SU1100601A1

SU1100601A1 - Digital automatic measuring station

Info

Publication number: SU1100601A1
Application number: SU823401439A
Authority: SU
Inventors: Виталий Евсеевич Колесник; Лев Николаевич Кореневский; Владимир Иванович Одинцов
Original assignee: Специальное Конструкторское Бюро Физического Приборостроения Ан Ссср
Priority date: 1982-03-01
Filing date: 1982-03-01
Publication date: 1984-06-30

Abstract

ЦИФРОВАЯ АЙТСМАТИЧЕСКАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ, содержаща последовательно соединенные коммутатор, оперативное запоминающее устройство и регистратор, при этом с входами каналов коммутатора соединены выходы измерительных каналов, каждый из которых содержит магнитостатический чувствительный элемент, частотный нуль-орган, реверсивный счетчик, соединенный с первым входом канала коммутатора и преобразователем код аналог , с выходом которого соединена катушка обратной св зи, о т л и ч аю щ а с- тем, что, с целью расширени динамического диапазона и повышени быстродействи , каждый измерительный канал содержит устройс - -, во компенсации, регистр пам ти, первый цифро-аналоговый преобразователь с катушкой компенсации, усилитель с переключаемым коэффициентом усилени , анализатор превьш1ени диапазона измерени , счетчик диапазонов, дешифратор, второй цифро-аналоговый преобразователь и схему сравнени , при этом первый вход устройства компенсации сое динен с входом обнулени счетчика диапазонов, а второй вход - с входом управлени регистра пам ти, информационные входы которых соединены с выходами реверсивного счетчика, выходы регистра пам ти через первый цифроаналоговый преобразователь подключены к катушке компенсации, входы суммировани и вычитани счетчика диапазонов соединены с выходами суммировани и вычитани анализатора превыщени диапазона измерени , вход которого со старшими разр дами реверсивного счетчика, выход счетчика диапазонов соединен через дешифратор с управл ющими входами усилител с переключаеMbfff коэффициентом усилени ,.а также с вторым входом канала коммутатора Од и вторьм цифро-аналоговым преобразователем , выход которого соединен с входом преобразовател код - аналог и вторым входом схемы сравнени , первый вход которой соединен с выходом усилител с переключаемым коэффициентом усилени ,, выход которой соединен с входам анализатора превьш1ени диапазона измерени .A DIGITAL AITSMATIC MEASURING STATION, containing a series-connected switch, random access memory and a recorder, with the channel inputs of the switch connected to the outputs of the measuring channels, each of which contains a magnetostatic sensitive element, a frequency zero-body, a reversible counter connected to the first input of the switch channel and the converter is an analogue code, with the output of which is connected to a feedback coil, as follows: in order to expand dynamically range and speed increase, each measuring channel contains a device - -, in compensation, a memory register, a first digital-to-analog converter with a compensation coil, an amplifier with switchable gain, an analyzer for the measurement range, a counter-meter, a decoder, a second digital-analog converter and comparison circuit, with the first input of the compensation device connected to the zero-range counter input, and the second input to the memory register control input, information the inputs of which are connected to the outputs of the reversible counter; the outputs of the memory register are connected to the compensation coil via the first digital-to-analog converter; connected via a decoder to the control inputs of the amplifier with a switchable Mbfff gain factor. and also a switch to the second channel input Od vtorm and digital-to-analog converter, whose output is connected to the input of the converter code - analog comparator and a second input circuit having a first input coupled to an output amplifier with switchable gain factor ,, whose output is connected to inputs prevsh1eni measurement range of the analyzer.

Description

Изобретение относитс к геофизике и предназначено дл измерени и регистрации естественных и искусственных ;электромагнитньгх полей, например, при глубинном электромагнитном зондировании дл изучени строени Земли, поиска полезных ископаемых, прогнозировани землетр сений, а также других геофизических работах с использованием мощного импульсного (МГД-)генерато ра(МГДГ-эондирование).The invention relates to geophysics and is intended to measure and record natural and artificial electromagnetic fields, for example, during deep electromagnetic sounding to study the structure of the Earth, search for minerals, predict earthquakes, as well as other geophysical works using high-power pulsed (MHD) generators ra (MGDG-edirovanie).

