專利名稱:地球物理電、磁變量測量中消除工頻干擾的裝置的制作方法
本發(fā)明屬于應用于地球物理勘探中的電變量、磁變量測量技術。
在地球物理電法勘探中(以下統(tǒng)稱物探),工頻干擾是十分普遍的。(工頻系市電周波頻率。在我國為50周,有些國家為60周,統(tǒng)稱工頻。文中的有關參數均以50周為準。)該干擾來自于高壓輸送電網的工頻電磁場、變壓器接地端所形成的工業(yè)游散電流等。工頻干擾除基波外,還伴有較強的多次諧波成分。在我國其周波不穩(wěn)是突出的特點。因此,對于屬于微弱電、磁信號測量的電法勘探,克服工頻干擾是十分困難的。尤其是工業(yè)區(qū)或城市,工頻干擾格外強烈,以致成為電法勘探的禁區(qū)。
長期以來,物探儀器工作者,為消除工頻干擾做了很多工作。就本人所知,目前國內外電法勘探儀器中,減小工頻干擾的已知方法可歸納為三種1.在接收機通道中,設置各種類型的以工頻為中心頻率的陷波器,從而阻止或衰減測量信號中的工頻成分。如DJS-2型、DJS-4型(重慶地質儀器廠)、SJJ-1(上海地質儀器廠)、IPR-8(加拿大SCINREX公司)、IPV-3(加拿大PHOWIX公司)等激電儀和PEM(加拿大CRON公司)瞬變電磁場儀,均屬此類。
2.在接收機里設置數字濾波裝置。近年來在智能型物探儀器中,大都采用軟件數字濾波,從而濾除信號中的工頻成分。如DWJ-1型(北京地質儀器廠)、IPR-11(加拿大SCINTREX公司)、M-4(加拿大HUNTEC公司)等激電儀及EM-37(加拿大GEGEONC公司)瞬變電磁場儀。
3.將工頻干擾看成隨機干擾,採用多次重復測量方式。經N次測量疊加后,使信號中的工頻干擾減小N]]>倍。用犧牲測量時間的辦法,部分地消除工頻干擾。如SEROTEM瞬變電磁場儀(澳大利亞CAR公司)。
(以上諸儀器克服工頻干擾技術資料,來自各自儀器說明書)這三種技術的共同特點是,抗工頻干擾的措施都是設置在接收機通道中。對于1.2而言,接收通道中的硬軟件濾波措施,不僅衰減了工頻干擾,而且有用信號的工頻成分,也遭到同樣的衰減,致使測量失真。同時,在周波不穩(wěn)時,其固定中心頻率的濾波器或濾波軟件,都不具備跟蹤工頻干擾的功能,因此濾波效果大大減弱。第3種抗干擾措施,是用犧牲測量時間為代價,工作效率低,其效果也僅僅是降低工頻干擾的
倍。實踐證明,強干擾地區(qū),仍是無效的。
本發(fā)明在于,將抗干擾措施設置在發(fā)射機里,使發(fā)射頻率跟蹤工頻或工頻倍率。鑒于接收機與發(fā)射機同步,則伴有諧波的工頻干擾信號與有用信號相位跟蹤。于是接收機利用雙極性測量疊加原理,將工頻干擾信號最大限度地抵消掉,直至完全抵消,提高了觀測精度。由于接收通道不加工頻濾波硬軟件措施,因此測量不損失有用信號的工頻成分,提高了測量的保真度。
本發(fā)明為開展目前急需的城市工程物探,提供了有力的手段;也為提高電法勘探的觀測精度,增加勘探濃度,創(chuàng)造了條件。
