陣列式頻率域電磁探測系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電磁探測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量實時監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法，監(jiān)測裝置，是由發(fā)射單元與大地負(fù)載連接，大地負(fù)載經(jīng)大地與接地電極連接，接地電極與接收單元連接，接收單元與監(jiān)測單元連接構(gòu)成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，省去了笨重的傳輸電纜，每個頻率點僅對應(yīng)兩個直流數(shù)據(jù)I和Q，監(jiān)測數(shù)據(jù)少，僅為時域數(shù)據(jù)的幾百分之一～幾萬分之一；無線模塊不需要那么高的傳輸速度，易于實現(xiàn)無線傳輸；能抑制無線模塊傳輸過程中的誤碼現(xiàn)象，具有較高的可靠性。數(shù)據(jù)質(zhì)量的實時監(jiān)測由數(shù)字正交鎖定放大實現(xiàn)，運算簡單，不涉及FFT運算、乘法運算，數(shù)字正交鎖定放大模塊可以由價格幾十元的MSP430單片機(jī)和FPGA等中低端的控制芯片實現(xiàn)；硬件成本明顯降低。
【專利說明】陣列式頻率域電磁探測系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種地球物理探測儀器中的數(shù)據(jù)質(zhì)量實時監(jiān)測裝置及方法，尤其是陣列式頻率域電磁探測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量實時監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]陣列式頻率域電磁探測系統(tǒng)中，“頻率域”指探測方法采用的是頻率域方法，“陣列式”指系統(tǒng)由很多臺接收機(jī)組成。
[0003]頻率域電磁探測方法包括可控源音頻大地電磁法、復(fù)電阻率法和頻率域激電法等方法?？煽卦匆纛l大地電磁法是一種通過測量高頻至低頻下，大地表面的電場和磁場值，探測地下介質(zhì)由淺至深視電阻率的方法，通常發(fā)射頻率為IHz?10kHz。復(fù)電阻率法是一種在不同頻率下，通過測量大地表面的電場值，探測地下介質(zhì)電極化和導(dǎo)電特性的方法，通常發(fā)射頻率為nX 10_2Hz?nX 102Hz。頻率域激電法是一種通過測量兩個不同頻率點上大地表面感應(yīng)的電壓值，求取頻散率，從而判斷地下介質(zhì)的極化特性的方法，通常發(fā)射頻率為η X KT1Hz ?η X IO1Hz0
[0004]采用這些方法進(jìn)行探測時，由于采集到的信號幅度較小，容易受到干擾，因此往往需要對采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測與質(zhì)量評價，用以檢驗數(shù)據(jù)的有效性。一個良好的監(jiān)測裝置及方法能夠提高野外工作的效率、提升數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量。
[0005]對于數(shù)據(jù)質(zhì)量的實時監(jiān)測，目前主要有以下幾種方法:
[0006]1、采用有線電纜將各個接收機(jī)采集到的時間序列數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)，進(jìn)行監(jiān)測。CN10201252A公開了 “分布式多參數(shù)深部電磁斷面成像系統(tǒng)及測量”，此種方法具有連接簡單，容易實現(xiàn)，傳輸效果較好等優(yōu)點；但是連接線較為笨重且使用不便，不適合陣列式系統(tǒng)使用。
[0007]2、采用無線基站方式傳送采集到的時間序列數(shù)據(jù)。CN1137640A公開了“多功能電磁遙測系統(tǒng)”，此種方法具有比有線連接更輕便的優(yōu)點，但該方法通過無線方式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量過于龐大，可靠性低。
