Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка аппаратурно-программного комплекса для наземных малоглубинных индукционных частотных зондирований

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Разработка аппаратурно-программного комплекса для наземных малоглубинных индукционных частотных зондирований"

На правах рукописи

ПАНИН Григорий Леонидович

РАЗРАБОТКА АППАРАТУРНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ НАЗЕМНЫХ МАЛОГЛУБИННЫХ ИНДУКЦИОННЫХ ЧАСТОТНЫХ ЗОНДИРОВАНИЙ

25.00.10 — геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НОВОСИБИРСК 2010

1 ДЛР 2010

004600440

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте нефтегазовой геологии и геофизики им.

A.A. Трофимука Сибирского отделения РАН

Научный руководитель:

кандидат технических наук

Манштейн Александр Константинович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Могилатов Владимир Сергеевич кандидат технических наук Михальцов Эдуард Григорьевич

Ведущая организация:

Институт геофизики УрО РАН (г. Екатеринбург)

Защита состоится 30 апреля 2010 г. в 9:30 час. на заседании диссертационного совета Д 003.068.03 при Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. A.A. Трофимука СО РАН, в конференц-зале. Адрес: пр-т Ак. Коптюга, 3, Новосибирск, 630090 Факс: (383) 333-25-13

Электронный адрес: NcvedrovaNN@ipgg.nsc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИНГГ СО РАН.

Автореферат разослан 22 марта 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

канд. геол.-минерал. наук

Общая характеристика работы

Объект исследования - аппаратура индукционного частотного зондирования (ИЧЗ) электромагнитный сканер (ЭМС). Исследуется на предмет разработки аппаратной части и встраиваемого программного обеспечения с учетом оптимальности программного управления и помехозащищенности аппаратуры, реализующей метод индукционного частотного зондирования трехкатушечным зондом, предназначенной для картирования и построения распределения кажущегося удельного сопротивления верхней части разреза в реальном времени.

Актуальность. Современный этап развития геофизического приборостроения характеризуется появлением геофизической аппаратуры, построенной но принципу цифровой системы регистрации, накопления и предварительной обработки информации в реальном времени. Основным достоинством применения цифровых систем регистрации для целей получения первичной геофизической информации в аппаратуре является применение оптимального (помехоустойчивого) детектирования, которое обеспечивает регистрацию полезного сигнала от среды с минимальными искажениями.

Одним из существенных моментов при проектировании систем, измеряющих переменные электрические или магнитные поля, и, в частности, ири проектировании цифровых систем регистрации является учет электромагнитной обстановки вблизи мест проведения предполагаемых работ. При этом, поскольку работы часто выполняются в условиях высоких помех от промышленных объектов, например ТЭЦ, ЛЭП и т.п., существует реальная проблема выделения полезного сигнала на фоне внеполосной помехи, которая может превосходить его в десятки или сотни раз.

В основу метода индукционного частотного зондирования положено использование искусственно создаваемых переменных электромагнитных полей, наводящих в земле вторичное электромагнитное иоле последовательно на разных частотах. Источником поля является незазем-ленная изолированная петля, расположенная на поверхности земли. Поскольку измеряются составляющие вторичного ноля, очевидно, что регистратор будет принимать как полезный сигнал, так и помехи.

Таким образом, актуальность разработки определяется необходимостью повышения информативности и производительности аппаратуры, которая бы позволяла достоверно выполнять индукционные частот-

ныс зондирования в сильно зашумлснных городских или промышленных условиях и отображать первичную информацию в реальном времени на основе разработки оптимального алгоритма управления аппаратурой и создания помехозащищенной системы измерений.

Цель исследований: повысить достоверность измерений и полноту извлечения информации о геоэлектричсском строении среды на малых глубинах, увеличить производительность аппаратуры индукционных частотных зондирований ЭМС за счет: использования параллельных измерений комплексных амплитуд тока в генераторе и ЭДС в приемнике; разработки аналогово-цифрового канала с синхронным детектором и применением сигма-дельта аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) в регистраторе аппаратуры ЭМС, а также за счет объединения аппаратуры в беспроводную сеть с терминалом на базе карманного компьютера

Задача исследования: разработать узкоиолосную помехозащшцен-ную программно-аппаратную часть трехкатушечного зонда аппаратуры индукционных частотных зондирований, работоспособную в условиях высоких промышленных помех.

Задача решалась поэтапно:

1. Обосновать конструктивные параметры аппаратуры.

2. Разработать и изготовить прототип электронных блоков и модулей аппаратуры.

3. Опробовать аппаратуру на различных полевых объектах.

Фактический материал и методы исследований

В работе использованы методы математического моделирования, физическое моделирование, аналитический аппарат электродинамики, численные методы расчета и анализа, полевые испытания. Теоретической основой решения поставленных задач являются уравнения Максвелла. Автор опирался на результаты работ A.A. Кауфмана, Г.М. Морозовой, JI.A. Таборовского, М.И. Эпова, B.C. Могилатова, Ю.А. Дашсвского, А.К. Манштейна, И.Н. Ельцова и других широко известных специалистов в области малоглубинной геоэлектрики.

Значительная часть результатов работы получена при использовании вычислительных алгоритмов, реализованных на языках VHDL, и

в среде Matlab. В работе выполнен обзор существующих аппаратурных решений н их сравнительный анализ

Для исследования технических характеристик комплекса аппаратуры ЭМС использована метрологическая нормативная база.

Полевые исследования с комплексом аппаратуры проведены при поддержке гранта РФФИ-09-05-011-38-а и интеграционном проекте СО РАН № 109 „Археогеофизика в Западной Сибири и на Алтае". В качестве результатов полевых исследований приводятся данные экспедиций за 20072009 г., в которых автор принимал непосредственное участие, а также результаты полевых работ группы малоглубинной геофизики ИНГГ СО РАН под руководством А. К. Манштейна.

Защищаемые научные результаты:

1. Разработана и применена электрическая схема нриемно-уешштельного блока в приборе индукционного частотного зондирования ЭМС, реализующая параллельные измерения комплексных амплитуд тока в генераторе и ЭДС в приемнике.

2. Разработан аналого-цифровой канал с синхронным детектором и применением сигма-дельта АЦП в регистраторе аппаратуры ЭМС, который обеспечил необходимый линейный диапазон преобразования комплексных амплитуд переменного сигнала в постоянные составляющие.

3. Создан пакет встраиваемых подпрограмм, который позволил объединить аппаратуру индукционного частотного зондирования ЭМС в беспроводную сеть с терминалом на базе карманного компьютера (КПК) и модулем спутниковой навигации (GPS). Пакет подпрограмм позволяет визуализировать данные частотного зондирования в виде карт и разрезов в масштабе реального времени.

Новизна работы. Личный вклад

Обоснован, разработан и изготовлен аппаратурно-ирограммный комплекс для наземного неразрушающего исследования распределения кажущегося удельного электрического сопротивления с глубиной для объектов верхней части разреза (до 10 м).

Аппаратура ИЧЗ ЭМС позволяет производить неразрушающие исследования распределения кажущегося удельного электрического сопротивления (УЭС) с глубиной объектов археологического, экологического, инженерного и другого типов с визуализацией в режиме реального времени

в условиях всепогодной полевой эксплуатации одним человеком.

1. Автором предложен новый принцип одновременной регистрации сигналов от антенн и датчика тока генератора для уменьшения влияния прямого ноля на качество измерений.

2. Автором проведен анализ электронных схем и физическое моделирование модулей аппаратуры. Физически обоснована конструкция аппаратуры.

3. С целью увеличения производительности прибора индукционного частотного зондирования ЭМС, автором разработана программно-аппаратная часть, позволяющая реализовать метод регистрации кажущегося удельного сопротивления грунта трехкатушечным зондом в режиме реального времени с объединением его, GPS и КПК в беспроводную сеть.

4. Предложен смешанный помехозащшценный узкополосный аналого-цифровой способ синхронного детектирования с применением сигма-дельта преобразователей.

Практическая значимость работы

1. Разработаны принципиальные схемы и сборочные чертежи электронных модулей и блоков аппаратуры ИЧЗ ЭМС.

2. Разработано описание работы и инструкция по эксплуатации прибора ИЧЗ ЭМС.

3. При непосредственном участии автора создано и отлажено 10 комплектов аппаратуры ИЧЗ ЭМС.

4. Ввиду отсутствия близких многочастотных наземных аналогов ожидаемый экономический эффект при условии внедрения составляет 3-4 млн. рублей в год на 10 комплектов.

5. Прибор обладает высокой помехозащищенностью, он неоднократно использовался в условиях повышенных промышленных помех на различных объектах в городских условиях.

6. Комплексом ИЧЗ ЭМС в период 2005-2009 гг. при непосредственном участии автора выполнены сравнительные полевые работы. Накоплен большой фактический материал. Проведен предварительный сравнительный анализ и интерпретация данных.

7. По результатам полевых работ аппаратурой ИЧЗ ЭМС составлены заключения о распределении кажущегося УЭС исследуемых объектов с относительной глубиной.

