Введение. 4 Аппаратная часть.Схема электрическая принципиальная

Содержание

1 Введение........................................................................................................................................... 3

2 Аналитический обзор........................................................................................................................ 4

3 Постановка задачи............................................................................................................................. 6

4 Аппаратная часть.Схема электрическая принципиальная................................................................ 7

4.1 Перенос данных поступающих с датчика в файл с расширением.txt с использованием СОМ-портов 8

5 Описание метода............................................................................................................................ 13

5.1 Oбщие принцыпы исследования.................................................................................................. 13

5.2 Построение модели описывающей поведение временного ряда............................................... 13

5.3 Анализ экспериментальных данных............................................................................................ 16

Заключение........................................................................................................................................... 17

Приложение А....................................................................................................................................... 18

Приложение В........................................................................................................................................ 22

Введение

Решение любой геологической задачи сводится к выделению того или иного геологического объекта во вмещающей среде, изучению вещественного состава и геометрической формы, структуры и возрастных взаимосвязей его с вмещающими геологическими образованиями. Выделение геологических тел базируется на том, что объекты отличаются от вмещающей среды вещественным составом или физическим состоянием. В условиях, когда геологические объекты выходят на дневную поверхность или вскрыты горными выработками, информацию о них получают путем визуальных геологических наблюдений. Если подобной возможности нет, а выполнение горных работ требует определенных экономических затрат, решение задачи обнаружения и определения местоположения, формы таких объектов достигается геофизическими методами разведки.

К достоинствам геофизических методов, обеспечивающим их широкое внедрение в практику геологоразведочных работ, в первую очередь относятся:

- получение информации об объемах объектов, залегающих на глубине;

- возможность изучения геологических объектов, перекрытых наносами, экранами;

- объективность информации о физических полях, создаваемых геологическими объектами;

- относительно низкая стоимость и высокая производительность.

Основой геофизических методов разведки является то, что геологические объекты и окружающие их горные породы, имеют различные физические свойства (плотностные, магнитные, упругие и др.). Они сами создают вокруг себя в пространстве физические поля, отличающиеся от полей окружающей среды, или неодинаково реагируют на разнообразные, искусственно создаваемые физические воздействия. Если объект со свойствами, отличающимися от свойств вмещающей среды, находится в физическом поле, то вокруг него будет наблюдаться перераспределение поля. Нарушения в распределении физических полей, связанные с наличием геологических объектов, принято называть геофизическими аномалиями. Выделяют геофизические аномалии на фоне нормального поля, под которым понимают такое физическое поле, которое отмечалось бы в данной точке пространства, если бы не существовало объекта, создающего изучаемую аномалию. Геофизическая аномалия может иметь различную амплитуду, форму и размеры в зависимости от многих факторов, из которых основными являются:

- отличие физических свойств объекта от свойств вмещающих пород;

- размеры, глубина залегания, форма и другие геометрические характеристики целевого геометрического объекта.

Во время прохождения Второй школы-семинара молодых ученых «Современные проблемы физики и технологии» при ТГУ СКБ «Сталкер» был предложен метод поиска геофизических аномалий, основанный на регистрации изменения интенсивности потока атмосферных гамма-квантов над геологическими объектами[Еханин1].

2.Аналитический обзор [Еханин2]

Были найдены в интернете следующие аналоги:

1) Георадар ProEx

2) Георадар SIR-3000

3) Георадар “Грот”

4) Георадар " Зонд-12е"

1) Георадар ProEx (Professional Explorer) – многоканальная георадарная система от компании Malå GeoScience. Частотный диапазон зондирования от 25 до 2300 МГц позволяет проводить исследования на глубину от первых сантиметров до 60 метров. Работы могут проводиться в одноканальном режиме, в режиме многоканальной томографии, или в режиме послойного определения скоростей волн в среде.

2) Георадар SIR-3000 - это микропроцессорный геофизический прибор для проведения быстрого профилирования грунта. Это наиболее совершенная техника получения разрезов грунта, не требующая бурения или раскопок. Прибор " просвечивает" грунт на глубину от 0, 5 до 20-30 метров.

Особенности:

·Прочный, легкий и предельно компактный;

· Дисплей высокого разрешения, легко читаемый даже на солнечном свете;

· Пользовательский разъем CompactFlash;

· Встроенная батарея с возможностью " горячей замены";

· Разъемы USB, Ethernet, RS-232 обеспечивают гибкость и универсальность системы.

3) Георадар “Грот” представляет из себя переносной радиолокатор подповерхностного зондирования с отображением радиолокационных профилей в темпе измерения. Георадар позволяет с высокой точностью определить глубины и места залегания подземных неоднородностей, разнообразных предметов и пустот, всевозможных коммуникаций, фундаментов, границ раздела геологических слоев. Получаемая информация немедленно отображается на дисплее георадара в символьной форме и одновременно запоминается во внутренней памяти прибора.

По окончании съемки местности информация может быть перенесена в компьютер, где она будет обработана с помощью специальной программы и представлена пользователю в удобной для него форме.

Отличительные особенности георадара “Грот”:

· малый вес

· большая глубина зондирования (до 80 м)

· наглядность и оперативность в получении результатов измерений

· возможность перезаписи результатов измерений в компьютер

· повышенная помехозащищенность

4) Георадар " Зонд-12е" – цифровой одноканальный или двухканальный, портативный, переносимый одним оператором радар подповерхностного зондирования. Полный комплект георадара включает в себя центральный блок с закрепленным на специальной платформе компьютером типа " Notebook" (компьютер не входит в комплект поставки), набор антенн для различных частот зондирования, программное обеспечение.

Отличительные особенности:

· Легкость работы с георадаром: управление всеми его параметрами осуществляется через · компьютер.

· Программное обеспечение поддерживает многие типы цветных и монохромных дисплеев и позволяет выводить данные в различных видах.

· Набор сменных антенных модулей обеспечивает возможность зондирования в диапазоне частот от 38 МГц до 2ГГц, что определяет самые различные области применения георадара.

· Антенны выполнены в пылебрызгозащищенном варианте и даже допускают кратковременное погружение в воду. Поверхностные антенны имеют подложку из фторопласта, чрезвычайно устойчивого к стиранию.

· Для привязки получаемого при зондировании профиля на местности возможно использование мерного колеса или GPS.

Общие недостатки аналогов:

1)Относительно малая глубина проникновения до сотни метров. К примеру

нефть залегает на глубине до 2 километров.

2)Требование наличия компьютера для обработки информации.

3) Большая себестоимость георадаров.

4) Аппаратура громоздка и неудобна в эксплуатации[Еханин3].

3.Постановка задачи [Еханин4]

В рамках ГПО наша работа над проектом разбита на 4 этапа. В данный момент мы находимся на 3 этапе разработки.

Этап 1. Проведение исследований возможности применения пассивного радиоизотопного метода для поиска людей под завалами.

РАБОТЫ: Экспериментальные исследования возможности применения пассивного радиоизотопного метода для обнаружения людей за непрозрачными преградами на имеющейся стационарной установке. Разработка алгоритма выделения полезного сигнала из фонового излучения.

РЕЗУЛЬТАТЫ: Анализ полученных результатов. Оптимальный алгоритм выделения полезного сигнала из фонового излучения.

Этап 2. Макетирование вариантов частей портативного устройства для поиска людей под завалами.

РАБОТЫ: Макетирование предполагаемых частей разрабатываемого устройства на основе микроконтроллера (МК) семейства AVR от Atmel. Разработка на языке Си в среде «Code Vision AVR» программы для вариантов простых устройств на МК. Разработка функциональной и электрической принципиальной схем портативного устройства на основе микроконтроллера (МК) семейства AVR.

РЕЗУЛЬТАТЫ: Приобретение первичных навыков макетирования электронных устройств на микроконтроллерах (МК) семейства AVR от Atmel. Освоение среды программирования «Code Vision AVR», получение опыта программирования на Си. Функциональная и электрическая принципиальная схемы варианта разрабатываемого устройства.

Этап 3. Разработка макета портативного устройства.

РАБОТЫ: Изготовление, настройка и испытания рабочих вариантов макетов разрабатываемого портативного устройства на основе МК и ноутбука.

РЕЗУЛЬТАТЫ: Действующие макеты портативного устройства, результаты экспериментальных измерений, рекомендации по доработке макетов и программного обеспечения.

Этап 4. Разработка конечного варианта изделия и написание программного обеспечения георадара.

РАБОТЫ: Разработка конструкторской и программной документации.

Изготовление, настройка макета портативного устройства.

РЕЗУЛЬТАТЫ: Конструкторская документация, необходимая документация по программному обеспечению, протоколы испытаний. Действующие макет портативного устройства с интерфейсными устройствами, обеспечивающими их подключение к персональному компьютеру для обмена информации при настройке и передачи данных.

4 Аппаратная часть. Схема электрическая принципиальная.

Рис 5.1 Схема электрическая принципиальная[Еханин5].

Принципиальная схема приведена на рисунке 5.1. Схема работает следующим образом. При подаче питания запускается генератор, собранный на элементах DD1, R1, C1. В цепи питания присутствует напряжение около 5В. Отношение количества витков трансформатора: 1/40, таким образом, во вторичной обмотке трансформатора возникает переменное напряжение порядка 200В.

Элементы R3, С2 выполняют роль термостабилизации транзистора VT1.На элементах VD1, VD2, C3, C4 собран выпрямитель-удвоитель напряжения, в верхней точке которого накапливается потенциал около 400В. Через ограничительный резистор R4 это напряжение подается на счетчик Гейгера[Еханин6]. Второй электрод счетчика связан с цепью нулевого потенциала через резистор R5. Суммарное сопротивление резисторов R4 и R5 (R4 = 5, 1МОм; R5 = 680 кОм) много меньше сопротивления неионизированной газовой среды счетчика Гейгера (несколько ГОм).

При попадании ионизирующей частицы в газовую среду счетчика за счет приложенного высокого напряжения происходит ее пробой, и сопротивление счетчика на короткое время становится малым. Диод VD3 ограничивает импульс на входе микросхемы DD2: 1 до уровня напряжения питания. Запускается ждущий мультивибратор, собранный на элементах DD2, С7, R6. На выходе 8 микросхемы формируется импульс, длительность которого задает времязадающая цепочка R6, C7. Этот импульс поступает в последовательный порт компьютера, где принимается за старт-бит и по этому событию начинается выполнение программы[Еханин7].