RU2557354C1

RU2557354C1 - Apparatus and method for aerophysical survey

Info

Publication number: RU2557354C1
Application number: RU2014115572/28A
Authority: RU
Inventors: Георгий Михайлович Тригубович; Сергей Владимирович Барсуков; Кирилл Васильевич Киселёв; Сергей Дмитриевич Саленко; Александр Дмитриевич Обуховский; Константин Анатольевич Шатилов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Аэрогеофизическая разведка"
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2015-07-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: group of inventions includes an apparatus and a method for aerophysical survey. The engineering solution lies in the use of a receiving antenna which, owing to its configuration and defined installation relative to a generator antenna, provides compensation for the field induced by residual current flowing in the generator antenna. The apparatus additionally includes a receiving antenna for which, owing to its flexible attachment to the rope suspension of the probe, the effect of electromagnetic interference caused by vibration of the probe during motion is reduced. The apparatus also includes an antenna placed concentric to the generator antenna. Each of said antennae has a given operating bandwidth, thereby improving receiving conditions of the response signal in time intervals corresponding to the operating frequencies of each antenna.

EFFECT: reduced interference on a received response electromagnetic signal cased by vibrations of the receiving antenna and residual current in the generator antenna, flowing when the excitation current is turned off, as well as improved rigidness of the structure.

23 cl, 12 dwg

Description

Группа изобретений относится к геофизическим, дистанционным, поисковым методам, осуществляемым с помощью летательных аппаратов, и может быть использована для проведения поисково-оценочных исследований на широкий спектр полезных ископаемых, в том числе на черные, цветные и благородные металлы, алмазы, для прогнозирования залежей углеводородов по эпигенезу в верхней части разреза, обнаружения в недрах техногенных объектов различного назначения, обследования наземных и подземных инженерных сооружений, с целью выявления потенциально опасных зон и предотвращения техногенных аварий и катастроф.The group of inventions relates to geophysical, remote, prospecting methods carried out using aircraft, and can be used for conducting search and assessment studies on a wide range of minerals, including ferrous, non-ferrous and noble metals, diamonds, and for predicting hydrocarbon deposits on epigenesis in the upper part of the section, detection in the bowels of technogenic objects for various purposes, examination of ground and underground engineering structures, in order to identify potentially waist zones and prevent industrial accidents and disasters.

Техническое решение, согласно группе изобретений, предназначено для проведения электромагнитной разведки становлением поля во временной области с ЭМ-каналом высокой грунтопроникающей способностью до глубин 300-500 м в реальных проводящих средах.The technical solution, according to the group of inventions, is intended for conducting electromagnetic reconnaissance by establishing a field in the time domain with an EM channel of high soil penetrating ability to depths of 300-500 m in real conductive media.

Известны системы аэроэлектромагнитной съемки, состоящие из буксируемого устройства, присоединяемого к летательному аппарату, в которых буксируемое устройство включает секцию передатчика, содержащую гибкую несущую раму передатчика и контур передатчика, расположенный в несущей раме передатчика, а также секцию приемника, содержащую несущую раму приемника и приемный контур, гибко соединенный с несущей рамой приемника (патент РФ №2383905, патент №2454684, патент РФ№2494420, G01V 3/165). Секция приемника в данных технических решениях совмещена с центральной осью секции передатчика, несущая рама которого состоит из нескольких взаимосоединяемых элементов рамы, обеспечивающих сборку и разборку секции передатчика. Буксируемое устройство соединено с летательным аппаратом с помощью как минимум одного троса, соединенного с секцией передатчика в нескольких точках, в том числе с помощью центрального троса, соединенного с летательным аппаратом. При этом центральный трос включает второй, противоположный первому, конец, в котором несколько соединительных тросов соединены между вторым концом центрального троса и несколькими точками, в целом равномерно распределенными по окружности секций передатчика. Несущая рама приемника соединена с несущей рамой передатчика с помощью нескольких соединительных тросов, которые равномерно распределены по окружности несущей рамы приемника и несущей рамы передатчика.Known systems for aeroelectromagnetic surveying, consisting of a towed device attached to the aircraft, in which the towed device includes a transmitter section containing a flexible carrier frame of the transmitter and the transmitter circuit located in the carrier frame of the transmitter, as well as a receiver section containing the carrier frame of the receiver and the receiver circuit flexibly connected to the carrier frame of the receiver (RF patent No. 2383905, patent No. 2454684, patent RF No. 2494420, G01V 3/165). The receiver section in these technical solutions is combined with the central axis of the transmitter section, the supporting frame of which consists of several interconnected frame elements that ensure the assembly and disassembly of the transmitter section. The towed device is connected to the aircraft using at least one cable connected to the transmitter section at several points, including using a central cable connected to the aircraft. In this case, the central cable includes a second end opposite to the first one, in which several connecting cables are connected between the second end of the central cable and several points that are generally uniformly distributed around the circumference of the transmitter sections. The carrier frame of the receiver is connected to the carrier frame of the transmitter using several connecting cables that are evenly distributed around the circumference of the carrier frame of the receiver and the carrier frame of the transmitter.

Приемный контур эластично подвешен внутри несущей рамы приемника, которая состоит из нескольких взаимосоединяемых элементов и включает внутри себя эластично подвешенную оболочку, внутри которой эластично подвешен приемный контур. При этом приемное устройство поддерживается натяжными тросами, связанными с несущей рамой передатчика.The receiving circuit is resiliently suspended inside the carrier frame of the receiver, which consists of several interconnected elements and includes an elastically suspended shell inside which the receiving circuit is resiliently suspended. In this case, the receiving device is supported by tension cables connected to the carrier frame of the transmitter.

К недостаткам известных аэроэлектромагнитных систем следует отнести возможную значительную деформацию приемного и передающего контуров при напоре воздушного потока в процессе полета, в том числе зависимость степени указанной деформации от скорости полета, что приводит к соответствующим значимым искажениям регистрируемого сигнала.The disadvantages of the known aeroelectromagnetic systems include the possible significant deformation of the receiving and transmitting circuits during the pressure of the air flow during the flight, including the dependence of the degree of this deformation on the flight speed, which leads to corresponding significant distortions of the recorded signal.

Кроме того, расположение приемной петли в центре катушки передатчика в данных системах обуславливает значительный уровень мешающих (паразитных) сигналов, индуцируемых в катушке приемника остаточными токами в петле передатчика, что оказывает существенное отрицательное влияние на принимаемый ответный сигнал.In addition, the location of the receiver loop in the center of the transmitter coil in these systems causes a significant level of interfering (spurious) signals induced in the receiver coil by residual currents in the transmitter loop, which has a significant negative effect on the received response signal.

Для решения задачи уменьшения уровня указанных мешающих может быть применено размещение петли приемника внутри компенсационной катушки, по которой протекает противофазный ток передатчика, конструктивное решение которой описано, в частности, в указанном выше патенте РФ №2494420. Однако в данном случае на степень компенсации остаточных токов существенное влияние оказывает нестабильность геометрии (за счет вибрации) компенсационной петли в процессе полета.To solve the problem of reducing the level of these interfering, the placement of the receiver loop inside the compensation coil through which the antiphase current of the transmitter flows, the structural solution of which is described, in particular, in the above RF patent No. 2494420, can be applied. However, in this case, the degree of compensation of residual currents is significantly affected by the instability of the geometry (due to vibration) of the compensation loop during the flight.

Кроме того, для минимизации влияния остаточных токов, циркулирующих в петле передатчика после выключения возбуждающего сигнала, в известных аэромагнитных системах используют компенсирующее устройство, выполненное в виде измерителя остаточных токов, например катушки Rogowki. Указанный измеритель может представлять собой трансформатор, первичная обмотка которого соединена последовательно с катушкой передатчика, а его вторичная обмотка подключена к предварительному усилителю и АЦП. Снимаемый с вторичной обмотки дискретизированный сигнал, аналогичный сигналу приемника, используется для коррекции принимаемого ответного сигнала. Особенностью данного технического решения является сложность получения амплитудно-частотных и фазово-частотных характеристик измерителя остаточных токов, идентичных соответствующим характеристиками приемной антенны, и, как следствие этого, трудность достижения степени компенсации, необходимой для устранения искажений в принимаемом ответном сигнале и обеспечении, в конечном итоге, эффективности электромагнитных измерений.In addition, in order to minimize the influence of residual currents circulating in the transmitter loop after switching off the exciting signal, a compensating device made in the form of a residual current meter, for example Rogowki coil, is used in known aeromagnetic systems. The specified meter may be a transformer, the primary winding of which is connected in series with the transmitter coil, and its secondary winding is connected to a pre-amplifier and ADC. The discretized signal removed from the secondary winding, similar to the receiver signal, is used to correct the received response signal. A feature of this technical solution is the difficulty in obtaining the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of the residual current meter identical to the corresponding characteristics of the receiving antenna, and, as a result, the difficulty in achieving the degree of compensation necessary to eliminate distortions in the received response signal and providing, ultimately , the effectiveness of electromagnetic measurements.

Известно также устройство для аэрогеофизической разведки, в котором летательный аппарат буксирует горизонтально расположенную под ним электромагнитную систему, включающую аппаратурный блок, генераторную антенну и приемную антенну (патент РФ №2201603, G01V 3/17, прототип). Электромагнитная система выполнена в виде зонда, включающего несущий корпус, выполненный из нескольких прямолинейных секций, образующих многоугольник, с расположенными на нем витками излучающей антенны, аппаратурным блоком, прикрепленным к несущему корпусу, и приемной антенной, установленной на жестком выносном элементе, связанном с несущим корпусом зонда со стороны, противоположной направлению движения.A device for airborne geophysical reconnaissance is also known, in which the aircraft tows an electromagnetic system horizontally located beneath it, including a hardware unit, a generator antenna and a receiving antenna (RF patent No. 2201603, G01V 3/17, prototype). The electromagnetic system is made in the form of a probe, comprising a supporting body made of several rectilinear sections forming a polygon, with coils of a radiating antenna located on it, a hardware unit attached to the supporting body, and a receiving antenna mounted on a rigid remote element connected to the supporting body the probe from the side opposite to the direction of movement.

Корпус зонда, преимущественно, выполнен в виде образующих правильный многоугольник (например, шестиугольник) разъемных секций, с круглым поперечным сечением.The probe body is mainly made in the form of detachable sections forming a regular polygon (for example, a hexagon), with a circular cross section.

Приемная антенна установлена в оконечной части жесткого элемента, шарнирно связанного с несущим корпусом зонда со стороны, противоположной направлению движения, и, преимущественно, выполнена в виде расположенных во взаимно ортогональных плоскостях трех контуров.The receiving antenna is mounted in the end part of the rigid element, pivotally connected to the bearing housing of the probe from the side opposite to the direction of movement, and, mainly, made in the form of three loops located in mutually orthogonal planes.

Аппаратурный блок устройства размещен в расположенном во внутреннем пространстве зонда контейнере и является энергетически автономным.The device’s hardware unit is located in a container located in the interior of the probe and is energetically autonomous.

Средства буксировки зонда выполнены в виде тросов, два из которых связаны с передней и задней стенками контейнера в точках, лежащих в вертикальной плоскости симметрии зонда. Два других троса закреплены в оконечных частях перпендикулярной направлению движения секции несущего корпуса зонда, расположенной со стороны, противоположной направлению движения. Еще два троса закреплены в оконечной части жесткого выносного элемента.Means of towing the probe are made in the form of cables, two of which are connected with the front and rear walls of the container at points lying in the vertical plane of symmetry of the probe. Two other cables are fixed in the terminal parts perpendicular to the direction of movement of the section of the bearing housing of the probe located on the side opposite to the direction of movement. Two more cables are fixed in the end part of the hard remote element.

Устройство для аэрогеофизической разведки, согласно прототипу, обладает повышенной устойчивостью в движении, что обеспечивает проведение электромагнитных исследований с высокой производительностью.The device for airborne geophysical reconnaissance, according to the prototype, has increased stability in motion, which provides electromagnetic studies with high performance.

К недостаткам данного технического решения следует отнести то, что в нем не предусмотрен учет влияния на принимаемый ответный электромагнитный сигнал остаточных токов в петле передатчика после выключения возбуждающего тока, что не обеспечивает необходимый уровень разрешающей способности и глубинности геофизических исследований. Кроме того, к недостаткам данного технического решения следует также отнести недостаточную жесткость конструкции, что влечет за собой снижение аэродинамических характеристик устройства, таких как устойчивость в движении, горизонтальность полета. Перечисленные недостатки снижают качество принимаемого ответного электромагнитного сигнала и соответственно достоверность результатов проводимых работ в целом.The disadvantages of this technical solution include the fact that it does not provide for taking into account the influence on the received response electromagnetic signal of residual currents in the transmitter loop after switching off the exciting current, which does not provide the necessary level of resolution and depth of geophysical surveys. In addition, the disadvantages of this technical solution should also include insufficient structural rigidity, which entails a decrease in the aerodynamic characteristics of the device, such as stability in movement, horizontal flight. These shortcomings reduce the quality of the received response electromagnetic signal and, accordingly, the reliability of the results of the work performed as a whole.

Задача группы изобретений - повышение достоверности и глубинности аэрогеофизических исследований.The task of the group of inventions is to increase the reliability and depth of airborne geophysical studies.

Техническим результатом группы изобретений является снижение влияния на принимаемый ответный электромагнитный сигнал помех, обусловленных вибрациями приемной антенны и остаточными токами в генераторной антенне, протекающими после выключения возбуждающего тока, а также повышение жесткости конструкции.The technical result of the group of inventions is to reduce the effect on the received electromagnetic response signal of interference caused by vibrations of the receiving antenna and residual currents in the generator antenna that occur after switching off the exciting current, as well as increasing the rigidity of the structure.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что устройство для аэрогеофизической разведки, содержащее буксируемый с помощью летательного аппарата электромагнитный зонд, включающий аппаратурный блок, генераторную антенну, приемную антенну, установленную в хвостовой относительно направления движения части указанного электромагнитного зонда, при этом указанный зонд включает несущий корпус, выполненный из нескольких прямолинейных секций, образующих преимущественно многоугольник, с расположенными на нем витками генераторной антенны, согласно изобретению снабжено центральной балкой, расположенной вдоль направления движения, с установленными на ней указанной приемной антенной и указанным аппаратурным блоком, закрепленным в передней относительно движения части указанной центральной балки, указанная приемная антенна установлена в хвостовой части указанной центральной балки с образованием двух гальванически связанных секторов, один из которых расположен внутри контура генераторной антенны, а другой - вне указанного контура, при этом магнитный поток, пересекающий сектор приемной антенны, находящийся внутри контура генераторной антенны, и магнитный поток, пересекающий сектор приемной антенны, находящийся снаружи контура генераторной антенны, компенсируют друг друга (равны по модулю и разнонаправлены).The claimed technical result is achieved due to the fact that the device for airborne geophysical reconnaissance, containing an electromagnetic probe towed by an aircraft, including a hardware unit, a generator antenna, a receiving antenna installed in the tail relative to the direction of movement of the specified electromagnetic probe, wherein said probe includes a carrier a casing made of several rectilinear sections, forming mainly a polygon, with general turns located on it According to the invention, the antenna antenna is provided with a central beam located along the direction of movement, with the indicated receiving antenna mounted on it and the indicated hardware unit mounted in the front part of the specified central beam relative to the movement, said receiving antenna is installed in the rear of the specified central beam with the formation of two galvanically related sectors, one of which is located inside the loop of the generator antenna, and the other is outside the specified loop, while the magnetic flux, the intersecting sector of the receiving antenna located inside the loop of the generating antenna, and the magnetic flux crossing the sector of the receiving antenna outside the loop of the generating antenna cancel each other out (are equal in magnitude and multidirectional).

Контур указанной приемной антенны выполнен в виде двух секторов произвольной геометрической формы, соединенных между собой в единый контур с минимально возможной площадью пересечения контура генераторной антенны.The contour of the indicated receiving antenna is made in the form of two sectors of arbitrary geometric shape, interconnected into a single circuit with the smallest possible intersection area of the generator antenna circuit.

При этом контур указанной приемной антенны может быть выполнен в виде прямоугольника или треугольника, пересекающих контур генераторной антенны, а также в виде двух концентрически криволинейных трапецеидальных секций, соединенных электрически, одна из которых установлена на центральной балке внутри излучающего контура, а другая - вне его.In this case, the contour of the indicated receiving antenna can be made in the form of a rectangle or triangle crossing the contour of the generator antenna, as well as in the form of two concentrically curved trapezoidal sections connected electrically, one of which is mounted on the central beam inside the emitting circuit, and the other outside it.