Апробация работы и публикации

Работа выполнена в лаборатории электромагнитных полей Учреждения Российской академии наук Института нефтегазовой геологии и геофизики им. A.A. Трофимука Сибирского отделения РАН.

Результаты работы докладывались на международной конференции посвященной 50-летию института геофизики УрО РАН (Екатеринбург 2008 г.), на 1-й межрегиональной научно-практической конференции для молодых ученых, аспирантов и студентов „Актуальные проблемы исследования этно-экологических и этнокультурных традиций народов Саяно-Алтая"(Кызыл 2009 г.), на IV симпозиуме но вулканологии и палеовулканологии (Петропавловск - Камчатский 2009 г.), на заседании ученого совета ИНГГ СО РАН (Новосибирск 2009 г.).

Материалы диссертации полностью изложены в трех публикациях, из них одна статья в ведущем рецензируемом журнале, определенном Высшей аттестационной комиссией : „Геология и геофизика", и две -материалы и труды научных конференций.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю кандидату технических наук А.К. Манштейну за постановку задачи, организацию исследований и постоянную помощь в работе.

В разработке механической части и написании прикладных программ автору оказали помощь Е.В. Балков, Ю.А. Манштсйн, A.A. Адайкин, В.А. Белобородов, С.Ю. Тикунов.

Большую помощь автору в организации и проведении научных и практических работ, полевых выездов и экспедиций оказали: М.И. Эпов, А.К. Манштейн, С.Б. Бортникова, Ю.Г. Карин, С.П. Бортникова.

Необходимо отмстить неоценимую помощь сотрудников Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН: JI.B. Котенко, Т.А. Котенко,

Д.Ю. Кузьмина. Г.А. Карпова, Г.М. Гавриленко

Всем упомянутым выше коллегам автор считает приятным долгом выразить глубокую благодарность.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, содержит 115 страниц текста, 45 рисунков и 3 таблицы. Библиография содержит 134 наименования.

Содержание работы

Глава 1. Обоснование конструктивных параметров аппаратуры

Развитию малоглубинных частотных электромагнитных зондирований способствует тот факт, что они часто применяются для решения задач в смежных дисциплинах - археологии [3], экологии, строительстве и т.п. Реализовать такие исследования позволяет аппаратурно-ирограммный комплекс ЭМС [1,2]. Он разработан в лаборатории электромагнитных нолей Института геофизики СО РАН (г. Новосибирск) по схеме трехкатушечного зонда и предназначен для круглогодичного исследования подповерхностной части подземного пространства.

Современная индукционная аппаратура на рынке представлена в основном Канадскими и Американскими разработками, это фирмы Geonics (Канада), Geophysics Syrvcy Systems Inc (США) и Geophex Inc (США). Эти аппаратурно-программные комплексы, работающие по методу частотного зондирования, предназначены для построения карт геоэлектрических параметров изучаемой площади и не предназначены или не способны строить разрезы по данным измерения на нескольких частотах. Кроме того, отсутствие компенсации прямого ноля во всех перечисленных приборах (за исключением GEM-2 и GEM-300) не добавляет им выигрыша. В приборах GEM-2 и GEM-300, где такая компенсация выполнена методом построения зонда по трехкатушечнои схеме, так же есть свои недостатки. Очевидно, что маленькая база прибора не будет способствовать наилучшему приему полезного сигнала на фоне превышающего поля генератора. Виден и очевидный рекламный ход в заявлении производителя о компенсации прибора на частотах около 330 Гц (известно, что даже в самых лучших скважинных приборах такая компенсация достигается до 500-600 раз, а на заявленной нижней частоте GEM-300 равной 330 Гц необходимо достигнуть значения подавления прямого ноля в десятки тысяч раз).

Следует так же отметить еще один немаловажный факт - все рассмотренные зарубежные многочастотные приборы не работают с гармоническим источником сигнала. Форма импульса генератора синтезируется программно-аппаратными методами, обогащая гармониками выходной сигнал. Совершенно очевидно, что энергия импульса делится в соответствии с законами разложения токов в ряд между гармониками. Энергетически это не оправдано по сравнению с гармоническим источником.

В этой главе конкретизируется задача по разработке аппаратурно-программного комплекса для малоглубинных ИЧЗ.

Если осуществлять измерения в моменты, когда ток в генераторе максимален, мы получим сигнал, который содержит информацию только о среде. Этот способ измерений называется синхронным фазовым детектированием, а процесс определения моментов измерений - фазировкой. Можно сделать вывод о том, что для обеспечения измерения полезного сигнала уровнем около 1 мкВ требуется построить селективный приемный тракт способный отсеивать внеполосные помехи и помехи от генераторной части, которые являются следствием нсдокомпенсации.

Резонансное излучение генератором гармонического сигнала на каждой частоте энергетически оправдано так как вся полезная энергия излучается в узком участке спектра. Во время резонанса в генераторной петле прибор потребляет меньше энергии.

Следует учитывать возможные фазово-температруные зависимости емкостей контура генератора для резонанса.

Для обеспечения нормальной работы синхронного детектора вся аппаратура должна иметь синхронизацию, ошибка которой определяется допустимой погрешностью измерения фазы. Это обеспечит сужение полосы приема полезного сигнала до нескольких Гц и поможет исключить влияние вненолосных помех.

На основании использованных в главе расчетов Е.В. Балкова и А.К. Манштейна, можно сделать предварительные выводы об уровнях полезного сигнала от приемных катушек аппаратуры ЭМС для сред с удельными сопротивлениями 1 -100 Ом-м. Уровни сигналов, которые могут возникнуть на входе усилителя, находятся в диапазоне 1- 350 мкВ.

Для оснащения аппаратуры ЭМС беспроводным интерфейсом наиболее подходящей, ио результатам анализа всех существующих, является сеть стандарта 802.15.1 (Bluetooth), поскольку она самая распространенная в мобильных устройствах (КПК или смартфоны). Следовательно, разработка управляющей программы ЭМС для КПК может быть решена

усилиями небольшой компании но созданию прикладного программного обеспечения.

Глава 2. Разработка аппаратуры малоглубинных индукционных частотных зондирований

Здесь приведены результаты разработки электронных схем и встраиваемых программ для прибора ЭМС.

Схематически устройство аппаратуры представлено на рис. 1. Аппаратура состоит из приемно-усилитсльного блока, блока микропроцессорного измерителя и синхронных детекторов, формирователя сигналов, усилителя мощности и интерфейсных модулей.

Кварцевый генератор 8 МГц

Формирователь опорных сигналов

С

Датчик

Усилитель мощности

С-— 1_|—

Входные катушки

Синхронные детекторы

Излучающая катушка

Измерительно-микропроцессорный ' блок

Интерфейс взаимодействия с оператором

Приемно-усилительный блок

Рис. 1. Структурная схема аппаратуры ЭМС

В генераторную часть входят: задающий кварцевый генератор 8 МГц, формирователь рабочих частот, коммутатор резонансных емкостей и усилитель мощности. По команде, поступающей от микропроцессорного измерительного блока, коммутатор подключает требуемую емкость в контур генератора и подает сигнал соответствующей рабочей частоты на вход усилителя мощности, который нагружен на генераторную катушку прибора.

Приемная часть содержит входной дифференциальный усилитель, фильтр нижних частот (они расположены в нриемно-усилительном блоке), согласующий усилитель и синхронный детектор. Во время измерения по команде от микропроцессорного измерительного блока на синхронные

детекторы комплексных составляющих подаются опорные сигналы соответствующей рабочей частоты.

Особенностью работы аппаратуры является измерение амплитуды периодического смодулированного сигнала в двух фазах, сдвинутых на 90°.

Измерение сигнала от приемных катушек или от датчика прямого поля осуществляется в двух одновременно работающих синхронных детекторах. На рис. 2 опорные сигналы прямоугольной формы обозначены как Уш(£) и Уц2(Ь). Далее сигналы подаются на фильтры нижних частот с частотой среза 300 Гц. После фильтров измеряемые сигналы в

ФНЧ

Многоканальный сигма -дельта АЦП А07799

1У„,(»)!

Ре

1 Уи(0 I

Рис. 2. Синхронные детекторы ЭМС

виде постоянной составляющей с оставшимися помехами поступают на сигма-дсльта аналогоцифровой преобразователь (АЦП).

Основным достоинством синхронного детектора является то, что его работу можно сделать почти идеальной в большом диапазоне частот и амплитуд входного сигнала.

Децимнрующий фильтр сигма-дсльта АЦП помимо цифрового преобразования сигнала, сопровождаемого децимацией частоты (/,;), вьшолня-

ст эффективную цифровую фильтрацию в полосе пропускания 0 : /,¿/2 с подавлением шумов за се пределами. Это свойство использовалось в аппаратуре ЭМС. Таким простым способом достигнута узкая полоса регистрации полезного сигнала за счет применения сигма-дельта АЦП. На рис. 3 показана типичная для всех экземпляров аппаратуры полоса пропускания вблизи одной из рабочих частот. Формирователь опор-

Рис. 3. Полоса пропускания прибора ЭМС около основной частоты ^ = 27 кГц

ных сигналов предназначен для синтеза сигналов накачки генераторной петли (Ях.Яг), парафазных сигналов управления синхронным детектором и сервисных сигналов (см. рис. 46). Формирователь реализован на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) и представляет собою делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД), систему управления, делитель постоянного коэффициента деления, логику селекции сигналов управления усилителем мощности (см. рис. 4а). Лабораторные измерения чувствительности измерительного тракта аппаратуры ЭМС дают среднюю величину 0,4 нВ на единицу шестиразрядного десятичного представления [1, 2]. Отсчет АЦП, соответствующий максимальному линейному сигналу с приемных катушек равен 624000. Если определить допустимую наибольшую погрешность величиной ±5 %, а неопределенность измерений принять равной 50 единиц, то минимальный измеряемый сигнал оценивается ±0,4 мкВ.

