Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обоснование конструктивных параметров аппаратуры 11
1.1. Современное состояние индукционных частотных зондирований. Теория и аппаратура 11
1.1.1. Современные аппаратурные решения 16
1.1.2. Итог обзора существующих аппаратурных решений 21
1.1.3. Трехкатушечный зонд 43 над проводящим полупространством 23
1.2. Беспроводные сети передачи данных 28
1.3. Выводы. Рекомендации по выбору параметров электронной части аппаратуры ЭМС 31
Глава 2. Разработка аппаратуры малоглубинных индукционных частотных зондирований 33
2.1. Существующие результаты экспериментальных исследований трехкатушечных зондов 33
2.1.1. Минимизация искажающих факторов 35
2.2. Аппаратура индукционного частотного зондирования ЭМС 37
2.2.1. Общие характеристики 37
2.2.2. Описание структурной схемы 38
2.2.3. Генераторный блок 40
2.2.4. Приемно-усилительный блок 45
2.2.5. Микропроцессорный измерительный блок 54
2.3. Исследование полосы пропускания приемного тракта 67
2.4. Исследование линейности преобразования сигнала в цифровую форму 68
2.5. Исследование зависимости фазы излучения от температуры 70
2.6. Погрешность измерений 72
2.7. Выводы 76
Глава 3. Полевое применение аппаратуры 77
3.1. Сравнительные работы на гидротермальных объектах активных вулканов Курило-Камчатского региона 77
3.1.1. Обьекты для сравнительных тестов 79
3.1.2. Методика сравнительных работ 83
3.1.3. Интерпретация результатов 87
3.2. Полевые работы в условиях повышенных электромагнитных помех на ГРЭС пос. Назарово 93
3.2.1. Объект работ 93
3.2.2. Методика полевых работ 94
3.2.3. Интерпретация результатов 9 7
3.3. Выводы 98
Заключение 100
Литература 102
- Трехкатушечный зонд 43 над проводящим полупространством
- Аппаратура индукционного частотного зондирования ЭМС
- Исследование полосы пропускания приемного тракта
- Полевые работы в условиях повышенных электромагнитных помех на ГРЭС пос. Назарово
Введение к работе
Объект исследования - аппаратура индукционного частотного зондирования (ИЧЗ) электромагнитный сканер (ЭМС). Исследуется на предмет разработки аппаратной части и встраиваемого программного обеспечения с учетом оптимальности программного управления и помехозащищенности аппаратуры, реализующей метод индукционного частотного зондирования трехкатушечным зондом, предназначенной для картирования и построения распределения кажущегося удельного сопротивления верхней части разреза в реальном времени.
Актуальность разработки
Современный этап развития геофизического приборостроения характеризуется появлением геофизической аппаратуры, построенной по принципу цифровой системы регистрации, накопления и предварительной обработки информации в реальном времени. Основным достоинством применения цифровых систем регистрации для целей получения первичной геофизической информации в аппаратуре является применение оптимального (помехоустойчивого) детектирования, которое обеспечивает регистрацию полезного сигнала от среды с минимальными искажениями.
Одним из существенных моментов при проектировании систем, измеряющих переменные электрические или магнитные поля, и, в частности, при проектировании цифровых систем регистрации является учет электромагнитной обстановки вблизи мест проведения предполагаемых работ. При этом, поскольку работы часто, выполняются в условиях высоких помех от
5 промышленных объектов, например ТЭЦ, ЛЭП, и т.п., существует реальная проблема выделения полезного сигнала на фоне внеполосной помехи, которая может превосходить его в десятки или сотни раз.
В основу метода индукционного частотного зондирования положено использование искусственно создаваемых переменных электромагнитных полей, наводящих в земле вторичное электромагнитное поле последовательно на разных частотах. Источником поля является незаземленная изолированная петля, расположенная на поверхности земли. Поскольку, измеряются составляющие вторичного поля, очевидно, что регистратор будет принимать как полезный сигнал, так и помехи.
Таким образом, актуальность разработки определяется необходимостью повышения информативности и производительности аппаратуры, которая бы позволяла достоверно выполнять индукционные частотные зондирования в сильно зашумленных городских или промышленных условиях и отображать первичную информацию в реальном времени на основе разработки оптимального алгоритма управления аппаратурой и создания помехо-защищенной системы измерений.
Цель исследования
Повысить достоверность измерений и полноту извлечения информации о геоэлектрическом строении среды на малых глубинах, увеличить производительность аппаратуры индукционных частотных зондирований ЭМС за счет: использования параллельных измерений комплексных амплитуд тока в генераторе и ЭДС в приемнике, разработки аналогово-цифрового канала с синхронным детектором и применением сигма-дельта аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) в регистраторе аппаратуры ЭМС и за счет объединения аппаратуры в беспроводную сеть с терминалом на базе карманного компьютера.
Научная задача
Разработать узкополосную помехозащищенную программно- аппаратную часть трехкатушечного зонда аппаратуры индукционных час- тотных зондирований ЭМС, работоспособную в условиях высоких промышленных помех.
Задача решалась поэтапно:
Обосновать конструктивные параметры аппаратуры.
Разработать и изготовить прототип электронных блоков и модулей аппаратуры.
Опробовать аппаратуру на различных полевых объектах.
Фактический материал и методы исследования
Теоретической основой решения поставленных задач являются уравнения Максвелла. Автор опирался на результаты работ А.А. Кауфмана, Г.М. Морозовой, Л.А. Таборовского, М.И. Эпова, B.C. Могилатова, Ю.А. Дашевского, А.К. Манштейна, И.Н. Ельцова и других широко известных специалистов в области малоглубинной геоэлектрики.
В работе использованы методы математического моделирования, физическое моделирование, аналитический аппарат электродинамики, численные методы расчета и анализа, стендовые и полевые испытания.
Значительная часть результатов работы получена при использовании вычислительных алгоритмов, реализованных на языках VHDL, C++ и в среде Matlab. В работе выполнен обзор существующих аппаратурных решений и их сравнительный анализ.
Для исследования технических характеристик комплекса аппаратуры ЭМС использована метрологическая нормативная база. Результаты анализа электронных модулей и блоков комплекса аппаратуры сравнивались с результатами лабораторных тестов на макете аппаратуры. Достоверность полевых результатов основывается на сравнении данных полученных разными геофизическими методами.
Полевые исследования с комплексом аппаратуры проведены при поддержке гранта РФФИ-09-05-011-38-а и интеграционном проекте СО РАН № 109 "Археогеофизика в Западной Сибири и на Алтае". В качестве результатов полевых исследований приводятся данные экспедиций за 2007-2009 г., в ко-
7 торых автор принимал непосредственное участие, а также результаты полевых работ группы малоглубинной геофизики ИНГТ СО РАН под руководством А. К. Манштейна.
Защищаемые научные результаты
Разработана и применена электрическая схема приемно-усилительного блока в приборе индукционного частотного зондирования ЭМС, реализующая параллельные измерения комплексных амплитуд тока в генераторе и ЭДС в приемнике.
Разработан аналого-цифровой канал с синхронным детектором и применением сигма-дельта АЦП в регистраторе аппаратуры ЭМС, который обеспечил необходимый линейный диапазон преобразования комплексных амплитуд переменного сигнала в постоянные составляющие.
Создан пакет встраиваемых подпрограмм, который позволил объединить аппаратуру индукционного частотного зондирования ЭМС в беспроводную сеть с терминалом на базе карманного компьютера (КПК) и модулем спутниковой навигации (GPS). Пакет подпрограмм позволяет визуализировать данные частотного зондирования в виде карт и разрезов в масштабе реального времени.
Научная новизна и личный вклад
Трехкатушечные зонды широко используются в индукционной сква-жинной аппаратуре, где наиболее просто достигается компенсация мешающего поля от генератора в приемных контурах, ввиду того, что весь прибор окружен проводящим пространством. Для наземной переносной аппаратуры, построенной по принципу трехкатушечного зонда, полезный сигнал в разы меньше. Поэтому еще труднее выделить полезный сигнал на фоне мешающего поля от генератора. Несмотря на то, что достижимый уровень компенсации в описываемом приборе близок к 500, для выделения полезного сигнала от антенн и уменьшения влияния прямого поля от генератора предложен новый принцип одновременной регистрации сигналов от антенн и тока в генераторе.
