СИСТЕМА ДАТЧИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И МАГНИТНОГО ПОЛЯ
SYSTEM OF ELECTRIC AND MAGNETIC FIELD SENSORS

Изобретение относится к радиотехнике и геофизике и направлено на совершенствование системы датчиков для магнитотеллурического зондирования, а также адаптацию датчиков для использования их в морской среде. Система датчиков осуществляет прием составляющих магнитотеллурического поля, необходимых для дальнейшей обработки с целью прогноза наличия полезных ископаемых под поверхностью Земли.
Известен аналог, в котором реализована группа электродов, система и способ для морских измерений электрических и магнитных полей [1].
Аналог заключается в том, что группа электродов для электрических и магнитных измерений в морской среде включает в себя первый комплект электродов, подключенных к первому кабелю, и второй комплект электродов, подключенных ко второму кабелю. Первый комплект электродов и первый кабель выполнены с возможностью погружения на морское дно в морской среде. Второй комплект электродов и второй кабель соединены с первым кабелем и выполнены с возможностью плавания в морской среде, так что второй комплект электродов и второй кабель удерживаются на расстоянии от морского дна. Инструментальный модуль подключен к первому кабелю и второму кабелю и выполнен с возможностью приема сигналов напряжений, измеряемых с помощью первого комплекта электродов и второго комплекта электродов. От каждого из электродов инструментальный модуль принимает значения напряжения, по которым могут быть вычислены электрическое и магнитное поля.
Реализованный в устройстве способ имеет ряд недостатков:
- сложность развертывания системы в морской среде;
- комплекс в целом является активным;
- требуется большое количество электродов для снятия данных, следовательно, увеличивается вес системы, требуется больше человеческих ресурсов для их установки.
Близким по технической сущности к решению является прототип, в котором описана система приземной горизонтальной симметричной антенны [2]. Прототип является моделью приземной антенны, выполненной в виде отрезка длинной линии. Она состоит из разнесенных на расстояние L электродов, погруженных на некоторое расстояние Н. По сравнению с аналогом данная система имеет небольшие массогабаритные характеристики, что позволяет задействовать меньшие человеческие ресурсы. Недостатком данного прототипа является то, что с помощью такой системы можно снять только потенциал электрического поля.
Задачей технического решения является повышение точности измерения магнитотеллурического поля морского шельфа (повышение чувствительности, уменьшение уровня шумов) при помощи датчиков электрического и магнитного поля, а также уменьшение массогабаритных характеристик датчика магнитного поля.
Данный технический результат достигается тем, что для измерения магнитотеллурического поля предложена система датчиков, суть которой заключается в том, что в одной конструкции совмещены электрический и магнитный датчики. Эти датчики имеют единую базу L, при этом электроды выполняют две функции: с одной стороны, они составляют основу электрического датчика с базой L, а с другой стороны, они выполняют функцию грузов-анкеров, относительно которых формируется рамка площадью S. Существенным преимуществом такой рамки является относительно большая площадь, сравнимая с феррозондом, а также низкое активное сопротивление. Таким образом, в единой конструкции и размещении датчиков практически в одной точке достигается целый ряд целей: повышается эффективность датчика и улучшаются эксплуатационные возможности при проведении магнитотеллурического зондирования.
На фиг. 1 показано расположение датчиков для измерения магнитотеллурического поля.
Подводная система датчиков электромагнитного поля состоит из датчиков электрического поля, выполненных в виде пары электродов-анкеров 1, разнесенных на расстояние L, с которых снимают потенциал электрического поля изолированными проводами датчика электрического поля 2, выведенными витой парой к поверхности аппаратного блока 4, и датчика магнитного поля, образованного изолированным проводом, проложенным вдоль провода датчика электрического поля, также используются анкера в качестве механической основы, необходимой для погружения системы, относительно которых провод с обоих анкеров выводят на поверхность к аппаратному блоку, образуя рамку площадью S:
S=(L×h)/2,
S - площадь рамки;
L - расстояние между электродами;
h - глубина установки электродов.
Фиг. 2 показывает более подробное устройство электрода-анкера, в котором:
5 - электрод, 6 - изолированный провод датчика электрического поля, 7 - изолированный провод датчика магнитного поля, 8 - бетонное основание.
Суть системы датчиков электрического и магнитного поля заключается в том, что на разнесенных на расстояние L электродах 1 наводится потенциал, обусловленный электрическим полем и магнитным полем. Потенциал соответствует значению напряженности электрического поля в данной области и воздействию напряженности магнитного поля на систему, эквивалентной напряженности рамки площадью S. Этот потенциал позволяет вычислить значение напряженности электрического поля, соответствующее
E=U/L,
где U - электрическое напряжение, действующее между двумя точками поля;
L - расстояние между этими точками.
Таким образом, могут быть определены значения напряженности магнитотеллурического поля практически в одной точке, тем самым повышается точность измерения магнитотеллурического поля морского шельфа Земли.
Источники информации
1. Патент РФ 2428721 С2, G01V 3/12, G01R 29/08, публ. 2011 г.
2. Радиосвязь в проводящих средах. / Ю.А. Корчагин, В.П. Саломатов, А.А. Чернов. Отв. ред. Б.В. Поллер; АН СССР, Сиб. отд-ние, Ин-т горн. дела, 145, [2] с. ил. 20 см, Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990, с. 46, 47.