Выполненные в лаборатории многократные измерения температурного коэффициента применяемых в генераторе емкостей тина К73-17 дали среднюю величину ТКЕ = 5-10-4/С°. Учитывая, что ТКЕ = АС/С0АТ, где ДТ прирост температуры конденсатора, величина ДС/Со = 2% бу-

а)

К= 1 ..2048

» 5 Ê

I Е

Упр

дпкд

1/К

8 MHz,

Делитель 1/4

Делитель 1/4

Н1 Н2

6)

Элемент НЕ~]

•{ логика управления

I I l I

Vri(1) VrjID H1 Н2

Рис. 4. Формирователь опорных сигналов прибора ЭМС

VriW vR2(t)

H1 Н2

гиии

JUUUL ÎUUUU

дет достигаться с приростом температуры на 40С°. Этот факт является доказательством достаточной стабильности фазы излучения генераторного устройства аппаратуры ЭМС, при изменении температуры конденсатора на ±10С°.

Для обеспечения возможности отображения данных в реальном времени в аппаратуре используется модуль связи с операторским терминалом основанный на базе компонент беспроводного доступа стандарта 802.15.1. В ходе разработки проведено оснащение аппаратуры ЭМС модулем Bluetooth Bluen-icecommIII или BluenicecommIV компании Ambcr Wircless на базе чипов LMX9820A, потребляемая мощность которых составляет 1мВт. Модуль беспроводной передачи данных обслуживается программой микроконтроллера и располагается на плате микропроцессорного измерительного блока в аппаратуре ИЧЗ ЭМС. В микроконтроллерном блоке был реализован в виде алгоритма машины состояний протокол обслуживания ведущего сетевого устройства. На рис. 5 показан алгоритм протокола обмена при помощи профилей Generic Access Profile (GAP) и Sériai Port Profile (SPP), важным моментом является то, что прибор ЭМС в сети Bluetooth позиционируется ведущим, а мобильный терминал КПК ведомым.

Рис. 5. Протокол обмена между аппаратурой ЭМС и терминалом на базе КПК посредством профилен GAP н SPP

Глава 3. Полевое применение аппаратуры

Сравнительные работы на гидротермальных объектах активных вулканов Курило-Камчатского региона. Комплекс частотного электромагнитного зондирования ЭМС применялся для исследования структуры различных по составу газо-гидротермальных объектов вулканогенного происхождения. Работы проводились с одновременным контролем и в сравнении с методикой электротомографии на постоянном токе.

Решение задачи выявления структуры таких объектов осложнено тем, что исследуемый объект представлен не только твердыми, но и жидкими фазами. В такой ситуации методы разрушающего контроля не смогут дать объективной картины. Одним из методов, который может дать ответ на вопрос о внутреннем строении таких объектов, является метод индукционного частотного зондирования (ИЧЗ).

В качестве объектов исследования были выбраны гидротермы активных вулканов Мутновский и Эбеко, а так же зоны кипящих котлов и

активного рудообразования в кальдере Узон.

Все представленные объекты сложены из пород, удельное электрическое сопротивление которых лежит в пределах от 50 до 1000 Ом-м. Гидротермальные приповерхностные разгрузки в виде высоко минерализованных растворов, напротив, обладают гораздо более низким удельным электрическим сопротивлением (0.5 - 10 Ом-м). Таким образом, все объекты гидротермальных проявлений на активных вулканах имеют высокий контраст в удельных сопротивлениях по отношению к вмещающим породам верхней части разреза и могут быть использованы в первоначальном опробовании разработанного аппаратурно-программного комплекса ЭМС.

Все работы аппаратурой ЭМС выполнялись на площадках с шагом между профилями 1 м и шагом но точкам измерения 1 м. Электротомография проводилась с использованием двух электроразведочных кабелей, общее количество электродов которых равнялось 48. Шаг между электродами для электрических зондирований был выбран 5 м, что связано с конструктивными особенностями кабеля. В основе интерпретации данных частотного зондирования лежала программа ISystem. которая разработана в ИНГГ СОРАН для аппаратуры ЭМС Е.В. Валковым. Для методов сопротивлений использовались пакеты программ Rcs2Dinv и Rcs3Dinv (компания Geotomo Software), поставляемые совместно с комплексом аппаратуры от компании Iris Instruments.

Рис. 6. а) Распределение кажущегося УЭС по одному из профилей частотного зондирования ЭМС и б) распределение УЭС по данным инверсии результатов электротомографии. Площадка на Северо-Восточном поле вулкана Эбеко. (Начало профиля ИЧЗ приходится на отметку 118 м для профиля электротомографии)

120 128 136 144 152

М

116 120 124 128 132 136 140 144 148 152 156 160 М

Сравнение результатов трансформации данных частотного зондирования и результатов инверсии электротомографии в одинаковом масштабе, общей шкале УЭС и с привязкой по координатам показано на рис. 6. Немаловажным фактом, говорящим о качестве работы аппаратуры ЭМС является то, что распределение кажущегося УЭС по данным трансформации ИЧЗ и распределения УЭС по результатам инверсии электротомографии принципиально совпадают.

Построенные в общей шкале и с привязками относительно друг друга сравнительные результаты инверсии электротомографии и трансформации данных частотного зондирования для Донного Поля вулкана Мут-новский представлены на рис. 7. Они отражают принципиальное совпадение кажущихся УЭС для ИЧЗ с результатами инверсии электротомографии, подобно аналогичным результатам для вулкана Эбеко (рис. 6).

Рис. 7. а) Распределение кажущегося УЭС по профилю частотного зондирования ЭМС и б) распределение УЭС по данным инверсии соответствующего участка профиля электротомографии на площадке Донного Поля вулкана Мугновский

Видимо, низкое удельное сопротивление среды связано с насыщенностью ее высокоминерализованными термальными растворами, а высокое - с наличием вмещающих пород или газовой составляющей.

В сравнении с процессом получения данных инверсии для электротомографии результаты работы аппаратурой ЭМС выводились непосредственно в реальном времени в виде карт или разрезов на экран КГ1К, что позволяет но ходу движения оператора корректировать шаг съемки для увеличения детализации.

Полевые работы в условиях повышенных электромагнитных помех на ГРЭС пос. Назарово. В мае-июне 2006 года на территории, примыкающей к цеху химической водоочистки Назаровской ГРЭС, были проведены электроразведочные работы методом индукционного частотного зондирования с применением аппаратуры ЭМС.

Задачей нолевых исследований являлось изучение распределения воды в грунте. Кроме того, требовалось сделать заключение о работоспособности прибора в условиях высоких внеполосных помех.

Участок полевых работ находится в промышленной зоне, иод воздействием многочисленных индустриальных электромагнитных полей (измеренная плотность тока по данным СЭС достигает 40 А/т2). Поверхность рабочих плошадок перекрыта грунтом, местами со щебеночным и асфальтовым покрытием.

Наблюдения проводились профилированием и площадным методом. Профили длиной 10-70 м организовывались «змейкой», располагались вдоль стены здания либо под углом 90°. Интервал точек записи по профилю и интервал между профилями составлял 0.5 - 1 м.

Все работы производились в непосредственной близости от линий высокого напряжения (500 кВ). Однако высокий уровень внеполосных помех промышленной частотой 50 Гц не повлиял на качество полученных данных аппаратуры ИЧЗ ЭМС.

В качестве примера успешной работы на рис. 8 показан разрез по профилю Рг_20, который проложен по оси здания цеха от пожарного

Разрез Рг_20 в Цехе.

4 4.5 5 5.5 6.2 7 8.3 10 12.5 17 25 50 Ом*м

Рис. 8. Профиль внутри цеха химической водоочистки Назаровской ГРЭС

гидранта до стальных трапов. Длина профиля составляет 50 м. Видно влияние двух пересекающих профиль коммуникаций (стальная труба на 22-м метре и поперечный канал на 41-44 метрах). Сильно повлияло на количество бракованных данных наличие массивных металлических предметов вблизи точек наблюдения. Влияния внеполосных помех на

первичных данных в приборе ЭМС зафиксировано не было.

Заключение

В работе обосновано использовано в качестве регистрирующего канала для аппаратуры индукционных частотных зондирований канала реализующего синхронное измерение реальной и мнимой составляющих полезного сигнала одновременно. В качестве регистратора автором применен и реализован принцип синхронного приема.