До данного момента в аппаратуре индукционных частотных зондирований не применялась возможность дистанционного управления прибором с отображением двумерных результатов в реальном времени (автор не нашел существующих решений подобного рода в рассмотренных по тематике работы публикациях, на момент опубликования результатов работы).
Для увеличения производительности аппаратурно-программного комплекса ЭМС обосновано и выполнено введение в его схему модуля беспроводного доступа.
Разработана программно-аппаратная часть для прибора индукционного частотного зондирования ЭМС, позволяющая реализовать метод регистрации кажущегося удельного сопротивления грунта трехкатушечным зондом в режиме реального времени с объединением GPS и КПК в беспроводную сеть.
Для повышения помехозащищенности и сужения полосы пропускания предложен смешанный аналого-цифровой способ параллельного синхронного детектирования с применением сигма-дельта преобразователей.
Разработаны принципиальные схемы и сборочные чертежи электронных модулей и блоков аппаратуры ИЧЗ ЭМС.
При непосредственном участии автора создано и отлажено 10 комплектов аппаратуры ИЧЗ ЭМС.
Разработано описание работы и инструкция по эксплуатации прибора ИЧЗ ЭМС.
Комплексом ИЧЗ ЭМС в период 2005-2009 гг. при непосредственном участии автора выполнены сравнительные полевые работы. Накоплен большой фактический материал. Проведен предварительный сравнительный анализ и интерпретация данных.
По результатам полевых работ аппаратурой ИЧЗ ЭМС составлены заключения о качественном распределении кажущегося удельного электрического сопротивления (УЭС) исследуемых объектов.
9 Научная и практическая значимость
Обоснован, разработан и изготовлен аппаратурно-программный комплекс неразрушающего исследования распределения кажущегося удельного электрического сопротивления с глубиной для объектов верхней части разреза (до 10 м).
Аппаратура ИЧЗ ЭМС позволяет производить неразрушающие исследования распределения кажущегося УЭС с глубиной объектов археологического, экологического, инженерного и другого типов с визуализацией в режиме реального времени в условиях всепогодной полевой эксплуатации одним человеком.
Ввиду отсутствия близких многочастотных наземных аналогов ЭМС, ожидаемый экономический эффект, при условии внедрения составляет 3-4 млн. рублей в год на 10 комплектов.
Прибор обладает высокой помехозащищенностью, и неоднократно использовался в условиях повышенных промышленных помех на различных объектах в городских условиях.
Апробация
Результаты работы докладывались на международной конференции посвященной 50-летию института геофизики УрО РАН (Екатеринбург 2008 г.), на 1-й межрегиональной научно-практической конференции для молодых ученых, аспирантов и студентов «Актуальные проблемы исследования этно-экологических и этнокультурных традиций народов Саяно-Алтая» (Кызыл 2009 г.), на IV симпозиуме по вулканологии и палеовулканологии (Петропавловск-Камчатский 2009 г.), на заседании ученого совета ИНГГ СО РАН (Новосибирск 2009 г.).
Материалы диссертации полностью изложены в трех публикациях, из них одна статья в ведущем рецензируемом журнале, определенном Высшей аттестационной комиссией: «Геология и геофизика», и две - материалы и труды научных конференций.
Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения и содержит 115 страниц текста, 45 рисунков, 3 таблицы. Список использованной литературы составляет 134 наименования.
Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения РАН.
Благодарности
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю кандидату технических наук А.К. Манштейну за постановку задачи, организацию исследований и постоянную помощь в работе.
В разработке механической части и написании прикладных программ автору оказали помощь Е.В. Балков, Ю.А. Манштейн, А.А. Адайкин, В.А. Белобородов, СЮ. Тикунов.
Большую помощь автору в организации и проведении научных и практических работ, полевых выездов и экспедиций оказали: М.И. Эпов, А.К. Манштейн, СБ. Бортникова, Ю.Г. Карин, СП. Бортникова.
Необходимо отметить неоценимую помощь сотрудников Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН: Л.В. Котенко, Т.А. Котенко,
Д.Ю. Кузьмина. Г.А. Карпова, [Г.М. Гавриленко
Всем упомянутым выше коллегам автор считает приятным долгом выразить глубокую благодарность.