本發(fā)明主要是在發(fā)射機里設置一個跟蹤工頻的觸發(fā)裝置。結構框圖如圖1所示。圖1-1為工頻諧振線圈或打入地表的電極(強干擾地區(qū)僅用兩根導線也可),是用來採集測區(qū)內工頻干擾信號的。信號送入以工頻為中心頻率的窄帶濾波器(圖1-2),帶寬為±3HZ。從而獲得干凈的工頻正弦波信號。該信號放大后,經選通開關(圖1-3)送入零交比較器(圖1-4),產生工頻觸發(fā)脈沖。將觸發(fā)脈沖送入由單穩(wěn)電路組成的觸發(fā)延時電路(1),(圖1-5)前沿觸發(fā),并延時10ms,形成占空比近似1∶1的方波。經多級分頻器及選擇開關(圖1-7),分別可獲得工頻本身及一系列以工頻為倍率的1∶1的方波。如50周、25周、12.5周……等。經雙向微分電路(圖1-8),將方波前后沿轉換成觸發(fā)尖脈沖。該脈沖經邏緝分配電路,便可觸發(fā)雙極性可控硅主迥路,從而發(fā)射大功率的、跟蹤工頻的雙極性方波。
工頻觸發(fā)脈沖同時送入單穩(wěn)(2)觸發(fā)延時電路。(圖1-6)這樣,一旦獲得觸發(fā)信號后,單穩(wěn)(2)立即控制選通開關,使其斷路。單穩(wěn)(2)延時約18ms后,控制選通開關自動閉合,以便撲捉第二個過零信號。選通開關的作用是,避免發(fā)射機發(fā)射的強信號,對零交比較器產生誤觸發(fā)。該觸發(fā)裝置各功能塊的時序圖見圖2-(a)。
接收機與發(fā)射機是同步的。因此,接收機所觀測到的雙極性二次場信號和工頻干擾信號是相位跟蹤的。從圖2-(b)可見,接收機的信號是二次場信號和干擾信號的同相疊加。現命某一取樣道的純二次場值為A;干擾值為B。則對于二次場正極性測量疊加值為C′=A-B;對于二次場負極性測量疊加值C=A+B,(見圖3)正負極性相同取樣道兩次測量相加被二除則有(C+C′)/2 = (A-B+A+B)/2 =A可見,工頻及諧波干擾值B,全部被抵消。在接收機里完成上述運算是極其容易的。
對于長周期的測量如圖4所示,仍能做到相位跟蹤。同理,雙極性疊加后,工頻干擾同樣可以被抵消掉。
經觀察,工頻干擾場的幅度和波形是變化的。這一變化主要來自用電器的負荷變化。這一變化的周期較長,相對而言,電法勘探的測量是快速的。因此,兩次正負極性的測量中,遇到干擾變化的幾率很小,即便偶而遇到,經疊加殘留下的干擾值波形幅度變化的差值經幾次重復測量,運用常用的超差剔除技術或將其殘留差值進行分配,其干擾值就十分微小了。
綜上所述,本發(fā)明與已有技術相比具有如下優(yōu)點1.該觸發(fā)裝置從測區(qū)現場采集工頻干擾信號,并轉換成發(fā)射機的觸發(fā)脈沖。因此,具有自動跟蹤測區(qū)內工頻干擾信號的功能。符合我國周波不穩(wěn)的國情。
2.跟蹤裝置設置在發(fā)射機里,接收機沒有設置工頻及諧波的濾波裝置,大大提高了測量的保真度。
3.抗干擾能力強,不僅能克服工頻基波干擾,而且不同強度的各次諧波干擾也被最大限度地消除,甚至全部被消除。
4.具有結構簡單,技術難度小,造價低廉,容易實現的優(yōu)點。
最佳實施方案如圖5所示。這是已經試驗成功的自動跟蹤50周觸發(fā)裝置電路。該電路用的都是普通器件和常用電路。調試技術也屬一般。測試點已標在圖5中,其波形如圖2所示。
頻率選擇開關分為1-8檔。干擾基波為50周時,其發(fā)射機頻率列表如下
1-4檔用于瞬變電磁場法;5-8檔用激發(fā)極化法??筛鶕枰x擇和增減分頻檔。
