Устройство и способ аэрофизической разведки



Устройство и способ аэрофизической разведки
Устройство и способ аэрофизической разведки
Устройство и способ аэрофизической разведки
Устройство и способ аэрофизической разведки
Устройство и способ аэрофизической разведки
Устройство и способ аэрофизической разведки
Устройство и способ аэрофизической разведки
Устройство и способ аэрофизической разведки
Устройство и способ аэрофизической разведки
Устройство и способ аэрофизической разведки
Устройство и способ аэрофизической разведки
Устройство и способ аэрофизической разведки

 


Владельцы патента RU 2557354:

Федеральное Государственное Унитарное предприятие "Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья" (RU)
Закрытое акционерное общество "Аэрогеофизическая разведка" (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" (RU)

Группа изобретений относится к области геофизики и может быть использовано при дистанционных поисковых мероприятиях, осуществляемых с помощью летательных аппаратов. Заявленная группа изобретений включает устройство и способ для аэрогеофизической разведки. Сущность технического решения заключается в использовании приемной антенны, которая, за счет ее конфигурации и определенной установки относительно генераторной антенны, обеспечивает компенсацию поля, наводимого остаточными токами, протекающими в генераторной антенне. Устройство дополнительно содержит приемную антенну, для которой за счет нежесткого крепления ее к тросовой подвеске зонда достигается снижение влияния электромагнитной помехи, обусловленной вибрациями зонда в движении. Устройство включает также антенну, расположенную концентрично с генераторной антенной. Каждая из указанных антенн имеет заданную рабочую полосу частот, вследствие чего обеспечивается улучшение условий приема ответного сигнала во временных интервалах, соответствующих рабочим частотам каждой антенны. Технический результат - снижение влияния на принимаемый ответный электромагнитный сигнал помех, обусловленных вибрациями приемной антенны и остаточными токами в генераторной антенне, протекающими после выключения возбуждающего тока, а также повышение жесткости конструкции. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Группа изобретений относится к геофизическим, дистанционным, поисковым методам, осуществляемым с помощью летательных аппаратов, и может быть использована для проведения поисково-оценочных исследований на широкий спектр полезных ископаемых, в том числе на черные, цветные и благородные металлы, алмазы, для прогнозирования залежей углеводородов по эпигенезу в верхней части разреза, обнаружения в недрах техногенных объектов различного назначения, обследования наземных и подземных инженерных сооружений, с целью выявления потенциально опасных зон и предотвращения техногенных аварий и катастроф.

Техническое решение, согласно группе изобретений, предназначено для проведения электромагнитной разведки становлением поля во временной области с ЭМ-каналом высокой грунтопроникающей способностью до глубин 300-500 м в реальных проводящих средах.

Известны системы аэроэлектромагнитной съемки, состоящие из буксируемого устройства, присоединяемого к летательному аппарату, в которых буксируемое устройство включает секцию передатчика, содержащую гибкую несущую раму передатчика и контур передатчика, расположенный в несущей раме передатчика, а также секцию приемника, содержащую несущую раму приемника и приемный контур, гибко соединенный с несущей рамой приемника (патент РФ №2383905, патент №2454684, патент РФ№2494420, G01V 3/165). Секция приемника в данных технических решениях совмещена с центральной осью секции передатчика, несущая рама которого состоит из нескольких взаимосоединяемых элементов рамы, обеспечивающих сборку и разборку секции передатчика. Буксируемое устройство соединено с летательным аппаратом с помощью как минимум одного троса, соединенного с секцией передатчика в нескольких точках, в том числе с помощью центрального троса, соединенного с летательным аппаратом. При этом центральный трос включает второй, противоположный первому, конец, в котором несколько соединительных тросов соединены между вторым концом центрального троса и несколькими точками, в целом равномерно распределенными по окружности секций передатчика. Несущая рама приемника соединена с несущей рамой передатчика с помощью нескольких соединительных тросов, которые равномерно распределены по окружности несущей рамы приемника и несущей рамы передатчика.

Приемный контур эластично подвешен внутри несущей рамы приемника, которая состоит из нескольких взаимосоединяемых элементов и включает внутри себя эластично подвешенную оболочку, внутри которой эластично подвешен приемный контур. При этом приемное устройство поддерживается натяжными тросами, связанными с несущей рамой передатчика.

К недостаткам известных аэроэлектромагнитных систем следует отнести возможную значительную деформацию приемного и передающего контуров при напоре воздушного потока в процессе полета, в том числе зависимость степени указанной деформации от скорости полета, что приводит к соответствующим значимым искажениям регистрируемого сигнала.

Кроме того, расположение приемной петли в центре катушки передатчика в данных системах обуславливает значительный уровень мешающих (паразитных) сигналов, индуцируемых в катушке приемника остаточными токами в петле передатчика, что оказывает существенное отрицательное влияние на принимаемый ответный сигнал.

Для решения задачи уменьшения уровня указанных мешающих может быть применено размещение петли приемника внутри компенсационной катушки, по которой протекает противофазный ток передатчика, конструктивное решение которой описано, в частности, в указанном выше патенте РФ №2494420. Однако в данном случае на степень компенсации остаточных токов существенное влияние оказывает нестабильность геометрии (за счет вибрации) компенсационной петли в процессе полета.