Первая отличительная особенность разработанного автором программно-аппаратного комплекса от существующих решений для малоглубинного ИЧЗ - использование в качестве основного фильтрующего модуля цифровых компонент сигма-дельта преобразователя, характерными особенностями которого являются высокое разрешение (24 бита) и линейность.

Следующее отличие касается примененного типа детектирования. Разработанный автором смешанный аналогово-цифровой детектор обеспечил линейный вид преобразования амплитуды переменного сигнала в постоянную составляющую.

Аналого-цифровая регистрация и узконолосная фильтрация продуктов синхронного детектирования в приборе ИЧЗ ЭМС позволили получить высокую (в 2 раза лучшую по сравнению с аналогами) точность измерения сигнала от антенн величиной менее 1 мкВ и хорошее подавление помехи промышленной частоты. Хорошее подавление помех в диапазоне 50-60 Гц даст возможность проводить геофизические работы на объектах городского и промышленного назначения.

Принципиальным отличием прибора ЭМС от его аналогов является введение в функциональную схему прибора модулей радиодостуна и алгоритма работы по беспроводной сети современного и широко доступного стандарта 802.15.1 (Bluetooth) 2.4 ГГц. Это решение обеспечивает возможность применять комплекс ЭМС в задачах экспресс контроля распределения кажущихся УЭС грунтов в реальном времени.

Перспективу развития данного комплекса аппаратуры автор видит в разработке подобного комплекса для оснащения им беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и в усовершенствовании интерпретационного программного обеспечения для наземных малоглубинных ИЧЗ.

Публикации по теме диссертации

1. Мапштейн, А.К. Аппаратура частотного электромагнитного зондировании "ЭМС"|Текст| / А.К. МашнтеПн, Г.Л. Панин, С.Ю. Тнкунов // Геология и геофизика. - 2008. Т. 49, № G. С. 571 - 579.

2. Панин, Г.Л. Аппаратура частотного электромагнитного зондирования |Текст| /' Г.Л. Панин, А.К. Мапштейн /,/ Геофизические исследования Урала и сопредельных территорий: материалы Международной конференции, посвященной 50-летию Института геофизики УрО РАН (г.Екатеринбург, 4-8 февраля). Екатеринбург, 2008. С. 195 - 197.

3. Панин, Г.Л. Методика и результаты неразрушающего исследования археологических объектов аппаратурой частотного электромагнитного зондирования "ЭМС"|Текст| / Г. Л. Панин, Е. В. Балков, Ю. А. МанштеПп, А. К. Мапштейн /7 Этпоэкологические и этнокультурные проблемы пародов Саяно-Алтая: материалы 1-й межрегиональной конференции молодых ученых. Кызыл, 2009.

С. 102 103.

Технический редактор Т.Л.Халина

Подписано к печати 11.03.2010 Бумага 00x84/10. Бумага офсет № 1. Гарнитура "Тайме". Печать офсетная

_Печ. л. 0.0. Тираж 120. Заказ 40_

ИНГГ СО РАН, ОПТ. 630090. Новосибирск, пр-т. Ак. Коптюг» 3.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Панин, Григорий Леонидович

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

АППАРАТУРЫ

1.1. Современное состояние индукционных частотных зондирований. Теория и аппаратура

1.1.1. Современные аппаратурные решения

1.1.2. Итог обзора существующих аппаратурных решений

1.1.3. Трехкатушечный зонд 43 над проводящим полупространством

1.2. Беспроводные сети передачи данных

1.3. Выводы. Рекомендации по выбору параметров электронной части аппаратуры ЭМС

Глава 2. РАЗРАБОТКА АППАРАТУРЫ МАЛОГЛУБИННЫХ

ИНДУКЦИОННЫХ ЧАСТОТНЫХ ЗОНДИРОВАНИЙ

2.1. Существующие результаты экспериментальных исследований трехкатушечных зондов

2.1.1. Минимизация искажающих факторов

2.2. Аппаратура индукционного частотного зондирования ЭМС

2.2.1. Общие характеристики

2.2.2. Описание структурной схемы

2.2.3. Генераторный блок

2.2.4. Приемно-усилительный блок

2.2.5. Микропроцессорный измерительный блок

2.3. Исследование полосы пропускания приемного тракта

2.4. Исследование линейности преобразования сигнала в цифровую форму

2.5. Исследование зависимости фазы излучения от температуры

2.6. Погрешность измерений

2.7. Выводы

Глава 3. ПОЛЕВОЕ ПРИМЕНЕНИЕ АППАРАТУРЫ

3.1. Сравнительные работы на гидротермальных объектах активных вулканов Курило-Камчатского региона

3.1.1. Объекты для сравнительных тестов

3.1.2. Методика сравнительных работ

3.1.3. Интерпретация результатов

3.2. Полевые работы в условиях повышенных электромагнитных помех на ГРЭС пос. Назарово

3.2.1. Объект работ

3.2.2. Методика полевых работ

3.2.3. Интерпретация результатов

3.3. Выводы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка аппаратурно-программного комплекса для наземных малоглубинных индукционных частотных зондирований"

Объект исследования - аппаратура индукционного частотного зондирования (ИЧЗ) электромагнитный сканер (ЭМС). Исследуется на предмет разработки аппаратной части и встраиваемого программного обеспечения с учетом оптимальности программного управления и помехозащищенности аппаратуры, реализующей метод индукционного частотного зондирования трехкатушечным зондом, предназначенной для картирования и построения распределения кажущегося удельного сопротивления верхней части разреза в реальном времени.

Актуальность разработки

Современный этап развития геофизического приборостроения характеризуется появлением геофизической аппаратуры, построенной по принципу цифровой системы регистрации, накопления и предварительной обработки информации в реальном времени. Основным достоинством применения цифровых систем регистрации для целей получения первичной геофизической информации в аппаратуре является применение оптимального (помехоустойчивого) детектирования, которое обеспечивает регистрацию полезного сигнала от среды с минимальными искажениями.

Одним из существенных моментов при проектировании систем, измеряющих переменные электрические или магнитные поля, и, в частности, при проектировании цифровых систем регистрации является учет электромагнитной обстановки вблизи мест проведения предполагаемых работ. При этом, поскольку работы часто, выполняются в условиях высоких помех от промышленных объектов, например ТЭЦ, ЛЭП, и т.п., существует реальная проблема выделения полезного сигнала на фоне внеполосной помехи, которая может превосходить его в десятки или сотни раз.

В основу метода индукционного частотного зондирования положено использование искусственно создаваемых переменных электромагнитных полей, наводящих в земле вторичное электромагнитное поле последовательно на разных частотах. Источником поля является незаземленная изолированная петля, расположенная на поверхности земли. Поскольку, измеряются составляющие вторичного поля, очевидно, что регистратор будет принимать как полезный сигнал, так и помехи.

Таким образом, актуальность разработки определяется необходимостью повышения информативности и производительности аппаратуры, которая бы позволяла достоверно выполнять индукционные частотные зондирования в сильно зашумленных городских или промышленных условиях и отображать первичную информацию в реальном времени на основе разработки оптимального алгоритма управления аппаратурой и создания помехо-защищенной системы измерений.

Цель исследования

Повысить достоверность измерений и полноту извлечения информации о геоэлектрическом строении среды на малых глубинах, увеличить производительность аппаратуры индукционных частотных зондирований ЭМС за счет: использования параллельных измерений комплексных амплитуд тока в генераторе и ЭДС в приемнике, разработки аналогово-цифрового канала с синхронным детектором и применением сигма-дельта аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) в регистраторе аппаратуры ЭМС и за счет объединения аппаратуры в беспроводную сеть с терминалом на базе карманного компьютера.

Научная задача

Разработать узкополосную помехозащищенную программно-аппаратную часть трехкатушечного зонда аппаратуры индукционных частотных зондирований ЭМС, работоспособную в условиях высоких промышленных помех.

Задача решалась поэтапно:

1. Обосновать конструктивные параметры аппаратуры.

2. Разработать и изготовить прототип электронных блоков и модулей аппаратуры.

3. Опробовать аппаратуру на различных полевых объектах.

Фактический материал и методы исследования

Теоретической основой решения поставленных задач являются уравнения Максвелла. Автор опирался на результаты работ А.А. Кауфмана, Г.М. Морозовой, JI.A. Таборовского, М.И. Эпова, B.C. Могилатова, Ю.А. Дашевского, А.К. Манштейна, И.Н. Ельцова и других широко известных специалистов в области малоглубинной геоэлектрики.

В работе использованы методы математического моделирования, физическое моделирование, аналитический аппарат электродинамики, численные методы расчета и анализа, стендовые и полевые испытания.

Значительная часть результатов работы получена при использовании вычислительных алгоритмов, реализованных на языках VHDL, С++ и в среде Matlab. В работе выполнен обзор существующих аппаратурных решений и их сравнительный анализ.

Для исследования технических характеристик комплекса аппаратуры ЭМС использована метрологическая нормативная база. Результаты анализа электронных модулей и блоков комплекса аппаратуры сравнивались с результатами лабораторных тестов на макете аппаратуры. Достоверность полевых результатов основывается на сравнении данных полученных разными геофизическими методами.

