3.1.4.Схемы компенсации помех.
В схемах измерения потенциала один из электродов относится на значительное расстояние (100-150м). При таких дистанциях между электродами сигнал, вызванный естественной помехой (теллурическими токами или блуждающими токами), может достигать существенных значений.
В магнитном поле Земли, при наличии течений, возникает ЭДС индукции. Между измерительным и 0-м электродами возникает разность потенциалов. Величина ЭДС зависит от длинны проводника и величины МПЗ. При Нз=40А/м и скорости течения 1м/сек на базе 100м возникает паразитная ЭДС в несколько мкВ. Этот сигнал складывается с полезным сигналом и искажает данные измерений. Можно отделить помеху по частотному признаку, так как этот сигнал более медленно меняющийся, чем полезный. По частотному признаку все помехи в задачах измерения постоянного электрического поля можно разделить на 3 вида:
- постоянная составляющая помехи;
- низкочастотная составляющая помехи, находящаяся в полосе частот полезного сигнала (до 1 Гц);
- высокочастотная составляющая > 1 Гц.
Постоянная составляющая помехи исключается схемой компенсации, т.е. подбирается встречная ЭДС, которая компенсирует ЭДС помехи.
Высокочастотные составляющие могут быть отфильтрованы пассивными фильтрами низкой частоты во входном устройстве.
Наиболее трудно устранить низкочастотную помеху в полосе частот полезного сигнала.
Некоторые рекомендации и средства устранения данной помехи:
- место измерений выбирается в районе с минимальным уровнем естественной помехи (слабо изрезанный рельеф берега, геологическая однородность донного грунта и ровный рельеф границы раздела вода-грунт, значительная удаленность датчиков от берега, малые скорости течений);
- поле объекта измеряется на близких дистанциях, чтобы уровни полезного сигнала были существенно больше помехи;
- применение специальных средств автоматической компенсации помехи.
3.1.5.Способ автокомпенсации помехи
Если необходимо скомпенсировать низкочастотную составляющую помехи от индукционных телурических токов, то используют схему компенсации с двумя нулевыми электродами (рис.3.9). При этом ЭДС систем из пар электродов ИА и ИВ имеют разные по знаку разности потенциалом. Такая схема компенсации позволяет подавить и некоторые помехи других видов.
Различают двухканальный и обноканальный спсобы компенсации.
Рис.3.9.
П
ринцип
двухканального способа компенсации
показан на рис.3.10.
Рис.3.10.
Компенсация помехи происходит после усилителя, на регистраторе сигнал суммируется
.
В последнем случае, подразумевается полная идентичность измерительного и нулевого датчиков.
При одноканальной схеме компенсации, нулевые электроды соединены между собой через потенциометр и измерение выполняется по схеме, показанной на рис.3.11.
Рис.3.11
Чтобы выяснить условия компенсации помехи для схемы, показанной на рис.3.11, представим эквивалентную электрическую схему такой системы (для случая компенсации помех теллурических токов) в форме рис.3.12.
Рис.3.12
На схеме Рис.3.12 приняты следующие обозначения:
-
сопротивления растекания электродных
датчиков;
-
входное сопротивление измерительного
тракта;
;
;
;
Применяя первое правило Кирхгофа к узлу И, а второе правило к двум замкнутым контурам (выбирая направление обхода контуров против часовой стрелки) получим следующую СЛАУ относительно токов в ветвях
.
Откуда для входного напряжения имеем
При полной компенсации
помехи, при отсутствие полезного сигнала
,
,
откуда
.
Последнее соотношение позволяет даже при не идентичности 0-х электродов с помощью потенциометра устранить данный вид помехи. При этом предполагается, что в процессе всего времени измерений значения ЭДС между левой и правой парой электродов имеют одинаковую полярность.
Последнее условие остаются справедливым и для компенсации индустриальных помех (блуждающих токов), однако в данном случае шумы имеют достаточно широкий спектр
;
.
При данных условиях компенсация осложняется и помимо необходимо выполнение условий
при i=k.
Поэтому для индустриальных помех вводится понятие о коэффициенте эффективности компенсации -.
,
в реальных
условиях
.
Если измерения проводятся на частотах 10-ки и 100-ни Гц, то борьбы с помехами данным способом усложняется, т.к. возрастают фазовые сдвиги между помехой в правый и левой ветви компенсации.
Параметры элементов схемы компенсации должны обеспечивать минимальную погрешность, связанную с поляризацией измерительного и 0-х электродов, т.е. должно обеспечиваться большое значение коэффициента передачи полезного сигнала
,
где
-
эквивалентное значение сопротивления
всей системы.
При условии идентичности
датчиков
,
так как
и
включены
параллельно
,
то
Ток поляризации измерительного электрода (ток в средней цепи)
,
а токи поляризации 0-х электродов
.