Типовая приемная измерительная станция ИС-2 системы активного электромагнитного мониторинга напряженно-деформированного состояния земной коры

 С 2005 года в НС РАН ведутся работы по модернизации созданной и действующей в НС РАН с 1982 года системы активного электромагнитного мониторинга напряженно деформированного состояния земной коры. Одним из направлений выполняемых работ является разработка современной приемной измерительной станции предназначенной для установки на приемных измерительных пунктах системы электромагнитного мониторинга земной коры.

 В 2007-2008 гг. в рамках выполнения государственного контракта № 02.515.11.5014 от 5 апреля 2007 г. в НС РАН была разработана эскизная техническая и эксплуатационная документация и изготовлено десять макетных образцов измерительных станций ИС-2 для установки их на приемных стационарных и передвижных измерительных пунктах существующей в НС РАН системы электромагнитного мониторинга взамен старых одноканальных станций КИЦ-М и ИКМ. С 2009 года на всех стационарных и передвижных измерительных пунктах системы мониторинга были установлены новые станции ИС-2.

 Станция ИС-2 представляет собой полуавтоматическую многоканальную измерительную систему, предназначенную для регистрации и предварительной обработки сигналов от зондирующей электроимпульсной установки наблюдаемых в приемных измерительных пунктах на зажимах четырех датчиков электрического типа, представляющих собой заземленные электрические диполи, ориентированные на земной поверхности по четырем направлениям.

 Станция ИС-2 выполнена на современной элементной базе с применением микропроцессорных и других элементов повышенной степени интеграции. На рис.13 представлена структурно-функциональная схема станции ИС-2.

Рис. 13 Структурно-функциональная схема измерительной станции ИС-2:

Д1 – Д4 – датчики электрического поля (электрические диполи);

БУ1 – Д4 – блоки усиления сигналов датчиков;

БФТС – блок формирования тестовых сигналов;

БР – блок регистрации;

АЦП1 – АЦП4 – аналого-цифровые преобразователи;

ГТИ – генератор тактовых импульсов;

RS232C, USB – интерфейсные схемы (порты ввода/вывода);

ПК – внешний персональный компьютер;

GPS – приемник спутниковой навигационной системы.

Основные технические характеристики ИС-2:

количество измерительных каналов …………….……………………………………..…4

входное сопротивление, МОм……………………………………..………….……….…1,0

полоса пропускания, Гц ……………………………………………….………..…….0 ÷ 20

динамический диапазон, дБ………………………….…………………….…………….120

уровень собственных шумов, мкВ ……………………………………….………………...2

подавление промышленных помех (50 ± 1) Гц, дБ………………….………………...80

подавление синфазных сигналов (помех), дБ………………………….……………....60

частота дискретизации, Гц…………………………….…………………………………800

нестабильность временных параметров регистрации ……………………..….....10^-8

напряжение первичного источника питания (аккум. батареи), В ………...………..12

емкость аккумуляторной батареи, А·час………………………………………...….…120

время непрерывной работы без подзарядки, час………………..…………………....10

Измерительная станция ИС-2 может использоваться как на стационарных измерительных пунктах (рис. 14), так и на передвижных (рис. 15).

Рис. 14 Приемная измерительная станция ИС-2, стационарное исполнение

Рис. 15 Приемная измерительная станция ИС-2, мобильный (передвижной) вариант исполнения

 Отличительной особенностью измерительной станции ИС-2 является синхронность ее работы с зондирующей электроимпульсной системой, повышенная точность и стабильность частоты дискретизации регистрируемых сигналов и как следствие повышенная точность измерения параметров кривой становления поля. Схемотехнические решения, обеспечивающие высокую точность ИС-2, защищены патентом на изобретение РФ № 2408037 от 27 декабря 2010 г.

 На рис. 16 показан пример сигналов от зондирующей электроимпульсной системы ЭРГУ-600, зарегистрированных на стационарном измерительном пункте Иссык-Ата в одном из измерительных сеансов длительностью 10 минут и результат их первичной обработки с помощью алгоритма весового синхронного накопления.

 На рис. 17 показан график изменения кажущегося удельного электрического сопротивления горных пород, соответствующий временной задержке на кривой становления поля t = 56 мс, построенный по данным регистрации сигналов на стационарном измерительном пункте Иссык-Ата примерно в течение двух лет (с мая 2009 г по март 2011 г.).

Рис. 16 Измерительный пункт Иссык-Ата, данные регистрации и первичной обработки: a) первичный сигнал (10 минут); b) результат синхронного весового накопления; с) фрагмент первичного сигнала

Рис. 17 График изменения кажущегося удельного электрического сопротивления горных пород, полученный по данным регистрации сигналов становления поля на стационарном измерительном пункте Иссык-Ата в период с мая 2009 года по март 2011 года