сигнал с выхода первого дифференциального усилителя 7 поступает на последовательно соединенные в порядке перечисления первое согласующее устройство 9, второй интегратор 13, пороговое устройство 14 и второй индикатор 16. Если сопротивление межэлектродного промежутка г не зависит от напряжения на нем, то выходное напряжение первого дифференциального усилителя 7 представляет собой центрированный стационарный случайный процесс, а напряжение на выходе второго интегратора 13 равно нулю. При наличии зависимости г от напряжения наблюдается медленный дрейф величины этого сопротивления. Напряжение на выходе второго интегратора 13 становится отличным от нуля, что приводит к срабатыванию порогового устройства 14 и индикатора 16. Уменьшением напряжения регулируемого источника тока добиваются устранения дрейфа величины г, при этом напряжение на выходе второго интегратора 13 становится равно нулю, пороговое устройство 14 перестает подавать напряжение на вход второго индикатора 16, а его показания прекращаются. Однако существует целый ряд физических процессов, которые вызывают постоянный дрейф сопротивления межэлектродного промежутка г. К ним относятся изменение влагонасыщенности грунта в межэлектродном промежутке, пластические деформации грунта межэлектродного промежутка, изменение плотности заряда поверхности межэлектродного промежутка и т.д. Эти процессы развиваются под воздействием различных внешних факторов дождя,грозы, перепадов температуры, движения транспорта вблизи измерительного устройства,взрывов и т.д. В результате на выходе первого дифференциального усилителя 7 появляется медленно изменяющаяся составляющая сигнала, уменьшающая чувствительность устройства. Для ее устранения в устройстве-прототипе требуется непрерывная регулировка сопротивления нагрузки 4, что практически невыполнимо. В заявленном устройстве напряжение с выхода второго интегратора 13 через второе согласующее устройство 10 подается на второй вход второго дифференциального усилителя 8, на первый вход которого подается напряжение с выхода первого дифференциального усилителя 7, которое равно 7 др ,где- стационарная случайная составляющая сигнала,- среднее значение состав др ляющей сигнала, которая вызвана дрейфом сопротивления грунта. Величина др за время измерения практически не изменяется. 4 60752010.04.30 Поэтому на выходе второго интегратора 13 действует напряжение(3) 13 др,где- коэффициент пропорциональности. Согласующее устройство 14 обеспечивает выходное напряжение 14 др.(4) Следовательно, на выходе второго дифференциального усилителя 8 действует напряжение(5)8713, которое отражает центрированный случайный процесс, исключая медленно изменяющуюся составляющую, вызванную дрейфом сопротивления грунта. Напряжение 8 с выхода второго дифференциального усилителя 8 поступает на вход квадратичного детектора 11 и детектируется. С выхода квадратичного детектора 11 напряжение поступает на вход первого интегратора 12, и после интегрирования с его выхода напряжение поступает на вход первого стрелочного индикатора 15. В устройстве-прототипе первый индикатор 15 индицирует величину дисперсии напряжения 722 ,в которой полезным сигналом является величина 2 . Поэтому погрешность измерения в процентах составляет 2 др и в различных условиях может достигать 14-18 . Заявляемое устройство регистрирует только величину 2 , что уменьшает погреш ность измерения, а следовательно, увеличивает чувствительность устройства в среднем на 10 . Таким образом, за счет того что в устройство обнаружения источника микросейсмических волн включены второе согласующее устройство и второй дифференциальный усилитель, соединенные последовательно, вход второго согласующего устройства соединен с выходом второго интегратора, а выход - со вторым входом второго дифференциального усилителя, первый вход которого соединен с выходом первого дифференциального усилителя, а выход - со входом квадратичного детектора, чувствительность устройства в условиях неблагоприятных внешних воздействий повышается в среднем на 10 по сравнению с устройством-прототипом. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5