Известна цифрова измерительна станщи дл измерени электрических и магнитных компонент полного вектора электромагнитного пол , состо ща из датчиков магнитной индукции и напр женности электрического пол , предварительных усилителей, полосовых фильтров , коммутатора каналов, аналого-цифрового преобразовател и устройства регистрации t 3Недостатком известного устройства вл етс низка разрешающа способность из-за наличи в точке измерени посто нной составл ющей магнитной индукции, обусловленной вли нием естественного электромагнитного пол Земли, большое значение величины которой не дает возможности сузить диапазон измерени и тем самым увеличить разрешающую способность.The known digital measuring machines for measuring the electrical and magnetic components of the total vector of the electromagnetic field, consisting of magnetic induction and electric field strength sensors, pre-amplifiers, band-pass filters, a channel switch, an analog-digital converter, and a recording device t 3 The disadvantage of the known device is low resolution due to the presence at the point of measurement of a constant component of the magnetic induction, due to the influence of natural elec- Earth netic field, a large quantity value which makes it impossible to narrow the measurement range and thus increase resolution.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс цифрова ав томатическа . измерительна станци , содержаща последовательно соединенные коммутатор, оперативное запоминающее устройство и регистратор , при этом с входами каналов коммутатора .соединены выходы измерительных каналов., каодый из которых содержиг магнитьстатический чувствитель- ный алемейт, частотный нуль-орган, peBepcHBHi i счетчик, соединенный с первьм входом канала коммутатора и преобразователем код - аналог, с выходом которого соединена катушка обратной св зи С2 J.The closest to the technical essence of the invention is digital automatic. a measuring station containing a series-connected switch, a random access memory and a recorder, while the outputs of the channels of the switch. are connected to the outputs of the measuring channels, each of which contains a static-static sensitive frequency, frequency organ, peBepcHBHi i counter connected to the first input the channel of the switch and the converter code is an analog, with the output of which is connected to the feedback coil C2 J.

Недостатком известного устройства ; вл етс узкий динамический диапазон измерени и низкое быстродействие из-за отсутстви возможности регулировани диапазона и компенсации естественного электромагнитного пол Земли.The disadvantage of the known device; is a narrow dynamic measuring range and low speed due to the lack of range control and compensation of the natural electromagnetic field of the Earth.

Цель изобретени - расширение динамического диапазона и повышение быстродействи .The purpose of the invention is to expand the dynamic range and increase speed.

Указанна цель достигаетс тем, что в цифровой автоматической измерительной станции, содержащей последовательно соединенные коммутатор, оперативное запоминающее устройство и регистратор, при этом с входами каналов коммутатора соединены выходы измерительных каналов, каждый из которых содержит магнитостатический чувствительный элемент, частотный нуль-орган, реверсивный счетчик, сое диненный с первьм входом канала коммутатора и преобразователем код аналог , с выходом которого со.единена катушка обратной св зи, каждый измерительный канал содержит устройство компенсации, регистр пам ти, первый цифро-аналоговый преобразователь с катушкой компенсации, усилитель с переключаемым коэффициентом усилени анализатор превышени диапазона измерени , счетчик диапазонов, дешифратор , второй цифро-аналоговый преобразователь и схему сравнени , при этом первый вход устройства компенсации соединен с входом обнулени счетчика диапазонов, а второй вход - с входом управлени регистра пам ти, информационные входы которых соединены с выходами.реверсивного счетчика, выходы регистра пам ти через первый цифJJO-аналоговый преобразователь подклю чены к катушке компенсации,входы сум мировани и вычитани счетчика диапазонов соединены с выходами суммировани и вычитани анализатора Превьш1ени диапазона измерени , вход которого соединен со старшими разр дами реверсивного счетчика, выход счетчика диапазонов соединен через дешифратор с управл к цнми входами усилител с переключаемым коэффициентом усилени , а также с входом канала коммутатора и вторым цнфро-аналоговьач преобразователем , выход которого соединен с входом преобразовател код аналог и вторым входом схемы сравнени , первый вход которой соединен с выходом усилител с переключаемым коэффициентом усилени , выход Которой соединен с входом анализатора превышени диапазона измерени .This goal is achieved by the fact that in a digital automatic measuring station containing a series-connected switch, a random access memory and a recorder, the outputs of the measuring channels are connected to the channel inputs of the switch, each of which contains a magnetostatic sensitive element, a frequency zero-organ, a reversible counter, connected to the first input of the channel of the switch and the converter code analog, with the output of which is connected to the feedback coil, each measuring the channel contains a compensation device, a memory register, a first digital-to-analog converter with a compensation coil, an amplifier with switchable gain, a measuring range oversampler, a range counter, a decoder, a second digital-analog converter and a comparison circuit, the first input of the compensation device being connected to the input of the zeroing of the range counter, and the second input - with the input of the memory register control, whose information inputs are connected to the outputs of the reversible counter, the outputs are register and the memory is connected to the compensation coil via the first JJO-analog converter, the sum and subtraction inputs of the range counter are connected to the summation and subtraction outputs of the analyzer. The measurement range exceeds the input of which is connected to the higher bits of the reversible counter, the output of the range counter is connected via a decoder controls to the amplifier inputs with switchable gain, as well as with the switch channel input and the second analog-to-digital converter, the output of which is connected with the converter input an analogue code and the second input of the comparison circuit, the first input of which is connected to the output of the amplifier with switchable gain, the output of which is connected to the input of the analyzer exceeding the measuring range.