[0008]3、采用無線基站方式傳送頻率域數(shù)據(jù)，頻率域數(shù)據(jù)由快速傅立葉變換(FFT)獲取。與傳送時間序列數(shù)據(jù)相比，此種方法傳送的數(shù)據(jù)量比較小，誤碼率低，但是需要在接收機(jī)中進(jìn)行FFT運算，需要有專門的數(shù)學(xué)模塊來處理數(shù)據(jù)，對儀器硬件有要求較高。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0009]本發(fā)明的目的就是針對上述技術(shù)的不足，提供一種陣列式頻率域電磁探測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量實時監(jiān)測裝置；
[0010]本發(fā)明的目的就是提供一種陣列式頻率域電磁探測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量實時監(jiān)測方法。
[0011]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0012]陣列式頻率域電磁探測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量實時監(jiān)測裝置，其特征在于，是由發(fā)射單元T與大地負(fù)載L連接，大地負(fù)載L經(jīng)大地分別與接地電極1、2、3?η連接，接地電極1、2、3?η分別與接收機(jī)Rl、R2、R3?Rn連接，接收機(jī)Rl、R2、R3?Rn分別與監(jiān)測單元M連接構(gòu)成。
[0013]所述的發(fā)射單元T由可調(diào)直流穩(wěn)壓電源Tl經(jīng)發(fā)射橋路Τ2與大地負(fù)載L連接，GPS模塊Τ4經(jīng)發(fā)射控制器Τ3分別與可調(diào)直流穩(wěn)壓電源Tl和發(fā)射橋路Τ2連接構(gòu)成。
[0014]所述的接收機(jī)Rl、R2、R3?Rn均是由數(shù)據(jù)采集模塊Rx2經(jīng)數(shù)字正交鎖定放大模塊Rx3與GPS模塊Rxl連接，數(shù)字正交鎖定放大模塊Rx3經(jīng)無線模塊Rx4與監(jiān)測單元M無線通訊構(gòu)成。
[0015]所述的大地負(fù)載L為兩個相距Ikm?3km的大坑，坑內(nèi)埋有接地電極。
[0016]所述的監(jiān)測單元M由無線模塊Ml與PC機(jī)M2連接構(gòu)成。
[0017]一種陣列式頻率域電磁探測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量實時監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0018]A、發(fā)射單元T在大地負(fù)載L上形成同步且幅度、頻率可變的正弦波，作為陣列式頻率域電磁探測的激勵源；
[0019]B、在正弦波的激勵下，大地表面產(chǎn)生攜帶地下信息的電壓信號；
[0020]C、接地電極I?η獲取攜帶地下信息的電壓信號；
[0021]D、接收機(jī)R1、R2、R3?Rn對接地電極1、2、3?η的輸出信號進(jìn)行處理，形成監(jiān)測數(shù)據(jù)并以電磁波的形式發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)；
[0022]Ε、監(jiān)測單元M通過無線模塊Ml接收監(jiān)測數(shù)據(jù)并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳至PC機(jī)M2，PC機(jī)M2對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成幅度和相位信息；
[0023]F、根據(jù)幅度和相位信息確定接收單元R中各接收機(jī)Rl、R2、R3?Rn的工作狀態(tài)。
[0024]步驟A所述的發(fā)射單元T在大地負(fù)載L上形成同步且幅度、頻率可變的正弦波監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0025]a、發(fā)射控制器T3讀取GPS模塊T4的時間信息，保證正弦波與GPS時間同步；
[0026]b、發(fā)射控制器T3產(chǎn)生調(diào)壓信號T5，控制可調(diào)直流穩(wěn)壓電源Tl的工作，調(diào)節(jié)正弦波的幅度；
[0027]C、發(fā)射控制器T3產(chǎn)生正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)信號T6，控制發(fā)射橋路T2的工作，調(diào)節(jié)正弦波的頻率；
[0028]d、發(fā)射橋路T2的輸出在大地負(fù)載L上形成同步且幅度、頻率可變的正弦波。