Полевые исследования с комплексом аппаратуры проведены при поддержке гранта РФФИ-09-05-011-38-а и интеграционном проекте СО РАН № 109 "Археогеофизика в Западной Сибири и на Алтае". В качестве результатов полевых исследований приводятся данные экспедиций за 2007-2009 г., в которых автор принимал непосредственное участие, а также результаты полевых работ группы малоглубинной геофизики ИНГГ СО РАН под руководством А. К. Манштейна.

Защищаемые научные результаты

1. Разработана и применена электрическая схема приемно-усилительного блока в приборе индукционного частотного зондирования ЭМС, реализующая параллельные измерения комплексных амплитуд тока в генераторе и ЭДС в приемнике.

2. Разработан аналого-цифровой канал с синхронным детектором и применением сигма-дельта АЦП в регистраторе аппаратуры ЭМС, который обеспечил необходимый линейный диапазон преобразования комплексных амплитуд переменного сигнала в постоянные составляющие.

3. Создан пакет встраиваемых подпрограмм, который позволил объединить аппаратуру индукционного частотного зондирования ЭМС в беспроводную сеть с терминалом на базе карманного компьютера (КПК) и модулем спутниковой навигации (GPS). Пакет подпрограмм позволяет визуализировать данные частотного зондирования в виде карт и разрезов в масштабе реального времени.

Научная новизна и личный вклад

Трехкатушечные зонды широко используются в индукционной сква-жинной аппаратуре, где наиболее просто достигается компенсация мешающего поля от генератора в приемных контурах, ввиду того, что весь прибор окружен проводящим пространством. Для наземной переносной аппаратуры, построенной по принципу трехкатушечного зонда, полезный сигнал в разы меньше. Поэтому еще труднее выделить полезный сигнал на фоне мешающего поля от генератора. Несмотря на то, что достижимый уровень компенсации в описываемом приборе близок к 500, для выделения полезного сигнала от антенн и уменьшения влияния прямого поля от генератора предложен новый принцип одновременной регистрации сигналов от антенн и тока в генераторе.

До данного момента в аппаратуре индукционных частотных зондирований не применялась возможность дистанционного управления прибором с отображением двумерных результатов в реальном времени (автор не нашел существующих решений подобного рода в рассмотренных по тематике работы публикациях, на момент опубликования результатов работы).

Для увеличения производительности аппаратурно-программного комплекса ЭМС обосновано и выполнено введение в его схему модуля беспроводного доступа.

Разработана программно-аппаратная часть для прибора индукционного частотного зондирования ЭМС, позволяющая реализовать метод регистрации кажущегося удельного сопротивления грунта трехкатушечным зондом в режиме реального времени с объединением GPS и КПК в беспроводную сеть.

Для повышения помехозащищенности и сужения полосы пропускания предложен смешанный аналого-цифровой способ параллельного синхронного детектирования с применением сигма-дельта преобразователей.

Разработаны принципиальные схемы и сборочные чертежи электронных модулей и блоков аппаратуры ИЧЗ ЭМС.

При непосредственном участии автора создано и отлажено 10 комплектов аппаратуры ИЧЗ ЭМС.

Разработано описание работы и инструкция по эксплуатации прибора ИЧЗ ЭМС.

Комплексом ИЧЗ ЭМС в период 2005-2009 гг. при непосредственном участии автора выполнены сравнительные полевые работы. Накоплен большой фактический материал. Проведен предварительный сравнительный анализ и интерпретация данных.

По результатам полевых работ аппаратурой ИЧЗ ЭМС составлены заключения о качественном распределении кажущегося удельного электрического сопротивления (УЭС) исследуемых объектов.

Научная и практическая значимость

Обоснован, разработан и изготовлен аппаратурно-программный комплекс неразрушающего исследования распределения кажущегося удельного электрического сопротивления с глубиной для объектов верхней части разреза (до 10 м).

Аппаратура ИЧЗ ЭМС позволяет производить неразрушающие исследования распределения кажущегося УЭС с глубиной объектов археологического, экологического, инженерного и другого типов с визуализацией в режиме реального времени в условиях всепогодной полевой эксплуатации одним человеком.

Ввиду отсутствия близких многочастотных наземных аналогов ЭМС, ожидаемый экономический эффект, при условии внедрения составляет 3-4 млн. рублей в год на 10 комплектов.

Прибор обладает высокой помехозащищенностью, и неоднократно использовался в условиях повышенных промышленных помех на различных объектах в городских условиях.

Апробация

Результаты работы докладывались на международной конференции посвященной 50-летию института геофизики УрО РАН (Екатеринбург 2008 г.), на 1-й межрегиональной научно-практической конференции для молодых ученых, аспирантов и студентов «Актуальные проблемы исследования этно-экологических и этнокультурных традиций народов Саяно-Алтая» (Кызыл 2009 г.), на IV симпозиуме по вулканологии и палеовулканологии (Петропавловск-Камчатский 2009 г.), на заседании ученого совета ИНГГ СО РАН (Новосибирск 2009 г.).

Материалы диссертации полностью изложены в трех публикациях, из них одна статья в ведущем рецензируемом журнале, определенном Высшей аттестационной комиссией: «Геология и геофизика», и две - материалы и труды научных конференций.

Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения и содержит 115 страниц текста, 45 рисунков, 3 таблицы. Список использованной литературы составляет 134 наименования.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Панин, Григорий Леонидович

3.3. Выводы

Комплекс частотного электромагнитного зондирования ЭМС применялся для исследования структуры различных по составу газогидротермальных объектов вулканогенного происхождения. Работы проводились с одновременным контролем и в сравнении с методикой электротомографии на постоянном токе. Без нарушения объектов были получены детальные карты, а также изоповерхности кажущегося удельного сопротивления. Кроме того, новые данные о структуре гидротермальных объектов помогли составить представление о зональности процессов разгрузки в верхней части разреза 5-30 м. Группирование методов контактного и бесконтактного неразрушающих типов контроля, которыми являются электротомография и частотное зондирование, дает дополнительную информацию, позволяющую составить представление об изменении структуры исследованных объектов с увеличением глубины и пространственном расположении гидротермальных резервуаров, зон парогазовой смеси, подводящих каналов фумарол и кипящих котлов. Анализ приведенных данных совместной геофизической и геохимической работы полностью соотносится с физико-химической моделью описывающей газо-гидротермальные проявления разгрузки для вулканогенной структуры верхней части разреза [54]. В сравнении с процессом получения данных инверсии для электротомографии, результаты работы аппаратурой ЭМС выводились непосредственно в реальном времени в виде карт или разрезов на экран КПК, что позволяет по ходу работы корректировать шаг для увеличения детализации, что можно сформулировать как третий научный результат работы:

Создан пакет встраиваемых подпрограмм, который позволил объединить аппаратуру индукционного частотного зондирования ЭМС в беспроводную сеть с терминалом на базе карманного компьютера (КПК) и модулем GPS. Пакет подпрограмм позволяет визуализировать данные частотного зондирования в виде карт и разрезов в масштабе реального времени.

Подводя итог работы на объекте Назаровской ГРЭС можно сказать, что поставленные заказчиком задачи выполнены. Использованные методические подходы верны за исключением попыток работать индукционным методом в непосредственной близи металлических корпусов фильтров и осветлителей. Из-за этого ряд профилей и точек не приведены в данной работе, т.к. не прошли качественный контроль. Особый интерес вызывает результат, полученный при профилировании по центральной оси здания: не совсем понятно, вызваны ли упомянутые аномалии повышенной обводненностью грунта или близостью какого-либо металлического объекта. Все работы производились в непосредственной близости от линий высокого напряжения (500 кВ). Однако высокая напряженность внеполосных помех промышленной частотой 50 Гц не повлияла на качество полученных данных аппаратуры ИЧЗЭМС.

Таким образом, аппаратура ИЧЗ ЭМС пригодна для выполнения задач инженерного характера на объектах промышленного назначения с высокой степенью внеполосных электромагнитных помех.

Заключение

В работе обосновано использование в качестве регистрирующего канала для аппаратуры индукционных частотных зондирований канала реализующего синхронное измерение реальной и мнимой составляющих полезного сигнала одновременно. В качестве регистратора, автором применен и реализован принцип синхронного приема.

Первая отличительная особенность разработанного автором программно-аппаратного комплекса от существующих решений для малоглубинного ИЧЗ - использование в качестве основного фильтрующего модуля цифровых компонент сигма-дельта преобразователя, характерными особенностями которого являются высокое разрешение (24 бита) и линейность.

Следующее отличие касается примененного типа детектирования. Разработанный автором смешанный аналогово-цифровой детектор обеспечил линейный вид преобразования амплитуды переменного сигнала в постоянную составляющую.

Аналого-цифровая регистрация и узкополосная фильтрация продуктов синхронного детектирования в приборе ИЧЗ ЭМС позволили получить высокую (в 2 раза лучшую по сравнению с аналогами) точность измерения сигнала от антенн величиной менее 1 мкВ и хорошее подавление помехи промышленной частоты.

Хорошее подавление помех в диапазоне 50-60 Гц дает возможность проводить геофизические работы на объектах городского и промышленного назначения.