該觸發(fā)裝置的輸入端接50周諧振線圈或埋入地下的兩個電極均可。輸入端的靈敏度可根據需要調整放大器的增益。輸出端接一般發(fā)射機的邏緝分配電路,便可觸發(fā)雙極性可控硅主迴路。
該觸發(fā)裝置將在瞬變場儀器研制項目中實現,將于87年通過鑒定。
圖1.自動跟蹤工頻觸發(fā)裝置原理框圖。
1工頻諧振線圈或打入地表的一對電極;
2工頻窄帶濾波器;
3選通開關;
4零交比較器;
5單穩(wěn)電路(1);
6單穩(wěn)電路(2);
7分頻器及分頻選擇開關;
8微分電路;
9邏緝分配電路及可控硅主迴路。
圖2.自動跟蹤工頻觸發(fā)裝置的時序圖。
對應測試點示于圖1和圖5。
圖3.雙極性同相疊加抵消原理圖。
圖4.長周期測量疊加原理圖。
圖5.自動跟蹤50周觸發(fā)裝置電路圖。
權利要求
1.本發(fā)明屬于地球物理勘探中,電變量、磁變量測量技術。本發(fā)明的特征在于,運用雙極性測量疊加原理,在發(fā)射機里設置一個自動跟蹤測區(qū)內工頻干擾的觸發(fā)裝置(圖1),使發(fā)射機發(fā)射出跟蹤工頻或與工頻成倍率的雙極性方波,以便消除工頻干擾。
2.在權項要求1的觸發(fā)裝置中,有一個用來接收測區(qū)內工頻干擾信號的線圈(圖1-1)或埋入測區(qū)內的一對電極,強干擾地區(qū)則僅用導線即可。
3.在權項要求1的觸發(fā)裝置中,在零交比較器前,有一個用來濾波并放大信號的窄帶濾波器(圖1-2)。中心頻率為工頻頻率,帶寬±3HZ。
4.在權項要求1的觸發(fā)裝置中,在零交比較器之前,有一個選通開關(圖1-3)。
5.在權項要求1的觸發(fā)裝置中,有一個將工頻干擾信號的過零信號,轉換成觸發(fā)脈沖的零交比較器。(圖1-4)
6.在權項要求4的選通開關,是受一個由單穩(wěn)電路組成的觸發(fā)延時電路(圖1-6)控制。該電路輸入端與零交比較器輸出端相接,一旦獲得零交觸發(fā)脈沖后,觸發(fā)延時電路立即控制選通開關開路,延時18ms,使選通開關接通2ms。
7.權項要求1的觸發(fā)裝置中,有一個單穩(wěn)電路組成的延時電路(圖1-5),它將觸發(fā)脈沖延時10ms,形成占空比近似1∶1的方波。
8.權項要求1的觸發(fā)裝置中,有一個多級分頻器和一組選擇開關(圖1-7)以便根據測量需要,選擇發(fā)射頻率。
9.權項要求1的觸發(fā)裝置中,有一個將方波變?yōu)橛|發(fā)脈沖的微分電路,用來觸發(fā)可控硅主迥路。(圖1-8)
專利摘要
本發(fā)明屬于應用于地球物理勘探中電變量測量、磁變量測量技術。本發(fā)明主要是用消除電法勘探中的工頻干擾,提高觀測精度,擴大應用領域。其主要技術特征在于,在發(fā)射機里設置一個自動跟蹤工頻干擾的觸發(fā)裝置。使發(fā)射頻率跟蹤工頻或工頻的倍率,以便接收機運用雙極性測量疊加原理,消除工頻及諧波干擾。
文檔編號G01V3/12GK85103827SQ85103827
公開日1986年3月10日 申請日期1985年5月21日
發(fā)明者何朝明 申請人:地質礦產部地球物理地球化學勘查研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan