Способ согласования антенны с электрическими параметрами массива горных пород

 

СПОСОБ СОГЛАСОВАНИЯ АНТЕННЫ С ЭЛЕКТРНЧЕСКИПИ ПАРАМЕТРАМИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, основанный на пробуривании в массиве скважины и установке в нее покрытой диэлектриком электрической антенны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, измеряют электрические параметры массива, по KOTopiii при равенстве входных сопротивлений каждого диполя многозвенной широкополосной антенны в диапазоне частот выбирают длину каждого диполя, разнося их на расстояния, исключающие взаимное влияние, и определяют радиусы каждой ступени сква .жины, разбуривают каждую ступень до необходимого радиуса и длины, устанавливают антенну по центру скважины и подстраивают каждый диполь в соответствии с рабочим частотным диапа (Л зоном.

(19) ()1) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК з(д) G01R 23/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21) 3383656/I 8-21 (22) 15.01.82 (46) 30.06.83. Бюл. Р 24 (72) В.M.Ñáoåâ и Г.Е.Яковицкая (71) Институт горного дела Сибирского отделения AH СССР .(53) 621 ° 317.44(088.8) (56) 1. Антенны для подземных радиолокационных измерений. — Сборник трудов ЦНИГРИ, вып. 74, 1968, с. 152155.

2. Исследование свойств подземных электрических антенн для задач высокочастотной электроразведки, Канд.дис. (O.H.Соколова. М., 1972, с. 21-25. (54) (57) СПОСОБ СОГЛАСОВАНИЯ АНТЕННЫ

С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ МАССИВА

ГОРНЫХ ПОРОД, основанный на пробуриванин в массиве скважины и установке в нее покрытой диэлектриком электрической антенны, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, измеряют электрические параметры массива, по которым при равенстве входных сопротивлений каждого диполя многозвенной широкополосной антенны в диапазоне частот выбирают длину каждого диполя, разнося их на расстояния, исключающие взаимное влияние, н определяют радиусы каждой ступени сква.жины, раэбуривают каждую ступень до необходимого радиуса и длины, устанавливают антенну по центру скважины и подстраивают каждый диполь в соот- щ

Ф

ЪФ ветствии с рабочим частотным диапазоном

102б073

Изобретение относится к горному делу и предназначено для спектрального анализа электромагнитного излучения.

Известны способы измерения электромагнитного излучения, основанные

5 на установке в выработку рупорной антенны и определении параметров горного массива Г1).

Однако точность измерения известных способов недостаточна. 10

Наиболее близким к предлагаемому является способ1согласно которому пробуривают скважину, помещают в нее антенну, покрытую диэлектрической оболочкой, и производят согласо- 15 вание электрических характеристик антенны с электрическими параметрами массива горных пород (2 .

Недостаток такого способа состоит в низкой точности и согласования Я из-за использования Фиксированных частот и длины антенны, Це ь изобретения — повышение точности измерений.

Укаэанная цель достигается тем, 25 что согласно способу согласования антенны с электрическими параметрами массива горных пород, основанном на пробуривании в массиве скважины и установке в ней покрытой 30 диэле ктри ком электрической антенны, измеряют электрические параметры массива, по которым при равенстве входных сопротивлений каждого диполя многоэвенной широкопЬлосной антенны в .диапазоне частот выбирают длину каждого диполя, разнося их на расстояния, исключающие взаимное влияние,. и определяют радиусы каждой ступени скважины, оазбуривают каждую ступень до необходимого радиуса и 40 длины, устанавливают антенну по центру скважины и подстраивают каждый диполь в соответствии с рабочим частотным диапазоном.

На черТеже представлено устрой- 45 ство для реализации способа.

Устройство состоит из диполя 1 антенны, крепежного 2 и промежуточного 3 звеньев, секций 4 с изменяющейся длиной, разъема 5. Все это помеща- 5р ют в скважину 6, а на поверхности располагаются широкополосный многоканальный усилитель 7,. переключаТель

8 каналов, параллельный анализатор

9 спектра, блок 10 управления, регистраторы 11 и 12.

Устройство работает следующим образом.

В соответствии частотным поддиапазоном и параметрами массива выбирают значения длин каждого диполя 1 антея- 60 ны для пбддиапазона и радиусов .проводящих стержней, Все диполи жестко закрепляют в просверленных в звеньях

2 отверстиях, разносят диполи на расстояния (между диполями 0q и pq 1 м 5 и между диполями 6 и t - 3 м) и скрепляют между собой посредством резьбо" вого соединения, причем в каждом диполе предусматривают несколько секций

4 с изменяющейся длиной, Для более точного согласования длину диполя Еу увеличивают до 100 м, диполя 6 †. до

80 м, а диполь 0@ уменьшают до 1 м.