Автором было решено осуществить простой и дешевый подход к разработке электронной части аппаратуры ИЧЗ ЭМС. В результате время измерения на одной частоте прибора занимает 200 мс (с учетом всех сервисных задержек и времени преобразования АЦП). Такой подход позволил измерять полезный сигнал последовательным перебором всех частот и значительно упростить и удешевить тракт регистрации, избавится от дорогостоящих решений.

Введение в функциональную схему прибора ЭМС модулей радиодоступа по беспроводной сети современного и широко доступного стандарта 802.15.1 (Bluetooth) 2.4 ГГц существенно расширило применимость комплекса. Наличие беспроводного интерфейса в приборе ИЧЗ ЭМС можно считать еще одной отличительной особенностью этой аппаратуры. Расширение в первую очередь касается возможности работать с использованием мобильного терминала на базе КПК, с отображением первичных данных о геоэлектрическом разрезе в реальном времени. Отпала и необходимость точного позиционирования с использованием рулеток или шпагатов, поскольку в сети ЭМС-КПК может использоваться и приемник спутниковой навигации.

Дальнейшее развитие данного комплекса аппаратуры автор видит в разработке подобного комплекса для оснащения им беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и в усовершенствовании интерпретационного программного обеспечения.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Панин, Григорий Леонидович, Новосибирск

1. Аксельрод, С. М. О градуировке аппаратуры индукционного каротажа / С. М. Аксельрод // Известия высших учебных заведений: Нефть и газ. —1.60.— № 5.— С. 19-25.

2. Аксельрод, С. М. Высокоточные методы исследования скважин / С. М. Аксельрод. — М.: Госгеолтехиздат, 1965.

3. Альпин, JI. М. Теория полей, применяемых в разведочной геофизике / JI. М. Альпин, Д. С. Даев, А. Д. Каринский. — М.: Недра, 1985.— 407 с.

4. Антонов, Ю. Н. Высокочастотное индукционное каротажное изопараметрическое зондирование (ВИКИЗ) / Ю. Н. Антонов, С. С. Жма-ев. — Новосибирск, 1979.— 104 с.

5. Антонов, Ю. Н. Диэлектрический индуктивный каротаж / Ю. Н. Антонов, А. А. Кауфман. —Новосибирск: Наука, 1971.—140 с.

6. Антонов, Ю. Н. Электромагнитные зондирования при глубинных исследованиях земных недр и каротаже нефтяных скважин / Ю. Н. Антонов, Г. М. Морозова // Геология и геофизика.— 1982.— № 12.— С. 108-117.

7. Антонов, Ю. Н. Высокоточный индукционный каротаж / Ю. Н. Антонов, Б. И. Приворотский. — Новосибирск: Наука, 1975.— 260 с.

8. Антонов, Ю. Н. Метод частотно-геометрической фокусировки в диэлектрическом индукционном каротаже: Метод, рекомендации /Ю. Н. Антонов, Л. А. Табаровский, И. М. Панич. — Новосибирск, 1979.— 48 с.

9. Балков, Е. В. Трехкатушечный индукционный зонд в частотном зондировании / Е. В. Балков, А. К. Манштейн // Геофизический вестник.—2001.—№ 12. —С. 17-20.

10. Балков, Е. В. Сравнение характеристик двухкатушечной и трехкатушечной реализации индукционных зондов для малоглубинного частотного зондирования / Е. В. Балков, А. К. Манштейн // Геофизический вестник,—2006.—№ 1. —С. 12-17.

11. Балков, Е. В. Оценка глубинности наземного электромагнитного индукционного частотного зондирования / Е. В. Балков, М. И. Эпов, А. К. Манштейн // Геофизика.— 2006.— № 3. — С. 41-44.

12. Балков, Е. В. Опыт применения электромагнитного частотного зондирования для решения археолого-геофизических задач / Е. В. Балков, А. К. Манштейн, М. А. Чемякина и др. // Геофизика.— 2006.— № 1.— С. 43-50.

13. Баскаков, С. И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов // "Радиотехника".- М.: Высш. шк. —1998. —448с.

14. Бердичевский, М. Н. Геоэлектрические исследования в россии / М. Н. Бердичевский // Изв. РАН. Сер. физика Земли.— 1994.— № 6.— С. 4-22.

15. Блох, А. С. О моделировании высокопроводящей среды для проведения индукционного каротажа / А. С. Блох, Л. И. Дубман // Труды СНИИГГИМС. Методы разведочной и промысловой геофизики.— 1967.—Т. 9. —С. 159-163.

16. Боганик, В. Н. Расчет эталонировочных колец для аппаратуры индукционного каротажа / В. Н. Боганик, М. И. Плюснин // Известиявысших учебных заведений: Геология и разведка. — 1965.— № 9.— С. 124-134.

17. Булгаков, А. Ю. Геофизический прибор для автоматизации многоэлектродной электроразведки / А. Ю. Булгаков, А. К. Манштейн // Приборы и техника эксперимента.— 2006.— № 4.— С. 1—3.

18. Бурсиан, В. Р. Теория электромагнитных полей, применяемых в электроразведке / В. Р. Бурсиан. — JL: Недра, 1972.— 368 с.

19. Ваньян, Л. Л. К теории дипольных электромагнитных зондирований / Л. Л. Ваньян // Прикладная геофизика.— 1959.—Вып. 23.— С. 3— 45.

20. Ваньян, Л. Л. Электромагнитные зондирования / Л. Л. Ваньян. — М.: Научный мир, 1997,— 219 с.

21. Вешев, А. В. Электропрофилирование на постоянном и переменном токе /А. В. Вешев. — Л.: Недра, 1980.— 392 с.

22. Вишневский, В.М. Широкополосные сети беспроводной передачи информации / В.М. Вишневский, А.И. Ляхов, С.Л. Портной, И.В. Шахнович. // Москва: Техносфера, 2005-592 с.

23. Вьюхин, В. Н. Высокочувствительный измеритель комплексных амплитуд слабых сигналов / В. Н. Вьюхин // Приборы и техника эксперимента.—2006, —№ 4.—С. 69-72.

24. Гасаненко, Л. Б. Электромагнитное поле низкочастотного диполя в горизонтально-слоистой среде / Л. Б. Гасаненко, Е. А. Маркина // Уч.зап. ЛГУ. Сер. физ. и геол. наук.— 1967.—Вып. 17.— Т. 333.— С. 201— 226.

25. Гельфанд, И. С. Электромагнитное поле горизонтальной рамки в слоистой среде / И. С. Гельфанд // Сб. статей по геофизическим методам разведки. —1955.— С. 3—17.— Тр. Свердловского горного института.

26. Гутников, В. С. Фильтрация измерительных сигналов / В. С. Гутников. — Л.:Энергоатомиздат, 1990. —192 с.

27. Гоноровский, И.С. Радиотехнические цепи и сигналы / И.С. Гоноровский. — М.: Советское радио, 1977. — 608 с.

28. Голуб, B.C. Взгляд на сигма-дельта АЦП и ЦАП / В.С.Голуб //Chip News, — №2, — С. 2-11

29. Голуб, B.C. Мгновенная и средняя частота колебаний и интегрирующие ЧМ и ЧИМ модуляторы / B.C. Голуб // Радиотехника. — 1982. — №9. — С. 48-50.

30. Градштейн, И. С. Таблицы интегралов, сумм и рядов и произведений / И. С. Градштейн, М. М. Рыжик. — М.: Наука, 1971.— 1108 С.

31. Даев, Д. С. Высокочастотные электромагнитные методы исследования скважин / Д. С. Даев.— М.: Недра, 1974.— 192 с.

32. Дмитриев, В. И. Расчет электромагнитного поля в методе частотного зондирования / В. И. Дмитриев // Вычислительные методы и программирование. Вып. III.— 1965.— С. 386-397.

33. Дмитриев, В. И. Общий метод расчета электромагнитного поля в слоистой среде / В. И. Дмитриев // Вычислительные методы и программирование. —1968.— № 10.— С. 55-56.

34. Дмитриев, В. И. Интегральные уравнения в краевых задачах электродинамики / В. И. Дмитриев, Е. В. Захаров. — М.: Изд-во МГУ, 1987.— 167 с.

35. Жданов, М. С. Электроразведка / М. С. Жданов. — М.: Недра, 1986.—316 с.

36. Иванов, А. П. Методика частотных электромагнитных зондирований / А. П. Иванов, О. А. Скугаревская. — М.: Наука, 1978.— 138 с.

37. Карпов, Г.А. Узон-Гейзерная гидротермальная рудообразу-ющая система Камчатки / Г.А. Карпов, A.JI. Павлов. — Новосибирск: Наука, 1976.— 99 с.

38. Кауфман, А. А. Теория индукционного каротажа / А. А. Кауфман. — Новосибирск: Наука, 1965.— 128 с.

39. Кауфман, А. А. Введение в теорию геофизических методов. Часть 2. Электромагнитные поля / А. А. Кауфман.— М.: Недра, 2000.— 483 с.

40. Кауфман, А. А. Теория индукционного каротажа методом переходных процессов / А. А. Кауфман, В. П. Соколов.— Новосибирск: Наука, 1972.— 128 с.

