Приборы для геофизических исследований и неразрушающего контроля

МИНИСТЕРСТВО ОБРА ЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

Кафедра «Физико-технический контроль процессов горного 
производства»

А.С. Вознесенский
Я.О. Куткин
М.Н. Красилов

Приборы
для геофизических исследований 
и неразрушающего контроля

Знакомство с цифровыми измерительными 
приборами и их применением в геоконтроле

Лабораторный практикум и руководство 
по самостоятельной работе студентов специальности 
«Физические процессы горного или нефтегазового 
производства»

Рекомендовано редакционно-издательским советом 
университета

Москва  2014

УДК 621.317.75
 

Р е ц е н з е н т ы
д-р техн. наук, проф. А.А. Парамонов
(зав. кафедрой «Радиосистем передачи информации» Московского государственного 
института радиотехники, электроники и автоматики (Технического университета))
д-р. техн. наук С.В. Мазеин
(Начальник научно-технического отдела Тоннельной ассоциации России)

Вознесенский, А.С.
 
 
Приборы для геофизических исследований и неразрушающего контроля: лабораторный практикум и руководство по самостоятельной работе студентов специальности «Физические 
процессы горного или нефтегазового производства» / А.С. Вознесенский, Я.О. Куткин, М.Н. Красилов – М. : Изд. Дом МИСиС, 2014. – 56 с.

Предназначен для студентов специальности 131200 «Физические процессы горного или нефтегазового производства». Содержит общую информацию 
и руководство для обучения работе с цифровыми запоминающим осциллографом и функциональным генератором сигналов. Показано применение указанных приборов для исследования свойств горных пород. Может быть использован студентами других специальностей и научно-техническими работниками.

УДК 621.317.75

 А.С. Вознесенский, 
Я.О. Куткин,
М.Н. Красилов, 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ...............................................................................................5
Лабораторная работа № 1. ПЕРВОЕ ЗНАКОМСТВО 
С ЦИФРОВЫМ ЗАПОМИНАЮЩИМ ОСЦИЛЛОГРАФОМ .........6
1. Вводная информация ........................................................................... 6
1.1. Цели работы................................................................................... 6
1.2. Принцип действия цифрового запоминающего
осциллографа ........................................................................................ 6
1.3. Преимущества цифровых осциллографов ................................. 7
2. Ознакомление с функциями и органами управления цифрового 
запоминающего осциллографа GDS-71022 .......................................... 7
3. Практические задания для самостоятельной работы .................... 16
4. Содержание отчета ............................................................................. 19
5. Контрольные вопросы и задания ..................................................... 19
Лабораторная работа № 2. ИЗУЧЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО 
ГЕНЕРАТОРА С ЦИФРОВЫМ СИНТЕЗОМ ВЫХОДНЫХ 
СИГНАЛОВ ........................................................................................20
1. Вводная информация ......................................................................... 20
1.1. Цели работы................................................................................. 20
1.2. Технические особенности генератора ...................................... 20
1.3. Параметры генерируемых сигналов ......................................... 21
1.4. Преимущества цифровых генераторов .................................... 22
2. Ознакомление с функциями и органами управления генератора 
SFG-2110 ................................................................................................. 22
3. Практические задания для самостоятельной работы .................... 30
4. Содержание отчета ............................................................................. 32
5. Контрольные вопросы и задания ..................................................... 32
Лабораторная работа № 3. ПРОВЕДЕНИЕ РАСШИРЕННЫХ 
ИЗМЕРЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА ..........................34
1. Вводная информация ......................................................................... 34
1.1. Цели работы................................................................................. 34
1.2. Изучаемые расширенные функции осциллографа ................. 34
2. Ознакомление с расширенными функциями и дополнительными 
возможностями цифровых осциллографа и генератора .................... 34
2.1. Наблюдение двух сигналов на экране осциллографа ............. 34
2.2. Получение изображения суммарного и разностного сигнала 36
2.3. Получение изображения спектра сигнала ............................... 36
2.4. Дополнительные возможности ................................................. 36