[0029]步驟D所述的接收機(jī)Rl、R2、R3?Rn對接地電極1、2、3?η的輸出信號進(jìn)行處理，形成監(jiān)測數(shù)據(jù)并以電磁波的形式發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括以下步驟:
[0030]a、數(shù)字正交鎖定放大模塊Rx3讀取GPS模塊Rxl的時間并控制數(shù)據(jù)采集模塊Rx2工作，保證數(shù)據(jù)采集模塊Rx2的采集時序與GPS時間同步，從而保證數(shù)據(jù)采集模塊Rx2的采集時序與大地負(fù)載L上的正弦波同步；
[0031]b、數(shù)據(jù)采集模塊Rx2將接地電極X的輸出信號離散化,形成時域數(shù)據(jù)X (η)；
[0032]C、數(shù)字正交鎖定放大模塊Rx3對時域數(shù)據(jù)X (η)進(jìn)行處理，產(chǎn)生同相分量I和正交分量Q，I和Q即為監(jiān)測數(shù)據(jù)；
[0033]d、監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)無線模塊Rx4以電磁波的形式發(fā)送至監(jiān)測單元Μ。
[0034]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明與通過有線電纜傳輸至監(jiān)測數(shù)據(jù)的方法相比，省去了笨重的傳輸電纜，更適合于陣列式系統(tǒng)。本發(fā)明與采用無線基站方式傳送時域數(shù)據(jù)的方法相比，每個頻率點僅對應(yīng)兩個直流數(shù)據(jù)I和Q，監(jiān)測數(shù)據(jù)少，僅為時域數(shù)據(jù)的幾百分之一?幾萬分之一；采用無線傳輸時，無線模塊不需要那么高的傳輸速度，易于實現(xiàn)無線傳輸；同時，因為監(jiān)測數(shù)據(jù)少，在每個頻率的工作時間內(nèi)，可以多次發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)，能抑制無線模塊傳輸過程中的誤碼現(xiàn)象，具有較高的可靠性。在采用無線基站方式傳送頻率域數(shù)據(jù)，頻率域數(shù)據(jù)由FFT獲取的探測系統(tǒng)中，控制模塊需要使用價格千元?萬元的數(shù)字信息處理DSP或工控機(jī)PC104等高端控制芯片。與其相比，本專利所述的數(shù)據(jù)質(zhì)量的實時監(jiān)測方法因監(jiān)測數(shù)據(jù)由數(shù)字正交鎖定放大技術(shù)提取，運算簡單，不涉及FFT運算、乘法運算，數(shù)字正交鎖定放大模塊可以由價格幾十元的MSP430單片機(jī)和FPGA等中低端的控制芯片實現(xiàn)；所以硬件成本明顯降低，在由眾多接收機(jī)Rl?Rn組成的陣列式系統(tǒng)中具有更為突出的經(jīng)濟(jì)價值。本發(fā)明還適用于可控源音頻大地電磁法、復(fù)電阻率法和頻率域激電法。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0035]圖1:電磁探測系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的實時監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)框圖
[0036]圖2:為附圖1中發(fā)射單元T的結(jié)構(gòu)框圖
[0037]圖3:為附圖1中接收機(jī)Rn的結(jié)構(gòu)框圖
[0038]圖4:廣生同步且幅度、頻率可變的正弦波的電路原理圖
[0039]圖5:產(chǎn)生同步且幅度、頻率可變的正弦波的時序圖
[0040]圖6:數(shù)字正交鎖定放大模塊原理圖
[0041]圖7:數(shù)字正交鎖定放大模塊的時序圖
【具體實施方式】:
[0042]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0043]圖1所示為電磁探測系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的實時監(jiān)測裝置，由發(fā)射單元T與大地負(fù)載L連接，大地負(fù)載L經(jīng)大地與接地電極1、2、3?η連接，接收單元R由接收機(jī)R1、R2、R3?Rn構(gòu)成，接地電極1、2、3?η分別與接收單元R中的Rl、R2、R3?Rn連接，接收單元R中的R1、R2、R3?Rn分別與監(jiān)測單元M連接，所述η為大于I的自然數(shù)，監(jiān)測單元M由無線模塊Ml與PC機(jī)M2連接構(gòu)成。發(fā)射單元T與接收機(jī)R1、R2、R3?Rn的距離為I?15km，接收單元R中各接收機(jī)Rl、R2、R3?Rn彼此之間相距25m?2km，監(jiān)測單元M位于各接收機(jī)R1、R2、R3?Rn組成的陣列區(qū)域內(nèi)。