Трехкатушечный зонд 43 над проводящим полупространством
Простейшим геоэлектрическим разрезом, электромагнитное поле над которым доступно аналитическому исследованию, является однородное проводящее полупространство [3], [20] с удельным электрическим сопротивлением р.
Изготовление аппаратуры индукционных зондирований традиционно связано с решением проблемы уменьшения или компенсации сигнала прямого поля генератора [19, 39]. Для этого часто применяют в устройстве зонда две приемные катушки, расположенные по одну сторону от генератора, включаемые последовательно встречно [20] (рис. 5), то есть с вычитанием наводимых в них ЭДС. Приемные катушки-датчики размещают на одной прямой с генераторной петлей, моменты всех трех катушек вертикальны. Ближняя к генератору приемная катушка имеет момент Mh дальняя - М2. Момент генераторной катушки обозначен как Мг. Расстояние между катушками Мг -г- Mi обозначено г/, расстояние Мг 4- М? - л2- (см. рис. 5).
Условие компенсации сигнала от прямого поля генератора при размещении трехкатушечного зонда в непроводящем пространстве выражается г, =є2 [1,9, 110, 99, 114], где г, - ЭДС в ближней катушке, е2 - ЭДС в дальней катушке. Вертикальная компонента магнитного поля, генерируемая диполем Мг и объемными токами в проводящем полупространстве (более подробно описано в работах [46, 40]), записывается в точках размещения измерительных диполей в виде:
Обозначим символами h:i для (1.1) и й.2для (1.2) магнитные числа,
которые в выражениях (1.1) и (1.2) находятся в фигурных скобках. Магнитное число представляет собой безразмерную величину, выражающую отношение поля источника над данным разрезом к его первичному полю, т.е. полю того же источника в изоляторе.
Введение магнитных чисел является простейшим способом нормировки поля [37, 40, 46], которая осуществляется с целью исключения из расчетов, а также из их графического и табличного представления множителей, влияние которых на изучаемое поле может быть легко учтено. В результате такой нормировки объем расчетного материала, необходимого для исследования поля, сокращается.
Запишем выражения для ЭДС в каждой из приемных рамок [81, 82]: е = , Ф = М-В., где М - магнитный момент приемной катушки. Пусть Ф = Mju0H:. Если относительную магнитную проницаемость сердечника принять равной единице, то, учитывая, что магнитное поле переменное Н, = Я?ет , можно записать:
Разностный сигнал в трехкатушечном зонде можно записать в виде: Учитывая краткую запись уравнений (1.1) и (1.2), запишем равенство (1.3) в виде:
Требование компенсации сигнала прямого поля є1 = є2 может быть за писано в виде: — = —f. Если компенсация выполняется с некоторой точно-г2 гх стью, то сигнал над проводящим полупространством в том же приближении равен: ще М — момент любого приемника, а г — расстояние от приемника до генератора. Надо заметить, что для измерения величины прямого поля непосредственно во время измерения необходимо применить отдельную приемную катушку, которая в нашем случае расположена в непосредственной близости от излучателя.
Как видно из записи (1.4), оценка разностного сигнала зондирования проводящего полупространства с помощью аналитических методов при больших Ь- представляет собой достаточно сложную задачу [46 , 40, 69]. Однако для того чтобы оценить примерный уровень сигнала на входе прибора достаточно использовать низкочастотное приближение [60]. В таком приближении, когда \кг\«1 [3, 19, 20, 21, 25, 37, 40], при разложении зависимости е для выражений (1.1) и (1.2) в ряд Тейлора, допустимо ограничиться первым членом ряда. В таблице 2 приведены значения кг для трех рабочих частот существующей аппаратуры в диапазоне удельнх сопротивлений полупрстранства от 1 до 100 Ом-м.