Указанный технический результат достигается также тем, что устройство включает приемную антенну, расположенную в центральной части указанной центральной балки, выполненную преимущественно в виде квадратного контура, при этом верхняя частота полосы рабочих частот указанной антенны выше верхней частоты полосы рабочих частот приемной антенны, установленной в хвостовой части зонда.The specified technical result is also achieved by the fact that the device includes a receiving antenna located in the Central part of the specified Central beam, made mainly in the form of a square contour, while the upper frequency of the operating frequency band of the specified antenna is higher than the upper frequency of the operating frequency band of the receiving antenna installed in the rear part a probe.

Указанные приемные антенны, преимущественно, выполнены в виде многовитковых контуров, жестко закрепленных внутри корпуса, выполненного из диэлектрического материала.These receiving antennas, mainly made in the form of multi-turn loops, rigidly fixed inside the housing, made of dielectric material.

Кроме того, устройство включает подвесную приемную антенну, преимущественно треугольной формы, расположенную в верхней части тросов, составляющих средства буксировки электромагнитного зонда, при этом верхняя частота полосы рабочих частот указанной подвесной антенны выше верхней частоты полосы рабочих частот приемной антенны, установленной в хвостовой части зонда.In addition, the device includes a pendant receiving antenna, mainly triangular in shape, located in the upper part of the cables constituting the means of towing an electromagnetic probe, while the upper frequency of the operating frequency band of the indicated hanging antenna is higher than the upper frequency of the operating frequency band of the receiving antenna installed in the rear of the probe.

Многовитковый контур подвесной приемной антенны выполнен в виде гибкого многожильного кабеля, закрепленного по периметру корпуса, выполненного из диэлектрического материала.The multi-turn loop of the pendant receiving antenna is made in the form of a flexible multi-core cable fixed along the perimeter of the housing made of dielectric material.

Несущий корпус зонда, преимущественно, выполнен в виде правильного многоугольника из разъемных прямолинейных секций с круглым поперечным сечением, жестко соединяемых между собой с помощью закладных коленчатых секций.The carrying case of the probe is mainly made in the form of a regular polygon of detachable rectilinear sections with a circular cross-section, rigidly connected to each other by means of embedded cranked sections.

Для установки приемных антенн и повышения жесткости конструкции зонда устройство снабжено жестко установленными на центральной балке направляющими, выполненными с возможностью перемещения по ним стяжных кронштейнов-хомутов, взаимодействующих с корпусом устанавливаемой приемной антенны.To install the receiving antennas and increase the rigidity of the probe design, the device is equipped with guides rigidly mounted on the central beam, made with the possibility of moving coupling brackets-clamps along them, interacting with the housing of the installed receiving antenna.

Указанный аппаратурный блок установлен в передней относительно движения части указанной центральной балки, преимущественно, за пределами контура генераторной антенны, с внешней стороны зонда.The specified hardware unit is installed in the front relative to the movement of the part of the specified Central beam, mainly outside the loop of the generator antenna, on the outside of the probe.

Средства буксировки зонда выполнены в виде четырех тросов, первые концы которых соединены между собой и закреплены на связанном с летательным аппаратом трос-кабеле, вторые концы указанных тросов соответственно закреплены на указанном зонде, при этом один из тросов закреплен в хвостовой части указанной центральной балки и выполнен с возможностью регулировки его длины, а остальные закреплены в передней части указанного зонда так, что места их крепления находятся на одной прямой, лежащей в плоскости несущего корпуса зонда.The probe towing means are made in the form of four cables, the first ends of which are connected to each other and fixed on a cable cable connected to the aircraft, the second ends of these cables are respectively mounted on the specified probe, while one of the cables is fixed in the tail of the specified central beam and made with the possibility of adjusting its length, and the rest are fixed in front of the specified probe so that their attachment points are on one straight line lying in the plane of the carrying case of the probe.

Аппаратурный блок включает GPS систему, связанный с бортовым измерительным комплексом блок питания, коммутатор тока, связанный с последовательно соединенными стабилизатором тока и блоком управления, силовой выход указанного коммутатора тока связан с генераторной антенной, а вход - с управляющим выходом блока управления, при этом бортовой измерительный комплекс включает бортовой компьютер, первых вход которого связан с выходом измерительного блока, включающего многоканальный АЦП, выход которого является выходом блока, а входы связаны с входными многокаскадными усилителями, входы которых через трос-кабель соединены с соответствующими антенными усилителями приемных антенн, расположенными на зонде, управляющий вход АЦП через трос-кабель связан с синхронизирующим выходом блока управления аппаратурного блока зонда, второй, третий и четвертый входы бортового компьютера связаны соответственно с бортовой системой GPS, высотомером и магнитометром, а управляющий выход бортового компьютера через трос-кабель связан с управляющим входом указанного блока управления.The hardware unit includes a GPS system, a power supply unit connected to the on-board measurement complex, a current switch connected to the current stabilizer and the control unit connected in series, the power output of the specified current switch is connected to the generator antenna, and the input to the control output of the control unit, while the on-board measurement the complex includes an on-board computer, the first input of which is connected to the output of the measuring unit, including a multi-channel ADC, the output of which is the output of the unit, and the inputs are connected to multi-stage input amplifiers, the inputs of which are connected via a cable to the corresponding antenna amplifiers of the receiving antennas located on the probe, the control input of the ADC via the cable is connected to the synchronizing output of the control unit of the hardware unit of the probe, the second, third and fourth inputs of the on-board computer are connected respectively to the on-board GPS system, altimeter and magnetometer, and the control output of the on-board computer via a cable is connected to the control input of the specified control unit.

Блок питания зонда включает сменные аккумуляторные батареи с емкостью, достаточной для поддержания работоспособности устройства в течение всего полета.The probe power supply includes replaceable batteries with a capacity sufficient to maintain the operability of the device throughout the flight.

Заявленный технический результат достигается также тем, что, согласно изобретению, способ аэрогеофизической разведки включает генерирование электромагнитного поля с помощью буксируемого летательным аппаратом электромагнитного зонда, прием ответного электромагнитного сигнала с помощью приемной антенны, установленной в хвостовой относительно направления движения части указанного электромагнитного зонда, при этом указанный электромагнитный зонд включает несущий корпус с расположенными на нем аппаратурным блоком и витками генераторной антенны, а указанную приемную антенну устанавливают в хвостовой части указанного электромагнитного зонда с образованием двух гальванически связанных секторов (секций), один из которых расположен внутри контура генераторной антенны, а другой - снаружи указанного контура, так, что магнитный поток, пересекающий сектор приемной антенны, находящийся внутри контура генераторной антенны, и магнитный поток, пересекающий сектор приемной антенны, находящийся снаружи контура генераторной антенны, компенсируют друг друга (равны по модулю и разнонаправлены).The claimed technical result is also achieved by the fact that, according to the invention, the method of airborne geophysical reconnaissance includes generating an electromagnetic field using an electromagnetic probe towed by an aircraft, receiving a response electromagnetic signal using a receiving antenna installed in the tail relative to the direction of movement of the specified electromagnetic probe, wherein The electromagnetic probe includes a supporting case with a hardware unit and turns located on it. antenna, and the specified receiving antenna is installed in the rear of the specified electromagnetic probe with the formation of two galvanically connected sectors (sections), one of which is located inside the loop of the generator antenna, and the other is outside the specified loop, so that the magnetic flux crossing the sector of the receiving antenna located inside the generator antenna circuit and the magnetic flux crossing the receiving antenna sector located outside the generator antenna circuit cancel each other out (equal modulo and p directional).

Преимущественно указанную приемную антенну устанавливают с возможностью ее перемещения по расположенной вдоль направления движения электромагнитного зонда центральной балке.Advantageously, said receiving antenna is mounted with the possibility of its movement along a central beam located along the direction of movement of the electromagnetic probe.

Контур указанной приемной антенны может быть выполнен в виде двух секторов произвольной геометрической формы, соединенных между собой в единый контур с минимально возможной площадью пересечения контура генераторной антенны.The contour of the specified receiving antenna can be made in the form of two sectors of arbitrary geometric shape, interconnected in a single circuit with the smallest possible intersection area of the contour of the generator antenna.

При этом контур указанной приемной антенны может быть выполнен в виде двух концентрически криволинейных трапецеидальных секций, соединенных электрически, одна из которых установлена на указанной центральной балке внутри излучающего контура, а другая - снаружи указанного контура, или в виде прямоугольника или треугольника, контуры которых пересекают контур генераторной антенны.In this case, the contour of the indicated receiving antenna can be made in the form of two concentrically curved trapezoidal sections connected electrically, one of which is mounted on the specified central beam inside the emitting circuit, and the other outside the specified circuit, or in the form of a rectangle or triangle, the contours of which intersect the circuit generator antenna.

