RU171364U1 - A device for mobile radio wave diagnostics of soils of the upper part of a geological section - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к мобильным радиоволновым устройствам и может быть использована для диагностирования грунтов верхней части геологического разреза. Сущность: устройство содержит транспортное средство, связанное посредством штанги (8) с измерительной системой. Измерительная система выполнена с возможностью обеспечения электромагнитного анализа верхней части геологического разреза в процессе движения транспортного средства. Измерительная система оборудована корпусом (3), расположенным внутри радиопрозрачного шарообразного зонда (6). Внутри корпуса (3) расположены три ортогональные магнитные ферритовые антенны и блок (4) антенных усилителей. Антенные усилители блока (4) соединены с расположенным на транспортном средстве радиоприемником. Корпус (3) связан со штангой (8) посредством гироскопа (7), служащего для стабилизации положения антенного блока независимо от изменения положения конца штанги. Технический результат: повышение устойчивости в движении, обеспечивающей проведение исследований с высокой точностью при одновременном обеспечении стабильности диаграммы направленности антенного блока в пространстве. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to mobile radio wave devices and can be used to diagnose soils of the upper part of the geological section. SUBSTANCE: device comprises a vehicle connected via a rod (8) to a measuring system. The measuring system is configured to provide electromagnetic analysis of the upper part of the geological section during the movement of the vehicle. The measuring system is equipped with a housing (3) located inside the radiolucent spherical probe (6). Inside the housing (3) are three orthogonal magnetic ferrite antennas and a block (4) of antenna amplifiers. The antenna amplifiers of the unit (4) are connected to a radio receiver located on the vehicle. The housing (3) is connected to the rod (8) by means of a gyroscope (7), which serves to stabilize the position of the antenna unit regardless of the change in the position of the end of the rod. Effect: increasing stability in motion, providing research with high accuracy while ensuring the stability of the radiation pattern of the antenna unit in space. 3 s.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к геофизике, в частности к радиоволновым устройствам для изучения верхней части геологического разреза (ВЧР), контроля и прогноза напряженно-деформированного состояния верхнего слоя. Оно может быть использовано для выявления локальных неоднородностей (тектонические разломы, карстовые полости, оползневые участки, интервалы ослабленных пород и пр.), активизаций процессов деформации горных пород в скрытой стадии их развития, позволяя локализовать места подготавливаемых нарушений сплошности.The utility model relates to geophysics, in particular, to radio wave devices for studying the upper part of a geological section (VChR), monitoring and predicting the stress-strain state of the upper layer. It can be used to identify local heterogeneities (tectonic faults, karst cavities, landslide sections, intervals of weakened rocks, etc.), to activate the processes of deformation of rocks in a hidden stage of their development, allowing localization of the places of prepared discontinuities.

Известно устройство для обнаружения локальных неоднородностей и геодинамических зон верхней части геологического разреза ВЧР, входящее в состав устройства для поиска и определения границ тектонических нарушений при разработке угольных месторождений, содержащее приемную антенну, соединенную с визирной трубой и приемником радиоволн, установленные на штативе, при этом штатив снабжен токонепроводящей штангой, которая прикреплена к штативу с возможностью вращения в верхней ее части, приемная антенна закреплена в нижней части токонепроводящей штанги через карданный шарнир, образуя свободно подвешенный шарнирный маятник (Авторское свидетельство СССР 1721242, Е21С 41/18, опубл. 23.03.1992).A device for detecting local heterogeneities and geodynamic zones of the upper part of the geological section of the VChR, which is part of the device for searching and determining the boundaries of tectonic disturbances in the development of coal deposits, containing a receiving antenna connected to the sighting tube and the radio wave receiver mounted on a tripod, with a tripod equipped with a non-conductive rod, which is attached to the tripod with the possibility of rotation in its upper part, the receiving antenna is fixed in the lower part the sewing rod through the universal joint, forming a freely suspended articulated pendulum (USSR Author's Certificate 1721242, Е21С 41/18, publ. 23.03.1992).