Кроме того, для минимизации влияния остаточных токов, циркулирующих в петле передатчика после выключения возбуждающего сигнала, в известных аэромагнитных системах используют компенсирующее устройство, выполненное в виде измерителя остаточных токов, например катушки Rogowki. Указанный измеритель может представлять собой трансформатор, первичная обмотка которого соединена последовательно с катушкой передатчика, а его вторичная обмотка подключена к предварительному усилителю и АЦП. Снимаемый с вторичной обмотки дискретизированный сигнал, аналогичный сигналу приемника, используется для коррекции принимаемого ответного сигнала. Особенностью данного технического решения является сложность получения амплитудно-частотных и фазово-частотных характеристик измерителя остаточных токов, идентичных соответствующим характеристиками приемной антенны, и, как следствие этого, трудность достижения степени компенсации, необходимой для устранения искажений в принимаемом ответном сигнале и обеспечении, в конечном итоге, эффективности электромагнитных измерений.

Известно также устройство для аэрогеофизической разведки, в котором летательный аппарат буксирует горизонтально расположенную под ним электромагнитную систему, включающую аппаратурный блок, генераторную антенну и приемную антенну (патент РФ №2201603, G01V 3/17, прототип). Электромагнитная система выполнена в виде зонда, включающего несущий корпус, выполненный из нескольких прямолинейных секций, образующих многоугольник, с расположенными на нем витками излучающей антенны, аппаратурным блоком, прикрепленным к несущему корпусу, и приемной антенной, установленной на жестком выносном элементе, связанном с несущим корпусом зонда со стороны, противоположной направлению движения.

Корпус зонда, преимущественно, выполнен в виде образующих правильный многоугольник (например, шестиугольник) разъемных секций, с круглым поперечным сечением.

Приемная антенна установлена в оконечной части жесткого элемента, шарнирно связанного с несущим корпусом зонда со стороны, противоположной направлению движения, и, преимущественно, выполнена в виде расположенных во взаимно ортогональных плоскостях трех контуров.

Аппаратурный блок устройства размещен в расположенном во внутреннем пространстве зонда контейнере и является энергетически автономным.

Средства буксировки зонда выполнены в виде тросов, два из которых связаны с передней и задней стенками контейнера в точках, лежащих в вертикальной плоскости симметрии зонда. Два других троса закреплены в оконечных частях перпендикулярной направлению движения секции несущего корпуса зонда, расположенной со стороны, противоположной направлению движения. Еще два троса закреплены в оконечной части жесткого выносного элемента.

Устройство для аэрогеофизической разведки, согласно прототипу, обладает повышенной устойчивостью в движении, что обеспечивает проведение электромагнитных исследований с высокой производительностью.

К недостаткам данного технического решения следует отнести то, что в нем не предусмотрен учет влияния на принимаемый ответный электромагнитный сигнал остаточных токов в петле передатчика после выключения возбуждающего тока, что не обеспечивает необходимый уровень разрешающей способности и глубинности геофизических исследований. Кроме того, к недостаткам данного технического решения следует также отнести недостаточную жесткость конструкции, что влечет за собой снижение аэродинамических характеристик устройства, таких как устойчивость в движении, горизонтальность полета. Перечисленные недостатки снижают качество принимаемого ответного электромагнитного сигнала и соответственно достоверность результатов проводимых работ в целом.

Задача группы изобретений - повышение достоверности и глубинности аэрогеофизических исследований.

Техническим результатом группы изобретений является снижение влияния на принимаемый ответный электромагнитный сигнал помех, обусловленных вибрациями приемной антенны и остаточными токами в генераторной антенне, протекающими после выключения возбуждающего тока, а также повышение жесткости конструкции.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что устройство для аэрогеофизической разведки, содержащее буксируемый с помощью летательного аппарата электромагнитный зонд, включающий аппаратурный блок, генераторную антенну, приемную антенну, установленную в хвостовой относительно направления движения части указанного электромагнитного зонда, при этом указанный зонд включает несущий корпус, выполненный из нескольких прямолинейных секций, образующих преимущественно многоугольник, с расположенными на нем витками генераторной антенны, согласно изобретению снабжено центральной балкой, расположенной вдоль направления движения, с установленными на ней указанной приемной антенной и указанным аппаратурным блоком, закрепленным в передней относительно движения части указанной центральной балки, указанная приемная антенна установлена в хвостовой части указанной центральной балки с образованием двух гальванически связанных секторов, один из которых расположен внутри контура генераторной антенны, а другой - вне указанного контура, при этом магнитный поток, пересекающий сектор приемной антенны, находящийся внутри контура генераторной антенны, и магнитный поток, пересекающий сектор приемной антенны, находящийся снаружи контура генераторной антенны, компенсируют друг друга (равны по модулю и разнонаправлены).

Контур указанной приемной антенны выполнен в виде двух секторов произвольной геометрической формы, соединенных между собой в единый контур с минимально возможной площадью пересечения контура генераторной антенны.

При этом контур указанной приемной антенны может быть выполнен в виде прямоугольника или треугольника, пересекающих контур генераторной антенны, а также в виде двух концентрически криволинейных трапецеидальных секций, соединенных электрически, одна из которых установлена на центральной балке внутри излучающего контура, а другая - вне его.

Указанный технический результат достигается также тем, что устройство включает приемную антенну, расположенную в центральной части указанной центральной балки, выполненную преимущественно в виде квадратного контура, при этом верхняя частота полосы рабочих частот указанной антенны выше верхней частоты полосы рабочих частот приемной антенны, установленной в хвостовой части зонда.

Указанные приемные антенны, преимущественно, выполнены в виде многовитковых контуров, жестко закрепленных внутри корпуса, выполненного из диэлектрического материала.

Кроме того, устройство включает подвесную приемную антенну, преимущественно треугольной формы, расположенную в верхней части тросов, составляющих средства буксировки электромагнитного зонда, при этом верхняя частота полосы рабочих частот указанной подвесной антенны выше верхней частоты полосы рабочих частот приемной антенны, установленной в хвостовой части зонда.

