[發明專利]三維電法儀中干擾電壓智能補償裝置

無效

• 申請號: 201310411800.8
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN103472492A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 鄧居智;劉慶成;曾正軍;黎正根;徐哈寧;肖慧;龔育齡;湯洪志
• 申請（專利權）人: 東華理工大學
• 主分類號: G01V3/38
• 分類號: G01V3/38;G01V3/02
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

????本發明屬于地球物理勘探技術領域，具體的說是應用于資源與環境勘探技術領域中的三維電法儀中干擾電壓智能補償裝置。

背景技術

在直流電法勘探的野外觀測中,?經常遇到未知場的干擾,干擾場是指自然電場、大地電流場、各種游散電流場和電線感應場的總和。按其成因又可分為天然干擾場和人工干擾場。天然干擾場主要由大地電流場、電離層波動、雷電活動、地下水的流動、氧化還原作用等因素所引起。人工干擾場主要由工農業生產中各種電機、電線感應等產生的游散電流所引起。其中天然干擾場變化速度慢，有規律性,真正影響較大且難以克服的是人工干擾場，如：在大、?中型礦山、城市等用電量大的區域干擾場較強，為直流脈沖式多階梯狀干擾場，干擾場以直流脈沖式為主,?強度幾十至幾百mV,最高可達?2?000～3?000?mV，還有正弦波式周期性變化的干擾場，呈周期性變化,此類干擾場形成是某些機械振動(如電力機車經過鐵軌連接處)而引起場源的接地電阻的變化或電線中甚低頻信號感應所引起。三維電法儀測量地下視電阻率時，需在其發送端電源施加電壓，在測量電極形成正常人工電流場，在測量電極M、N兩端得到有用電壓ΔU_MN，而干擾電壓和有用電壓一起進入三維電法儀測量系統，如果干擾電壓大于有用電壓，則測量系統獲得的數據誤差很大，大大影響觀測精度和工作效率,?有時甚至使工作無開展。一般要求測量電極有用電壓要大于干擾電壓10倍以上，獲得的電壓數據在可靠，這樣使得發送端電源電壓增大，很顯然，供電電源體積增大，設備笨重。

現代的三維電法儀采用工控機控制分布式智能電極，可靠性高，現場實時處理數據；多通道同時三維快速并行采集，道數多，可高達數百道，視電阻率與視極化率同時測量，數據量大，獲取的地質信息豐富。但使用的抵消干擾電壓的裝置仍采用傳統的極化補償裝置，即在儀器內部采用一個電橋電路，由電橋電路產生一個和外界干擾電壓大小相等、方向相反的內部直流電壓來抵消外界干擾電壓，外界干擾電壓的大小和方向是隨時間變化的，這樣就必然使得干擾電壓補償不干凈。雖然在現代的電法儀中，由于有嵌入式微處理器、工控機等，采用了先測量干擾電壓并存貯該數據，再測量含有用電壓及干擾電壓之和的電壓，然后在微處理器中做減法，得到有用電壓，但在先測量干擾電壓到測量有用電壓及干擾電壓之和的電壓過程中，干擾電壓已經發生了變化，會產生較大的誤差。

發明內容

本發明的目的就是提供一種能自動改善抗噪性能、自動地迭代調節自身濾波器參數的三維電法儀中干擾電壓的智能補償裝置。

本發明的三維電法儀中干擾電壓智能補償裝置，包括前置放大器、A/D轉換器、微處理器，前置放大器輸出端通過A/D轉換器與微處理器連接，微處理器通過自適應濾波器與D/A轉換器相連，D/A轉換器再接入前置放大器的輸出端，有用電壓及干擾電壓之和的電壓，進入前置放大器放大，將模擬信號通過A/D轉換器變成數字信號存入微處理器中，微處理器的數字信號在自適應濾波器中進行濾波，通過D/A轉換器變成模擬信號，再與前置放大器放大的模擬信號相減，相減后得到的模擬信號就是純凈的有用信號。

本發明的三維電法儀中干擾電壓智能補償裝置的核心是自適應濾波器在三維電法儀中的應用，所述自適應濾波器，是利用前一時刻已獲得的濾波器參數等結果，自動地調節當前時刻的濾波器參數，以適應信號與噪聲未知的或隨時間變化的統計特性，從而實現最優濾波。

自適應濾波器：以均方誤差最小為準則，自動調節濾波器系數h(n)，以達到最優濾波的時變最佳濾波器，即濾波器的濾波參數會變，隨著外界參數變化自動調節，使濾波器濾除干擾電壓的效果最佳。

所述的自適應濾波器采用最小均方(LMS)自適應算法，LMS是一種以期望響應和濾波輸出信號之間誤差的均方值最小為準則，依據輸入信號在迭代過程中估計梯度矢量，并更新權系數以達到最優的自適應迭代算法。LMS算法為一種梯度最速下降方法，其顯著的特點是它的簡單性。這種算法不需要計算相應的相關函數，也不需要進行矩陣運算。

自適應過程在誤差性能曲面的最陡下降方向移動和逐步校正濾波系數，最終到達均方誤差為最小的碗底最小點，獲得最佳濾波或準最優工作狀態。

令???????????????????????????????????????????????代表n時刻的維梯度矢量，等于濾波器系數的數目；為自適應濾波器在n時刻的濾波系數或權矢量。按照最陡下降法調節濾波系數，則在n+1時刻的濾波系數或權矢量可以用下列簡單遞歸關系來計算：