Кроме того, в центральной части указанной центральной балки устанавливают приемную антенну, выполненную преимущественно в виде квадратного контура. При этом верхняя частота полосы рабочих частот данной антенны выше верхней частоты полосы рабочих частот приемной антенны, установленной в хвостовой части зонда.In addition, in the Central part of the specified Central beam set receiving antenna, made mainly in the form of a square contour. In this case, the upper frequency of the operating frequency band of this antenna is higher than the upper frequency of the operating frequency band of the receiving antenna installed in the rear of the probe.

В верхней части тросов, составляющих средства буксировки электромагнитного зонда, устанавливают подвесную приемную антенну, преимущественно треугольной формы. Верхняя частота полосы рабочих частот данной подвесной антенны выше верхней частоты полосы рабочих частот приемной антенны, установленной в хвостовой части зонда.In the upper part of the cables constituting the means of towing the electromagnetic probe, a hanging receiving antenna is installed, mainly of a triangular shape. The upper frequency of the operating frequency band of this hanging antenna is higher than the upper frequency of the operating frequency band of the receiving antenna installed in the rear of the probe.

Сущность группы изобретений заключается в том, что электромагнитный зонд включает приемную антенну (компенсационную), в которой, за счет ее конфигурации и установки относительно генераторной антенны, происходит компенсация поля, наводимого остаточными токами, протекающими в генераторной антенне, что обуславливает уменьшение их влияния на измеряемый ответный сигнал. Кроме того, устройство дополнительно содержит приемную антенну, для которой за счет нежесткого крепления ее к тросовой подвеске зонда достигается снижение влияния электромагнитной помехи, обусловленной вибрациями зонда в движении. Устройство включает также антенну, расположенную концентрично с генераторной антенной. Каждая из указанных антенн имеет заданную (определенную) рабочую полосу частот, вследствие чего обеспечивается улучшение условий приема ответного сигнала во временных интервалах, соответствующих рабочей частоте каждой из антенн.The essence of the group of inventions lies in the fact that the electromagnetic probe includes a receiving antenna (compensation), in which, due to its configuration and installation relative to the generator antenna, the field induced by the residual currents flowing in the generator antenna is compensated, which leads to a decrease in their influence on the measured response signal. In addition, the device further comprises a receiving antenna, for which due to its non-rigid attachment to the cable suspension of the probe, the effect of electromagnetic interference due to vibrations of the probe in motion is reduced. The device also includes an antenna located concentrically with the generator antenna. Each of these antennas has a predetermined (defined) working frequency band, which ensures an improvement in the conditions for receiving a response signal in time intervals corresponding to the working frequency of each of the antennas.

При этом конструктивное решение подвесной системы в целом обеспечивает ее высокие аэродинамические параметры - горизонтальность положения и устойчивость в процессе движения на расчетной скорости.At the same time, the constructive solution of the suspension system as a whole ensures its high aerodynamic parameters - horizontal position and stability in the process of movement at the design speed.

На фиг. 1 схематически представлен общий вид устройства согласно изобретению; фиг. 2 иллюстрирует крепление приемных антенн, расположенных на центральной балке; на фиг. 3 показана структурная схема оборудования, расположенного на зонде; на фиг. 4 показана структурная схема бортового оборудования; фиг. 5 иллюстрирует условие компенсации остаточных токов; фиг. 6-8, иллюстрируют варианты выполнения компенсационной антенны 6; на фиг. 9-12 представлены графики, иллюстрирующие компенсацию поля остаточных токов для разных вариантов компенсационной приемной антенны 6.In FIG. 1 schematically shows a General view of the device according to the invention; FIG. 2 illustrates the mounting of receiving antennas located on a central beam; in FIG. 3 shows a block diagram of equipment located on a probe; in FIG. 4 shows a block diagram of on-board equipment; FIG. 5 illustrates a condition for compensating residual currents; FIG. 6-8, illustrate embodiments of a compensation antenna 6; in FIG. 9-12 are graphs illustrating compensation of the field of residual currents for different versions of the compensation receiving antenna 6.

Устройство для аэрогеофизической разведки согласно изобретению (фиг. 1) содержит зонд (платформу) 1, включающий несущий корпус 2, например, в виде многоугольника, образованного разъемными между собой прямолинейными секциями, на которых уложены витки генераторной антенны 3. С целью повышения жесткости конструкции зонда на противоположно расположенных секциях несущего корпуса 2 вдоль направления движения установлена центральная балка 4, в передней части (относительно направления движения системы) которой установлен аппаратурный контейнер 5 с наружной стороны несущего корпуса 2 за пределами генераторной антенны 3. Возможна также установка аппаратурного контейнера 5 во внутреннем контуре несущего корпуса 2.The device for airborne geophysical reconnaissance according to the invention (Fig. 1) contains a probe (platform) 1, including a supporting body 2, for example, in the form of a polygon formed by detachable rectilinear sections on which the turns of the generator antenna 3 are laid. In order to increase the rigidity of the probe structure on opposite sections of the bearing housing 2 along the direction of movement, a central beam 4 is installed, in front of which (relative to the direction of movement of the system) there is a hardware container 5 from the outside of the carrier body 2 outside the generator antenna 3. It is also possible to install a hardware container 5 in the inner circuit of the carrier body 2.

В хвостовой и центральной частях указанной балки 4 закрепляют соответственно компенсационную приемную антенну 6, с верхней границей рабочей полосы частот fв₆, и приемную антенну 7, с верхней границей рабочей полосы частот fв₇.In the tail and central parts of said beam 4, a compensation receiving antenna 6 is fixed respectively, with the upper boundary of the working frequency band fv ₆ , and a receiving antenna 7, with the upper boundary of the working frequency band fv ₇ .

Приемная антенна 6, расположенная в хвостовой части указанной центральной балки 4, включает два противоположно расположенных относительно контура генераторной антенны 3 сектора, в общем виде произвольной геометрической конфигурации, и выполнена так, что наводимые остаточными токами в генераторной антенне 3 магнитные потоки, проходящие через внутренний относительно контура генераторной антенны 3 сектор контура приемной антенны 6, и магнитные потоки, проходящие через внешний относительно генераторной антенны 3 сектор контура приемной антенны 6, компенсируют друг друга (фиг. 5).The receiving antenna 6, located in the rear of the specified central beam 4, includes two sectors oppositely located relative to the contour of the generator antenna 3, in the general form of an arbitrary geometric configuration, and is configured so that the magnetic fluxes induced by the residual currents in the generator antenna 3 pass through the internal the loop of the generating antenna 3 sector of the loop of the receiving antenna 6, and magnetic fluxes passing through the sector of the loop of the receiving antenna external to the generating antenna 3 enny 6 cancel each other (FIG. 5).

Приемная антенна 6 может быть выполнена, например, в виде прямоугольного или треугольного контура и установлена на центральной балке 4 с пересечением контура генераторной антенны 3, как это показано на фиг. 6 и фиг. 7. Приемная антенна 6 может быть выполнена также в виде концентрически криволинейных трапецевидных секторов, один из которых установлен на центральной балке 4 внутри контура генераторной антенны 3, а другой - вне его. Указанные части соединены между собой в единый контур с минимально возможным пересечением контура генераторной антенны 3 (фиг. 8).The receiving antenna 6 can be made, for example, in the form of a rectangular or triangular contour and mounted on the central beam 4 with the intersection of the contour of the generating antenna 3, as shown in FIG. 6 and FIG. 7. The receiving antenna 6 can also be made in the form of concentrically curved trapezoidal sectors, one of which is mounted on the central beam 4 inside the contour of the generator antenna 3, and the other outside it. These parts are interconnected in a single circuit with the minimum possible intersection of the circuit of the generator antenna 3 (Fig. 8).

С помощью средств буксировки, троса-кабеля 8 и тросового «паука» 9, зонд 1 закрепляется к нижней части фюзеляжа летательного аппарата 10. Тросовый паук 9 включает указанный трос-кабель 8 и тросы 11-14. Указанные тросы 11-14, преимущественно, выполнены из синтетических материалов, например из высокомодульного полиэфирного волокна (кевлара). При этом один из тросов 11-14, трос 14, крепится в оконечной части балки 4 и выполнен с возможностью регулировки его длины. Три других троса 11-13 крепятся к зонду 1 так, что точки их крепления лежат на одной линии в плоскости корпуса 2 (фиг. 1).Using towing means, cable-cable 8 and cable "spider" 9, the probe 1 is fixed to the bottom of the fuselage of the aircraft 10. Cable-spider 9 includes the specified cable-cable 8 and cables 11-14. These cables 11-14, mainly made of synthetic materials, for example high modulus polyester fiber (Kevlar). In this case, one of the cables 11-14, the cable 14, is mounted in the end part of the beam 4 and is configured to adjust its length. Three other cables 11-13 are attached to the probe 1 so that their attachment points lie on the same line in the plane of the housing 2 (Fig. 1).

Длина указанных тросов 11-14 и их крепление к тросу-кабелю 8 выбирается из соображений обеспечения оптимального, с точки зрения устойчивости зонда и положения верхней точки тросового паука 9.The length of these cables 11-14 and their fastening to the cable cable 8 is selected in order to ensure optimal, from the point of view of the stability of the probe and the position of the upper point of the cable spider 9.

В верхней части тросового паука 9 над плоскостью зонда 1 (платформы) установлена подвесная приемная антенна 15 преимущественно в виде треугольного контура, с верхней границей рабочей полосы частот fв₁₅. Корпус антенны 15 крепится к тросам 11, 13, 14.In the upper part of the cable spider 9 above the plane of the probe 1 (platform), a hanging receiving antenna 15 is installed mainly in the form of a triangular contour, with the upper boundary of the working frequency band fv ₁₅ . The antenna housing 15 is attached to the cables 11, 13, 14.

Приемные антенны 6 и 7 представляют собой многовитковые рамки из медного провода с дифференциальным выходом. При этом витки проводов залиты компаундом и заключены в жесткий корпус, выполненный из диэлектрического материала, например из стеклопластиковых труб, жестко соединенных между собой, например, при помощи пластиковых закладных или болтовых соединений. Корпус приемной антенны 15 выполнен аналогично, при этом сама антенна 15 выполнена в виде гибкого многожильного кабеля и закрепляется по периметру снаружи ее корпуса.Receiving antennas 6 and 7 are multi-turn frames made of copper wire with differential output. In this case, the turns of the wires are flooded with a compound and enclosed in a rigid case made of dielectric material, for example, fiberglass pipes, rigidly interconnected, for example, using plastic mortgages or bolted connections. The housing of the receiving antenna 15 is made similarly, while the antenna 15 itself is made in the form of a flexible multicore cable and is fixed around the perimeter outside its housing.

Для установки приемных антенн 6 и 7 центральная несущая балка 4 снабжена жестко установленными направляющими 16, выполненными с возможностью перемещения по ним стяжных кронштейнов-хомутов 17, взаимодействующих с корпусом устанавливаемой приемной антенны (фиг. 2).To install the receiving antennas 6 and 7, the central carrier beam 4 is equipped with rigidly mounted guides 16, configured to move the coupling brackets-clamps 17 along them, interacting with the housing of the receiving antenna (Fig. 2).

Подвесная треугольная антенна 15 выполнена наиболее высокочастотной (большее значение верхней границы рабочей полосы частот fв₁₅), так чтобы при этом соответствующий частоте fв₁₅ период (T=1/fв₁₅) был бы на порядок меньше длительности фронта τ_ф выключения тока в генераторной антенне 3, для регистрации сигнала на самых ранних временах с минимальными искажениями. Компенсационная приемная антенна 6 характеризуется наименьшим значением верхней границы fв₆ рабочей полосы частот из трех антенн и преимущественно предназначена для приема ответного сигнала на временах более 2 τ_ф. Центральная приемная антенна 7 имеет промежуточное значение верхней рабочей частоты fв₇. То есть верхние границы частотных полос указанных приемных антенн 6, 1, 15 находятся в соотношении - fв₆<fв₇<fв₁₅.The suspended triangular antenna 15 is made of the highest frequency (a larger value of the upper boundary of the working frequency band fv ₁₅ ), so that the period corresponding to the frequency fv ₁₅ (T = 1 / fv ₁₅ ) would be an order of magnitude shorter than the duration of the current cutoff front τ _f in the generator antenna 3, to record the signal at the earliest times with minimal distortion. Compensation receiving antenna 6 is characterized by the lowest value of the upper boundary fv _{6 of the} working frequency band of three antennas and is mainly intended for receiving a response signal at times more than 2 τ _f . The central receiving antenna 7 has an intermediate value of the upper working frequency fv ₇ . That is, the upper boundaries of the frequency bands of these receiving antennas 6, 1, 15 are in the ratio fv ₆ <fv ₇ <fv ₁₅ .

Например, для двухвитковой генераторной антенны 3 и при длительности фронта выключения тока τ_ф около 85 мкс верхние граничные частоты антенн 6, 7, 15 должны быть соответственно: fв₆=45 кГц, fв₇=75 кГц, fв₁₅=120 кГц.For example, for a two-turn generator antenna 3 and with a current cutoff duration of τ _{f of} about 85 μs, the upper cutoff frequencies of antennas 6, 7, 15 should be respectively: fv ₆ = 45 kHz, fv ₇ = 75 kHz, fv ₁₅ = 120 kHz.

В верхней части троса-кабеля 8 крепится выносной элемент, с установленной на нем капсулой с магнитометром 18.In the upper part of the cable-cable 8, a remote element is attached, with a capsule with a magnetometer 18 installed on it.

Корпус 2 зонда 1 снабжен также парой хвостовых стабилизаторов 19, предназначенных для улучшения курсовой устойчивости зонда 1 в полете.The housing 2 of the probe 1 is also equipped with a pair of tail stabilizers 19, designed to improve the directional stability of the probe 1 in flight.

Корпус 2 генераторной антенны 3 выполнен с использованием разъемных прямолинейных, выполненных из стеклопластика секций с круглым поперечным сечением, жестко соединяемых между собой с помощью закладных коленчатых секций.The housing 2 of the generator antenna 3 is made using detachable rectilinear sections made of fiberglass with a circular cross section, rigidly interconnected by means of embedded cranked sections.

Генераторная антенна 3 представляет собой 1-4 витка многожильного медного кабеля. Кабель закрепляется по периметру корпуса 2 с помощью специальных креплений с пазами под кабель.Generator antenna 3 is 1-4 turns of a stranded copper cable. The cable is fixed around the perimeter of the housing 2 using special fasteners with grooves for the cable.

Контейнер 5 выполнен с использованием стеклоткани и стеклопластика и покрыт влагозащитным покрытием. Контейнер 5 крепится к носовой секции центральной балки 4 в четырех точках при помощи болтовых соединений.The container 5 is made using fiberglass and fiberglass and coated with a moisture barrier. The container 5 is attached to the nose section of the central beam 4 at four points using bolted connections.

Размещение аппаратурного контейнера 5 в передней части зонда (преимущественно с внешней стороны контура генераторной антенны 3) смещает центр масс зонда 1 вперед, что позволяет обойтись без дополнительных средств обеспечения балансировочных характеристик и устойчивости в полете.The placement of the hardware container 5 in the front of the probe (mainly from the outer side of the loop of the generator antenna 3) shifts the center of mass of the probe 1 forward, which eliminates the need for additional means of ensuring balancing characteristics and stability in flight.

Структурная схема зонда 1 представлена на фиг. 3.The block diagram of the probe 1 is shown in FIG. 3.

Расположенный в специальном контейнере аппаратурный блок 5 содержит блок питания 20 (сменные аккумуляторные батареи с емкостью, достаточной для поддержания работоспособности устройства в течение полета), блок 21 управления, связанный со стабилизатором 22 тока и коммутатором 23 тока, первый выход которого связан с входом стабилизатора 22 тока. Второй (силовой) выход коммутатора 23 тока связан с генераторной антенной 3. Управляющий вход и синхронизирующий выход блока 21 управления через трос-кабель 8 связаны с бортовым измерительным комплексом.The hardware unit 5 located in a special container contains a power supply unit 20 (replaceable batteries with a capacity sufficient to maintain the device’s operability during the flight), a control unit 21 connected to a current stabilizer 22 and a current switch 23, the first output of which is connected to the input of the stabilizer 22 current. The second (power) output of the current switch 23 is connected to the generator antenna 3. The control input and the synchronizing output of the control unit 21 are connected to the on-board measuring complex via a cable 8.

В аппаратурном блоке 5 расположена также автономная GPS система 24, предназначенная для послеполетной пространственной привязки данных измерений.An autonomous GPS system 24 is also located in the hardware unit 5, which is intended for post-flight spatial reference of measurement data.