Известны также устройства для геофизического исследования земных недр с целью поиска и разведки месторождений полезных ископаемых, в состав которых входит регистратор электромагнитной эмиссии, приемник GPS и интерфейсный адаптер (Статья «Аппаратно-методическое обеспечение метода анализа спонтанной электромагнитной эмиссии Земли», авторы Ю.А. Богданов, Н.В. Бондаренко и др., Геофизический журнал, с. 34-42, №4, т. 31, 2009).Also known are devices for geophysical exploration of the earth's interior for the purpose of prospecting and exploration of mineral deposits, which include an electromagnetic emission recorder, a GPS receiver and an interface adapter (Article “Hardware and methodological support for the method of analysis of spontaneous electromagnetic emission of the Earth”, authors Yu.A. Bogdanov, N.V. Bondarenko et al., Geophysical Journal, pp. 34-42, No. 4, vol. 31, 2009).

Наиболее близким является устройство для обнаружения локальных неоднородностей и геодинамических зон верхней части геологического разреза ВЧР, содержащее две антенны, расположенные взаимно ортогонально, одна из которых ориентирована вертикально, и подсоединенные к приемному устройству (Патент РФ № 2328021, G01V 3/12, опубл. 10.02.2008).The closest is a device for detecting local heterogeneities and geodynamic zones of the upper part of the geological section of the VChR, containing two antennas arranged mutually orthogonally, one of which is oriented vertically, and connected to the receiving device (RF Patent No. 2328021, G01V 3/12, publ. 10.02 .2008).

Задачей полезной модели является создание мобильного устройства для геофизической разведки с повышенной устойчивостью в движении, обеспечивающей проведение исследований с высокой точностью при одновременном обеспечении стабильности диаграммы направленности антенного блока в пространстве. При этом под мобильным устройством понимается любое транспортное средство, в частности железнодорожное, водное, наземное безрельсовое средство, включая ручные тележки, велосипеды, гужевой транспорт и сани.The objective of the utility model is to create a mobile device for geophysical exploration with increased stability in motion, providing research with high accuracy while ensuring the stability of the radiation pattern of the antenna unit in space. At the same time, a mobile device is understood to mean any vehicle, in particular a railway, water, land trackless vehicle, including handcarts, bicycles, horse-drawn vehicles and sledges.

Поставленная задача решается тем, что устройство мобильного радиоволнового диагностирования грунтов верхней части геологического разреза содержит транспортное средство, связанное посредством штанги с измерительной системой с возможностью обеспечения электромагнитного анализа верхней части геологического разреза в процессе движения транспортного средства, причем измерительная система оборудована корпусом с расположенными внутри тремя ортогональными магнитными ферритовыми антеннами Н_х, Н_у, H_z, и блоком антенных усилителей, соединенных с расположенным на упомянутом средстве радиоприемником, при этом упомянутый корпус расположен внутри радиопрозрачного шарообразного зонда и связан с упомянутой штангой посредством гироскопа, служащего для стабилизации положения антенного блока независимо от изменения положения конца штанги.The problem is solved in that the device for mobile radio wave diagnostics of soils of the upper part of the geological section contains a vehicle connected by a rod with a measuring system with the ability to provide electromagnetic analysis of the upper part of the geological section during the movement of the vehicle, and the measuring system is equipped with a housing with three orthogonal inside magnetic ferrite antennas N _x , N _y , H _z , and a block of antenna amplifiers, soy located with the radio receiver located on the said means, said case being located inside the radiolucent spherical probe and connected to the said rod by means of a gyroscope, which serves to stabilize the position of the antenna unit regardless of the change in the position of the end of the rod.