41. Комлик, В.В. Радиотехника и измерения. / В.В. Комлик. — Киев: Вища школа, 1978. — 248 с.

42. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников / Г. Корн, Т. Корн.— М.: Наука, 1968.— 720 с.

43. Котенко, Т.А, Активизация вулкана Эбеко в 2005-2006 гг. (остров Парамушир, Северные Курильские острова) / Т. А. Котенко, JI. В. Котенко, В. Н. Шапарь // Вулканология и сейсмология. —2007. — №5. —С.З—13

44. Краев, А. П. Основы геоэлектрики / А. П. Краев. — JL: Недра, 1965.— 472 с.

45. Кузнецов, А. Н. Дипольные частотные зондирования двухслойной среды / А. Н. Кузнецов, Г. М. Морозова, JI. А. Табаровский.— Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1980.— 122 с.

46. Кузнецов, Ю. Математические основы моделирования на ЭВМ / Ю. Кузнецов, Н. С. Агипова. — Южносахалинск: Издательство ЮСИЭПИ, 2003. — С. 135 — 140.

47. Классен, К. Б. Основы измерений / К. Б. Классен. —М.: По-стмаркет, 2002. —350 с.

48. Ландау, Л. Д. Электродинамика сплошных сред. (Т. VIII) / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. — М.: Физматлит, 2001.— 616 с.

49. Леонов, В. Л. Кальдера Узон и Долина Гейзеров / В. Л. Леонов, Е. Н. Гриб, Г. А. Карпов, В. М. Сугробов, Н. Г. Сугробова, М. И. Зубин // Действующие вулканы Камчатки. М.: Наука. — 1991. — Т. 2. — С. 94 — 141.

50. Манштейн, А. К. Электромагнитное многочастотное зондирование аппаратурой ЭМС / А. К. Манштейн, Ю. А. Манштейн, Е. В. Балков // Материалы 9-ой Конференции Окружающая среда и инженерная геофизика. — Прага: 2003.—4 с.

51. Манштейн, А.К. Аппаратура частотного электромагнитного зондирования «ЭМС» / А.К. Манштейн, Г. JI. Панин, С. Ю. Тикунов // Геология и геофизика. — 2008. — Т. 49, № 6. — С. 571 — 579.

52. Манштейн, Ю. А. Изучение обводненности грунта методом частотного электромагнитного индукционного зондирования с применением аппаратно программного комплекса ЭМС-2 / Ю. А. Манштейн, Е. В. Балков // Геофизический вестник.— 2002.— № 1.— С. 24—28.

53. Марк,Э.Э. Индуктивный преобразователь пространственно-избирательного металлообнаружения: А.С. №1387688. — 3 ноября 1979.

54. Мелекесцев, И.В., Вулкан Эбеко (Курильские о-ва): история эруптивной активности и будущая вулканическая опасность. / И.В. Мелекесцев В.Н. Двигало, В.Ю. Кирьянов и др. // Вулканология и сейсмология. —1993. — 4.1 — № 3. — С. 69-81.

55. Могилатов, В. С. Импульсная электроразведка /B.C. Могила-тов.— Новосибирск: Новосибирский государственный университет, 2002.— 208 с.

56. Молочнов, Г. В. Частотные электромагнитные зондирования с вертикальным магнитным диполем / Г.В. Молочнов, М. В. Радионов, — Л.: Изд. ЛГУ, 1983. —217 с.

57. Морозова, Г. М. Нестационарное электромагнитное поле магнитного диполя в однородном полупространстве / Г. М. Морозова, А. А. Кауфман // Геология и геофизика.— 1967.— № 8.— С. 66-74.

58. Нейман, Л. Р. Теоретические основы электротехники. Ч-Ш / Л. Р. Нейман, П. Л. Калантаров.— Москва Ленинград: Государственное энергетическое издательство, 1959.— 232 с.

59. Панин, Г. Л. Аппаратура частотного электромагнитного зондирования / Г. Л. Панин, А. К. Манштейн // Геофизические исследования Урала и сопредельных территорий.— 2008. — С. 195—197.

60. Разевиг, В. Д. Система схемотехнического моделирования и проектирования печатных плат Design Center (PSpice) / В. Д. Разевиг.- М.: СК Пресс, 1996.—272с.

61. Селянгин, О.Б. Новое о вулкане Мутновский: строение, развитие, прогноз / О. Б. Селянгин // Вулканология и сейсмология. — 1993. — № 1, —С. 17-35

62. Селянгин, О. Б. К вулканам Мутновский и Горелый: вулканологический туристический путеводитель / О. Б. Селянгин. — П.Кам.: Новая Книга, 2009.— 108 с

63. Светов, Б. С. Теория, методика и интерпретация материалов низкочастотной индуктивной электроразведки / Б. С. Светов. — М.: Недра, 1973.— 153 с.

64. Светов, Б. С. Электродинамические основы квазистационарной геоэлектрики / Б. С. Светов. — М.: ИЗМИР АН, 1984.— 183 с.

65. Светов, Б. С. Аналитические решения электродинамических задач / Б. С. Светов, В. П. Губатенко. — М.: Наука, 1988.— 344 с.

66. Система управления аппаратурно-программного комплекса малоглубинного частотного электромагнитного зондировании / А. А. Адайкин, Е. В. Балков, А. К. Манштейн, М. М. Лаврентьев // Международная конференция GraphiCon-2006, Новосибирск. — 2006.— 4 с.

67. Сигма-дельта АЦП фирмы Analog Devices // Электронные компоненты и системы. — Киев: VD MAIS. — Май 1996. — С. 20-25.

68. Скугаревская, О.А. Особенности электромагнитного поля над геоэлектрическим разрезом, содержащим непроводящий слой / О. А. Скугаревская, Э. А. Федорова, В. И. Дмитриев, К. П. Королева // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли.— 1971.— № 11 — С. 61-73.

69. Стешенко, В. Б. ПЛИС фирмы "Altera" элементная база, система проектирования и языки описания аппаратуры / В. Б. Стешенко — М.: издательский дом. "Додека XXI", 2002. - 576 с.

70. Стешенко, В. Б. Школа разработки аппаратуры цифровой обработки сигналов на ПЛИС. Занятие 1. Обзор элементной базы / В. Б. Стешенко // Chip News. — 1999. — № 8. — С. 2-6.

71. Табаровский, Л. А. Применение метода интегральных уравнений в задачах геоэлектрики / Л. А. Табаровский. — Новосибирск: Наука, 1975.— 144 с.

72. Табаровский, Л. А. Оценка разрешающей способности электромагнитных методов и подавление помех в системах многократного наблюдения / Л. А. Табаровский, Э. М. И., О. Г. Сосунов. — Новосибирск: ИГиГ СО АН, 1985.— 48 с.

73. Тамм, И. Е. Основы теории электричества / И. Е. Тамм. — М.: Наука, 1966.—624 с.

74. Тихонов, А. Н. О становлении электрического поля в однородном проводящем полупространстве / А. Н. Тихонов // Изв. АН ССР. Сер. Геогр. и Геофиз. —1946.— Т. 10, № 3,— С. 213-231.

75. Тихонов, А. Н. О становлении электромагнитного поля в слоистой среде / А. Н. Тихонов // Изв. АН ССР. Сер. Геогр. и Геофиз. — 1950.— Т. 14, № 3. — С. 199-223.

76. Тихонов, А. Н. О распространении переменного электромагнитного поля в слоистой анизотропной среде / А. Н. Тихонов // Доклады АН СССР.— 1959.— Т. 126, № 5.— С. 967-971.

77. Тихонов, А. Н. Уравнения математической физики / А. Н. Тихонов, А. А. Самарский. —М.: Наука, 1966.— 724 с.

78. Тихонов, А. Н. Метод расчета электромагнитных полей, возбуждаемых переменным током в слоистых средах / А. Н. Тихонов, Д. Н. Шахсуваров // Изв. АН СССР. Сер. геофиз. — 1956.— № 3.— С. 245-251.

79. Уэйт, Д. Р. Геоэлектромагнетизм/ Д. Р. Уэйт. — Пер. с анг. М.: Недра, 1987.—235 с.

80. Хачай, О. А. О проблемах малоглубинной геоэлектрики и некоторых результатах их решения / О. А. Хачай, Е. Н. Новгородова, В. В. Бодин // Физика Земли.— 1999.— № 5.— С. 47-53.

81. Хоровиц, П. Искусство схемотехники / П. Хоровиц, У. Хилл. — М: Мир, 2003. — 704 с.

82. Человечков, А. И. Использование индукционной двухпетлевой установки при зондировании аномальных объектов / А. И. Человечков, Б. М. Чистосердов, С. В. Байдиков //Геология и геофизика, —2008, —№ 8, —Т. 49, —С.830—836

83. Швец, В. В. Архитектура сигма-дельта АЦП и ЦАП /

84. B. В. Швец, Ю. А. Нищирет // Chip News. — 1998. — № 2. — С. 2-11.

85. Шипулин, С. Н. Основные тенденции развития ПЛИС /

86. C. Н. Шипулин, В. Ю. Храпов // Электронные компоненты. —1996. —№ 3—4. —С. 26—27.

87. Электрическое зондирование геологической среды. 4.1, 4.2 / Под ред. В.К. Хмелевского, В.А. Шевнина. — М: МГУ, 1988. 1992 — 200 с.