На чертеже представлена структурна схема цифровой автоматической .измерительной станции.The drawing shows a block diagram of a digital automatic measuring station.

Устройство состоит из магниточувСтвительного элемента 1, установленного в геометрическом центре катушки 2 обратной св зи и катушки 3 компенсации .Выход магниточувствительного элемента 1 через усилитель 4 с переключаемым коэффициентом усилени соединен с входом частотного нуль-органа 5, выходы которого соединены с входами суммировани и вычитани реверсивного счетчика 6, соединенного с преобразователем код - аналог 7, выход которого подключен к катушке 2 обратной св зи. Устройство 8 компен сации св зано с управл ющим входом регистра 9 пам ти, подключенного к вы ходам реверсивного счетчика 6, а выходы регистра 9 пам ти св заны с первым цифро-аналоговьм преобразователем 10, соединенным с катушкой 3 компенсации . Выход счетчика 11 диапазонов соединен с вторь1м цифро-аналоговым преобразователем 12, выход которого подключен к преобразователю код - аналог 7 и схеме 13 сравнени . Управл ющие входы усилител 4 с переключаемым коэффициентом усилени через дешифратор 14 св заны с выходами счетчика 11 диапазона, а входы счетчика 11 диапазонов подключены к выходам анализатора 15 превьш1ени диапазона измерени . Коммутатор 16 кана лов объедин ет выходы всех двенадцати измерительных каналов станции. К выходу коммутатора 16 каналов подключено оперативное запоминающее уст ройство 17с регистратором 18. Устройство работает следзпощим образом . Выходной сигнал магниточувствител ного элемента 1 через усилитель 4 с переключаемым коэффициентом усилени и частотный нуль-орган 5 управл ет значением кода на выходе реверсивного счетчика 6, увеличива или уменьша его в соответствии с изменени ми индукции магнитного пол на входе магниточувствительного элемента 1. : Выходной код реверсивного счётчика 6 преобразуетс преобразователем код аналог 7 в ток отрицательной обратной св зи, который при помощи катушки 2 обратной св зи создает в объеме магниточувствительного элемента 1 урав новешивающее значение магнитной индук ции, равное и противоположно направлен -ное текущему значению измер емой магни ной индукции. В установившемс режйме значение уравновешивающей магнитной индукции, создаваемой катушкой 2 обратной св зи, равно значению изер емой магнитной индукции, а значеие кода, записанного в реверсивном ; четчике 6 пропорционально этому знаению . При изменении текущего значеи магнитной индукции значение одд в реверсивном счетчике 6 мен ет до тех пор, пока индукци в катуше 2 обратной св зи вновь не уравноесит измер емую магнитную индукцию. Дли увеличени динамического .диаазона измерени при регистрации мпульсных сигналов, возбуждаемых ощным импульсным МГД-генераторон, в стройство введены анализатор 15 преышени диапазона измерени со счетиком 11 диапазонов и вторым цифроналоговым преобразователем 12. При выходе измер емой величины за диапазон измерени или ее уменьшении до значени , меньшего половины установленного , измерительного диапазона, на одном из выходов анализатора 15 превьш1ени диапазона измерени по вл етс сигнал, который увеличивает или уменьшает на единицу значение кода , записанного в счетчике 11 диапазона . Изменение кода счетчика 11 диапазона на единицу вызывает .изменение выходного напр жени второго цифроаналогового преобразовател 12 в два раза. Это напр жение используетс в качестве опорного в преобразователе код - аналог 7 и, таким образом, значение тока обратной св зи измен етс также в два раза, что дает такое же изменение цены делени младшего разр да цифрового отсчета и диапазона преобразовани магнитной индукции в цифровой код. Чтобы обща глубина обратной св зи устройства при этом не изменилась, одновременно в два раза измен етс коэффициент усилени усилител А, управл кицие входы которого через дешифратор 14 св заны с выходами счетчика 11 диапазона. Дл ускорени процесса поиска диапазона При больших рассогласовани х на входе магниточувствительного элемента 1 его выход через усилитель 4 с переключаемым коэффициентом усилени подключен к одному из входив схемы 13 сравнени , котора чер.ез анализатор 15 превышени диапазона измерени измен ет значение кода счетчика 11 диапазонов до тех пор, пока выходное напр жение второго цифро-аналогового преобразовател 12 не сравнитс с напр жением на выходе усилител 4 с 11 переключаемым коэффициентом усилени . Дл компенсации больших начальных значений магнитной индукции при измерении искусственно возбуждаемого электромагнитного пол на фоне естест венных вариаций магнитного пол Земли служит устройство компенсации. При переходе в режим компенсации счетчлк 11 диапазонов устанавливаетс в состо ние, соответствующее старшему измерительному диапазону, а регистр 9 пам ти обнул етс . Реверсивный счетчик 6 при этом фиксирует текущее значение измеренной магнитной индукции. При обратном переходе из режима компенсации в режим измерени значение кода из реверсивного счетчика 6 переписываетс в регистр 9 пам ти и первым цифро-аналоговым преобразователем 10 преобразуетс в ток компенсации , который создает в объеме катушки компенсации 3 значение компен сирующей магнитной индукции равное текущему значению индукции магнитного пол Земли, По окончании переходного процесса в реверсивном счетчика 6 фиксируетс нулевое значение кода (средина измерительного диапазона ) . 