К верхнему диэлектрическому звену присоединяют высокочастотный многоканальный разъем 5, к которому с одной стороны прикрепляют выводы диполей, а с другой - многожильный высокочастотный кабель.

В соответствии с расчетом в массиве разбуривают трехступенчатую скважину 6 с длиной .каждой ступени, равной длине соответствующего диполя, и радиусами каждой ступени " „ = 0,1, Гр =0,2; V + = 0,3 м.

После этого смонтированную и согласованную с массивом таким образом .антенну устанавливают строго по

I центру скважины. Затем подстраивают каждый диполь антенны по максимуму сигнала в соответствии с частотным диапазоном и многоканальным входом измерительной системы, регистрируют электромагнитное излучение в широком диапазоне частот согласованной с горным массивом антенной, измеряют и регистрируют его спектр в реальном масштабе времени с помощью измерительной системы, состоящей из широкополосного усилителя 7, подсоединяемого через многожильный высокочастотный кабель к многоканальному разъему, переключателя 8 каналов, параллельно анализатора 9 спектра в реальном масштабе времени, блока 10 управления, регистраторов 11,и 12.

Способ осуществляется следующим образом.

Фаэовым методом измеряют электрические параметры массива горных пород, пробуривают в массиве скважину, имеющую один радиус по всей ее длине.

Затем выбирают частотный диапазон, в котором необходимо проводить исследования. Нижнюю рабочую частоту выбирают, исходя, с одной стороны, из условий оптимальных габаритов антенн и измерительного оборудования, которые увеличиваются с понижением частоты и частотного диапазона шахтных помех, с другой стороны: верхнюю рабо-чую частоту выбирают, исходя из условий увеличения затухания сигнала с ростом частоты в полупроводящем массиве горных пород.

После этого производят расчет величин активной и реактивной составляющих входного сопротивления айтенны в диапазоне частот, разделяя его на поддиапаэоны и подбирая для каждого поддиапазона геометрические размеры диполя и радиус скважины таким образом, чтобы соблюдалось равенство

1026073 входных сопротивлений во всем исследуемом диапазоне частот, а геометрия диполей и скважин находилась в разумных, удобных для эксплуатации пределаж.

Расчет активной и реактивной компонент входного сопротивления диполей производят по выражениям, eo 6еК ту рьт — » ь.тт (йн — i)i

«в»= 1 к е (е еи „" Юи г «< (4 Я ) гдето=й1В/f< - волновое число в . воздухе, 6

Ло = г Ио — длина волны в воздухе, 5

С=3 10 м/с — скорость света; рабочая частота

- тангенс угле потерь в массиве;

6 - проводимость массива;

Я вЂ” относительная диэлектрическая проницаемость массива;

8 - длина диполя, Г, - радиус скважины;

Yo - àëèóñ провода

1 = Г: .

Далее согласно расчетам разделяют частотный диапазон на определенное количество поддианазонов, к каждому из которых подбирают изолированный диполь с соответствующими расчету длиной.и радиусом проводящего стержня диполя, разносят на расстояние, исключающее их взаимное влияние и монтируют многоэвенную широкополос- 35 ную антенну, причем в каждом дипвле предусматривают несколько секций с изменяющейся длиной для последующего, 6oqee точного согласования по длине. В соответствии с результатами расчетов выбирают для каждого диполя радиус ступени скважины, а длина каждой ступени равна длине соответствующего ей диполя.

После этого в массиве разбуривают скважину до многоступенчатой, с количеством ступеней, равным чйслу поддиапазонов и соответствующими каждой ступени радиусами и длинами.

Затем смонтированную и согласованную с массивом антенну устанавливают строго по центру скважины для соблюдения условий оптимального согласования.

После этого производят подстройку каждого диполя q соответствии с его частотным подциапаэоном и многока" нальным входом измерительной системы по максимуму контрольного сигнала, излучаемого в массив в заданном частотном диапазоне.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что в отличие от известных способов согласования во всем широком диапазоне частот, где происходит регистрация электромагнитных колебаний, в нем сохраняется постоянство величины входного сопротивления антенны.

Соблюдение равенства величины входного сопротивления в диапазоне частот позволяет без дополнительного анализа и расчетов по регистрации изменения амплитуд принимаемых сигналов анализировать изменение динамического состояния массива горных пород.

1026073

Составитель A. Орлов

Редактор Н . Беэродная Техред М. Гергель Корректор, А. Тяско .Закаэ 4552/37 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

123035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/Ь

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4