CC BY
107
УДК 550.379
АЭРОГЕОФИЗИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ СЕРИИ «ИМПУЛЬС-А»
Сергей Владимирович Барсуков
ООО ГП «Сибгеотех», 630087, Россия, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, 30/1, инженер-геофизик, тел. (383)344-92-44, e-mail: turmalin@ngs.ru
Андрей Борисович Овчаренко
ООО ГП «Сибгеотех», 630087, Россия, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, 30/1, ведущий инженер-электронщик, тел. (383)344-92-44, e-mail: ovcharenko@sibgeotech.ru
Владимир Викторович Павленов
ООО ГП «Сибгеотех», 630087, Россия, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, 30/1, инженер-электронщик, тел. (383)344-92-44, e-mail: bobcha@mail.ru
Сергей Дмитриевич Саленко
Новосибирский государственный технический университет, 630073, Россия, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой АГД, тел. (383)346-19-97, e-mail: agd@craft.nstu.ru
Андрей Сергеевич Сверкунов
ФГУП «СНИИГГиМС», 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный пр., 67, инженер 1-й категории, тел. (383)222-42-03, e-mail: sverkunov86@mail.ru
Георгий Михайлович Тригубович
ФГУП «СНИИГГиМС», 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный пр., 67, доктор технических наук, профессор, научный руководитель геофизических исследований, тел. (383)222-53-24, e-mail: tgm@sniiggims.ru
Радик Фазылович Шайдуллин
ФГУП «СНИИГГиМС», 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный пр., 67, ведущий инженер, тел.(383)222-42-03
Константин Анатольевич Шатилов
Новосибирский государственный технический университет, 630073, Россия, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20, заведующий лабораторией, тел. (383)346-19-97, e-mail: agd@craft.nstu.ru
Представлено краткое техническое описание семейства вертолетных аэрогеофизических комплексов «Импульс-А». Приведён состав используемого приборного оборудования, как стандартного, так и разработанного авторами статьи. Приведено описание основы комплекса - электромагнитного канала: принцип работы, состав, геометрические размеры, электрические параметры.
Ключевые слова: метод переходных процессов, временная область, несущий стекло-пластиковый каркас, приёмно-генераторная система, коммутатор П-образных импульсов тока, усилитель сигнала переходного процесса, АЦП, система сбора информации, акселерометр.
AEROGEOPHYSICAL COMPLEXES OF SERIES «IMPULS-A»
Sergey V. Barsukov
LTd GP «Sibgeotech», 630087, Russia, Novosibirsk, 30/1 Karl Marks Prospect, Geophysicist, tel. (383)344-92-44, e-mail: turmalin@ngs.ru
Andrey B. Ovcharenko
LTd GP «Sibgeotech», 630087, Russia, Novosibirsk, 30/1 Karl Marks Prospect, Leading Electronics Engineer, tel. (383)344-92-44, e-mail: ovcharenko@sibgeotech.ru
Vladimir V. Pavlenov
LTd GP «Sibgeotech», 630087, Russia, Novosibirsk, 30/1 Karl Marks Prospect, Electronics Engineer, tel. (383)344-92-44, e-mail: bobcha@mail.ru
Sergey D. Salenko
NGTU, 630073, Russia, Novosibirsk, 20 Karl Marks Prospect, Doctor of Science, Professor, Head of Department, tel. (383)346-19-97, e-mail: agd@craft.nstu.ru
Andrey S. Sverkunov
FGUP «SNIIGiMS», 630091, Russia, Novosibirsk, 67 Krasniy Prospect, Engineer of 1 category, tel.: +7 (383) 222-42-03, e-mail: sverkunov86@mail.ru
Georgy M. Trigubovich
FGUP «SNIIGiMS», 630091, Russia, Novosibirsk, 67 Krasniy Prospect, Doctor of Science, Professor, Scientific Director of Geophysical Research, tel. (383)222-53-24, e-mail: tgm@sniiggims.ru
Radik F. Shaidullin
FGUP «SNIIGiMS», 630091, Russia, Novosibirsk, 67 Krasniy Prospect, Chief Engineer, tel. (383)222-42-03
Konstantin A. Shatilov
NGTU, 630073, Russia, Novosibirsk, 20 Karl Marks Prospect, Head of the Laboratory, tel. (383)346-19-97, e-mail: agd@craft.nstu.ru
A brief technical description of aero-geophysical unit "Impuls-A" is presented. Moreover, the content of standard equipment and equipment developed by authors of the issue is provided. Also, the frame of the unit - electromagnetic aircraft platform has been described: principles of operation, geometrical dimensions, electric parameters.
Key words: method of transient, time domain, carrying a fiberglass frame, receiving-generating system, switch П-shaped current pulses, transient signal amplifier, ADC, system for collecting information, accelerometer.
Основой вертолетных аэрогеофизических комплексов серии «Импульс-А» является электромагнитный канал. Он состоит из приёмно-генераторной системы (ПГС), включающей генераторную петлю (ГП) , приёмные антенны, устройства сбора и регистрации данных (УСРД) для реализации метода переходных процессов (во временной области). ПГС располагается на каркасе, выполненном из стеклопластика; диаметр каркаса - от 14.2 до 20 м. С помощью
специального трос-кабеля длиной 50 м каркас прикрепляется к внешней подвеске вертолёта и транспортируется им на высоте около 50 м над поверхностью земли со скоростью в пределах от 100 до 120 км/ч. УСРД располагается в грузовой кабине вертолёта. Зонд позволяет оценивать проводимость локальных участков земной горы на глубинах до 300 ^ 500 м.
Для транспортировки комплексов используется вертолёт типа Ми-8. В настоящее время ведутся работы по модернизации комплекса для использования вертолёта с допустимой взлётной массой не более 3 т.
В состав комплекса также входят:
• Стандартная геофизическая аппаратура, включающая в себя датчик магнитного поля Земли с цезиевым чувствительным элементом типа Scintrex CS-3 и комплект сцинтилляционных радиационных спектрометров типа RS-500;
• Стандартная навигационная аппаратура GPS-Глонасс, в том числе система для экипажа вертолёта на основе приёмника GARMIN с выводимой на экран траекторией движения комплекса над участком земной поверхности; навигационный приёмник для получения сигнала PPS, навигационный компьютер, предназначенный для регистрации фактической траектории движения ПГС;
• Стандартный авиационный допплеровский радиовысотомер.
На каркасе ПГС устанавливаются измерительные антенны, MEMS-акселерометры и инклинометры, сигналы которых через АЦП поступают на автономный планшетный компьютер. Датчики позволяют оценить влияние колебаний ПГС в магнитном поле Земли на сигнал Е-канала, а также определять значения вертикальной скорости и ускорения каркаса при посадке. Там же могут присутствовать видеокамеры-регистраторы, позволяющие визуально оценивать прогибы, деформации, разрушения и т.п. Каркас состоит из секционированных полых стекловолоконных труб, образующих торооб-разную основу и центральную балку, на которую устанавливаются измерительные антенны (ИА) и контейнер с электронным оборудованием. ГП представляет собой отрезок медного изолированного провода сечением от 30 до 50 мм . Провод укладывается по периметру каркаса в несколько витков. Их может быть от 2 до 6. В хвостовой части каркаса симметрично относительно центральной балки устанавливается пара стабилизаторов. Центральная высокочастотная антенна имеет форму тора диаметром 830 мм и обладает моментом около 41 м ; её граничная частота равна 500 кГц. Дополнительная низкоча-
Л
стотная антенна имеет форму прямоугольника 2000х1000 мм, момент 100 м и полосу пропускания 100 кГц. Для усиления сигналов ИА и согласования их с УСРД служат малошумящие антенные усилители (коэффициент усиления 10, полоса пропускания 1 МГц). В контейнере для оборудования располагается коммутатор тока, формирующий двухполярные импульсы, подаваемые на ГП. Там же размещены и планшетные компьютеры. На рис. 1 показан общий вид зонда, буксируемого вертолётом МИ-8.
стабилизаторы
Рис. 1. Общий вид системы «Импульс-А», буксируемого вертолётом Ми-8
Амплитуда тока ГП может быть установлена в пределах 200^250 А. Временная диаграмма формирования импульсов П-образных импульсов тока может меняться в зависимости от решаемой задачи, в том числе и от электропроводности изучаемой среды. Величина амплитуды тока и параметры временной диаграммы задаются с помощью блока синхронизации.
В грузовой кабине вертолёта расположено УСРД. Устройство состоит из следующих узлов:
• Двухсекционного многоканального усилителя постоянного тока;
• Стандартного многоканального АЦП с выходом на иББ-порт;
• Ручного корректора смещения нулевых уровней многоканальных усилителей для обеих секций;
• Схемы измерения частоты выходного напряжения магнитометра;
• Схемы преобразования сигнала радиовысотомера. В зависимости от типа используемого высотомера схема может обрабатывать либо аналоговый сигнал, либо цифровой код заданного формата: Я8-232, АМЫС-429 и пр.
Двухсекционный многоканальный усилитель и многоканальный АЦП служат для преобразования аналоговых сигналов, поступающих от обоих ИА. Сигналы с выходов АЦП, схем измерения частоты напряжения магнитометра и преобразования сигнала высотомера поступают в порты компьютера. Программное обеспечение позволяет визуализировать сигналы ИА, высотомера и магнитометра, а также сохранять полученные данные на двух SSD накопителях, включенных в режиме RAID1.
Многоканальный усилитель позволяет измерять сигналы ИА в большом динамическом диапазоне: от 20 вольт до сотен нановольт. В зависимости от типа применяемого АЦП используются усилители на 2, 3 и 4 канала с различными коэффициентами усиления и различными полосами пропускания.
В различных вариантах комплекса используются АЦП разных производителей и с разными характеристиками. Количество двоичных разрядов может быть 14 или 16, частота опроса на канал может быть от 500 тыс. до 2 млн опросов в секунду. Используются АЦП производства National Instruments (USA), L-CARD и «Центр АЦП» (Россия).
УСРД конструктивно представляет собой блок формата 1U, который закреплён в вертикальной приборной стойке. В ней же расположен блок отбора мощности формата 6U: коммутационная панель, с помощью которой можно оперативно подавать или снимать напряжение питания с различных узлов. В новой модификации комплекса будет предусмотрен визуальный контроль напряжения бортовой сети (силовых аккумуляторов) и токов потребления. В этой же приборной стойке расположен блок суммирования сигналов радиационных спектрометров, а также компьютер на выдвижной полке.
В грузовой кабине вертолёта расположены два спектрометра и радиовысотомер. Магнитометр, заключенный в стеклопластиковый корпус типа ракеты, закрепляется на трос-кабеле в 15 метрах от фюзеляжа вертолёта. В настоящее время комплекс проходит сертификацию в ГосНИИГА как техническое средство авиационного применения (ТС АП).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент РФ № 2201603. Устройство для аэрогеофизической разведки. - 2003.
2. Тригубович Г. М. Инновационные поисково-оценочные технологии электроразведки становлением поля воздушного и наземного базирования // Разведка и охрана недр. - 2007. -№ 8. - С. 80-87.
© С. В. Барсуков, А. Б. Овчаренко, В. В. Павленов, С. Д. Саленко, А. С. Сверкунов, Г. М. Тригубович, Р. Ф. Шайдуллин, К. А. Шатилов, 2015
