[發明專利]一種單通道大地電場儀

有效

• 申請號: 201310143389.0
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103278853A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 王肅靜;游慶瑜;郝天珧;張妍;趙春蕾;盧川;趙劍陽;胡忠義
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及陸地勘探領域，具體為陸地大地電場觀測技術領域，特別涉及一種單通道大地電場儀。

背景技術

通過觀測天然變化的電場水平分量，將電場信號轉換成視電阻率曲線和相位曲線，然后反演求得各地層的電阻率和厚度值。是研究大地深層結構的重要方法，目前的電場測量趨勢是采用分布式多道同步觀測技術，大功率發射技術、同步寬帶接收技術，實現了一次發射即可在多點/多線進行陣列式覆蓋觀測，并可實現面積性的三維覆蓋觀測，有利于提高觀測數據的質量和野外工作效率。目前，國際上主流的大地電場測量儀，如GMS-07綜合電磁儀、鳳凰V8多功能接收器、KMS陣列電場系統等都是綜合性多通道大地電場儀，其結構復雜，此外多通道采集布線困難，需要大量線纜，傳輸速度慢、功耗高，需要配備大型電瓶供電，不適宜進行長期的電場觀測，價格昂貴，每臺單價數十萬元，不適宜密集式多通道數據采集。

隨著野外地質作業及數據采集實時分析的需要，急需一種低成本、低功耗、便攜性高的用于大地地質勘探的單通道大地電場儀。

發明內容

為了解決現實需要，本發明公開一種單通道大地電場儀，針對現有技術的不足，提供一種體積小、結構簡單、功耗低、適合長期電場觀測和密集式電場測量的單通道大地電場儀，滿足大地地質勘探的需求。

為達到上述目的，根據本發明的第一方面，提供一種單通道大地電場儀，其包括單通道大地電場儀室、尾椎、電極線纜和兩個外部測量電極；尾椎呈圓錐狀，用于插入土中固定整個單通道大地電場儀，位于單通道大地電場儀室下方，圓錐狀尾椎的粗端通過螺栓與單通道大地電場儀室連接，螺栓與單通道大地電場儀室之間由O型圈進行密封；在單通道大地電場儀室內部設置有采集模塊、GPS模塊和無線傳輸模塊，采集模塊由運算放大器，模數轉換器，微控制器，SD存儲卡組成；單通道大地電場儀的微控制器(核心控制部件)通過UART接口與GPS模塊相連，通過SPI接口與無線傳輸模塊連接；電極線纜自單通道大地電場儀室內部引出并連接兩個外部測量電極，電極線纜在單通道大地電場儀室內部焊接在采集模塊的電路板上，實現了單通道即單個采集源的電場數據采集功能。

其中，兩個外部測量電極之間的差分信號作為一路輸入信號輸入到采集模塊電路板，實現單通道即單個采集源的電場信號采集；采集模塊中運放電路采用差分輸入輸出方式，由結構相同的正信號通道與負信號通道構成，每個信號通道都包括運算放大器以及反饋電阻，使放大倍數根據電阻大小可調。

優選地，利用無線傳輸技術現場檢測單通道大地電場儀，即由計算機通過無線傳輸技術與單通道大地電場儀內部無線傳輸模塊連接；在微控制器控制下，采集的數據傳輸到單通道大地電場儀內部無線傳輸模塊，單通道大地電場儀內部無線傳輸模塊再通過無線傳輸技術發送到計算機上，在計算機上進行數據質量檢測。

優選地，通過所述無線傳輸模塊控制單通道大地電場儀的工作狀態，單通道大地電場儀處于休眠模式時，休眠模式功率消耗：0.8mW，單通道大地電場儀處于工作模式時功率消耗：0.1W；工作模式結束后自動進入休眠模式。

根據本發明第二方面，使用本發明的單通道大地電場儀的方法包括下列步驟：

(1)選擇好布設地點和方位，利用尾錐固定單通道大地電場儀。第一單通道大地電場儀和第二單通道大地電場儀布設在同一位置，兩條纜線相互垂直布放，如第一單通道大地電場儀兩條線纜正南正北布設，第二單通道大地電場儀的線纜則正東正西進行布設，實現同一地點的相互垂直方向數據采集。

(2)選擇合適第一單通道大地電場儀和第二單通道大地電場儀之間的極距，利用線纜將電極放置到合適位置。

(3)將單通道大地電場儀通過USB接口喚醒后，利用計算機連接單通道大地電場儀無線模塊。

(4)利用無線模塊設置單通道大地電場儀采集時間、采樣率等參數。

(5)單通道大地電場儀進入采集狀態后，利用無線接收實時數據，驗證數據。

(6)驗證數據結束后，關閉單通道大地電場儀無線模塊，設置下一臺單通道大地電場儀。

(7)采集結束后，利用USB接口連接計算機，通過大容量存儲設備提取數據，提取結束后再次進入休眠模式。

本發明單通道大地電場儀成本每臺1000元，同等價格下，可實現采集通道比50∶1。

附圖說明

圖1為本發明單通道大地電場儀電子電路板結構框圖；

圖2為本發明單通道大地電場儀采集模塊電路結構圖；

圖3為本發明單通道大地電場儀前端運放網絡；