[0044]發(fā)射單元T用于在大地負(fù)載L上產(chǎn)生激勵波形，作為陣列式頻率域電磁探測的激勵源，并為數(shù)據(jù)質(zhì)量實時監(jiān)測提供必要的條件。大地負(fù)載L表示大地上兩個電極坑之間的阻抗，通常阻抗值為10?80Ω ;兩個電極坑一般相距I?3km，兩電極坑中各埋有一個電極，通過導(dǎo)線與發(fā)射單元T的輸出相連。在激勵源作用下，大地表面會產(chǎn)生攜帶地下信息的電壓信號。接地電極1、2、3?η是電壓傳感器，用于接收攜帶地下信息的電壓信號。接收單元R中各接收機(jī)R1、R2、R3?Rn用于處理接地電極1、2、3?η輸出的信息并形成監(jiān)測數(shù)據(jù)。接收單元R產(chǎn)生的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過配置的無線模塊向外發(fā)射。監(jiān)測單元M—方面接收由接收單元R產(chǎn)生的監(jiān)測數(shù)據(jù)；另一方面對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成可以判斷接收單元R工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而實現(xiàn)對接收單元R的監(jiān)測。
[0045]當(dāng)大地負(fù)載L上的激勵波形為同步且幅度、頻率可變的正弦波時，接收機(jī)Rx(x=l,2,3……n)才適于采用下文所述的數(shù)字正交鎖定放大技術(shù)提取監(jiān)測數(shù)據(jù)。而本專利所述的接收機(jī)Rx正因為采用了數(shù)字正交鎖定放大技術(shù)提取監(jiān)測數(shù)據(jù)，才使得監(jiān)測數(shù)據(jù)的提取與現(xiàn)在技術(shù)相比具有明顯優(yōu)勢。因此，發(fā)射單元T具有產(chǎn)生同步且幅度、頻率可變的正弦波的功能，接收機(jī)Rx具有數(shù)字正交鎖定放大的功能是本專利裝置的主要特征。下文將結(jié)合圖2和圖3分析發(fā)射單元T和接收機(jī)Rx，結(jié)合圖4分析產(chǎn)生同步且幅度、頻率可變的正弦波的電路原理。
[0046]圖2所示為發(fā)射單元T，發(fā)射單元T由可調(diào)直流穩(wěn)壓電源Tl、發(fā)射橋路T2、發(fā)射控制器T3和GPS模塊T4構(gòu)成，GPS模塊T4的輸出與發(fā)射控制器T3連接，發(fā)射控制器T3的輸出與可調(diào)直流穩(wěn)壓電源Tl和發(fā)射橋路T2連接，可調(diào)直流穩(wěn)壓電源Tl的輸出與發(fā)射橋路T2的輸入連接，發(fā)射橋路T2的輸出與大地負(fù)載L連接。發(fā)射控制器T3采用MSP430單片機(jī)和FPGA作為主控芯片。發(fā)射控制器T3是發(fā)射單元T的控制模塊，用于控制可調(diào)直流穩(wěn)壓電源Tl、發(fā)射橋路T2和GPS模塊T4的工作。GPS模塊T4用于保證發(fā)射單元T在大地負(fù)載上產(chǎn)生的正弦波與GPS時間同步，可調(diào)直流穩(wěn)壓電源Tl用于調(diào)節(jié)正弦波的幅度，發(fā)射橋路T2用于調(diào)節(jié)正弦波的頻率。
[0047]圖3所示為接收機(jī)Rx的裝置框圖。接收機(jī)Rx由GPS模塊Rx1、數(shù)據(jù)采集模塊Rx2、數(shù)字正交鎖定放大模塊Rx3和無線模塊Rx4構(gòu)成，其中，x=l, 2…n，接地電極I~η中的接地電極X的輸出與數(shù)據(jù)采集模塊Rx2的輸入連接，數(shù)據(jù)采集模塊Rx2與數(shù)字正交鎖定放大模塊Rx3雙向連接，GPS模塊Rxl的輸出與數(shù)字正交鎖定放大模塊Rx3的輸入連接，數(shù)字正交鎖定放大模塊Rx3的輸出與無線模塊Rx4連接。接收機(jī)Rx中的數(shù)字正交鎖定放大模塊Rx3是提取監(jiān)控數(shù)據(jù)的控制模塊，采用MSP430單片機(jī)和FPGA作為主控芯片；數(shù)字正交鎖定放大模塊Rx3控制GPS模塊Rxl、數(shù)據(jù)采集模塊Rx2和無線模塊Rx4的工作。GPS模塊Rxl用于保證數(shù)據(jù)采集模塊Rx2的采集時序與GPS時間同步；數(shù)據(jù)采集模塊Rx2用于采集接地電極X的輸出信號，形成時域數(shù)據(jù)X (η);數(shù)字正交鎖定放大模塊Rx3用于處理時域數(shù)據(jù)X (η)，形成監(jiān)測數(shù)據(jù)；無線模塊Rx4用于將監(jiān)測數(shù)據(jù)以電磁波形成向外發(fā)射。