Многовитковый контур подвесной приемной антенны выполнен в виде гибкого многожильного кабеля, закрепленного по периметру корпуса, выполненного из диэлектрического материала.

Несущий корпус зонда, преимущественно, выполнен в виде правильного многоугольника из разъемных прямолинейных секций с круглым поперечным сечением, жестко соединяемых между собой с помощью закладных коленчатых секций.

Для установки приемных антенн и повышения жесткости конструкции зонда устройство снабжено жестко установленными на центральной балке направляющими, выполненными с возможностью перемещения по ним стяжных кронштейнов-хомутов, взаимодействующих с корпусом устанавливаемой приемной антенны.

Указанный аппаратурный блок установлен в передней относительно движения части указанной центральной балки, преимущественно, за пределами контура генераторной антенны, с внешней стороны зонда.

Средства буксировки зонда выполнены в виде четырех тросов, первые концы которых соединены между собой и закреплены на связанном с летательным аппаратом трос-кабеле, вторые концы указанных тросов соответственно закреплены на указанном зонде, при этом один из тросов закреплен в хвостовой части указанной центральной балки и выполнен с возможностью регулировки его длины, а остальные закреплены в передней части указанного зонда так, что места их крепления находятся на одной прямой, лежащей в плоскости несущего корпуса зонда.

Аппаратурный блок включает GPS систему, связанный с бортовым измерительным комплексом блок питания, коммутатор тока, связанный с последовательно соединенными стабилизатором тока и блоком управления, силовой выход указанного коммутатора тока связан с генераторной антенной, а вход - с управляющим выходом блока управления, при этом бортовой измерительный комплекс включает бортовой компьютер, первых вход которого связан с выходом измерительного блока, включающего многоканальный АЦП, выход которого является выходом блока, а входы связаны с входными многокаскадными усилителями, входы которых через трос-кабель соединены с соответствующими антенными усилителями приемных антенн, расположенными на зонде, управляющий вход АЦП через трос-кабель связан с синхронизирующим выходом блока управления аппаратурного блока зонда, второй, третий и четвертый входы бортового компьютера связаны соответственно с бортовой системой GPS, высотомером и магнитометром, а управляющий выход бортового компьютера через трос-кабель связан с управляющим входом указанного блока управления.

Блок питания зонда включает сменные аккумуляторные батареи с емкостью, достаточной для поддержания работоспособности устройства в течение всего полета.

Заявленный технический результат достигается также тем, что, согласно изобретению, способ аэрогеофизической разведки включает генерирование электромагнитного поля с помощью буксируемого летательным аппаратом электромагнитного зонда, прием ответного электромагнитного сигнала с помощью приемной антенны, установленной в хвостовой относительно направления движения части указанного электромагнитного зонда, при этом указанный электромагнитный зонд включает несущий корпус с расположенными на нем аппаратурным блоком и витками генераторной антенны, а указанную приемную антенну устанавливают в хвостовой части указанного электромагнитного зонда с образованием двух гальванически связанных секторов (секций), один из которых расположен внутри контура генераторной антенны, а другой - снаружи указанного контура, так, что магнитный поток, пересекающий сектор приемной антенны, находящийся внутри контура генераторной антенны, и магнитный поток, пересекающий сектор приемной антенны, находящийся снаружи контура генераторной антенны, компенсируют друг друга (равны по модулю и разнонаправлены).

Преимущественно указанную приемную антенну устанавливают с возможностью ее перемещения по расположенной вдоль направления движения электромагнитного зонда центральной балке.

Контур указанной приемной антенны может быть выполнен в виде двух секторов произвольной геометрической формы, соединенных между собой в единый контур с минимально возможной площадью пересечения контура генераторной антенны.

При этом контур указанной приемной антенны может быть выполнен в виде двух концентрически криволинейных трапецеидальных секций, соединенных электрически, одна из которых установлена на указанной центральной балке внутри излучающего контура, а другая - снаружи указанного контура, или в виде прямоугольника или треугольника, контуры которых пересекают контур генераторной антенны.

Кроме того, в центральной части указанной центральной балки устанавливают приемную антенну, выполненную преимущественно в виде квадратного контура. При этом верхняя частота полосы рабочих частот данной антенны выше верхней частоты полосы рабочих частот приемной антенны, установленной в хвостовой части зонда.

В верхней части тросов, составляющих средства буксировки электромагнитного зонда, устанавливают подвесную приемную антенну, преимущественно треугольной формы. Верхняя частота полосы рабочих частот данной подвесной антенны выше верхней частоты полосы рабочих частот приемной антенны, установленной в хвостовой части зонда.

Сущность группы изобретений заключается в том, что электромагнитный зонд включает приемную антенну (компенсационную), в которой, за счет ее конфигурации и установки относительно генераторной антенны, происходит компенсация поля, наводимого остаточными токами, протекающими в генераторной антенне, что обуславливает уменьшение их влияния на измеряемый ответный сигнал. Кроме того, устройство дополнительно содержит приемную антенну, для которой за счет нежесткого крепления ее к тросовой подвеске зонда достигается снижение влияния электромагнитной помехи, обусловленной вибрациями зонда в движении. Устройство включает также антенну, расположенную концентрично с генераторной антенной. Каждая из указанных антенн имеет заданную (определенную) рабочую полосу частот, вследствие чего обеспечивается улучшение условий приема ответного сигнала во временных интервалах, соответствующих рабочей частоте каждой из антенн.

При этом конструктивное решение подвесной системы в целом обеспечивает ее высокие аэродинамические параметры - горизонтальность положения и устойчивость в процессе движения на расчетной скорости.