88. Эненштейн, Б. С. Интерпретация двухслойных кривых частотного зондирования / Б. С. Эненштейн // Изв. АН СССР. Сер. Геофиз.— 1957.—№9.—С. 22-26.

89. Эненштейн, Б. С. Об эквивалентности геоэлектрических разрезов в методе частотного зондирования / Б. С. Эненштейн // Докл. АН СССР.— 1973.— Т. 209, № 9.— С. 597-601.

90. Эпов, М. И. Технология исследования нефтегазовых скважин на основе ВИКИЗ / М. И. Эпов, Ю. Н. Антонов.— Новосибирск: Издательство СО РАН, 2000.— 121 с.

91. Эпов, М. И. Прямые и обратные задачи индуктивной геоэлектрики в одномерных средах / М. И. Эпов, И. Н. Ельцов.— Новосибирск: Объединенный институт геологии, геофизики и минералогии СО РАН, 1992.—31 с.

92. Application Note AN-283: Sigma-Delta ADCs and DACs // Applications Reference Manual. — Analog Devices. —1993. —Pp. 20—3.

93. Application Notes AN-388/AN-389: Using Sigma-Delta Converters // 1995 DSP/MSP Products Reference Manual. — Analog Devices. —1995. — Pp. 6-47.

94. Auken, E., Layered and laterally constrained 2D inversion of resistivity data / E. Auken, A. V. Christiansen // Geophysics. —2004. —Vol.69. — Pp.752-761.

95. AVR RISC Microcontroller Data Book // Applications Reference Manual. — CA:Atmel Corp. —1999.

96. Barker, R.D. The offset system of electrical resistivity sounding and its use with a multicore cable / R. D. Baker // Geophysical Prospecting. —1978. —Vol.29.—Pp. 128-143.

97. Barker, R.D. Depth of investigation of collinear symmetrical four-electrode arrays. / R. D. Baker // Geophysics. —1991. —Vol.54.—Pp. 10311037.

98. Barker, R.D. A simple algorithm for electrical imaging of the subsurface / R. D. Baker // First Break. —1992. —Vol. 10. —Pp.53-62.

99. Barker, R. D. The application of time-lapse electrical tomography in groundwater studies / R. D. Baker, J. Moore // The Leading Edge. —1998.— Vol.17.—Pp.1454-1458.

100. Becker, H. Magnetometry of a scythian settlement in Siberia near cicah in the baraba steppe / H. Becker, J. W. E. Fassbinder // Archaeological prospection.— 1999.—Pp. 168-172.

101. Bruno, R. A simple protocol of the dynamic tuning of the backoff mechanism / R Bruno, M. Conti, E. Gregori // Computer networks. —2001. — Vol.37. —Pp.33-34.

102. Bruno, R. Bluetooth: Architecture, protocols and scheduling algorithms / R Bruno, M. Conti, E. Gregori // Cluster computing. —2002. —Vol.5. —Pp.117-131.

103. Corson, M. S. Internet-Based Mobile Ad Hoc Networking. / M. S. Corson, J. P. Macker, G. H. Cirincione // IEEE Internet Computing.— 1999.— Vol. 4, no. 3. —Pp. 63-70.

104. Dahlin, T. 2D resistivity surveying for environmental and engineering applications / T. Dahlin // First Break. —1996. —Vol.14. —Pp.275-284.

105. Dahlin, Т. Short note on electrode charge-up effects in DC resistivity data acquisition using multi electrode arrays / T. Dahlin // Geophysical Prospecting. —2000. —Vol.48.—Pp. 181-187.

106. Dahlin, T. Resolution of 2D Wenner resistivity imaging as assessed by numerical modeling / T. Dahlin, M. H. Loke //Journal of Applied Geophysics. —1998. —Vol.38. —Pp.237-249.

107. Electromagnetic induction frequency sounding: estimation of penetration depth / E. V. Balkov, M. I. Epov, A. K. Manstein, Y. A. Manstein // Extended abstracts book of Near Surface 2006 conference. — EAGE, 2006.— 4 pp.

108. Fraser, D. C. Resistivity mapping with an airborne multicoil electromagnetic system / D. C. Fraser // Geophysics.— 1978.— Vol. 43.— Pp. 144—172.

109. Huang, H. Depth of investigation for small broadband electromagnetic sensors / H. Huang // Geophysics.— 2005.— Vol. 70, no. 6. — Pp. G135-G142.

110. Huang, H. The differential parameter method for multi frequency airborne resistivity mapping / H. Huang, D. C. Fraser // Geophysics.— 1996.— Vol. 61, no. 1.—Pp. 100-109.

111. Huang, H. Magnetic permeability and electrical resistivity mapping with a multifrequency airborne em system / H. Huang, D. C. Fraser // Exploration Geophysics. — 1998.— Vol. 29.— Pp. 249-253.

112. Huang, H. Airborne resistivity data leveling / H. Huang, D. C. Fraser // Geophysics.—1999.— Vol. 64, no. 2.— Pp. 378-385.

113. Huang, H. Airborne resistivity and susceptibility mapping in magnetically polarizable areas / H. Huang, D. C. Fraser // Geophysics.— 2000.— Vol. 65, no. 2. —Pp. 502-511.

114. Huang, H. The use of quad-quad resistivity in helicopter electromagnetic mapping / H. Huang, D. C. Fraser // Geophysics.— 2002.— Vol. 67, no. 2.— Pp. 459-467.

115. Huang, H. Inversion of helicopter electromagnetic data to a magnetic conductive layered earth / H. Huang, D. C. Fraser // Geophysics.— 2003.— Vol. 68, no. 4. — Pp. 1211-1223.

116. Huang, H. Real-time resistivity sounding using a handheld broadband electromagnetic sensor / H. Huang, I. J. Won // Geophysics.— 2003.— Vol. 68, no. 4. —Pp. 1224-1231.

117. Kaufman, A. A. Methods in geochemistry and geophysics. Frequency and transient soundings / A. A. Kaufman, G. V. Keller. — Amsterdam Oxford - New York -Tokyo: Elsevier, 1983.— 685 pp.

118. Manstein, Y. Multi-frequency electromagnetic sounding tool ems. prototype 3. comparison with commercial devices / Y. Manstein, A. Manstein, G. Santarato et al. // Abstracts book, EGU Conference. — 2003.

119. McNeill, J. D. Electromagnetic terrain conductivity measurement at low induction numbers / J. D. McNeill // Geonics Limited Technical Note TN 6, October.— 1980.

120. McNeill, J. D. Why doesn't geonics limited build a multi-frequency em31 or em38? / J. D. McNeill // Geonics Limited Technical Note TN 30, November.— 1996.

121. Palacky, G. J. Inversion of helicopter electromagnetic data along the kapuskasing transect, ontario / G. J. Palacky, J. S. Holladay, P. Walker // in Current Research, Part E, Geol. Surv. Canada, Paper 92-1E.— 1992.— Pp. 177-184.

122. Paterson, N. R. Inversion of airborne electromagnetic data for overburden mapping and groundwater exploration / N. R. Paterson, S. W. Reford // in Airborne resistivity mapping, Palacky G.J. Ed., Geol. Surv. Canada, Paper 86-22.— 1986.—Pp. 39-48.

123. Paterson, N. R. Sources of calibration errors in helicopter em data / N. R. Paterson, S. Reford // Airborne resistivity mapping: Geol.Surv. Canada Paper 86-22. —1986.—Pp. 39—48.

124. Park, Sangil. Principles of Sigma-Delta Modulation for Analog-to-Digital Converters / Park, Sangil // In The Communications Applications Manual. —Motorola Inc., Phoenix, Arizona. —1993. —V. DL411D/REV1. —Pp. 293—350.

125. Paul, P. A. Approximate depth of penetration in em dipole prospecting / P. A. Paul, A. Roy // PAGEOPH. — 1970.— Vol. 81.— Pp. 26—36.

126. Peltoniemi, M. Depth of penetration of frequency-domain airborne electromagnetics / M. Peltoniemi // Exploration Geophysics.— 1998.— Vol. 29.—Pp. 12—15.

127. Roy, A. Depth of investigation in direct current methods / A. Roy, A. Apparao // Geophysical Prospecting.— 1971.— Vol. 36.— Pp. 943—959.

128. Sigma-Delta (S-D) A/D Converters // New Product Applications — 1999, winter edition. — Analog Devices. —1998 .— Vol.3. —Pp.113 143.

129. Won, I. J. A new multifrequency electromagnetic sensor /1. J. Won, D. A. Keiswetter, G. R. A. Fields, L. C. Sutton // Journal of Environmental and Engineering Geophysics.— 1996.— Vol. 1, no. 2. — Pp. 129-138.

130. Won, I. J. A programmable broadband helicopter-towed electromagnetic sensor gem-2a / I. J. Won, A. Oren, F. Funak // Geophysics.— 2003.—Vol. 68, no. 6. — Pp. 1888-1895.