К выходу антенн 6, 1, 15 подключены соответствующие антенные усилители 25-27, расположенные в непосредственной близости от указанных приемных антенн 6, 7, 15 и предназначенные для усиления сигнала и его дальнейшей передачи по тросу-кабелю 8 на бортовой измерительный комплекс (фиг. 4).The corresponding antenna amplifiers 25-27 are connected to the output of the antennas 6, 1, 15, located in close proximity to the indicated receiving antennas 6, 7, 15 and designed to amplify the signal and transmit it further via cable 8 to the on-board measuring complex (Fig. four).

Бортовой измерительный комплекс (фиг. 4) включает бортовой компьютер 28, связанный с измерительным блоком 29. Измерительный блок 29 включает многоканальный АЦП 30, входы АЦП 30 связаны с выходами многоканальных усилителей 31, 32, 33, входы которых через трос-кабель 8 связаны с соответствующими антенными усилителями 25-27 приемных антенн 6, 7, 15, расположенными на зонде 1. Синхронизирующий импульс на вход АЦП 30 поступает через трос-кабель 8 с блока 21 управления аппаратурного блока 5. Выход указанного компьютера 28 через трос-кабель 8 связан с входом указанного блока 21 управления.The on-board measuring complex (Fig. 4) includes an on-board computer 28 connected to the measuring unit 29. The measuring unit 29 includes a multi-channel ADC 30, the inputs of the ADC 30 are connected to the outputs of the multi-channel amplifiers 31, 32, 33, the inputs of which are connected to the cable 8 the corresponding antenna amplifiers 25-27 of the receiving antennas 6, 7, 15 located on the probe 1. The synchronizing pulse to the input of the ADC 30 is supplied through the cable 8 from the control unit 21 of the hardware unit 5. The output of the specified computer 28 through the cable 8 is connected to input specified a control unit 21.

Бортовое оборудование включает также приемник 34 сигналов GPS, радиовысотомер 35 и блок 38 регистрации данных магнитометра 18, сигналы с которых подаются на соответствующие входы бортового компьютера 28.The on-board equipment also includes a GPS signal receiver 34, a radio altimeter 35, and a magnetometer 18 data recording unit 38, the signals from which are supplied to the corresponding inputs of the on-board computer 28.

Питание бортового оборудования осуществляется от аккумуляторных батарей 36. Подзарядка как бортовых аккумуляторных батарей 36, так и аккумуляторных батарей 20, расположенных в контейнере 5, во время полета производится от бортовой сети питания 37.The on-board equipment is powered by rechargeable batteries 36. Both the on-board rechargeable batteries 36 and the rechargeable batteries 20 located in the container 5 are recharged during flight from the on-board power supply 37.

Бортовой приемник 34 сигналов GPS используется для регистрации координат воздушного судна и точного времени, а также для коррекции системного времени компьютера 28.An on-board GPS receiver 34 is used to record aircraft coordinates and accurate time, as well as to correct the system time of computer 28.

Устройство согласно изобретению работает следующим образом.The device according to the invention operates as follows.

Перед началом аэрогеофизических работ осуществляют настройку положения антенны 6 (фиг 2), расположенной в хвостовой части корпуса зонда 1.Before the start of airborne geophysical work, the position of the antenna 6 (Fig. 2) located in the rear of the probe 1 is adjusted.

При этом находят такое положение антенны 6 на центральной балке 4, при котором магнитный поток Ф₁, проходящий через внутреннюю относительно излучающей антенны 3 часть контура антенны 6, уравнивал магнитный поток Ф₂ обратного знака, проходящий через наружную относительно излучающей антенны 3 часть контура антенны 6 (фиг. 5). Условие равенства магнитных потоков имеет вид |Ф₁|=|Ф₂|, где Ф₁=∫∫B₁·S₁ds и Ф₂=∫∫B₂·S₂ds - соответственно магнитные потоки во внутренней и внешней по отношению к генераторной антенне 3 областях приемной антенны 6, представленные в виде интегралов по поверхности секторов приемной антенны 6.In this case, find the position of the antenna 6 on the central beam 4, in which the magnetic flux Ф ₁ passing through the inner part of the antenna circuit 6 relative to the radiating antenna 3 equalizes the magnetic flux Ф _{2 of the} opposite sign passing through the outer part of the antenna 6 relative to the radiating antenna 3 (Fig. 5). The condition of equality of magnetic fluxes has the form | Ф ₁ | = | Ф ₂ |, where Ф ₁ = ∫∫ B ₁ · S ₁ ds and Ф ₂ = ∫∫ B ₂ · S ₂ ds are the magnetic fluxes in the internal and external with respect to to the generator antenna 3 areas of the receiving antenna 6, presented as integrals over the surface sectors of the receiving antenna 6.

Такое техническое решение антенны 6 позволяет значительно, до двух порядков, снизить влияние на принимаемый сигнал остаточных токов, циркулирующих в генераторной антенне 3 после выключения возбуждающего тока.This technical solution of the antenna 6 can significantly, up to two orders of magnitude, reduce the effect on the received signal of the residual currents circulating in the generator antenna 3 after turning off the exciting current.

На фиг. 9 представлены графики профилирования для относительного уровня сигнала Е_отн для разных вариантов приемной антенны 6 (а - прямоугольная антенна, б - треугольная, в - двухсекционная) при перемещении приемной антенны 6 вдоль центральной балки 4 через контур генераторной антенны 3, E_отн=(E_i/E₀)*100%, где E_i - уровень сигнала в приемной антенне 6 в текущем положении L, Е₀ - уровень сигнала в приемной антенне 7 в центре генераторной антенны 3 (L=0). На фиг. 9: горизонтальная ось L - расстояние от центра генераторной антенны 3 до центра контура приемной антенны 6. Пунктирной линией условно показано положение контура генераторной антенны 3. Вертикальная ось - уровень относительного сигнала Е_отн в приемной антенне 6. Точки, в которых графики пересекают нулевой уровень сигнала, соответствуют положениям приемной антенны 6, в которых достигается максимальная компенсация влияния остаточных токов. Прямоугольная и треугольная приемные антенны 6 имеют единственную точку компенсации (графики а и б). Двухсекционная приемная антенна имеет две точки компенсации - B1 и B2 (график в).In FIG. Figure 9 shows profiling graphs for the relative signal level E _rel for different versions of the receiving antenna 6 (a - rectangular antenna, b - triangular, c - two-section) when moving the receiving antenna 6 along the central beam 4 through the loop of the generating antenna 3, E _rel = (E _i / E ₀ ) * 100%, where E _i is the signal level in the receiving antenna 6 in the current position L, E ₀ is the signal level in the receiving antenna 7 in the center of the generating antenna 3 (L = 0). In FIG. 9: the horizontal axis L is the distance from the center of the generating antenna 3 to the center of the loop of the receiving antenna 6. The dashed line conventionally shows the position of the loop of the generating antenna 3. The vertical axis is the level of the relative signal E _rel in the receiving antenna 6. The points at which the graphs cross the zero level signal, correspond to the provisions of the receiving antenna 6, in which the maximum compensation for the influence of residual currents. Rectangular and triangular receiving antennas 6 have a single compensation point (graphs a and b). The two-section receiving antenna has two compensation points - B1 and B2 (graph c).

Практически необходимое положение приемной антенны 6 определяется достижением минимальной взаимоиндукции между генераторной антенной 3 и приемной антенной 6 при подаче в генераторную антенну 3 токовых импульсов от коммутатора 23 тока. При этом амплитуда токовых импульсов может быть уменьшена относительно номинального значения. Далее приемную антенну 6 перемещают вдоль центральной балки 4 по направляющей 16 с помощью кронштейна 17 до получения минимальных значений измеряемого сигнала, преимущественно на ранних временах (t≤2 τ_ф, где τ_ф - длительность фронта выключения тока в генераторной антенне 3).The practically necessary position of the receiving antenna 6 is determined by the achievement of the minimum mutual induction between the generating antenna 3 and the receiving antenna 6 when current pulses are supplied to the generating antenna 3 from the current switch 23. In this case, the amplitude of the current pulses can be reduced relative to the nominal value. Next, the receiving antenna 6 is moved along the central beam 4 along the guide 16 using the bracket 17 until the minimum values of the measured signal are obtained, mainly in the early times (t≤2 τ _f , where τ _f is the duration of the current shutdown front in the generator antenna 3).

В частности, для обеспечения данного требования в случае выполнения приемной антенны в виде прямоугольного контура необходимо, чтобы одна треть (1/3) контура приемной антенны 6 находилась внутри контура генераторной антенны 3, а две трети (2/3) - за его пределами.In particular, to meet this requirement, in the case of a receiving antenna in the form of a rectangular contour, it is necessary that one third (1/3) of the circuit of the receiving antenna 6 is inside the circuit of the generator antenna 3, and two-thirds (2/3) are outside.