Аппаратура индукционного частотного зондирования ЭМС
Аппаратура ЭМС (рис. 7) предназначена для исследования трехмерного распределения электропроводности на глубину до 10 м в различных средах, контроля состояния инженерных сооружений, поиска и локализации захоронений промышленных отходов, источников и объемов утечки жидкостей, определения мест прокладки металлических труб, выделения пустот и для других целей [52]. Зондирование выполняется посредством последовательного измерения электропроводности грунта на 14 дискретных частотах (fi) гармонического сигнала в диапазоне 2,5- -250 кГц. Глубина зондирования пропорциональна Теоретические и экспериментальные исследования характеристик трехкатушечных зондов позволили изготовить рабочий макет аппаратуры индукционного частотного зондирования ЭМС.
Аппаратура электромагнитного зондирования ЭМС представляет собой трехкатушечныи индукционный зонд с вертикальными магнитными моментами, расположенными в одной плоскости. На одном конце стеклотек-столитовой штанги помещен генератор поля, на другом находятся два измерителя.
Аппаратура состоит из приемно-усилительного блока, блока микропроцессорного измерителя и синхронных детекторов, формирователя сигналов, усилителя мощности и интерфейсных модулей (рис 8). Аналоговые и цифровые цепи разнесены. Некоторые модули выполнены на одних и тех же печатных платах. Так например, блок питания расположен на плате усилителя мощности. Модуль микропроцессорного измерителя, синхронные детекторы и блок формирования опорных сигналов расположены на одной плате.
В генераторный блок входят: задающий кварцевый генератор 8 МГц, формирователь рабочих частот, коммутатор резонансных емкостей и усилитель мощности. По команде, поступающей от микропроцессорного измерительного блока, коммутатор подключает требуемую емкость в контур генератора и подает сигнал соответствующей рабочей частоты на вход усилителя мощности (рис. 9), который нагружен на генераторную катушку прибора. Усилитель мощности служит для создания гармонического сигнала на любой из выбранных оператором частот. В один момент он излучает одну частоту. Блок реле требуется для обеспечения условия резонанса в выходном колебательном контуре прибора. Изоляторы — оптопары в усилителе мощности служат для защиты цифровых цепей микроконтроллерного блока от пробоя, который может возникнуть при выходе силовых транзисторов из строя.
Цепочка из логических элементов D4 и резисторов R8-R11 (см. рис. 9) служит для удаления постоянной составляющей из сигналов возбуждения усилителя мощности.
Приемно-усилительный блок содержит: входной дифференциальный усилитель, фильтр нижних частот, согласующий усилитель, и синхронный детектор. Во время измерения, по команде от микропроцессорного измерительного блока на синхронные детекторы комплексных составляющих электромагнитного поля подаются опорные сигналы соответствующей рабочей частоты.
Блок микроконтроллерного измерителя выполнен на базе широко распространенных и сравнительно дешевых RISC микроконтроллеров AVR [98]. В составе блока имеются: энергонезависимая память, модуль телеметрии 2.4 ГГц, клавиатура, дисплей и интерфейс связи с ПК по протоколу RS232. R8 СЛ1
Генератор представляет собой систему с фазовым управлением возбуждения. Когда рабочая частота подается на усилитель мощности и далее поступает на катушку связи системы связанных контуров (контур накачки и резонансный контур), то для достижения резонанса на каждой частоте контур подключается к соответствующей емкости. В таком случае, генератор излучает переменное когерентное магнитное поле (рис. 10). Экспериментально установлено, что фаза излучаемого магнитного поля постоянна и не зависит от свойств естественных фунтов [51]. Только при близком расположении металлических объектов прямое поле реагирует на это изменением фазы.
Формирователь опорных сигналов синтезирует сигналы накачки генераторной петли (Нь H-i) и парафазные [28] сигналы управления коммути рующими детекторами (VR\(t), VR2(t)). Формирователь реализован на программируемой логической матрице (ПЛМ) типа Atera ЕРМ3064 [73], содержащей делитель с переменным коэффициентом деления, систему управления, делитель постоянного коэффициента деления, логику селекции сигналов накачки (рис. 11).
Выходной сигнал VR\(t) является источником формирования импульсов для ключей накачки переменного тока в контуре излучателя. Результат моделирования всей схемы усилителя мощности (для частоты 250 кГц) в программе Microcap показан на рис. 10.