Возможны и другие варианты выполнения полезной модели, согласно которым необходимо, чтобы:There are other possible embodiments of the utility model, according to which it is necessary that:

- штанга была бы выполнена телескопической с возможностью расположения измерительной системы максимально удаленной от двигателя транспортного средства;- the rod would be made telescopic with the possibility of the location of the measuring system as far as possible from the vehicle engine;

- телескопическая штанга была бы выполнена с блоком управления для регулируемого изменения положения измерительной системы относительно транспортного средства;- the telescopic rod would be made with a control unit for an adjustable change in the position of the measuring system relative to the vehicle;

- в качестве транспортного средства были бы применены железнодорожные, водные, наземные безрельсовые средства, включая ручные тележки, велосипеды, гужевой транспорт и сани.- Railway, water, and land trackless vehicles, including handcarts, bicycles, horse-drawn vehicles and sledges, would be used as a vehicle.

Указанные признаки полезной модели являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для решения задачи и достижения технического результата, а именно обеспечение локального анализа предрасположенных участков ВЧР с повышением устойчивости, обеспечивающей проведение электромагнитных исследований с высокой точностью при одновременном обеспечении стабильности диаграммы направленности антенного блока в пространстве путем минимизации влияния на электромагнитные измерения помех от работы двигателей транспортного средства.The indicated features of the utility model are essential and interconnected by a causal relationship with the formation of a set of essential features sufficient to solve the problem and achieve a technical result, namely, providing a local analysis of the predisposed areas of the VChR with increasing stability, providing electromagnetic studies with high accuracy while ensuring the stability of the antenna pattern in space by minimizing effects on electromagnetic measurements of interference from the operation of vehicle engines.

В целом совокупность конструктивных признаков устройства для геомониторинга активизации опасных геодинамических процессов верхней части геологического разреза согласно полезной модели позволяет оперативно осуществлять электромагнитные исследования с высокой разрешающей способностью, точностью и достоверностью в предрасположенных к опасным активизациям участках ВЧР.On the whole, the set of design features of the device for geomonitoring the activation of dangerous geodynamic processes of the upper part of the geological section according to the utility model allows you to quickly carry out electromagnetic studies with high resolution, accuracy and reliability in areas of high frequency susceptible to dangerous activations.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, гдеThe essence of the utility model is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 изображено транспортное средство в виде автомобиля с измерительной аппаратурой, расположенной на манипуляторе;in FIG. 1 shows a vehicle in the form of a car with measuring equipment located on the manipulator;

на фиг. 2 - вариант выполнения связи штанги манипулятора с измерительной аппаратурой.in FIG. 2 - an embodiment of the connection of the rod of the manipulator with measuring equipment.

Полезная модель поясняется конкретным примером выполнения устройства, которое, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует реальность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.The utility model is illustrated by a specific example of the device, which, however, is not the only possible, but clearly demonstrates the reality of achieving this set of essential features of a given technical result.

Согласно полезной модели (фиг. 1, 2) устройство мобильного радиоволнового диагностирования грунтов верхней части геологического разреза содержит транспортное средство 1, механически связанное с измерительной системой 2 с возможностью расположения ее на расстоянии от транспортного средства 1 и обеспечения электромагнитного анализа верхней части геологического разреза в процессе движения транспортного средства. В зависимости от местности расположения исследуемого участка в качестве транспортного средства может служить любое средство, например железнодорожное, водное, наземное безрельсовое средство, включая ручные тележки, велосипеды, гужевой транспорт и сани.According to a utility model (Fig. 1, 2), a device for mobile radio wave diagnostics of soils of the upper part of a geological section contains a vehicle 1 mechanically connected to the measuring system 2 with the possibility of placing it at a distance from the vehicle 1 and providing electromagnetic analysis of the upper part of the geological section in the process vehicle movement. Depending on the location of the studied area, any vehicle can serve as a vehicle, for example, railway, water, ground trackless equipment, including handcarts, bicycles, horse-drawn vehicles and sledges.