Для иллюстрации устойчивости компенсации представлены графики уровня относительных сигналов Е_отн вблизи точек компенсации для прямоугольной (фиг. 10), треугольной (фиг. 11) и вблизи точки компенсации B2 для двухсекционной (фиг. 12) приемных антенн 6. Горизонтальные оси L - расстояние в мм от центра генераторной антенны 3 до центра контура приемной антенны 6. Вертикальные оси - относительный уровень сигнала Е_отн. Из графиков видно, что компенсация прямого поля на два порядка (или в пределах ±1% относительного сигнала) для прямоугольной и треугольной приемных антенн сохраняется при перемещении антенны в пределах ±5 мм от точки компенсации (фиг. 10, 11). Для двухсекционной антенны компенсация в пределах ±1% сохраняется при перемещении антенны в пределах ±50-70 мм от точки компенсации (фиг. 12).To illustrate the stability of compensation, graphs of the level of relative signals _{Erel are} presented near the compensation points for a rectangular (Fig. 10), triangular (Fig. 11) and near the compensation point B2 for two-section (Fig. 12) receiving antennas 6. The horizontal axis L is the distance in mm from the center of the generating antenna 3 to the center of the loop of the receiving antenna 6. The vertical axis is the relative signal level E _rel . The graphs show that the direct field compensation by two orders of magnitude (or within ± 1% of the relative signal) for the rectangular and triangular receiving antennas is preserved when the antenna moves within ± 5 mm from the compensation point (Fig. 10, 11). For a two-section antenna, compensation within ± 1% is maintained when the antenna moves within ± 50-70 mm from the compensation point (Fig. 12).

Дополнительное снижение уровня помех на приемной антенне 6, связанных с емкостной связью между приемной антенной 6 и генераторной антенной 3, может быть также достигнуто за счет ее установки на некоторой высоте (порядка 40 см) над плоскостью генераторной антенны 3.An additional reduction in the level of interference at the receiving antenna 6 associated with capacitive coupling between the receiving antenna 6 and the generating antenna 3 can also be achieved by installing it at a certain height (about 40 cm) above the plane of the generating antenna 3.

Подвесная треугольная антенна 15 характеризуется как пониженным влиянием на принимаемый сигнал остаточных токов системы за счет ее удаления от генераторной антенны 3 вверх, так и пониженным уровнем электромагнитной помехи, что обуславливается отсутствием непосредственной передачи механических вибраций от зонда 1.The suspended triangular antenna 15 is characterized both by a reduced influence on the received signal of the residual currents of the system due to its removal from the generator antenna 3 upwards, and by a reduced level of electromagnetic interference, which is caused by the absence of direct transmission of mechanical vibrations from the probe 1.

Приемная антенна 6, установленная, как это описано выше, осуществляет регистрацию ответного сигнала в условиях ослабленного влияния остаточных токов системы на измеряемый сигнал. Особенно эффективный прием антенны 6 проявляется на временах более 2 τ_ф.The receiving antenna 6, installed as described above, records the response signal under conditions of a weakened effect of the residual currents of the system on the measured signal. A particularly effective reception of antenna 6 is manifested at times greater than 2 τ _f .

Приемная антенна 7, выполненная преимущественно изометричной, например квадратной формы, расположенная на центральной балке 4, используется совместно с данными компенсационной антенны 6, для восстановления параметров остаточного тока при обработке. Для чего из сигнала, полученного с центральной антенны 7, вычитают сигнал с компенсационной антенны 6, свободный от влияния остаточных токов, с учетом разницы в моментах данных приемных антенн.The receiving antenna 7, made predominantly isometric, for example a square shape, located on the central beam 4, is used in conjunction with the data of the compensation antenna 6 to restore the parameters of the residual current during processing. Why from the signal received from the Central antenna 7, subtract the signal from the compensation antenna 6, free from the influence of residual currents, taking into account the difference in the moments of the data of the receiving antennas.

Несущий корпус 2 (фиг. 1) с установленными на нем элементами конструкции устройства с помощью средств буксировки, тросового паука 9 и троса-кабеля 8, крепится к фюзеляжу летательного аппарата 10 так, что верхняя точка тросового паука 9 выносится вверх и вперед относительно центра масс зонда 1. При проведении аэрогеофизических работ расстояние зонда 1 от исследуемой поверхности составляет 20-50 м.The bearing body 2 (Fig. 1) with the structural elements of the device mounted on it by means of towing, cable spider 9 and cable-cable 8 is attached to the fuselage of the aircraft 10 so that the top point of the cable spider 9 is carried up and forward relative to the center of mass probe 1. When conducting airborne geophysical work, the distance of the probe 1 from the test surface is 20-50 m.

Энергию для формирования токовых импульсов обеспечивают аккумуляторные батареи 20, находящиеся в контейнере 5. Трос-кабель 8 имеет электрические линии питания для подзарядки силовых батарей 20 от бортовой сети 37 вертолета.The energy for the formation of current pulses is provided by the batteries 20 located in the container 5. The cable cable 8 has electric power lines for recharging the power batteries 20 from the onboard network 37 of the helicopter.

По управляющим сигналам с бортового компьютера 28 блок 21 управления, расположенный в аппаратурном блоке 5 зонда 1, вырабатывает синхроимпульсы, посредством которых осуществляется управление коммутатором 23 тока, подающего токовые импульсы в генераторную антенну 3, задает длительности тока и паузы между импульсами и их амплитуду. Стабилизатор тока 22 измеряет текущее среднее значение тока в генераторной антенне 3 и производит необходимую коррекцию управляющих импульсов блока 21 управления для коррекции работы коммутатора 23 тока. Одновременно синхроимпульсы с блока 21 управления передаются по тросу-кабелю 8 на борт и поступают в измерительный блок 29 (фиг. 4) для синхронизации работы АЦП 30 и программы регистрации на бортовом компьютере 28.According to the control signals from the on-board computer 28, the control unit 21 located in the hardware unit 5 of the probe 1 generates clock pulses by means of which the current switch 23, which feeds the current pulses to the generator antenna 3, is controlled, sets the current duration and pause between pulses and their amplitude. The current stabilizer 22 measures the current average current value in the generator antenna 3 and makes the necessary correction of the control pulses of the control unit 21 to correct the operation of the current switch 23. Simultaneously, the clock pulses from the control unit 21 are transmitted via the cable-cable 8 to the board and fed to the measuring unit 29 (Fig. 4) to synchronize the operation of the ADC 30 and the registration program on the on-board computer 28.

Измеряемый ответный электромагнитный сигнал поступает с каждой из приемных антенн 6, 7, 15, усиливается соответствующими антенными усилителями 25-27. Далее принятые ответные сигналы по сигнальным линиям троса-кабеля 8 передаются к бортовому оборудованию, где поступают на входы соответствующих многоканальных усилителей 31, 32, 33, оцифровываются в АЦП 30 и поступают в бортовой компьютер 28.The measured electromagnetic response signal comes from each of the receiving antennas 6, 7, 15, and is amplified by the corresponding antenna amplifiers 25-27. Next, the received response signals along the signal lines of the cable-cable 8 are transmitted to the on-board equipment, where they are fed to the inputs of the corresponding multi-channel amplifiers 31, 32, 33, digitized in the ADC 30 and fed to the on-board computer 28.

Напряженность магнитного поля измеряется магнитометром 18 (фиг. 1). Данные с магнитометра 18 передаются по отдельному кабелю на бортовой измерительный комплекс, где поступают через блок 38 регистрации в компьютер 28 для регистрации и визуализации.The magnetic field strength is measured by a magnetometer 18 (Fig. 1). Data from the magnetometer 18 is transmitted via a separate cable to the on-board measuring complex, where it is transmitted through the registration unit 38 to the computer 28 for registration and visualization.

Истинная высота полета фиксируется высотомером 35 и далее регистрируется и отображается в измерительной программе на компьютере 28.The true flight altitude is recorded by the altimeter 35 and then recorded and displayed in the measurement program on the computer 28.

Программа регистрации данных, установленная в бортовом компьютере 28, осуществляет одновременную запись данных с АЦП 30, высотомера 35 и блока 38 регистрации данных магнитометра 18.The data recording program installed in the on-board computer 28, simultaneously records data from the ADC 30, the altimeter 35 and the data recording unit 38 of the magnetometer 18.