[0048]圖4所示為產(chǎn)生同步且幅度、頻率可變的正弦波的電路原理，電路包括可調(diào)直流穩(wěn)壓電源Tl、發(fā)射橋路T2、發(fā)射控制器T3、GPS模塊T4和大地負(fù)載L，發(fā)射橋路T2包括開關(guān)管V1~V4，大地負(fù)載L包括等效電感L和等效電阻R?？烧{(diào)直流穩(wěn)壓電源Tl的正極與發(fā)射橋路T2中Vl和V3的一端連接，負(fù)極與發(fā)射橋路T2中V2和V4的一端連接；發(fā)射橋路T2中Vl和V2的另一端均與大地負(fù)載的正極連接，發(fā)射橋路T2中V3和V4的另一端均與大地負(fù)載的負(fù)極連接；GPS模塊T4的輸出與發(fā)射控制器T3連接；發(fā)射控制器T3的輸出一方面與發(fā)射橋路T2中Vl~V4的控制端連接，另一方面與可調(diào)直流穩(wěn)壓電源Tl的控制端連接。發(fā)射橋路T2的輸出電壓和輸出電流用V。和i。表示。
[0049]陣列式頻率域電磁探測系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的實時監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0050]A、發(fā)射單元T在大地負(fù)載L上形成同步且幅度、頻率可變的正弦波，作為陣列式頻率域電磁探測的激勵源；
[0051]B、在正弦波的激勵下，大地表面產(chǎn)生攜帶地下信息的電壓信號；
[0052]C、接地電極I~η獲取攜帶地下信息的電壓信號；
[0053]D、接收機(jī)R1、R2、R3~Rn對接地電極1、2、3~η的輸出信號進(jìn)行處理，形成監(jiān)測數(shù)據(jù)并以電磁波的形式發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)；[0054]E、監(jiān)測單元M通過無線模塊Ml接收監(jiān)測數(shù)據(jù)并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳至PC機(jī)M2，PC機(jī)M2對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成幅度和相位信息；
[0055]F、根據(jù)幅度和相位信息確定接收單元R中各接收機(jī)Rl、R2、R3~Rn的工作狀態(tài)。
[0056]步驟A所述的發(fā)射單元T在大地負(fù)載L上形成同步且幅度、頻率可變的正弦波監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0057]a、發(fā)射控制器T3讀取GPS模塊T4的時間信息，保證正弦波與GPS時間同步；
[0058]b、發(fā)射控制器T3產(chǎn)生調(diào)壓信號T5，控制可調(diào)直流穩(wěn)壓電源Tl的工作，調(diào)節(jié)正弦波的幅度；
[0059]C、發(fā)射控制器T3產(chǎn)生正弦脈沖寬度調(diào)制(SPWM)信號T6，控制發(fā)射橋路T2的工作，調(diào)節(jié)正弦波的頻率；
[0060]d、發(fā)射橋路T2的輸出在大地負(fù)載L上形成同步且幅度、頻率可變的正弦波。
[0061]步驟D所述的接收機(jī)Rl、R2、R3~Rn對接地電極1、2、3~η的輸出信號進(jìn)行處理，形成監(jiān)測數(shù)據(jù)并以電磁波的形式發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括以下步驟:
[0062]a、數(shù)字正交鎖定放大模塊Rx3讀取GPS模塊Rxl的時間并控制數(shù)據(jù)采集模塊Rx2工作，保證數(shù)據(jù)采集模塊Rx2的采集時序與GPS時間同步，從而保證數(shù)據(jù)采集模塊Rx2的采集時序與大地負(fù)載L上的正弦波同步；
[0063]b、數(shù)據(jù)采集模塊Rx2將接地電極X的輸出信號離散化,形成時域數(shù)據(jù)X (η)；
[0064]C、數(shù)字正交 鎖定放大模塊Rx3對時域數(shù)據(jù)X (η)進(jìn)行處理，產(chǎn)生同相分量I和正交分量Q，I和Q即為監(jiān)測數(shù)據(jù)；
[0065]d、監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)無線模塊Rx4以電磁波的形式發(fā)送至監(jiān)測單元Μ。
[0066]下面將結(jié)合圖5~圖7分析數(shù)據(jù)質(zhì)量實時監(jiān)測的具體方式。
[0067]I)發(fā)射單元產(chǎn)T產(chǎn)生同步且幅度、頻率可變的正弦波的具體方法
[0068]圖5所示為發(fā)射單元T產(chǎn)生同步且幅度、頻率可變的正弦波的具體方法，圖5a中的Vp-VpVtai為發(fā)射控制器T3內(nèi)產(chǎn)生的信號,Vi和-Vi為相位相差180°的正弦波,Vtai為三角波。當(dāng)Vi>vtH時，Gl為高；當(dāng)ViGtai時，Gl為低；Gl如圖5b所示。當(dāng)-ν)νω時，G3為高;當(dāng)-ViGtri時，G3為低；G3如圖5c所示。G2和G4分別為Gl和G3的邏輯取反。Gl~G4即為SPWM信號T6。Gl~G4分別控制發(fā)射橋路T2中開關(guān)管Vl~V4工作，即可得到如圖5d所示的輸出電壓V。，輸出電壓V。作用于阻感性的大地負(fù)載L即可得到如圖5e所示的輸出電流i。。輸出電流i。即為所需同步且幅度、頻率可變的正弦波。發(fā)射控制器T3通過調(diào)節(jié)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源Tl的電壓改變輸出電流i。的幅度，通過調(diào)節(jié)Vi和-Vi的頻率改變輸出電流i。的頻率。
[0069]2)接收機(jī)Rx進(jìn)行數(shù)字正交鎖定放大的具體方法
[0070]圖6和圖7所示為接收機(jī)Rx進(jìn)行數(shù)字正交鎖定放大的具體方法。因為激勵源為正弦波，大地可以看作線性系統(tǒng)，故接地電極X的信號可表示為X (t), X (t) =VsCOS (ω?+ Θ )，Vs為信號x(t)的幅值，Θ為信號x(t)與輸出電流i。的相位差。r(n)為數(shù)字正交參考信號，r (η)的相位通過GPS模塊與輸出電流i。的相位保持一致。！T1(Ii)相對于r(n)的相位為90°。-x(n)表示與x(n)等大反向的數(shù)據(jù)。當(dāng)r(η)為高時，開關(guān)Sx與χ(η)連接，即νχ(η) =χ(η);當(dāng)r (η)為低時，開關(guān)Sx與-χ(η)連接，即νχ(η)=-χ(η)。當(dāng)!T1 (η)為高時，開關(guān)Sy與χ (η)連接，即vy (η) =χ (η);當(dāng)!T1 (η)為低時,開關(guān)Sy與-χ (η)連接，即Vy (η) =-χ (η)。Vx (η)和Vy (η)經(jīng)過數(shù)字低通濾波器(LPF)的處理，即可得到同相分量I和正交分量Q兩個直流分量，如式⑴和⑵所示:
【權(quán)利要求】
1.一種陣列式頻率域電磁探測系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測裝置，其特征在于，是由發(fā)射單元T與大地負(fù)載L連接，大地負(fù)載L經(jīng)大地分別與接地電極1、2、3~η連接，接地電極1、2、3~η分別與接收機(jī)R1、R2、R3~Rn連接，接收機(jī)R1、R2、R3~Rn分別與監(jiān)測單元M連接構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的陣列式頻率域電磁探測系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的發(fā)射單元T由可調(diào)直流穩(wěn)壓電源Tl經(jīng)發(fā)射橋路T2與大地負(fù)載L連接，GPS模塊T4經(jīng)發(fā)射控制器T3分別與可調(diào)直流穩(wěn)壓電源Tl和發(fā)射橋路T2連接構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求1所述的陣列式頻率域電磁探測系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的接收機(jī)Rl、R2、R3~Rn均是由數(shù)據(jù)采集模塊Rx2經(jīng)數(shù)字正交鎖定放大模塊Rx3與GPS模塊Rxl連接，數(shù)字正交鎖定放大模塊Rx3經(jīng)無線模塊Rx4與監(jiān)測單元M無線通訊構(gòu)成。