Измерительная система 2 оборудована корпусом 3 с расположенными внутри тремя ортогональными магнитными ферритовыми антеннами Н_х, Н_у, H_z и блоком 4 антенных усилителей, соединенных с расположенным на упомянутом средстве радиоприемником 5. Кроме этого, упомянутый корпус 3 расположен внутри радиопрозрачного шарообразного зонда 6 и связан с выходным звеном механической связи посредством гироскопа 7, служащего для стабилизации положения антенного блока независимо от изменения положения транспортного средства 1.The measuring system 2 is equipped with a housing 3 with three orthogonal magnetic ferrite antennas N _x , H _y , H _z located inside and an antenna amplifier unit 4 connected to a radio receiver 5 located on said medium. In addition, said housing 3 is located inside a radio-transparent spherical probe 6 and connected to the output link of the mechanical connection by means of a gyroscope 7, which serves to stabilize the position of the antenna unit regardless of the change in position of the vehicle 1.

Механическая связь транспортного средства 1 с измерительной системой 2 может быть выполнена в виде манипулятора, представляющего в упрощенном выполнении крановую систему, выходное звено 8 которой выполнено в виде раздвижной (телескопической) штанги. При этом упомянутая система может быть выполнена с возможностью дистанционного управления расположением измерительной системы 2 за пределами транспортного средства 1.The mechanical connection of the vehicle 1 with the measuring system 2 can be made in the form of a manipulator, representing in a simplified implementation a crane system, the output link 8 of which is made in the form of a sliding (telescopic) rod. Moreover, the said system can be configured to remotely control the location of the measuring system 2 outside the vehicle 1.

Измерительная система 2 (фиг. 2) выполнена в виде корпуса 3, соединенного с упомянутой штангой, а внутри корпуса 3 расположены три ортогональные магнитные ферритовые антенны Н_х, Н_у, H_z, и блок 4 антенных усилителей, которые соединены с расположенным на транспортном средстве радиоприемником 5.The measuring system 2 (Fig. 2) is made in the form of a housing 3 connected to the said rod, and inside the housing 3 there are three orthogonal magnetic ferrite antennas N _x , N _y , H _z , and a block 4 of antenna amplifiers that are connected to the located on the transport radio 5.

Упомянутый корпус 3 расположен внутри радиопрозрачного шарообразного зонда, а между телескопической штангой и корпусом 3 установлен гироскоп 7, служащий для обеспечения стабилизации положения упомянутых антенн и блока 4 антенных усилителей независимо от изменения положения конца телескопической штанги. Схематично неподвижная часть 9 гироскопа 7 соединена с концом телескопической штанги, а подвижная (поворотная) часть 10 - с корпусом 3.The said housing 3 is located inside the radiolucent spherical probe, and a gyroscope 7 is installed between the telescopic rod and the housing 3, which serves to stabilize the position of the aforementioned antennas and the antenna amplifier unit 4 regardless of the change in the position of the end of the telescopic rod. Schematically, the stationary part 9 of the gyroscope 7 is connected to the end of the telescopic rod, and the movable (rotary) part 10 is connected to the body 3.

Каждая из упомянутых антенн выполнена, в предпочтительном варианте, из ферритовых стержней с размещенными на них катушками, оборудованными электростатическими экранами, расположенными вокруг этих катушек. В электростатическом экране выполнен по меньшей мере один поперечный зазор, усиливающий эффект наведения. Упомянутые экраны служат для дополнительного наведения плотности потока естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) на катушки.Each of these antennas is preferably made of ferrite rods with coils placed on them, equipped with electrostatic shields located around these coils. At least one transverse clearance is made in the electrostatic screen, enhancing the guidance effect. Mentioned screens serve for additional guidance of the flux density of the Earth's natural pulsed electromagnetic field (EEMPZ) onto the coils.

Зонд 6 вместе с измерительной системой 2 для осуществления электромагнитного анализа верхней части геологического разреза прикреплен к манипулятору 11, установленному на транспортном средстве 1. К выходному звену 8 манипулятора 11 (фиг. 1) посредством гироскопа 7 прикреплен зонд 6. Во время движения на исследуемом участке, например автомобильной дороги, в частности в районах оползневой опасности, проводят рекогносцировочное обследование местности, при котором выбирают однородные геодинамически спокойные участки. При этом используют результаты предшествующих инженерно-геологических изысканий специализированных организаций. После этого на спокойных участках по контрольным профилям выполняют диагностику с 6-кратным повторением измерений и получают фоновые значения интегральной напряженности Н_р магнитного поля РПЗ (РП3 - радиоволновое поле Земли), а также производят выбор и обоснование параметров технических средств и методики измерений.The probe 6 together with the measuring system 2 for electromagnetic analysis of the upper part of the geological section is attached to the manipulator 11 mounted on the vehicle 1. To the output link 8 of the manipulator 11 (Fig. 1), a probe 6 is attached by means of the gyroscope 7. During movement in the studied area , for example, roads, in particular in landslide hazard areas, conduct reconnaissance surveys of the terrain, in which homogeneous geodynamically calm sections are selected. In this case, the results of previous engineering-geological surveys of specialized organizations are used. After that, in quiet areas according to the control profiles, diagnostics is performed with a 6-fold repetition of measurements and the background values of the integrated magnetic field strength Н _р of the RPZ (RP3 - the radio wave field of the Earth) are obtained, and the parameters and means of measurement are selected and justified.

Выполнив указанные исследования, переходят к рабочему профилированию намеченного участка автодороги с возможностью формирования графика Н_р=f(r) всего этого участка обследования, где r - длина профиля измерений.Having completed these studies, they proceed to the working profiling of the intended section of the road with the possibility of forming a graph Н _p = f (r) of this entire survey section, where r is the length of the measurement profile.

Следующим этапом функционирования устройства является выявление и оконтуривание потенциально опасных участков (ПОУ) дороги с аномальными величинами, превышающими фоновые значения Н_o в 5-7 и более раз, а также ранжирование их по степени опасности. При этом для получения доверительной вероятности результатов диагностирования не хуже 0,96 (согласно теории вероятности) на всех потенциально опасных отрезках автодороги проводят не менее шести параллельных измерений при пониженной скорости движения транспортного средства 1. После этого строят план-карты местоположения выявленных потенциально опасных участков (ПОУ) с привязкой их к местности методами GPS таких участков на картах по степени опасности по принципу «светофора», где зеленый цвет - это спокойный ПОУ, желтый цвет - предкритический, а красный цвет - критический ПОУ.The next step in the operation of the device is the identification and contouring of potentially hazardous sections (POU) of the road with anomalous values exceeding the background values of H _{o by} 5-7 or more times, as well as ranking them according to the degree of danger. At the same time, in order to obtain a confidence probability of the diagnosis results not worse than 0.96 (according to the theory of probability), at least six parallel measurements are carried out on all potentially dangerous sections of the road at a reduced vehicle speed 1. After this, plan maps of the location of the identified potentially dangerous sections are built ( POC) with binding them to the terrain using GPS methods of such sections on maps according to the degree of danger according to the “traffic light” principle, where green is quiet POC, yellow is precritical and red is critical POW.

При этом измерительная аппаратура функционирует следующим образом.In this case, the measuring equipment operates as follows.

