Контроль качества геофизического исследования скважин - рефераты, скачать рефераты, бесплатно рефераты

Рефераты. Контроль качества геофизического исследования скважин

калу частотного диапазона градуируют частотометром на крайних частотах и в середине диапазона в режиме непрерывной генерации. Частоту автоколебаний измеряют дважды: непосредственно после прогрева и через промежуток времени, указанный в техническом описании на автогенератор. Относительная нестабильность частоты дt (%) определяется по формуле дt = [(ѓ01- ѓ0t)/ ѓ01]•100%, где ѓ01 и ѓ0t - частота колебания генератора после прогрева и в период времени, указанный в описании автогенератора.

Всё, что происходит внутри генератора и вокруг него, в той или иной степени влияет на его частоту. Для обеспечения высокой стабильности частоты гетеродина необходимо, чтобы его колебательная система обладала максимальной фиксирующей способностью и высокой эталонностью. Под фиксирующей способностью будем понимать свойство колебательной системы гетеродина препятствовать уходам частоты при нарушении условия баланса фаз. Чем выше добротность колебательной системы, тем кручё её фазочастотная характеристика и тем выше фиксирующая способность. Отсюда вытекает необходимость применения в контурах гетеродина деталей с высокой добротностью. Требования к фиксирующей способности относятся не только к колебательной системе, но и к другим цепям, влияющим на условия баланса фаз, например к цепи обратной связи. Способность колебательной системы сохранять неизменной собственную частоту называется эталонностью. Очевидно, эталонность тем выше, чем стабильнее параметры контуров. Однако на эти параметры действуют различные дестабилизирующие факторы.

1. Температурные влияния
Изменение температуры приводят к значительному изменению частоты генератора. Основной показатель устойчивости частоты гетеродина - температурный коэффициент частоты (ТКЧ):

Для передатчиков связных радиостанций температурный коэффициент частоты колеблется в пределах от 5•10-6 до 5•10-5. Частота с изменением температуры вследствие тепловой инерции изменяется более медленно, чем при механических упругих деформациях. Изменение температуры приводит к изменению геометрических размеров отдельных деталей генератора, вследствие чего изменяются индуктивность и ёмкость колебательного контура, и, кроме того, изменяется диэлектрическая постоянная изоляторов, применение которых в генераторе неизбежно. Изменение диэлектрической постоянной изоляторов приводит к изменению ёмкости отдельных деталей, ёмкости монтажа и, следовательно, опять-таки к изменению ёмкости контура. При увеличении температуры размеры деталей и диэлектрическая проницаемость увеличиваются - что приводит к уменьшению собственной частоты контура.

Следует различать две причины, вызывающие изменение температуры деталей генератора: изменение температуры внешней среды и изменение температуры за счёт токов, которые обтекаются детали. Температура контурных деталей в основном определяется внешней температурой.

Прямые методы стабилизации главным образом сводятся к применению термостатов. Генератор помещается в термостат, и следовательно, его детали находятся под постоянной температурой. Более широкое применение находят косвенные методы, которые сводятся к компенсации температурных влияний. С этой целью применяют специальные компенсированные детали. Конденсаторы, или катушки индуктивности проектируются таким образом, что изменение температуры не оказывает влияния на их параметры. Например, конденсатор можно спроектировать так, что с изменением температуры будут одновременно изменяться размеры его пластин или расстояние между ними. Увеличение пластин конденсатора приводит к увеличению его ёмкости, а увеличение расстояния - к её уменьшению:

Можно так подобрать отдельные материалы при изготовлении, что в результате изменения температуры ёмкость конденсатора не будет изменяться. Следует отметить, что такую компенсацию удаётся получить в сравнительно узком диапазоне изменения температуры.

Для термокомпенсации также широко применяются конденсаторы с отрицательным температурным коэффициентом. Собственная частота контура, как указывалось, с увеличением температуры уменьшается, и следовательно, включение специального конденсатора с отрицательным температурным коэффициентом будет в некоторой степени компенсировать изменение частоты. Для термокомпенсации применяются биметаллические (композит материалов с разными коэффициентами теплового расширения) и керамические конденсаторы. В последнее время биметаллические конденсаторы почти полностью вытеснены керамическими конденсаторами. Чаще всего применяются тикондовые конденсаторы, т.е. конденсаторы, в которых диэлектриком служит тиконд. Его диэлектрическая постоянная имеет отрицательный температурный коэффициент, вследствие чего ёмкость такого конденсатора с увеличением температуры уменьшается.

При схемной термокомпенсации положительные температурные коэффициенты индуктивности и ёмкости контура компенсируют включением в контур конденсаторов небольшой ёмкости, но с большим отрицательным температурным коэффициентом. В результате общий температурный коэффициент всей ёмкости контура становится отрицательным и равным по абсолютному значению положительному температурному коэффициенту индуктивности, т.е. +бL = | -бC |.

В простой параллельной схеме термокомпенсационного контура, работающего в диапазоне частот (рис. 6.4), можно получить полную компенсацию только в одной точке диапазона.

Рис. 6.4. Примеры параллельной схемной термокомпенсации.

На этой схеме: C~ - переменная часть ёмкости конденсатора настройки СМАКС - СМИН ; С0 = СМИН + СМ + СL; СК - ёмкость конденсатора термокомпенсации. При большом коэффициенте перекрытия диапазона, когда , рационально точку полной компенсации выбрать при fМАКС. Тогда в схеме рис. 8-13, б полагается C~ = 0 и расчёт производится по формулам:

, где C = C0 + CК - заданная суммарная ёмкость контура; бL - положительный ТКИ (должен быть измерен или взят приблизительно 20ч50·10-6); бC - отрицательный ТКЕ. В результате такой компенсации получается, что в диапазоне частот контур будет иметь ТКЧ от б = 0 при fМАКС до при fМИН. Т.е. во всех точках диапазона, кроме fМАКС, будет иметь место недокомпенсация (отрицательный ТКЧ).

Если kД < 1,5, то значительно лучшие результаты по термокомпенсации в диапазоне частот можно получить, если принять так называемую “оптимальную термокомпенсацию”, сущность которой заключается в том, что при fМАКС делают перекомпенсацию (ТКЧ положительный), а при fМИН - недокомпенсацию (ТКЧ отрицательный), причём абсолютные значения ТКС при fМАКС и fМИН должны быть равны (рис. 6.5).

Рис. 6.5. Подбор ёмкости.

В результате точка полной компенсации б = 0 будет лежать в промежутке между fМИН и fМАКС, а ТКЧ на концах диапазона будет найден из выражения:

Для получения оптимальной компенсации в схеме рис. 6.4 необходимо, чтобы температурный коэффициент всей минимальной ёмкости контура CМИН = СК + C0 был:

Рассмотренные меры стабилизации частоты не позволяют, однако, получить нестабильность лучше, чем ДfГ / fГ ? 10-4. При необходимости получения более высокой стабильности вместо контуров LC в гетеродине используются кварцевые резонаторы. Кварцевые резонаторы наиболее полно отвечают требованиям стабилизации частоты гетеродина. Они обладают высокой фиксирующей способностью из-за весьма больших добротностей. Их добротность в сотни тысяч раз может превышать добротность контуров LC. При уменьшении температурной нестабильности кварца путём выбора среза, вида и вакуумной герметизации можно получить хорошую эталонность.

Применение таких резонаторов позволяет довести нестабильность частоты до ДfГ / fГ = (1ч5)·10-6ч10-7.

Заключение гетеродина в термостат (современные термостаты обеспечивают поддержание температуры внутри своего объёма с точностью до десятых долей градуса) и другие меры стабилизации обеспечивают нестабильность кварцевых гетеродинов в интервале 10-7-10-8.

2. Кварцевая стабилизация частоты

Наиболее эффективной мерой повышения устойчивости частоты автогенераторов является кварцевая стабилизация - используют пьезоэлектрический резонатор, представляющий собой кварцевую пластину с нанесёнными на её поверхность электродами. Если кварцевую пластинку сжать или растянуть, то на её противоположных гранях появляются равные по величине, но разные по знаку электрические заряды. Величина их пропорциональна давлению, а знаки зависят от направления силы давления. Это явление носит название прямого пьезоэлектрического эффекта. Если же к граням пластинки кварца приложить электрическое напряжение, то пластинка будет сжиматься или растягиваться в зависимости от полярности приложенного напряжения. Это явление называется обратным пьезоэлектрическим эффектом. Ценным свойством кварца является очень высокая стабильность частоты механических колебаний, которая определяется геометрическими размерами кварцевой пластинки и направлением деформации.

Для возбуждения механических колебаний к электродам резонатора подводят переменное напряжение. Пьезоэлемент начинает колебаться синхронно с приложенным напряжением. При совпадении частоты подводимого напряжения с собственной частотой колебания пьезоэлемента возникает механический резонанс. Кварцевый резонатор становится эквивалентен последовательному колебательному контуру с собственной частотой кварца: , где LКВ - эквивалентная индуктивность кварца (от десятых долей до десятков миллигенри), CКВ - эквивалентная ёмкость кварца (десятые или сотые доли пикофарады). Собственная частота колебаний кварца зависит от среза и геометрических размеров пластины. Для различных срезов значение собственной частоты ѓКВ кварца (МГц) колеблется от 1,6/д до 3,6/д, где д - толщина пластины, мм. Добротность резонатора определяется как отношение энергии, запасённой колебательной системой, к энергии потерь за период колебаний. Добротность серийных резонаторов на основной частоте несколько десятков тысяч, а прецизионных - несколько миллионов.

Для кварцевых резонаторов характерен эффект старения, т.е. необратимого изменения частоты в течение нескольких первых месяцев работы. Поэтому основным параметром, характеризующим работу кварцевого автогенератора, является стабильность частоты колебаний. Кроме того, на стабильность частоты влияют ударные и вибрационные нагрузки, влажность, температура, изменение напряжения питания и непостоянство нагрузки. Поэтому современный кварцевый автогенератор помимо активного элемента (транзистора, туннельного диода), кварцевого резонатора и элементов схемы автогенератора должен содержать: буферный каскад с высоким RВХ, обеспечивающий слабую связь автогенератора с нагрузкой и исключающий влияние нагрузки на его работу; систему амортизации для ослабления вибрационных и ударных нагрузок; устройство защиты от воздействия влаги; стабилизированный источник питания; систему термостатирования или термокомпенсации, стабилизирующую влияние частотно-температурных характеристик кварцевых резонаторов. В настоящее время применяют автогенераторы, в которых кварц используют как резистор либо как последовательный контур.

Рис. 6.6. Эквивалентная схема автогенератора с кварцем в цепи обратной связи.

Рассмотрим схему автогенератора, в которой кварцевый резонатор используют в качестве последовательного контура. Транзисторный автогенератор с кварцевым резонатором собран по трёхточечной схеме (рис. 6.6). В цепь обратной связи включён делитель, состоящий из кварцевого резонатора с полным сопротивлением ZQ1 и резонатора R1. Колебательная система выполнена из двух контуров: нагрузки коллектора Z1, Z2 и Z3 и цепи обратной связи R1, ZQ1 и Z2. Работа схемы основана на том, что сопротивление резонатора ZQ1 минимально на частоте последовательного резонанса щКВ и резко увеличивается при отклонении от неё. В результате этого самовозбуждение возможно только в узкой области частот. При правильном выборе параметров добротность контура цепи обратной связи близка добротности кварцевого резонатора и значительно выше добротности коллекторного контура. Добротность колебательного контура - характеристика резонансных свойств системы, показывающая, во сколько раз амплитуда вынужденных колебаний при резонансе превышает амплитуду при его отсутствии. Чем выше добротность колебательной системы, тем меньше потери энергии в ней за период. Добротность колебательного контура:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5