Устройство для поиска волновых предвестников землетрясений

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«»949597 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 19. 11. 80 (21) 3245644/18-25 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 0708В2. Бюллетень № 29

Дата опубликования описания 070832

{51)M Кп з

G 01 V 3/00f/

G 01 Y 11/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (Щ УДК 550.837 (088 ° 8) ® ® меам

"й7 Наю. " и снм (72) Авторы изобретения

В.Т.Лахтанов и Я-И.Е.Риэник

Институт геофизики им. С.И.Субботина (71) Заявитель (54) уСТРОЯСТВО ДЛЯ ПОИСКА ВОЛНОВЫХ

ПРЕДВЕСТНИКОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

Изобретение относится к устройствам для поиска волновых (электромагнитных, сейсмических) предвестников землетрясений. 5

В 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. ).

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 12 °

Известны устройства для поиска электромагнитных предвестников землетрясений, содержащие приемный датчик-антенну, тракты селективного усиления, детектор и регистратор 3 ).

Аналогичные блоки содержат и устройства, предназначенные для регистрации высокочастотных сейсмических шумов, применяевие для различных целей, в том числе для исследования геодинамических процессов 543.

Недостатком 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 контур

949597 которого 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 проверки стабильной работы аппаратуры на вход устройства подается калибровочный сигнал со стандартного генератора Г4-ЗА. Калибровка устройства на разных частотах осуществляется ручной перестройкой частоты генератора

Г4-3А. 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.

s

К недостаткам известного устройства относится то, что для проведения калибровки в устройство введен 30 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.опе-4р рации 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 частотА>й селекции через ключ и делитель напряжения связан с приемным датчиком соседнего измерительного канала. 60

При этом в каждом блоке частотной селекции реактивный элемент и умножитель добротности содержат. последовательно соединенные дополнительные реактивные элементы,. входы и выходы 65 каждого иэ которых соединены ключами .

Такое конструктивное выполнение позволяет использовать каждый из блоков 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 1-1,1-2,...,1-п, т.е. п приемных антенн (n — количество поддиапазонов, перекрывающих регистрируемый диапазон частот), п блоков

2-1,2-2,...,2-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 2-1,2-2,...,2-п. Каждый из приемных датчиков 1-1,1-2,..., 1-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 2-1,2-2,...,2-п частотной селекции предназначены для частотной селекции сигнала в пределах выбранного поддиапазона частот.

Каждый из блоков 2-1,2-2,...,2-п содержит резонансный усилитель, выполненный на активных элементах 4-1, 4-2,...,4-п, например транзисторах, соединенных с реактивным элементом (индуктивностями 5-1,5-2,...,5-n) °

Каждая из индуктивностей имеет отвод от части витков, например от середины обмотки, присоединенный к коммутирующему ключу (ключи 6-1,6,2,..., б-n), замыкающему часть, витков обмотки на шину питания. На индуктивностях 7-1,7-2,...,7-п и лямда-диодах

8-1,8-2,...,8-п (5j выполнены умножители добротности резонансных каскадов. Каждая из индуктивностей 7-1, 7-2,...,7-п также имеет отвод от части витков, присоединенный к ключу (ключи 9-1,9-2,...,9-n), эакорачивающему часть витков обмотки индуктивности на шину питания. Выход каждого резонансного каскада присоединен к каскаду дополнительного усиления и согласования с кабелем (каскады 10-1,10-2,...,10-n). Каждый из каскадов 10-1,10-2,....,10-п имеет электрическую связь с регистратором

3, в качестве которого использован, например, многодорожечный аппарат

949597 магнитной записи. Кроме того, каждый из блоков 2-1,2-2,...,2-п частотной селекции через ключи 11-2,11-3,..., 11-п и делители 12-2,12-3,...,12-п напряжения имеет электрическую связь с приемным датчиком соседнего кана- 5 ла: выход блока 2-1 через ключи 11-2 и делитель 12-2 присоединен к приемному датчику 1-2, выход блока 2-2 электрически связан с приемным датчиком,1-3 (не показан) и т.д. и )p выход блока 2-(n-1) (не показан) элек. трически связан с приемным датчиком

