專利名稱：不接地激電測量儀器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種不接地激電測量儀器，是一種地質勘查地球物理電性參數的測量儀器，屬于國土資源科學方法技術開發與應用領域。
背景技術：
激電法一直是地質勘查的重要方法，尤其是在多金屬硫化物的資源勘查中是不可或缺的主要方法。激電法可分為時間域激電法與頻率域激電法，目前所采用的時間域或頻率域激電法，均是通過接地的供電電極向地下供入一定頻率的方波電流，并采用接地的不極化電極來采集數據，以獲取激電信息。在接地條件良好的地區，利用上述傳統的接地類測量技術，可以取得可靠的激電數據信息，并具有良好的找礦應用效果。但在不良接地條件下(沙漠戈壁灘、倒石堆發育區、沼澤湖泊區等)，傳統的接地類激電測量技術難以獲取有效的激電信息，其找礦應用效果不佳。而在我國的中西部(如新疆、西藏等地)，地表有大面積的戈壁沙漠或倒石堆覆蓋，在我國的中東部，有不少的沼澤或湖泊分布，因此急需研究實用·新型一種不接地的激電測量技術，以解決資源勘查中的技術難題。

實用新型內容基于上述，本實用新型的目的在于提供一種可測量磁電阻率、磁頻散率與絕對相位的無需接地的激電測量儀器。應用該方案將解決不良接地條件下(沙漠戈壁灘、倒石堆發育區、沼澤湖泊區等)資源勘查中的激電信息獲取難題。為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下一種不接地激電測量儀器，包括發射機和接收系統，其特征在于所述發射機實現激電發射功能；所述接收系統由接收機和直流磁場補償器兩部分組成，其中接收機對待測磁場信號進行測量，提取磁激電信息，直流磁場補償器用于從傳感器接收到的總磁場中扣除穩定磁場的成分，并對變化磁場進行放大，以提高待測變化磁場的信噪比，滿足接收機對測量信號的要求。進一步地所述發射機由高壓功率電源、數字穩流單元、功率逆變、頻率/波形合成、保護單元、隔離電源組、微處理器控制單元組成；所述直流磁場補償器由電源和信號調理部分組成；所述接收機由三通道的前放、陷波、濾波、主放和ADC組成。所述發射機中的數字式穩流單元對高壓功率電源進行穩流調節，實現高精度穩流供電；所述發射機中的頻率/波形合成單元為發射系統綜合邏輯控制電路，實現頻率合成、供電波形合成、同步供電、控制時序合成的控制功能；所述直流補償器中的信號調理由一個轉折頻率為1000Hz的四階低通濾波器構成，同時該濾波器還完成對輸出信號的近200倍的放大；所述接收機中的前放電路完成對直流補償器輸出信號的放大；所述接收機中的陷波和濾波電路用于抑制工頻干擾信號和帶外噪聲信號，使得輸出到后極的信號更加純凈、可靠；所述接收機中的ADC電路用于將模擬輸入信號轉換成高精度數字信號。本實用新型的有益效果是由于觀測的物理參數可以為三個分量的磁場強度，與常規電法中只能得到水平分量的平面矢量相比，本實用新型獲得的信息更豐富。由于本實用新型測量的是磁場而不是電場，隨著深度的增加，磁場的衰減相對電場慢，有利于反映更深層的地質體信息，實現較大深度探測；同時，由于磁場可以穿越空間介質，能夠克服良導覆蓋并較少受高、低阻中間屏蔽層的影響。由于接收裝置無需接地，使得測量磁場空間矢量的方式變得相對簡單和方·便，大大提高野外工作效率；在測量裝置中也避免了接地電極與大地之間的電化學作用不穩定而產生的影響；同時克服了不良接地條件下無法布設接收電極的困難，有望在一些傳統電法工作困難的地區，如低阻覆蓋區、戈壁、沙漠、凍土地帶、基巖出露地區得到廣泛應用。

圖I為本實用新型的發射機原理圖；圖2為本實用新型的直流磁場補償器原理圖；圖3為本實用新型的接收機原理圖；圖4為本實用新型的測量原理圖。
具體實施方式
本實用新型提供了一種不接地激電測量儀器，包括發射機和接收系統，其中所述發射機實現激電發射功能；所述接收系統由接收機和直流磁場補償器兩部分組成，其中接收機對待測磁場信號進行測量，提取磁激電信息，直流磁場補償器用于從傳感器接收到的總磁場中扣除穩定磁場的成分，并對變化磁場進行放大，以提高待測變化磁場的信噪比，滿足接收機對測量信號的要求。所述發射機由高壓功率電源、數字穩流單元、功率逆變、頻率/波形合成、保護單元、隔離電源組、微處理器控制單元組成；所述直流磁場補償器由電源和信號調理部分組成；所述接收機由三通道的前放、陷波、濾波、主放和ADC組成。所述發射機中的數字式穩流單元對高壓功率電源進行穩流調節，實現高精度穩流供電；所述發射機中的頻率/波形合成單元為發射系統綜合邏輯控制電路，實現頻率合成、供電波形合成、同步供電、控制時序合成的控制功能；所述直流補償器中的信號調理由一個轉折頻率為1000Hz的四階低通濾波器構成，同時該濾波器還完成對輸出信號的近200倍的放大；[0033]所述接收機中的前放電路完成對直流補償器輸出信號的放大；所述接收機中的陷波和濾波電路用于抑制工頻干擾信號和帶外噪聲信號，使得輸出到后極的信號更加純凈、可靠；所述接收機中的ADC電路用于將模擬輸入信號轉換成高精度數字信號。
以下結合附圖詳細說明。一本實用新型的儀器本實用新型的不接地激電儀器包括發射機、三分量接收機，以及與三分量磁通門傳感器相配套使用的直流磁場補償器。發射機實現激電發射功能；直流磁場補償器用于從傳感器接收到的總磁場中扣除穩定場的成分，以提高待測變化磁場的信噪比，滿足接收機對測量信號的要求；接收機用于對待測磁場信號進行測量，提取磁激電信息。如圖I所示，本實用新型的發射機硬件部分主要包括高壓功率電源、數字穩流單·元、功率逆變、頻率/波形合成、同步控制邏輯時序、保護單元、隔離電源組、微處理器控制單元。其中高壓功率電源為發射系統功率逆變輸出提供具有一定功率的高壓電源，高壓電源由外部功率電源(10KW汽油發電機)提供，三相交流380Va#5AC/DC升壓變換后，輸出電壓為0 800V可調的直流電壓，最大輸出功率為8KW ;數字式PWM穩流單元是發射系統供電控制電路的核心部分，對高壓功率電源進行穩流或穩壓方式調節，實現高精度穩流或穩壓供電；頻率/波形合成單元為發射系統綜合邏輯控制電路，實現頻率合成、供電波形合成、同步供電、控制時序合成等控制功能；保護單元對發射系統的供電電壓、電流和溫度等參數進行監測和保護，實現過壓保護、過流保護和過熱保護等功能；隔離電源組為發射系統提供低壓工作電源和高壓工作電源；逆變將直流電轉換成設定的頻率、幅值和波形可變的供電輸出;控制部分由ATMEGA128、AT MEGA32、AT Tiny2313和AT Tinyl3共4個單片機構成，其中，AT MEGA128為發射系統的控制核心，負責整個系統的實時控制和人機接口功能，如同步方式控制、供電波形控制、頻率設定、電流設定、自動掃頻供電、GPS-OEM控制、顯示控制和溫度控制等功能，AT MEGA32完成電流調整和數字式PWM穩流任務，AT Tiny2313負責鍵盤掃描控制，實時將鍵盤命令發送給主控計算機，AT Tinyl3完成電源監控與報警等任務，確保整個系統工作在安全電壓范圍，多個處理器協同并行工作，提高了整個系統的實時性和可靠性。如圖2所示，本實用新型的直流補償器的電路單元包括x、y、z三個方向的磁場補償、信號調理、輸出緩沖、電壓參考，LED顯不。各方向的總磁場信號輸入后,經相應的靜磁場補償、信號調理、輸出緩沖，最后輸出補償后的磁場信號。其中信號調理部分，由一個轉折頻率為1000Hz的四階低通濾波器構成，同時該濾波器還完成對輸出信號的近200倍的放大；由LT1019-4. 5產生精確的電壓參考信號(4. 5V),在電壓參考信號和控制信號的共同作用下，每個通道的兩個DAC8043分別產生輸出范圍為±4. 5V的補償信號輸出，用于補償靜磁場信號；信息顯示，用于顯示補償器的工作狀態(如補償過程、傳感器方位角等)。如圖3所示，接收機中三個接收通道實現的功能和電路完全一樣，由前放、陷波、濾波、主放和ADC組成。前放電路完成對補償器輸出信號的放大，用以提高信號的信噪比，使得輸入信號在進入后續電路處理以前就具備一定的幅度，從而減小后續電路噪聲對其影響；陷波和濾波電路用于抑制工頻干擾信號和帶外噪聲信號，使得輸出到后極的信號更加純凈、可靠;ADC電路用于將輸入模擬信號轉換成24位高精度數字信號。[0042]二本實用新型的測量方法本實用新型的工作原理不接地激電測量是一種屬于觀測磁場的傳導類電法勘探方法，通過人工供電流于地下，通過不接地的接收裝置觀測介質中一次電流與二次電流產生的磁場，而獲得地下極化體的激發極化信息。在供電電流的作用下，若地下存在著導電性不均勻巖、礦石時，流經巖、礦石的電流的正常分布狀態遭到破壞，使電流密度分布不一致，在導電性較好的巖、礦石內使電流集中，相應的磁場強度增高，反之，磁場強度減弱，在地表就可觀測到明顯的磁電阻率異常，即通過觀測介質中一次電流的磁場而研究地下導電率變化。當地下存在著可極化物體時，則會使其極化，產生二次電流，在地表測量其感應的二次磁場，就可發現地下極化體的存在，即測量介質中二次電流所形成的磁場。如圖4所示，測量時通常將供電電纜鋪成“U”形或半方框，“U”形或半方框形的兩個端點連接供電電極A和B，L為電極距，半方框范圍為長LX寬L/2。供電電極AB沿推測礦體或構造走向布置，測線垂直于AB連線。測量工作沿測線進行，磁傳感器布設方向與測線一致，且水平置于地面。發射電極A、B接地；接收裝置無需接地，屬點測。 在不接地激電法測量中，測量參數主要為x、y、z三個方向的磁場強度及絕對相位，通過對原始數據的數據處理可以得到解釋參數，包括磁電阻率及磁頻散率，磁電阻率表不巖礦石的導電能力，磁頻散率與絕對相位表不巖礦石的極化效應。(I)磁場強度與絕對相位對時間序列信號h (n)進行以下傅里葉變換，得到if (Vp):
權利要求1.一種不接地激電測量儀器，包括發射機和接收系統，其特征在于 所述發射機實現激電發射功能； 所述接收系統由接收機和直流磁場補償器兩部分組成，其中接收機對待測磁場信號進行測量，提取磁激電信息，直流磁場補償器用于從傳感器接收到的總磁場中扣除穩定磁場的成分，并對變化磁場進行放大，以提高待測變化磁場的信噪比，滿足接收機對測量信號的要求。
2.如權利要求I所述的不接地激電測量儀器，其特征在于 所述發射機由高壓功率電源、數字穩流單元、功率逆變、頻率/波形合成、保護單元、隔離電源組、微處理器控制單元組成； 所述直流磁場補償器由電源和信號調理部分組成； 所述接收機由三通道的前放、陷波、濾波、主放和ADC組成。
3.如權利要求2所述的不接地激電測量儀器，其特征在于 所述發射機中的數字式穩流單元對高壓功率電源進行穩流調節，實現高精度穩流供電； 所述發射機中的頻率/波形合成單元為發射系統綜合邏輯控制電路，實現頻率合成、供電波形合成、同步供電、控制時序合成的控制功能； 所述直流補償器中的信號調理由一個轉折頻率為IOOOHz的四階低通濾波器構成，同時該濾波器還完成對輸出信號的近200倍的放大； 所述接收機中的前放電路完成對直流補償器輸出信號的放大； 所述接收機中的陷波和濾波電路用于抑制工頻干擾信號和帶外噪聲信號，使得輸出到后極的信號更加純凈、可靠； 所述接收機中的ADC電路用于將模擬輸入信號轉換成高精度數字信號。
專利摘要本實用新型涉及一種不接地激電測量儀器，包括發射機和接收系統，發射機由高壓功率電源、數字穩流單元、功率逆變、頻率/波形合成、保護單元、隔離電源組、微處理器控制單元組成；接收系統由接收機和直流磁場補償器組成。本實用新型探測深度大，分辨率高，能克服良導覆蓋和較少受高、低阻中間屏蔽層的影響，測量不需接地，滿足于在接地工作困難的地區，如低阻覆蓋區、戈壁、沙漠地帶、基巖出露地區激電信息提取的需要。
文檔編號G01V3/08GK202758080SQ20122039770
公開日2013年2月27日 申請日期2012年8月10日 優先權日2012年8月10日
發明者林品榮, 李建華, 鄭采君, 石福升, 郭鵬, 李勇, 徐寶利 申請人:中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所