Бортовой компьютер 28 оснащен следующими программами регистрации и обработки поступающих на него данных:The on-board computer 28 is equipped with the following programs for recording and processing the data received on it:

1. Технологическое программное обеспечение (ПО) комплексных аэрогеофизических исследований QAeroRecorder, предназначенное для сбора данных аэроэлектроразведки, измерений магнитометра и высотомера.1. Technological software (software) for integrated airborne geophysical research QAeroRecorder, designed to collect data from aero-electrical exploration, measurements of the magnetometer and altimeter.

2. Программа QAeroProcessor предназначена для предварительной обработки данных аэроэлектроразведки и данных измерений магнитометра.2. The QAeroProcessor program is designed for pre-processing of aerial reconnaissance data and magnetometer measurement data.

3. Программный комплекс EM-DataProcessor, предназначенный для количественной и качественной интерпретации данных электроразведки.3. The software package EM-DataProcessor, designed for quantitative and qualitative interpretation of electrical exploration data.

В целом, вся совокупность существенных признаков технического решения, согласно группе изобретений, обеспечивает проведение электромагнитных исследований с высокой разрешающей способностью и глубинностью в труднодоступной, в том числе горной, местности. Изобретение может быть использовано при решении широкого спектра поисковых задач до глубин 300-500 метров, а также для решения подчиненных прикладных задач, таких как определение параметров зоны малых скоростей для высокоточной сейсморазведки, решения задач гидрогеологии, инженерной геологии и предупреждения потенциально опасных процессов и явлений в технолитосфере.In general, the entire set of essential features of a technical solution, according to a group of inventions, provides for conducting electromagnetic studies with high resolution and depth in hard-to-reach, including mountainous, terrain. The invention can be used to solve a wide range of search problems to depths of 300-500 meters, as well as to solve subordinate applied tasks, such as determining low-speed zone parameters for high-precision seismic surveying, solving hydrogeology, engineering geology problems and preventing potentially dangerous processes and phenomena in technolithosphere.

Claims

1. A device for airborne geophysical reconnaissance comprising an electromagnetic probe towed by an aircraft, including a hardware unit, a generator antenna, a receiving antenna mounted in the tail relative to the direction of movement of a portion of the specified electromagnetic probe, wherein said probe includes a carrier body made of several straight sections mainly forming a polygon, with the turns of the generator antenna located on it, characterized in that it is provided with a central a beam located along the direction of movement, with the specified receiving antenna mounted on it and the specified hardware unit mounted in front of the movement of the specified central beam, the specified receiving antenna is installed in the rear of the specified central beam with the formation of two galvanically connected sectors, one of which is located inside the loop of the generating antenna, and the other outside the specified loop, while the magnetic flux crossing the sector of the receiving antenna inside the generator antenna circuit, and the magnetic flux crossing the sector of the receiving antenna located outside the generator antenna circuit cancel each other out (they are equal in magnitude and multidirectional).

2. The device according to p. 1, characterized in that the contour of the specified receiving antenna is made in the form of two sectors of arbitrary geometric shape, interconnected into a single circuit with the smallest possible intersection area of the generator antenna circuit.

3. The device according to p. 1, characterized in that the contour of the specified receiving antenna is made in the form of a rectangle, the contour of which intersects the contour of the generator antenna.

4. The device according to claim 1, characterized in that the said receiving antenna is made in the form of a triangle crossing the loop of the generator antenna.

5. The device according to p. 2, characterized in that the contour of the specified receiving antenna is made in the form of two concentrically curved trapezoidal sections connected electrically, one of which is mounted on the central beam inside the radiating circuit, and the other outside it.

6. The device according to p. 1, characterized in that it includes a receiving antenna located in the Central part of the specified Central beam, made mainly in the form of a square contour, while the upper frequency of the operating frequency band of the specified antenna is higher than the upper frequency of the operating frequency band of the receiving antenna, installed in the rear of the probe.

7. The device according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that the receiving antennas are made in the form of multi-turn loops rigidly fixed inside the housing made of dielectric material.

8. The device according to p. 1, characterized in that it further comprises a hanging receiving antenna, mainly triangular in shape, located in the upper part of the cables constituting the means of towing an electromagnetic probe, while the upper frequency of the operating frequency band of the specified hanging antenna is higher than the upper frequency of the working band frequencies of the receiving antenna mounted in the tail of the probe.

9. The device according to p. 8, characterized in that the multi-turn loop of the hanging receiving antenna is made in the form of a flexible multicore cable fixed around the perimeter of the housing made of dielectric material.

10. The device according to p. 1, characterized in that the carrying case of the probe is made in the form of a regular polygon of detachable rectilinear sections with a circular cross-section, rigidly interconnected by means of embedded cranked sections.

11. The device according to p. 1, characterized in that it is equipped with guides rigidly mounted on the central beam, arranged to move the coupling brackets along it — clamps interacting with the housing of the receiving antenna to be installed.

12. The device according to claim 1, characterized in that said apparatus unit is mounted in front of a portion of said central beam relative to the movement, mainly outside the generator antenna circuit, on the outside of the probe.

13. The device according to claim 1, characterized in that the towing means of the probe are made in the form of four cables, the first ends of which are interconnected and fixed on a cable-cable connected to the aircraft, the second ends of these cables are respectively fixed to the specified probe, with one of the cables is fixed in the tail of the specified central beam and is made with the possibility of adjusting its length, the remaining cables are fixed in front of the specified probe so that their mounting points are on one straight line lying in a flat speed bearing housing of the probe.

14. The device according to p. 1, characterized in that the hardware unit includes a GPS system, a power supply unit connected to the on-board measurement complex, a current switch connected to a current stabilizer and a control unit connected in series, the power output of the specified current switch is connected to a generator antenna, and the input is with the control output of the control unit, while the on-board measuring complex includes an on-board computer, the first input of which is connected to the output of the measuring unit, including a multi-channel ADC, the output of which is the output of the unit, and the inputs are connected to input multistage amplifiers, the inputs of which are connected via a cable to the corresponding antenna amplifiers of the receiving antennas located on the probe, the control input of the ADC through the cable is connected by the synchronizing output of the control unit of the instrument unit of the probe, the second, third and the fourth inputs of the on-board computer are connected respectively to the on-board GPS system, an altimeter and a magnetometer, and the control output of the on-board computer is connected via a cable to the control input seemed control unit.

15. The device according to p. 14, characterized in that the power supply includes replaceable batteries with a capacity sufficient to maintain the operability of the device throughout the flight.

16. The method of airborne geophysical reconnaissance, including generating an electromagnetic field using an electromagnetic probe towed by an aircraft, receiving a response electromagnetic signal using a receiving antenna installed in the tail relative to the direction of movement of the part of the specified electromagnetic probe, wherein said electromagnetic probe includes a carrier body located on it with a hardware unit and turns of a generator antenna, characterized in that the said receiving antenna is installed in the tail of the specified electromagnetic probe with the formation of two connected sectors (sections), one of which is located inside the circuit of the generator antenna, and the other is outside the specified circuit, while the magnetic flux crossing the sector of the receiving antenna inside the circuit of the generator antenna and magnetic flux , the intersecting sector of the receiving antenna, located outside the loop of the generating antenna, cancel each other out (equal in magnitude and multidirectional).

17. The method according to p. 16, characterized in that the said receiving antenna is installed with the possibility of its movement on the central beam located along the direction of movement of the electromagnetic probe.

18. The method according to p. 16, characterized in that the contour of the specified receiving antenna is made in the form of two sectors of arbitrary geometric shape, interconnected into a single circuit with the smallest possible intersection area of the loop of the generator antenna.

19. The method according to PP. 16-18, characterized in that the contour of the specified receiving antenna is made in the form of two concentrically curved trapezoidal sections connected electrically, one of which is mounted on the specified central beam inside the emitting circuit, and the other outside the specified circuit.

20. The method according to p. 16, characterized in that the contour of the specified receiving antenna is made in the form of a rectangle, the contour of which intersects the contour of the generator antenna.

21. The method according to p. 16, characterized in that the specified receiving antenna is made in the form of a triangle, the contour of which intersects the contour of the generator antenna.

22. The method according to PP. 16-17, characterized in that in the Central part of the specified Central beam install a receiving antenna, made mainly in the form of a square contour, while the upper frequency of the operating frequency band of the specified antenna is higher than the upper frequency of the operating frequency band of the receiving antenna installed in the rear of the probe.

23. The method according to p. 16, characterized in that in the upper part of the cables constituting the means of towing an electromagnetic probe, a pendant receiving antenna is installed, mainly of a triangular shape, while the upper frequency of the operating frequency band of said hanging antenna is higher than the upper frequency of the working frequency band of the receiving antenna installed in the tail of the probe.