1-n., Датчик 1-1 и блок 2-1 частотной .селекции настроены на самую высокую частоту контролируемого диапазона частот, датчик 1-2 и блок 2-2 — на частоту в два раза меньшую, чем резонансная частота более высокочастотного канала (датчики 1-1 и селективный блок 2-1) и т.д. Так, напри20 мер, если контролируемый диапазон лежит в пределах от 1 кГц до 10 мГц, следующий соседний канал настроен на частоту 5 мГц и т.д.

Устройство работает следующим образом.

Приемные датчики 1-1,1-2,...,1-п размещаются в приповерхностной зоне земной коры (в одной или нескольких скважинах, в штольне и т.п.). В про,цеосе работы устройства периодически осуществляются две операции: калибровка и измерение (при измерении приемные датчики регистрируют естественное импульсное электромагнитное 35 излучение Земли).

Калибровка проводится в два этапа. На первом этапе проводится калибровка всех четных усилительных блоков 2-2,2-4,2-6,...; в этом слу- 4й чае все нечетные блоки 2-1,2-3,2-5, служат в качестве калибровочных генераторов, 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 четные блоки 2-2, 2-4, 2-6. ° . работают в режиме 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 дополнительных витков индуктивностей 7-1,7-3,7-5 обеспечивающее возникновение режима генерации блоков 2-1,2-3,2-5,..., 60

Частота 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,..., 6-и и ключи 9-1, 9-2,,9-5,..., 9-п замкнуты, а ключи 11-2, 11-3,,11-п разомкнуты. В этом случае в резонансный контур каждого из блоков 2-1, 2-2, 2-3,..., 2-п вносится отрицательное сопротивление, обеспечивающее умножение добротности соответствующего резонансного контура, и каждый из блоков 2-1, 2-2, 2-3,..., 2-п обеспечивает усиление сигналов, поступающих с приемных датчиков 1-1, 1-2, 1-3,...,1-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 определенной 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 решение

949597 упрощает 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- 15 ных узкополосных трактов.

Формула изобретения

1. Устройство для поиска волновых предвестников землетрясений, содержащее несколько измерительных каналов, соединенных с многоканальным регистратором, каждый из которых содержит 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, соединеннь|е 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 и ч а ю щ е е с я тем, что в каждом блоке частотной селекции реактивный элемент и умножитель добротности содержат последовательно соединеные дополнительные реактивные элементы, входы и выходы каждого из которых соединены ключами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Садовский М.А., Соболев Г.М., Мигунов Н.И. Изменения естественного излучения радиоволн при сильном землетрясении в Карпатах. Доклады

AH СССР, 1979, т. 244, Р 2, с.316319.

2. Гохберг М.Б., Горбунов В.A., Аронов Е.Л. О высокочастотном электромагнитном излучении при сейсмичесКой активности. Доклады AH СССР, 1979, т.248, М 5, с.1077-1081.

3. Рыкунов Л.Н., Хаврошкина О.Б., Цыплаков B.Â. Временные вариации сейсмических шумов. Известия AH УССР.

Сер. "Физика Земли", 1979, 9 11, с.72-.77.

4. Султанходжаев A.Н. и др. Гидросейсмологические исследования в Восточной Фергане. Ташкент, "Фан", 1978, с.178-182.

5. Кузнецов A.Н., Барышев В.И.

Узкополосный усилитель слабых сигналов для измерения частоты. — "Измерительная техника", 1979, Р 8, с.53-54 (прототип).

949597

Составитель Л.Воскобойников

Редактор л.Филь техред С.Мигунова корректор О.Билак

Заказ 5744/36 Тираж 717 Подписное

HHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, й-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4