Во время движения по исследуемой местности водителем с транспортного средства 1 подается электропитание в измерительную систему 2 и на гироскоп 7, который при этом обеспечивает стабильное положение магнитных ферритовых антенн Н_х, Н_у, H_z относительно транспортного средства 1. Взаимное расположение упомянутых антенн обеспечивает отсутствие аномальных значений электромагнитных сигналов при движении устройства над однородной геологической средой (фоновые показания) и четкое выделение аномального сигнала при появлении в зоне исследований геологической неоднородности, в частности оползней. При повторных проездах на аномальных. ПОУ определяют его геодинамическую активность и степень активизации. В процессе исследований выявляют не только неоднородности, но и геодинамику, а затем ранжируют их по степени опасности. Используя связь с дорожными службами управления движением, имеется возможность в случае режимных изменений, оценивая опасность геодинамики, управлять движением на автодороге.While driving in the area under study, the driver from the vehicle 1 supplies power to the measuring system 2 and to the gyroscope 7, which ensures a stable position of the magnetic ferrite antennas N _x , N _y , H _z relative to the vehicle 1. The relative position of the aforementioned antennas ensures that abnormal values of electromagnetic signals when the device moves over a homogeneous geological environment (background readings) and a clear allocation of the anomalous signal when it appears in the zone is investigated geological heterogeneity, in particular landslides. When re-driving on abnormal. POC determine its geodynamic activity and degree of activation. In the process of research, not only heterogeneities, but also geodynamics are revealed, and then they are ranked according to the degree of danger. Using the connection with the traffic management traffic services, it is possible in case of regime changes, assessing the danger of geodynamics, to control traffic on the highway.

Полезная модель может быть использована при организации сети мониторинга для оперативного контроля напряженно-деформированного состояния в зонах действия газотранспортных систем на участках активизации опасных геологических и техногенных процессов. Результаты такого мониторинга находят практическое применение при объективной оценке и прогнозировании степени природных рисков, обеспечении безопасности эксплуатации ответственных газовых объектов и своевременном принятии управляющих решений.The utility model can be used in organizing a monitoring network for the operational control of the stress-strain state in the areas of gas transmission systems in areas of activation of dangerous geological and technological processes. The results of such monitoring find practical application in an objective assessment and prediction of the degree of natural risks, ensuring the safety of operation of critical gas facilities and timely management decisions.

Claims (4)

1. Устройство мобильного радиоволнового диагностирования грунтов верхней части геологического разреза, содержащее транспортное средство, связанное посредством штанги с измерительной системой, выполненной с возможностью обеспечения электромагнитного анализа верхней части геологического разреза в процессе движения транспортного средства, причем измерительная система оборудована корпусом с расположенными внутри тремя ортогональными магнитными ферритовыми антеннами H_x, H_y, H_z и блоком антенных усилителей, соединенных с расположенным на упомянутом средстве радиоприемником, при этом упомянутый корпус расположен внутри радиопрозрачного шарообразного зонда и связан с упомянутой штангой посредством гироскопа, служащего для стабилизации положения антенного блока независимо от изменения положения конца штанги.1. A device for mobile radio wave diagnostics of soils of the upper part of a geological section, comprising a vehicle connected via a rod to a measuring system configured to provide electromagnetic analysis of the upper part of the geological section during the movement of the vehicle, the measuring system is equipped with a housing with three orthogonal magnetic ferrite antennas H _x , H _y , H _z and a block of antenna amplifiers connected to m on said means by a radio receiver, wherein said body is located inside a radiolucent spherical probe and connected to said rod by means of a gyroscope, which serves to stabilize the position of the antenna unit regardless of the change in position of the end of the rod. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что штанга выполнена телескопической с возможностью расположения измерительной системы максимально удаленной от двигателя транспортного средства.2. The device according to claim 1, characterized in that the rod is made telescopic with the possibility of arranging the measuring system as far as possible from the vehicle’s engine. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что телескопическая штанга выполнена с блоком управления для регулируемого изменения положения измерительной системы относительно транспортного средства.3. The device according to claim 1, characterized in that the telescopic rod is made with a control unit for adjustable change of position of the measuring system relative to the vehicle. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве транспортного средства применены железнодорожные, водные, наземные безрельсовые средства, включая ручные тележки, велосипеды, гужевой транспорт и сани.4. The device according to claim 1, characterized in that the railway, water, and ground trackless means, including hand trucks, bicycles, horse-drawn vehicles and sledges, are used as a vehicle.

Images