Чтобы сгенерировать синусоидальные колебания в генераторной (резонансной) петле, можно подавать прямоугольные импульсы накачки в петлю связи (возбуждения). Ширина и частота этих импульсов зависит от некоторых (частотных и энергетических) параметров генераторной петли. Усилитель мощности выполнен по двухтактной схеме (см. рис. 9).
Для достижения резонанса на каждой частоте, резонансный контур подключен к модулю коммутируемых емкостей (Блок реле по схеме рис. 9). Тип примененных транзисторных ключей (VT1,VT2) — MTD20N06. Каждый из них отвечает за полупериод колебания. Что бы добиться синусоиды на L2, намотка катушки L1 производится жгутом из сдвоенного провода, середина формируется соединением начала одной половинки с концом другой (см. рис. 9).
Исследование полосы пропускания приемного тракта
Полоса пропускания измерителя исследовалась с отключенным собственным генератором. Подключение внешнего генератора осуществлялось после включения питания аппаратуры и «чтения нуля». Процедура «чтение нуля» состоит в измерении шумов, когда при отключенных сигналах накачки генераторной петли производится прием по обоим каналам (Re и Im). В дальнейшем эти сигналы от эфирных шумов (для каждой используемой частоты) вычитаются из сигналов, измеренных с включенным генератором эмс.
С помощью высокостабильного внешнего генератора синусоидального сигнала (ГЗ-110) и многовитковой петли создавалось переменное магнитное поле вблизи приемных катушек. Аппаратура включалась на одну из рабочих частот, а внешний генератор включался на частоту, отстоящую от рабочей на 100 Гц. Выполнялось измерение комплексных значений амплитуды во входных катушках. Далее внешний генератор перестраивался на частоту, отстоящую на 98 Гц от рабочей и выполнялось измерение, и т.д. через 2 Гц. Таким образом, измерялась амплитудно-частотная характеристика измерительного тракта от приемников до цифрового вида сигнала. Характеристика представлена в виде графика изменения модуля регистрируемого сигнала в зависимости от частоты. Экспериментально установлено, что полоса пропускания равна 20 Гц (2/о). Также были произведены замеры пропускания гармоник.
В случае включения внешнего генератора перед включением ЭМС (что соответствует реальному режиму работы, так как шумы присутствуют постоянно), сигнал от внешнего генератора принимался за ноль. По итогам экспериментальных работ установлено, что полоса пропускания одинакова на всех частотах. На рис. 24 показана амплитудно-частотная характеристика изме рительного тракта на частоте 27 кГц, с доверительным интервалом ±80 зн. АЦП.
Линейность преобразования принимаемого сигнала в цифровую форму подразумевает отсутствие амплитудно-фазовых искажений в измерительном тракте. Экспериментально исследовалась линейность передачи сигнала через приемные цепи, а именно коммутирующий детектор и преобразователь, в цифровую форму при любой фазе сигнала. Одновременно проверялся алгоритм первичной обработки сигнала в микроконтроллере. Источником поля служила внешняя петля, питание которой осуществлялось гармоническим током от высокостабильного генератора сигналов (ГЗ-110) на выбранной рабочей частоте аппаратуры ЭМС. Петля располагалась вблизи приемных ка тушек. Уровень поля задавался таким, чтобы не перегружать аналоговые цепи. При этом следует учесть, что генератор ЭМС отключен.
Из определения комплексного числа следует, что графическое изображение реальной и мнимой составляющих измеренного таким образом поля будет образовывать на плоскости окружность при условии отсутствия искажений, и при условии, что при постоянной внешней генерации время начала измерения будет выбираться случайно. На рис. 25 представлен результат измерения для одной частоты, такие же результаты получены и для всех остальных частот прибора. Как видно, точки образуют окружность, центр которой находится около нуля (0,0). По результатам экспериментов радиус окружности отклоняется от среднего значения не более чем на 1,2 %.
Главным дестабилизирующим фактором емкости является температура окружающей среды. Изучалось влияние на сигнал изменения температуры прибора в пределах ± 10 С. Этот диапазон является достаточным для учета влияния изменения температуры воздуха в течение рабочего дня. Исследования выполнялись методом измерения фазы ЭДС в пробной петле относительно импульсов накачки генераторного резонансного контура (L) с помощью воздушного переменного конденсатора (АС), припаянного параллельно к штатному конденсатору контура. Измерения проводились с помощью дву-лучевого электронного осциллографа. Схема эксперимента представлена на рис. 26.