На фиг. 1 схематически представлен общий вид устройства согласно изобретению; фиг. 2 иллюстрирует крепление приемных антенн, расположенных на центральной балке; на фиг. 3 показана структурная схема оборудования, расположенного на зонде; на фиг. 4 показана структурная схема бортового оборудования; фиг. 5 иллюстрирует условие компенсации остаточных токов; фиг. 6-8, иллюстрируют варианты выполнения компенсационной антенны 6; на фиг. 9-12 представлены графики, иллюстрирующие компенсацию поля остаточных токов для разных вариантов компенсационной приемной антенны 6.

Устройство для аэрогеофизической разведки согласно изобретению (фиг. 1) содержит зонд (платформу) 1, включающий несущий корпус 2, например, в виде многоугольника, образованного разъемными между собой прямолинейными секциями, на которых уложены витки генераторной антенны 3. С целью повышения жесткости конструкции зонда на противоположно расположенных секциях несущего корпуса 2 вдоль направления движения установлена центральная балка 4, в передней части (относительно направления движения системы) которой установлен аппаратурный контейнер 5 с наружной стороны несущего корпуса 2 за пределами генераторной антенны 3. Возможна также установка аппаратурного контейнера 5 во внутреннем контуре несущего корпуса 2.

В хвостовой и центральной частях указанной балки 4 закрепляют соответственно компенсационную приемную антенну 6, с верхней границей рабочей полосы частот fв6, и приемную антенну 7, с верхней границей рабочей полосы частот fв7.

Приемная антенна 6, расположенная в хвостовой части указанной центральной балки 4, включает два противоположно расположенных относительно контура генераторной антенны 3 сектора, в общем виде произвольной геометрической конфигурации, и выполнена так, что наводимые остаточными токами в генераторной антенне 3 магнитные потоки, проходящие через внутренний относительно контура генераторной антенны 3 сектор контура приемной антенны 6, и магнитные потоки, проходящие через внешний относительно генераторной антенны 3 сектор контура приемной антенны 6, компенсируют друг друга (фиг. 5).

Приемная антенна 6 может быть выполнена, например, в виде прямоугольного или треугольного контура и установлена на центральной балке 4 с пересечением контура генераторной антенны 3, как это показано на фиг. 6 и фиг. 7. Приемная антенна 6 может быть выполнена также в виде концентрически криволинейных трапецевидных секторов, один из которых установлен на центральной балке 4 внутри контура генераторной антенны 3, а другой - вне его. Указанные части соединены между собой в единый контур с минимально возможным пересечением контура генераторной антенны 3 (фиг. 8).

С помощью средств буксировки, троса-кабеля 8 и тросового «паука» 9, зонд 1 закрепляется к нижней части фюзеляжа летательного аппарата 10. Тросовый паук 9 включает указанный трос-кабель 8 и тросы 11-14. Указанные тросы 11-14, преимущественно, выполнены из синтетических материалов, например из высокомодульного полиэфирного волокна (кевлара). При этом один из тросов 11-14, трос 14, крепится в оконечной части балки 4 и выполнен с возможностью регулировки его длины. Три других троса 11-13 крепятся к зонду 1 так, что точки их крепления лежат на одной линии в плоскости корпуса 2 (фиг. 1).

Длина указанных тросов 11-14 и их крепление к тросу-кабелю 8 выбирается из соображений обеспечения оптимального, с точки зрения устойчивости зонда и положения верхней точки тросового паука 9.

В верхней части тросового паука 9 над плоскостью зонда 1 (платформы) установлена подвесная приемная антенна 15 преимущественно в виде треугольного контура, с верхней границей рабочей полосы частот fв15. Корпус антенны 15 крепится к тросам 11, 13, 14.

Приемные антенны 6 и 7 представляют собой многовитковые рамки из медного провода с дифференциальным выходом. При этом витки проводов залиты компаундом и заключены в жесткий корпус, выполненный из диэлектрического материала, например из стеклопластиковых труб, жестко соединенных между собой, например, при помощи пластиковых закладных или болтовых соединений. Корпус приемной антенны 15 выполнен аналогично, при этом сама антенна 15 выполнена в виде гибкого многожильного кабеля и закрепляется по периметру снаружи ее корпуса.

Для установки приемных антенн 6 и 7 центральная несущая балка 4 снабжена жестко установленными направляющими 16, выполненными с возможностью перемещения по ним стяжных кронштейнов-хомутов 17, взаимодействующих с корпусом устанавливаемой приемной антенны (фиг. 2).

Подвесная треугольная антенна 15 выполнена наиболее высокочастотной (большее значение верхней границы рабочей полосы частот fв15), так чтобы при этом соответствующий частоте fв15 период (T=1/fв15) был бы на порядок меньше длительности фронта τф выключения тока в генераторной антенне 3, для регистрации сигнала на самых ранних временах с минимальными искажениями. Компенсационная приемная антенна 6 характеризуется наименьшим значением верхней границы fв6 рабочей полосы частот из трех антенн и преимущественно предназначена для приема ответного сигнала на временах более 2 τф. Центральная приемная антенна 7 имеет промежуточное значение верхней рабочей частоты fв7. То есть верхние границы частотных полос указанных приемных антенн 6, 1, 15 находятся в соотношении - fв6<fв7<fв15.

Например, для двухвитковой генераторной антенны 3 и при длительности фронта выключения тока τф около 85 мкс верхние граничные частоты антенн 6, 7, 15 должны быть соответственно: fв6=45 кГц, fв7=75 кГц, fв15=120 кГц.

В верхней части троса-кабеля 8 крепится выносной элемент, с установленной на нем капсулой с магнитометром 18.

Корпус 2 зонда 1 снабжен также парой хвостовых стабилизаторов 19, предназначенных для улучшения курсовой устойчивости зонда 1 в полете.