6 В предлагаемой измерительной станции достигаетс расширение динамического диапазона измерений не менее, чем на 40 дБ и обеспечиваетс регистраци импульсных процессов, различающихс по амплитуде в 100 и более раз с досто нной относительной разрешающей способностью. При этом также снижаетс погрешность, обусловленна вли нием естественных электромагнитных полей на результат измерений импульсных процессов, до значений, не превыщающих 2,5% от величины самого чувствительного диапазона, при значени х вариаций естественного электромагнитного пол Земли, достигающих flOOO нТл. Изобретение позвол ет существенно увеличить глубину поиска, расширить площадь зондировани , распространить использование аппаратуры на труднодоступные районы, включа районы крайнего Севера. При глубинном электромагнитном зондировании с использованием МГД-генератора с целью изуче- ни строени Земли,прогнозировани сильных землетр сений, по ска важных видов полезных ископаемых и других геофизических работах.The device consists of a magnetically sensitive element 1 installed in the geometric center of the coil 2 feedback and compensation coil 3. The output of the magnetically sensitive element 1 through amplifier 4 with switchable gain is connected to the input of the frequency zero-body 5, the outputs of which are connected to the summation and subtraction reverse inputs. counter 6 connected to the converter code is analog 7, the output of which is connected to the coil 2 of the feedback. Compensation device 8 is associated with a control input of memory register 9 connected to outputs of the reversing counter 6, and memory register 9 outputs are connected with a first digital-to-analog converter 10 connected with compensation coil 3. The output of the range 11 meter is connected to the second digital-to-analog converter 12, the output of which is connected to the converter — analogue code 7 and comparison circuit 13. The control inputs of the amplifier 4 with switchable gain through the decoder 14 are connected to the outputs of the range counter 11, and the inputs of the range 11 counter are connected to the outputs of the analyzer 15 to exceed the measuring range. The 16 channel switch unites the outputs of all twelve measuring channels of the station. An operational storage device 17c is connected to the switch output of the 16 channels by the registrar 18. The device works in the same way. The output signal of the magnetically sensitive element 1 through the amplifier 4 with switchable gain and frequency zero-body 5 controls the code value at the output of the reversible counter 6, increasing or decreasing it in accordance with changes in the magnetic field at the input of the magnetic sensitive element 1.: Output code of the reverse counter 6 is converted by the converter the code analog 7 into the negative feedback current, which with the help of the feedback coil 2 creates in the volume of the magnetically sensitive element 1 of the equation Shiva value of magnetic induction equal and oppositely directed -ing current value measured by magnesium hydrochloric induction. In the steady state, the value of the balancing magnetic induction generated by the coil 2 of the feedback is equal to the value of the measured magnetic induction, and the value of the code written in reverse; 6 is proportional to this value. When the current value of magnetic induction changes, the value of the odd in the reversible counter 6 changes until the induction in the feedback coil 2 again balances the measured magnetic induction. In order to increase the dynamic measurement range during the registration of pulsed signals excited by a strong pulsed MHD generator, the analyzer 15 is exceeded in the measurement range with a counter of 11 ranges and a second digital-analogue converter 12. When the measured value goes beyond the measurement range or decreases to the value a smaller half of the set measuring range, on one of the outputs of the analyzer 15 to exceed the measuring range, a signal appears that increases or decreases by one zu code value recorded in the counter 11 range. Changing the range counter code 11 by one causes the output voltage of the second digital-to-analog converter 12 to be changed twice. This voltage is used as a reference code in the converter - analogue 7 and, thus, the value of the feedback current is also doubled, which gives the same change in the division value of the lower digit of the digital sample and the range of the conversion of magnetic induction into a digital code . So that the total depth of the feedback of the device does not change, the gain of amplifier A changes twice, the control inputs of which through the decoder 14 are connected to the outputs of counter 11 of the range. In order to accelerate the range search process. At large mismatches at the input of the magnetically sensitive element 1, its output through the amplifier 4 with switchable gain is connected to one of the input comparison circuit 13, which, through the measuring range analyzer 15, changes the code value of the counter 11 ranges to those until the output voltage of the second D / A converter 12 compares with the voltage at the output of the amplifier 4 with 11 switchable gain. To compensate for large initial values of magnetic induction, when measuring an artificially excited electromagnetic field against the background of natural variations of the Earth's magnetic field, a compensation device serves. When switching to the compensation mode, the count of 11 ranges is set to the state corresponding to the highest measurement range, and the memory register 9 is reset. Reversible counter 6 at the same time captures the current value of the measured magnetic induction. During the reverse transition from the compensation mode to the measurement mode, the code value from the reversible counter 6 is copied to the memory register 9 and the first digital-to-analog converter 10 converts into a compensation current, which creates in the compensation coil 3 a compensation magnetic induction value equal to the current magnetic induction value the floor of the Earth. At the end of the transition process in the reversible counter 6 the zero value of the code is fixed (middle of the measuring range). 6 In the proposed measuring station, the dynamic range of measurements is extended by no less than 40 dB and the registration of impulse processes that differ in amplitude 100 or more times with relative relative resolution is provided. At the same time, the error due to the influence of natural electromagnetic fields on the measurement results of pulsed processes is reduced to values not exceeding 2.5% of the value of the most sensitive range, with values of variations of the natural electromagnetic field of the Earth reaching flOOO nT. The invention allows to significantly increase the depth of search, expand the area of sounding, extend the use of equipment to remote areas, including areas of the Far North. In deep electromagnetic sounding using an MHD generator to study the structure of the Earth, predict strong earthquakes, scoop important types of minerals and other geophysical works.

Claims

A DIGITAL AUTOMATIC MEASURING STATION containing a switch connected in series, random access memory and a recorder, while the outputs of the measuring channels are connected to the inputs of the switch channels, each of which contains a magnetostatic sensitive element, a frequency zero-organ, a reversible counter connected to the first input of the switch channel and an analog code converter, with the output of which a feedback coil is connected, characterized in that, in order to expand the dynamic range it also improves performance, each measuring channel contains a device, · in compensation, a memory register, a first digital-to-analog converter with a compensation coil, an amplifier with a switchable gain, an overshoot analyzer, a range counter, a decoder, a second digital-to-analog converter and a comparison circuit, while the first input of the compensation device is so-Dinen with the input of zeroing the range counter, and the second input is with the control input of the memory register, the information inputs of which are they are connected to the outputs of the reversible counter, the outputs of the memory register through the first digital-to-analog converter are connected to the compensation coil, the inputs of summing and subtracting the range counter are connected to the outputs of summing and subtracting the analyzer exceeding the measuring range, the input of which is connected to the high-order bits of the reversing counter, the output of the range counter is connected via a decoder with control inputs of an amplifier with a "switchable gain, and also with the second input of the switch channel and the second digital-analog ovym converter whose output is connected to the input of inverter code - analogue and the second input of the comparison circuit having a first input coupled to an output amplifier with switchable gain factor *, which output is connected to an input exceeding the measurement range of the analyzer.