4.按照權(quán)利要求1所述的陣列式頻率域電磁探測系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的大地負(fù)載L為兩個相距Ikm — 3km的接地電極。
5.按照權(quán)利要求1所述的陣列式頻率域電磁探測系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的監(jiān)測單元M由無線模塊Ml與PC機(jī)M2連接構(gòu)成。
6.一種陣列式頻率域電磁探測系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟: A、發(fā)射單元T在大地負(fù)載L上形成同步且幅度、頻率可變的正弦波，作為陣列式頻率域電磁探測的激勵源； B、在正弦波的激勵下，大地表面產(chǎn)生攜帶地下信息的電壓信號； C、接地電極I~η獲取攜帶地下信息的電壓信號； D、接收機(jī)Rl、R2、R3~Rn對接地電極1、2、3~η的輸出信號進(jìn)行處理，形成監(jiān)測數(shù)據(jù)并以電磁波的形式發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)； Ε、監(jiān)測單元M通過無線模塊Ml接收監(jiān)測數(shù)據(jù)并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳至PC機(jī)M2，PC機(jī)M2對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成幅度和相位信息； F、根據(jù)幅度和相位信息確定接收單元R中各接收機(jī)Rl、R2、R3~Rn的工作狀態(tài)。
7.按照權(quán)利要求6所述的陣列式頻率域電磁探測系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測方法，其特征在于，步驟A所述的發(fā)射單元T在大地負(fù)載L上形成同步且幅度、頻率可變的正弦波，包括以下步驟: a、發(fā)射控制器T3讀取GPS模塊T4的時間信息，保證正弦波與GPS時間同步； b、發(fā)射控制器T3產(chǎn)生調(diào)壓信號T5，控制可調(diào)直流穩(wěn)壓電源Tl的工作，調(diào)節(jié)正弦波的幅度； C、發(fā)射控制器T3產(chǎn)生正弦 脈沖寬度調(diào)制(SPWM)信號T6，控制發(fā)射橋路T2的工作，調(diào)節(jié)正弦波的頻率； d、發(fā)射橋路T2的輸出在大地負(fù)載L上形成同步且幅度、頻率可變的正弦波。
8.按照權(quán)利要求6所述的陣列式頻率域電磁探測系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測方法，其特征在于，步驟D所述的接收機(jī)R1、R2、R3~Rn對接地電極1、2、3~η的輸出信號進(jìn)行處理，形成監(jiān)測數(shù)據(jù)并以電磁波的形式發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括以下步驟: a、數(shù)字正交鎖定放大模塊Rx3讀取GPS模塊Rxl的時間并控制數(shù)據(jù)采集模塊Rx2工作，保證數(shù)據(jù)采集模塊Rx2的采集時序與GPS時間同步，從而保證數(shù)據(jù)采集模塊Rx2的采集時序與大地負(fù)載L上的正弦波同步；b、數(shù)據(jù)采集模塊Rx2將接地電極X的輸出信號離散化，形成時域數(shù)據(jù)X (η)； C、數(shù)字正交鎖定放大模塊Rx3對時域數(shù)據(jù)X (η)進(jìn)行處理，產(chǎn)生同相分量I和正交分量Q，I和Q即為監(jiān)測數(shù)據(jù)； d、監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)無線模塊Rx4以電磁.波的形式發(fā)送至監(jiān)測單元M。
【文檔編號】G01V3/00GK103472485SQ201310442803
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】林君, 薛開昶, 范鵬, 周逢道, 劉長勝 申請人:吉林大學(xué)