При изменении величины дополнительной емкости АС на 6 % от величины Со на экране осциллографа наблюдалось перемещение синусоидального сигнала на 25 относительно прямоугольных импульсов. Отсчет временной задержки переводится в градусы через измерение фазы периода колебаний на этом же экране. Пробная петля имеет 10 витков и ее амплитудно-частотная характеристика не искажает преобразования потока магнитного поля в ЭДС для всех частот рабочего диапазона. График фазы излучения в зависимости от изменения емкости резонансного контура приведен на рис. 27. На оси абсцисс отложены значения ДС/Со в %. На оси ординат - значения фазы (в градусах) синусоидального сигнала, считанного с экрана осциллографа.
Выполненные в лаборатории многократные измерения температурного коэффициента применяемых емкостей К73-17 дали среднюю величину ТКЕ = 5 1 Сґ7град. Учитывая, что ТКЕ = ДС/СоАГ, где А Г прирост температуры конденсатора, величина АС/Со=2 % будет достигаться с приростом температуры на 40 С. Этот факт является доказательством достаточной стабильности фазы излучения генераторным устройством аппаратуры ЭМС, при изменении температуры конденсатора на ± 10 С. Изменение фазы излучаемого электромагнитного поля в диапазоне ± 1 происходит при изменении температуры окружающей среды на ± 20 С, что не ограничивает применение аппаратуры.
Полевые работы в условиях повышенных электромагнитных помех на ГРЭС пос. Назарово
В мае-июне 2006 года на территории, примыкающей к цеху химической водоочистки Назаровской ГРЭС (рис. 42), были проведены электроразведочные работы методом индукционного частотного зондирования с применением аппаратуры ЭМС. Работы выполнялись согласно договору подряда лаборатории электромагнитных полей ИНГГ СО РАН Е. В. Балковым и Ю. А. Манштейном. Объектами исследований являлись подземные коммуникации (каналы, трубы, кабельные каналы). Задачей исследований являлось изучение распределения воды в грунте. В качестве приоритетной задачи выделено определение мест экстремальной водонасыщенности грунта в районе цеха и внутри его. Кроме того, требовалось сделать заключение о работоспособности прибора в условиях высоких внеполосных помех. Объект исследования находится в индустриальной зоне, под воздействием многочисленных индустриальных сейсмических и электромагнитных воздействий (измеренная плотность тока по данным СЭС достигает 40 А/м"). Поверхность объектов перекрыта грунтом, местами со щебеночным и асфальтовым покрытием. Постановка задачи требует применения неразрушающего, быстрого метода, дающего представление о местоположении объектов с точностью + 0.2 м в плане. Кроме того, метод должен быть экономически целесообразным, давать значительную экономию по сравнению с доступным заказчику методом визуального наблюдения со вскрытием покрытий.
Исходя из этих соображений, был выбран метод электромагнитного частотного индукционного зондирования.
При этом ввиду ожидаемого повышенного уровня электромагнитных помех, решено было использовать плотную сетку наблюдений.
На приведенных картах и разрезах, если не оговорено иное, приведено распределение кажущейся электропроводности. Отметки осей даны в метрах. Метраж глубины разрезов условный.
Наблюдения проводились профилированием и площадным методом, профили длиной 10-70 м организовывались «змейкой», располагались вдоль стены здания либо под углом 90. Интервал точек записи по профилю и интервал между профилями 0.5 -1м. Такая система наблюдений является достаточной для решения поставленных задач. Кроме того, была использована хаотическая сетка наблюдений с привязкой по координатам, записанным GPS- приемником. Следует отметить, что регуляризация системы наблюде ний была значительно затруднена большим количеством металлических объектов.
Был выполнен один профиль вертикального электрического зондирования (ВЭЗ). Данные ВЭЗ обычно используются для привязки данных индукционного частотного зондирования по глубине. Однако получить достоверную информацию не удалось из-за высокой плотности металлических подземных коммуникаций. Система наблюдений методом индукционного частотного зондирования приведена на рис. 43.