3. Практические задания для самостоятельной работы .................... 47
4. Содержание отчета ............................................................................. 49
5. Контрольные вопросы ....................................................................... 49
Лабораторная работа № 4. ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВЫХ 
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ В ГЕОКОНТРОЛЕ ....................50
1. Вводная информация ......................................................................... 50
1.1. Цель работы ................................................................................. 50
1.2. Теоретические предпосылки метода ........................................ 50
2. Схема и последовательность проведения измерений акустической 
добротности горных пород методом резонансной спектроскопии .. 51
3. Практические задания для самостоятельной работы .................... 52
4. Содержание отчета ............................................................................. 52
5. Контрольные вопросы ....................................................................... 53
Приложения  ............................................................................................... 54

ВВЕДЕНИЕ

Руководство содержит четыре лабораторные работы, имеющие 
целью получить навыки работы с электронными цифровыми измерительными приборами студентами, не производившими такие измерения ранее. Поэтому чтение текста при выполнении работ сопровождается действиями, что активизирует несколько видов памяти: 
зрительной, осязательной, двигательной. При подготовке описаний 
особое внимание уделялось построению логичной последовательности действий, позволяющих сразу получить определенный результат, 
что придает наглядность действиям, лучшее усвоение студентами 
приемов, используемых при проведении измерений, а также получение устойчивых навыков, которые могут быть использованы ими в 
профессиональной практической деятельности.

Те участки текста, где описаны действия, которые нужно выполнять, отчеркнуты двойной жирной линией слева, как показано на примере этого абзаца.

Участки текста, не отчеркнутые такой линией, содержат информацию для ознакомления, никаких действий, кроме чтения, здесь производить не надо.

Лабораторная работа № 1

ПЕРВОЕ ЗНАКОМСТВО С ЦИФРОВЫМ 
ЗАПОМИНАЮЩИМ ОСЦИЛЛОГРАФОМ

1. Вводная информация

1.1. Цели работы

Целями работы являются:
– ознакомление с устройством, принципом его действия, органами 
управления цифровым запоминающим осциллографом (ЦЗО);
– получение первых навыков работы с ним.

1.2. Принцип действия цифрового запоминающего 
осциллографа

На рис. 1.1 в упрощенном виде показана структурная схема цифрового запоминающего осциллографа (ЦЗО).

... 

1 
УМ 

Вход 
2 
АЦП 

3 
ОЗУ 

6 
Д 

4 
УК 

7 

ОУ 

5 ЗУ 

Ni

u(t)

Рис. 1.1. Упрощенная структурная схема
цифрового запоминающего осциллографа (ЦЗО):
1 – УМ – устройство масштабирования (входной делитель напряжения и усилитель); 
2 – АЦП – аналого-цифровой преобразователь; 3 – ОЗУ – оперативное запоминающее 
устройство; 4 – УК – управляющий контроллер; 5 – ЗУ – запоминающее устройство; 
6 – Д – дисплей; 7 – ОУ – органы управления (кнопки, ручки); Ni – код

Устройство масштабирования УМ служит для подбора уровня сигнала в необходимых пределах, чтобы изображение не выходило за 
пределы экрана и не было слишком маленьким.

Аналого-цифровой преобразователь АЦП преобразует непрерывный аналоговый входной сигнал в последовательность кодов.
Оперативное запоминающее устройство ОЗУ хранит последовательность кодов сигнала для их последующей обработки. 
Управляющий контроллер УК задает согласованные друг с другом 
режимы работы всех узлов осциллографа.
Дисплей Д служит для визуального вывода формы сигналов, регистрируемых осциллографом, для их просмотра оператором.
Органы управления ОУ предназначены для управления оператором режимами работы осциллографа.

1.3. Преимущества цифровых осциллографов

Преимуществами цифровых осциллографов перед аналоговыми 
являются:
 возможность сохранения осциллограмм во внутренней памяти 
прибора или на внешнем носителе;
 большое разнообразие автоматических измерений;
 измерение с высокой точностью амплитудных и временных параметров сигналов;
 использование математических функций, включая построение 
спектра входного сигнала;
 дистанционное управление;
 цветное изображение;
 меньшие вес и габариты;
 функция автоустановки параметров, что позволяет произвести 
быстрый поиск и настройку на неизвестный сигнал.