Корпус 2 генераторной антенны 3 выполнен с использованием разъемных прямолинейных, выполненных из стеклопластика секций с круглым поперечным сечением, жестко соединяемых между собой с помощью закладных коленчатых секций.

Генераторная антенна 3 представляет собой 1-4 витка многожильного медного кабеля. Кабель закрепляется по периметру корпуса 2 с помощью специальных креплений с пазами под кабель.

Контейнер 5 выполнен с использованием стеклоткани и стеклопластика и покрыт влагозащитным покрытием. Контейнер 5 крепится к носовой секции центральной балки 4 в четырех точках при помощи болтовых соединений.

Размещение аппаратурного контейнера 5 в передней части зонда (преимущественно с внешней стороны контура генераторной антенны 3) смещает центр масс зонда 1 вперед, что позволяет обойтись без дополнительных средств обеспечения балансировочных характеристик и устойчивости в полете.

Структурная схема зонда 1 представлена на фиг. 3.

Расположенный в специальном контейнере аппаратурный блок 5 содержит блок питания 20 (сменные аккумуляторные батареи с емкостью, достаточной для поддержания работоспособности устройства в течение полета), блок 21 управления, связанный со стабилизатором 22 тока и коммутатором 23 тока, первый выход которого связан с входом стабилизатора 22 тока. Второй (силовой) выход коммутатора 23 тока связан с генераторной антенной 3. Управляющий вход и синхронизирующий выход блока 21 управления через трос-кабель 8 связаны с бортовым измерительным комплексом.

В аппаратурном блоке 5 расположена также автономная GPS система 24, предназначенная для послеполетной пространственной привязки данных измерений.

К выходу антенн 6, 1, 15 подключены соответствующие антенные усилители 25-27, расположенные в непосредственной близости от указанных приемных антенн 6, 7, 15 и предназначенные для усиления сигнала и его дальнейшей передачи по тросу-кабелю 8 на бортовой измерительный комплекс (фиг. 4).

Бортовой измерительный комплекс (фиг. 4) включает бортовой компьютер 28, связанный с измерительным блоком 29. Измерительный блок 29 включает многоканальный АЦП 30, входы АЦП 30 связаны с выходами многоканальных усилителей 31, 32, 33, входы которых через трос-кабель 8 связаны с соответствующими антенными усилителями 25-27 приемных антенн 6, 7, 15, расположенными на зонде 1. Синхронизирующий импульс на вход АЦП 30 поступает через трос-кабель 8 с блока 21 управления аппаратурного блока 5. Выход указанного компьютера 28 через трос-кабель 8 связан с входом указанного блока 21 управления.

Бортовое оборудование включает также приемник 34 сигналов GPS, радиовысотомер 35 и блок 38 регистрации данных магнитометра 18, сигналы с которых подаются на соответствующие входы бортового компьютера 28.

Питание бортового оборудования осуществляется от аккумуляторных батарей 36. Подзарядка как бортовых аккумуляторных батарей 36, так и аккумуляторных батарей 20, расположенных в контейнере 5, во время полета производится от бортовой сети питания 37.

Бортовой приемник 34 сигналов GPS используется для регистрации координат воздушного судна и точного времени, а также для коррекции системного времени компьютера 28.

Устройство согласно изобретению работает следующим образом.

Перед началом аэрогеофизических работ осуществляют настройку положения антенны 6 (фиг 2), расположенной в хвостовой части корпуса зонда 1.

При этом находят такое положение антенны 6 на центральной балке 4, при котором магнитный поток Ф1, проходящий через внутреннюю относительно излучающей антенны 3 часть контура антенны 6, уравнивал магнитный поток Ф2 обратного знака, проходящий через наружную относительно излучающей антенны 3 часть контура антенны 6 (фиг. 5). Условие равенства магнитных потоков имеет вид |Ф1|=|Ф2|, где Ф1=∫∫B1·S1ds и Ф2=∫∫B2·S2ds - соответственно магнитные потоки во внутренней и внешней по отношению к генераторной антенне 3 областях приемной антенны 6, представленные в виде интегралов по поверхности секторов приемной антенны 6.

Такое техническое решение антенны 6 позволяет значительно, до двух порядков, снизить влияние на принимаемый сигнал остаточных токов, циркулирующих в генераторной антенне 3 после выключения возбуждающего тока.

На фиг. 9 представлены графики профилирования для относительного уровня сигнала Еотн для разных вариантов приемной антенны 6 (а - прямоугольная антенна, б - треугольная, в - двухсекционная) при перемещении приемной антенны 6 вдоль центральной балки 4 через контур генераторной антенны 3, Eотн=(Ei/E0)*100%, где Ei - уровень сигнала в приемной антенне 6 в текущем положении L, Е0 - уровень сигнала в приемной антенне 7 в центре генераторной антенны 3 (L=0). На фиг. 9: горизонтальная ось L - расстояние от центра генераторной антенны 3 до центра контура приемной антенны 6. Пунктирной линией условно показано положение контура генераторной антенны 3. Вертикальная ось - уровень относительного сигнала Еотн в приемной антенне 6. Точки, в которых графики пересекают нулевой уровень сигнала, соответствуют положениям приемной антенны 6, в которых достигается максимальная компенсация влияния остаточных токов. Прямоугольная и треугольная приемные антенны 6 имеют единственную точку компенсации (графики а и б). Двухсекционная приемная антенна имеет две точки компенсации - B1 и B2 (график в).

Практически необходимое положение приемной антенны 6 определяется достижением минимальной взаимоиндукции между генераторной антенной 3 и приемной антенной 6 при подаче в генераторную антенну 3 токовых импульсов от коммутатора 23 тока. При этом амплитуда токовых импульсов может быть уменьшена относительно номинального значения. Далее приемную антенну 6 перемещают вдоль центральной балки 4 по направляющей 16 с помощью кронштейна 17 до получения минимальных значений измеряемого сигнала, преимущественно на ранних временах (t≤2 τф, где τф - длительность фронта выключения тока в генераторной антенне 3).

В частности, для обеспечения данного требования в случае выполнения приемной антенны в виде прямоугольного контура необходимо, чтобы одна треть (1/3) контура приемной антенны 6 находилась внутри контура генераторной антенны 3, а две трети (2/3) - за его пределами.

Для иллюстрации устойчивости компенсации представлены графики уровня относительных сигналов Еотн вблизи точек компенсации для прямоугольной (фиг. 10), треугольной (фиг. 11) и вблизи точки компенсации B2 для двухсекционной (фиг. 12) приемных антенн 6. Горизонтальные оси L - расстояние в мм от центра генераторной антенны 3 до центра контура приемной антенны 6. Вертикальные оси - относительный уровень сигнала Еотн. Из графиков видно, что компенсация прямого поля на два порядка (или в пределах ±1% относительного сигнала) для прямоугольной и треугольной приемных антенн сохраняется при перемещении антенны в пределах ±5 мм от точки компенсации (фиг. 10, 11). Для двухсекционной антенны компенсация в пределах ±1% сохраняется при перемещении антенны в пределах ±50-70 мм от точки компенсации (фиг. 12).

Дополнительное снижение уровня помех на приемной антенне 6, связанных с емкостной связью между приемной антенной 6 и генераторной антенной 3, может быть также достигнуто за счет ее установки на некоторой высоте (порядка 40 см) над плоскостью генераторной антенны 3.

Подвесная треугольная антенна 15 характеризуется как пониженным влиянием на принимаемый сигнал остаточных токов системы за счет ее удаления от генераторной антенны 3 вверх, так и пониженным уровнем электромагнитной помехи, что обуславливается отсутствием непосредственной передачи механических вибраций от зонда 1.

Приемная антенна 6, установленная, как это описано выше, осуществляет регистрацию ответного сигнала в условиях ослабленного влияния остаточных токов системы на измеряемый сигнал. Особенно эффективный прием антенны 6 проявляется на временах более 2 τф.

Приемная антенна 7, выполненная преимущественно изометричной, например квадратной формы, расположенная на центральной балке 4, используется совместно с данными компенсационной антенны 6, для восстановления параметров остаточного тока при обработке. Для чего из сигнала, полученного с центральной антенны 7, вычитают сигнал с компенсационной антенны 6, свободный от влияния остаточных токов, с учетом разницы в моментах данных приемных антенн.

Несущий корпус 2 (фиг. 1) с установленными на нем элементами конструкции устройства с помощью средств буксировки, тросового паука 9 и троса-кабеля 8, крепится к фюзеляжу летательного аппарата 10 так, что верхняя точка тросового паука 9 выносится вверх и вперед относительно центра масс зонда 1. При проведении аэрогеофизических работ расстояние зонда 1 от исследуемой поверхности составляет 20-50 м.

Энергию для формирования токовых импульсов обеспечивают аккумуляторные батареи 20, находящиеся в контейнере 5. Трос-кабель 8 имеет электрические линии питания для подзарядки силовых батарей 20 от бортовой сети 37 вертолета.

По управляющим сигналам с бортового компьютера 28 блок 21 управления, расположенный в аппаратурном блоке 5 зонда 1, вырабатывает синхроимпульсы, посредством которых осуществляется управление коммутатором 23 тока, подающего токовые импульсы в генераторную антенну 3, задает длительности тока и паузы между импульсами и их амплитуду. Стабилизатор тока 22 измеряет текущее среднее значение тока в генераторной антенне 3 и производит необходимую коррекцию управляющих импульсов блока 21 управления для коррекции работы коммутатора 23 тока. Одновременно синхроимпульсы с блока 21 управления передаются по тросу-кабелю 8 на борт и поступают в измерительный блок 29 (фиг. 4) для синхронизации работы АЦП 30 и программы регистрации на бортовом компьютере 28.

Измеряемый ответный электромагнитный сигнал поступает с каждой из приемных антенн 6, 7, 15, усиливается соответствующими антенными усилителями 25-27. Далее принятые ответные сигналы по сигнальным линиям троса-кабеля 8 передаются к бортовому оборудованию, где поступают на входы соответствующих многоканальных усилителей 31, 32, 33, оцифровываются в АЦП 30 и поступают в бортовой компьютер 28.

Напряженность магнитного поля измеряется магнитометром 18 (фиг. 1). Данные с магнитометра 18 передаются по отдельному кабелю на бортовой измерительный комплекс, где поступают через блок 38 регистрации в компьютер 28 для регистрации и визуализации.

Истинная высота полета фиксируется высотомером 35 и далее регистрируется и отображается в измерительной программе на компьютере 28.

Программа регистрации данных, установленная в бортовом компьютере 28, осуществляет одновременную запись данных с АЦП 30, высотомера 35 и блока 38 регистрации данных магнитометра 18.

Бортовой компьютер 28 оснащен следующими программами регистрации и обработки поступающих на него данных:

1. Технологическое программное обеспечение (ПО) комплексных аэрогеофизических исследований QAeroRecorder, предназначенное для сбора данных аэроэлектроразведки, измерений магнитометра и высотомера.

2. Программа QAeroProcessor предназначена для предварительной обработки данных аэроэлектроразведки и данных измерений магнитометра.

3. Программный комплекс EM-DataProcessor, предназначенный для количественной и качественной интерпретации данных электроразведки.

В целом, вся совокупность существенных признаков технического решения, согласно группе изобретений, обеспечивает проведение электромагнитных исследований с высокой разрешающей способностью и глубинностью в труднодоступной, в том числе горной, местности. Изобретение может быть использовано при решении широкого спектра поисковых задач до глубин 300-500 метров, а также для решения подчиненных прикладных задач, таких как определение параметров зоны малых скоростей для высокоточной сейсморазведки, решения задач гидрогеологии, инженерной геологии и предупреждения потенциально опасных процессов и явлений в технолитосфере.

1. Устройство для аэрогеофизической разведки, содержащее буксируемый с помощью летательного аппарата электромагнитный зонд, включающий аппаратурный блок, генераторную антенну, приемную антенну, установленную в хвостовой относительно направления движения части указанного электромагнитного зонда, при этом указанный зонд включает несущий корпус, выполненный из нескольких прямолинейных секций, образующих преимущественно многоугольник, с расположенными на нем витками генераторной антенны, отличающееся тем, что оно снабжено центральной балкой, расположенной вдоль направления движения, с установленными на ней указанной приемной антенной и указанным аппаратурным блоком, закрепленным в передней относительно движения части указанной центральной балки, указанная приемная антенна установлена в хвостовой части указанной центральной балки с образованием двух гальванически связанных секторов, один из которых расположен внутри контура генераторной антенны, а другой - вне указанного контура, при этом магнитный поток, пересекающий сектор приемной антенны, находящийся внутри контура генераторной антенны, и магнитный поток, пересекающий сектор приемной антенны, находящийся снаружи контура генераторной антенны, компенсируют друг друга (равны по модулю и разнонаправлены).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что контур указанной приемной антенны выполнен в виде двух секторов произвольной геометрической формы, соединенных между собой в единый контур с минимально возможной площадью пересечения контура генераторной антенны.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что контур указанной приемной антенны выполнен в виде прямоугольника, контур которого пересекает контур генераторной антенны.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанная приемная антенна выполнена в виде треугольника, пересекающего контур генераторной антенны.

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что контур указанной приемной антенны выполнен в виде двух концентрически криволинейных трапецеидальных секций, соединенных электрически, одна из которых установлена на центральной балке внутри излучающего контура, а другая - вне его.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно включает приемную антенну, расположенную в центральной части указанной центральной балки, выполненную преимущественно в виде квадратного контура, при этом верхняя частота полосы рабочих частот указанной антенны выше верхней частоты полосы рабочих частот приемной антенны, установленной в хвостовой части зонда.

7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что приемные антенны выполнены в виде многовитковых контуров, жестко закрепленных внутри корпуса, выполненного из диэлектрического материала.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит подвесную приемную антенну, преимущественно треугольной формы, расположенную в верхней части тросов, составляющих средства буксировки электромагнитного зонда, при этом верхняя частота полосы рабочих частот указанной подвесной антенны выше верхней частоты полосы рабочих частот приемной антенны, установленной в хвостовой части зонда.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что многовитковый контур подвесной приемной антенны выполнен в виде гибкого многожильного кабеля, закрепленного по периметру корпуса, выполненного из диэлектрического материала.

10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что несущий корпус зонда выполнен в виде правильного многоугольника из разъемных прямолинейных секций с круглым поперечным сечением, жестко соединяемых между собой с помощью закладных коленчатых секций.

11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено жестко установленными на центральной балке направляющими, выполненными с возможностью перемещения по ним стяжных кронштейнов - хомутов, взаимодействующих с корпусом устанавливаемой приемной антенны.

12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанный аппаратурный блок установлен в передней относительно движения части указанной центральной балки, преимущественно за пределами контура генераторной антенны, с внешней стороны зонда.

13. Устройство по п. 1 отличающееся тем, что средства буксировки зонда выполнены в виде четырех тросов, первые концы которых соединены между собой и закреплены на связанном с летательным аппаратом тросе-кабеле, вторые концы указанных тросов соответственно закреплены на указанном зонде, при этом один из тросов закреплен в хвостовой части указанной центральной балки и выполнен с возможностью регулировки его длины, остальные тросы закреплены в передней части указанного зонда так, что места их крепления находятся на одной прямой, лежащей в плоскости несущего корпуса зонда.

14. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что аппаратурный блок включает GPS систему, связанный с бортовым измерительным комплексом блок питания, коммутатор тока, связанный с последовательно соединенными стабилизатором тока и блоком управления, силовой выход указанного коммутатора тока связан с генераторной антенной, а вход - с управляющим выходом блока управления, при этом бортовой измерительный комплекс включает бортовой компьютер, первых вход которого связан с выходом измерительного блока, включающего многоканальный АЦП, выход которого является выходом блока, а входы связаны с входными многокаскадными усилителями, входы которых через трос-кабель соединены с соответствующими антенными усилителями приемных антенн, расположенными на зонде, управляющий вход АЦП через трос-кабель связан синхронизирующим выходом блока управления аппаратурного блока зонда, второй, третий и четвертый входы бортового компьютера связаны соответственно с бортовой системой GPS, высотомером и магнитометром, а управляющий выход бортового компьютера через трос-кабель связан с управляющим входом указанного блока управления.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что блок питания включает сменные аккумуляторные батареи с емкостью, достаточной для поддержания работоспособности устройства в течение всего полета.

16. Способ аэрогеофизической разведки, включающий генерирование электромагнитного поля с помощью буксируемого летательным аппаратом электромагнитного зонда, прием ответного электромагнитного сигнала с помощью приемной антенны, установленной в хвостовой относительно направления движения части указанного электромагнитного зонда, при этом указанный электромагнитный зонд, включает несущий корпус с расположенными на нем аппаратурным блоком и витками генераторной антенны, отличающийся тем, что указанную приемную антенну устанавливают в хвостовой части указанного электромагнитного зонда с образованием двух связанных секторов (секций), один из которых расположен внутри контура генераторной антенны, а другой - снаружи указанного контура, при этом магнитный поток, пересекающий сектор приемной антенны, находящийся внутри контура генераторной антенны, и магнитный поток, пересекающий сектор приемной антенны, находящийся снаружи контура генераторной антенны, компенсируют друг друга (равны по модулю и разнонаправлены).

17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что указанную приемную антенну устанавливают с возможностью ее перемещения на расположенной вдоль направления движения электромагнитного зонда центральной балке.

18. Способ по п. 16, отличающийся тем, что контур указанной приемной антенны выполняют в виде двух секторов произвольной геометрической формы, соединенных между собой в единый контур с минимально возможной площадью пересечения контура генераторной антенны.

19. Способ по пп. 16-18, отличающийся тем, что контур указанной приемной антенны выполняют в виде двух концентрически криволинейных трапецеидальных секций, соединенных электрически, одна из которых установлена на указанной центральной балке внутри излучающего контура, а другая - снаружи указанного контура.

20. Способ по п. 16, отличающийся тем, что контур указанной приемной антенны выполняют в виде прямоугольника, контур которого пересекает контур генераторной антенны.

21. Способ по п. 16, отличающийся тем, что указанную приемную антенна выполняют в виде треугольника, контур которого пересекает контур генераторной антенны.

22. Способ по пп. 16-17, отличающийся тем, что в центральной части указанной центральной балки устанавливают приемную антенну, выполненную преимущественно в виде квадратного контура, при этом верхняя частота полосы рабочих частот указанной антенны выше верхней частоты полосы рабочих частот приемной антенны, установленной в хвостовой части зонда.

23. Способ по п. 16, отличающийся тем, что в верхней части тросов, составляющих средства буксировки электромагнитного зонда, устанавливают подвесную приемную антенну, преимущественно треугольной формы, при этом верхняя частота полосы рабочих частот указанной подвесной антенны выше верхней частоты полосы рабочих частот приемной антенны, установленной в хвостовой части зонда.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к бортовой геофизической съемке. Сущность: узел катушек приемника включает полужесткую наружную оболочку, имеющую вертикальную протяженность, которая меньше, чем ее горизонтальная протяженность.

Изобретение относится к области разведочной геофизики и может быть использовано при зондировании морского дна в шельфовой зоне в движении судна для прогнозирования залежей углеводородов.

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой устройство приемной катушки для системы электромагнитной съемки. Устройство включает систему двойной подвески, состоящую из трубчатой наружной рамы, жесткого внутреннего элемента, подвешенного с использованием упругих элементов к раме, и приемной катушки, подвешенной с использованием упругих элементов к жесткому внутреннему элементу.

Изобретение относится к системам и способам электромагнитной съемки местности. Система бортовой геофизической электромагнитной съемки включает воздушное судно с неподвижным крылом, узел катушки приемника, систему лебедки, имеющую буксирный трос, прикрепленный к узлу катушки приемника для перевода узла катушки приемника в положение для съемки и систему защелок для установки на нижнюю сторону воздушного судна, имеющую раскрываемые запорные элементы для зацепления узла катушки приемника, когда узел катушки приемника находится во втянутом положении.

Изобретение относится к геофизической разведке. Сущность: буксируемый узел катушек приемников включает несколько катушек приемников.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения удельной электропроводности грунтов, скальных пород и других тел на и под поверхностью земли.
Изобретение относится к геофизике. Сущность: способ включает выполнение аэромагнитной съемки по сети рядовых (РМ) и секущих (СМ) маршрутов и прямые измерения вариаций на базисной магнитовариационной станции (МВС).

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для аэроэлектроразведочных работ. Заявлен буксирный узел для бортовой электромагнитной системы аэросъемки, включающий полужесткую раму петли передатчика, поддерживающую петлю передатчика, и узел подвески для буксировки рамы петли передатчика за летательным аппаратом.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для дистанционного контроля состояния магистральных газопроводов и хранилищ с помощью диагностической аппаратуры, установленной на носитель - дистанционно-пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА).

Изобретение относится к области магниторазведки и может быть использовано при поиске и обнаружении подводных лодок (ПЛ) при помощи установленных на подвижном носителе бортовых средств магнитных измерений, в частности скалярных магнитометров.

Изобретение относится к геофизическим измерениям с помощью летательного аппарата. Сущность: система для электромагнитной геофизической съемки во временной области (TDEM) для получения результата измерения В-поля включает катушку передатчика, компенсационную катушку, расположенную в концентрической и копланарной ориентации относительно катушки передатчика, катушку приемника, расположенную в концентрической и копланарной ориентации относительно компенсационной катушки, источник электрического тока, соединенный с катушкой передатчика и компенсационной катушкой для подачи на них периодического тока, и систему сбора данных, предназначенную для приема сигнала dB/dt временной производной магнитного поля от катушки приемника и интегрирования сигнала dB/dt для генерации результата измерения магнитного В-поля. Множество радиальных тросов проходят радиально наружу от центральной точки к соответствующим местам рамы катушки передатчика, рамы компенсационной катушки и рамы катушки приемника, каждая из которых соединена с радиальными тросами. Катушка передатчика, компенсационная катушка и катушка приемника расположены относительно друг друга так, что в месте катушки приемника магнитное поле, генерируемое компенсационной катушкой, оказывает аннулирующее влияние на первичное магнитное поле, генерируемое катушкой передатчика. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх