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 ωКВ 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:

, где L — индуктивность, C — емкость, R — сопротивление контура. Поэтому частота колебаний определяется контуром цепи обратной связи и близка частоте последовательного резонанса кварца, на которой коэффициент передачи делителя, состоящий из резистора R1 и контура ZQ1, имеет максимальное значение.

3. Механические деформации деталей

Механические деформации отдельных деталей генератора с самовозбуждением, как правило, приводят к изменению индуктивности и ёмкости его колебательного контура, а следовательно, и к изменению генерируемой частоты. Наиболее сильное влияние на частоту генератора оказывают деформации, происходящие в его контурных деталях – в конденсаторах и катушках индуктивности. Кроме того, частота в сильной степени зависит от деформаций, происходящих в экранах генератора. Деформация экранов, окружающих контурные детали, приводит к изменению реактивных сопротивлений, вносимых экранами в эти детали, а следовательно, и к изменению частоты генератора. Наконец, на частоту генератора оказывает также сильное влияние взаимное расположение монтажных проводов. Изменение места расположения этих проводов приводит к изменению их ёмкости по отношению к земле. Эта ёмкость, как известно, входит в колебательный контур генератора.

Различают остаточные и упругие механические деформации. Остаточные деформации могут происходить за счёт механических сотрясений, вибраций и вследствие коробления (искривления) деталей, которые являются результатом их старения. Влажность окружающей среды также иногда приводит к короблению отдельных деталей генератора. Остаточные деформации приводят к смещению градуировки передатчика. Упругие деформации обычно появляются в результате механического сотрясения передатчика, вследствие чего происходит вибрация отдельных деталей, что и приводит к периодическому изменению частоты генератора.

Прямые методы стабилизации частоты в рассматриваемом случае сводятся к правильному размещению передатчика, которое должно обеспечивать минимальное механическое сотрясение. К этим же методам стабилизации частоты относится применение амортизации как всего передатчика в целом, так и отдельных его частей. Косвенные методы стабилизации частоты сводятся к рациональному конструированию отдельных деталей генератора и к их монтажу. С этой точки зрения детали генератора должны обладать высокой механической прочностью. При конструировании катушек индуктивности необходимо следить прежде всего за тем, чтобы в результате тех или иных механических сотрясений не смещались отдельные витки. С этой целью весьма часто применяют так называемую горячую намотку катушек. Через провод пропускают большой ток и намотку производят под этим током. В качестве изолятора, на который наматывается катушка, выбирается материал, который не подвергался бы короблению в результате действия тех или иных внешний условий. Наиболее целесообразным для этого оказывается применение специальной высокочастотной керамики.

При конструировании контурных конденсаторов необходимо следить за тем, чтоб их пластины не вибрировали при механических сотрясениях. Элементарный расчёт показывает, что при высоких нормах стабильности (10^-4) недопустимы даже такие маленькие смещения витков катушек индуктивности и пластин конденсаторов, как сотые доли миллиметра.

Экраны генератора должны быть спроектированы так, чтобы не было их смещения, прогибов. Для этого часто применяют литые экраны, механическая прочность которых исключительно велика. Монтаж генератора должен быть жёстким. Применение для монтажа гибких проводов не допускается. Для больше жёсткости монтажа в генераторе с самовозбуждением часто применяют медные трубки, которые обладают высокой механической прочностью. Отметим также, что чем короче волна передатчика, тем в большей степени механические деформации влияют на частоту генератора.

4. Непостоянство напряжений источника питания

В большинстве практических случаев частота генератора за счёт непостоянства питающих напряжений изменяется значительно быстрее, чем за счёт температурных влияний, и в ряде случаев даже быстрее, чем при механических упругих деформациях. Непостоянство напряжений источника питания приводит к целому ряду явлений, которые сопровождаются изменением частоты генератора. Отклонение напряжений от номинальных значений приводит, прежде всего, к изменению режима генератора, следовательно, к изменению токов, что приводит к изменению фазовых углов коэффициента обратной связи, а следовательно и к изменению частоты генератора. Изменение режима генератора приводит к колебаниям амплитуд высших гармоник, вследствие чего изменяется фазовый угол средней крутизны и, следовательно, частоты генератора. Далее непостоянство питающих напряжений приводит к изменению ёмкости переходов транзисторов. Кроме того, это приводит к изменению теплового режима отдельных деталей генератора. Если источники питания недостаточно хорошо заблокированы, то на частоту генераторы будут влиять провода, идущие к источникам питания. Перемещение этих проводов будет вызывать изменение частоты генератора.

Прямые методы заключаются в устранении непостоянства напряжений источников питания. Для этой цели при питании генератора от источника постоянного тока следует применять буферные батареи – аккумуляторы, подключённые параллельно источнику питания.

5. Изменение влажности и атмосферного давления

Диэлектрическая постоянная воздуха является функцией его влажности и атмосферного давления. С изменением диэлектрической постоянной изменяется ёмкость воздушных конденсаторов, что приводит к изменению частоты генератора. При значительных колебаниях влажности и атмосферного давления это изменение частоты может повлиять существенным образом на стабильность частоты генератора и, безусловно, должно учитываться при проектировании стабильных генераторов.

Следует также иметь в виду, что с увеличением глубины повышается температура, а как указывалось выше, с повышением температуры увеличивается ёмкость контура и частота повышается. При изменении влажности, помимо изменения диэлектрической проницаемости, изменяется также поверхностная проводимость всех материалов, что приводит к изменению добротности. В задающих генераторах не рекомендуется применять гигроскопические материалы – дерево, бумагу, прессшпан, пластмассы и т.д. Влияние влажности на частоту генератора в сильной степени снижается при использовании герметизированных деталей. Также целесообразно применение специальных поглотителей влаги.

6. Смена изношенных частей генератора

В случае смены основных контурных деталей – катушек индуктивности и конденсаторов – частота генератора, как правило, изменяется настолько сильно, что требуется новая градуировка передатчика. Смена других деталей генератора – блокировочных конденсаторов, переключателей – также вызывает значительное изменение частоты генератора. Ёмкости указанных деталей, по отношению к земле и по отношению к другим деталям контура генератора, обычно входят в ёмкость контура. Эти ёмкости при смене деталей, а также при изменении их монтажа изменяются, следовательно, изменяется частота генератора. В правильно спроектированном генератора при хорошем монтаже и хороших деталях изменение частоты за счёт смены деталей не должно быть значительным, не должно требовать новой градуировки передатчика. В большинстве случаев оказывается достаточной корректировка частоты посредством специального корректирующего конденсатора, помещённого в контур задающего генератора.

7. Влияние посторонних предметов

Если в результате изменения места расположения окружающих предметов изменяются электрические и магнитные поля генератора, что равносильно изменению ёмкостей и индуктивностей, то неизбежно изменяется частота генератора. Радикальным и единственным методом борьбы с такого рода нестабильностью частоты является тщательное экранирование всего генератора.

VII. Заключение

Проблема обеспечения высокого качества или достоверности промыслово-геофизических данных является одной из актуальнейших задач нефтепромысловой геофизики. Тенденция расширения круга решаемых задач, постоянного усложнения геолого-технических условий производства ГИС, дальнейшая интенсификация производства ставит перед геофизическими предприятиями новые задачи, успешное решение которых может быть обеспечено лишь при постоянном совершенствовании всей технико-методической основы геофизического производства. Обеспечение единства геофизических измерений, достигаемое стандартизацией технических средств измерений и методик обработки геофизических данных, является одним из эффективных направлений решения этой проблемы.