2. Ознакомление с функциями и органами управления 
цифрового запоминающего осциллографа GDS-71022

Внешний вид передней панели осциллографа GDS-71022 с указанием групп органов управления представлен на рис. 1.2.
Изучите местоположение групп органов управления и визуализации.

2.1. Найдите на передней панели расположение групп органов управления, перечисленных в подписи к рис.1.2, покажите их преподавателю. Последовательность ознакомления 
указана ниже.

2.2. Найдите на передней панели осциллографа группу 
внешних соединений (1 на рис. 1.2 и 1.3) и следующие органы 
управления этой группы:

1 – выключатель сети;
2, 3 – входные разъемы для подключения входных сигналов к первому (КАН 1) и второму (КАН 2) каналам соответственно;
4 – гнездо заземления;
5 – входной разъем для подключения канала синхронизации;
6 – гнездо установки SD-карты памяти для перенесения данных на 
внешние устройства;
7 – выходной контакт для получения тестового сигнала прямоугольной формы амплитудой 2 В для калибровки осциллографа.

1 

5 
6 

2 
3 

4 

Рис. 1.2. Внешний вид передней панели осциллографа GDS-71022 и группы органов 
управления: 1 – группа внешних соединений; 2 – группа управления режимами 
работы каналов вертикального отклонения; 3 – группа управления горизонтальной 
разверткой; 4 – дисплей; 5 – группа кнопок F1 – F5 управления меню дисплея; 
6 – группа органов управления дополнительными возможностями

2 
3 
1 
4 
5 
6 7 

Рис. 1.3. Органы управления группы 1 внешних соединений

2.3. Рассмотрите кабельный ввод, внешний вид которого показан на рис. 4, а и получите навыки работы с ним. Он предназначен для подключения сигналов к входам каналов 1 и 2, внешней синхронизации (2, 3, 5 на рис. 1.3).

4 

3 

 
а 
б

Рис. 1.4. Кабельный ввод с байонетным разъемом 1 и щупом 2 для подключения 
внешних сигналов к входам первого и второго каналов, входу внешней 
синхронизации осциллографа (а) и соединение его щупа 2 с исследуемой схемой с 
помощью крючка 3 и с корпусом с помощью зажима «крокодил» 4 (б)

На одном из концов находится разъем 1 (см. рис. 1.4), подключаемый к ответной части на панели осциллографа. Это так называемый 
байонетный (штыковой) разъем. Такой разъем состоит из неподвижной и подвижной частей. 

Возьмите его за подвижную часть и покрутите относительно неподвижной. Неподвижная часть, соединенная с кабелем, 
должна оставаться свободной и не двигаться во избежание повреждения щупа. 
Держа разъем за подвижную часть, подключите его к ответной части на осциллографе (разъем 2 на рис. 1.3) движением руки 
вперед до упора и затем по часовой стрелке. При этом кабель закрепляется на ответной части разъема и не выскакивает во время проведения измерений. Обратным движением против часовой 
стрелки и на себя отсоедините разъем щупа от осциллографа.
На другом конце кабельного ввода найдите щуп 2. Обратите внимание на аттенюатор (ослабитель сигнала), имеющий вид

переключателя на два положения, одно из которых обозначено 
х1, а другое х10. 
В положении х10 происходит ослабление входного сигнала 
в 10 раз, поэтому все величины по оси Y должны быть умножены на 10. Поставьте аттенюатор в положение х1, если он находится в положении х10. Для последующего выполнения работы 
он должен оставаться в положении х1.

П р и м е ч а н и е. Если на щупе включен делитель x10, то в осциллографе также должен быть включен соответствующий режим 
входа x10. В данной работе этот режим не рассматривается.

Найдите входной контакт 3 щупа (рис. 1.4, б) в виде крючка, 
появляющегося при сдвижении защитного кожуха рукой, а также зажим «крокодил» 4 для подключения общего провода (приборной «земли»). Они служат для подключения осциллографа к 
исследуемой схеме.
Освободите контактный крючок и соедините его с выводом 
калибровочного сигнала 7 (см. рис. 1.3). Отсоедините контактный крючок щупа от вывода калибровочного сигнала.

2.4. Получите на экране изображение калибровочного сигнала. Для этого включите осциллограф, нажав выключатель 1 
(см. рис. 1.3). На экране 4 должна отобразиться информация, содержание которой будет рассмотрено ниже.
Соедините вход канала 1 (2 на рис. 1.3) осциллографа кабельным щупом с выходом 7 калибратора. Для этого к входу канала 1 подключите байонетный разъем 1, а к выходу 7 (рис. 1.3) 
подключите другой конец щупа, имеющий крючок.
Кнопками КАН 1 и КАН 2 добейтесь, чтобы был включен канал 1 (линии желтого цвета на приборе), а канал 2 (линии синего цвета) должен быть выключен.
В группе органов управления дополнительными возможностями 6 (см. рис. 1.3) найдите кнопку Автоуст и нажмите ее. 
В течение короткого времени (3–4 с) после автоустановки на 
дисплее появится изображение импульсного сигнала прямоугольной формы. Такой сигнал показан на рис. 1.2 в верхней части дисплея.

2.5. Найдите дисплей и многофункциональные кнопки, 
изображенные на рис. 1.5 (4 и 5 на рис. 1.2).
На дисплее найдите и укажите следующие области, обратив 
внимание на информацию, содержащуюся в них:
1 – маркер синхронизации на вертикальной оси, положение 
смещения по оси x; сместите маркер вправо, затем влево с помощью ручки Смещение X в подменю ГОРИЗОНТ группы 3 
управления горизонтальной разверткой, установите маркер в исходное положение в центре дисплея;
2 – состояние режима синхронизации. Trig’d – синхронизация 
есть; Trig? – синхронизации нет. Auto – синхронизации нет, экран 
обновляется автоматически, Stop – синхронизация остановлена;
3 – режим сбора данных (нормальный, пиковый детектор, 
усред нение и т.д.);

8 
9 

1 
2 
3 
4 
5 

6 
7 

10 

Рис. 1.5. Дисплей и многофункциональные кнопки F1 – F5 для 
управления режимами осциллографа (4 и 5 на рис. 1.2 соответственно) 

4 – функциональное меню клавишей F1 – F5 (5 на рис. 1.5); может 
меняться по указанию оператора, остается от предыдущего сеанса;
5 – функциональные клавиши F1 – F5; расположены на передней панели справа от функционального меню 4 дисплея;
6 – индикация режима синхронизации и запуска развертки: 
EDGE – синхронизация по фронту с указанием режима запуска 
развертки AUTO – автоматический, NORMAL – ждущий, SINGLE – однократный, AUTO-L – автоматический с автоматической 
установкой уровня синхронизации;

VIDEO (PAL, SECAM или NTSC) – выделение телевизионной строки с указанием выбранной системы цветности (используется только для телевизионного сигнала);
PULSE – запуск развертки по длительности импульса с указанием режима запуска развертки (см. выше);
DELAY – задержка запуска развертки;
ВЫХОД – надпись-напоминание о необходимости подать 
сигнал запуска на вход внешней синхронизации;
7 – результат измерения частоты входного сигнала, выбранного в качестве источника синхронизации;
8 – выбранный коэффициент развертки по оси X, время/деление;
9 – выбранный коэффициент отклонения по оси Y, вольт/деление;
10 – изображения входных сигналов (линии развертки); в зависимости от количества включенных каналов на экране отображается одна или две формы входного сигнала; линии развертки выделены цветом, соответствующим номеру канала.

2.6. Справа от дисплея найдите и укажите группу многофунк цио нальных кнопок управления меню F1 – F5 (цифра 5 
на рис. 1.5), обозначение сверху вниз.

2.7. Найдите на передней панели осциллографа группу 
режимов работы каналов вертикального отклонения (2 на 
рис. 1.2) и следующие органы управления этой группы, показанные на рис. 1.6:

1 
2 

3 
4 

5 
6 

7 

Рис. 1.6. Органы управления группы режимов работы каналов 
вертикального отклонения