三維電法儀中干擾電壓智能補(bǔ)償裝置制造方法
【專利摘要】一種三維電法儀中干擾電壓智能補(bǔ)償裝置，包括前置放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器，前置放大器輸出端通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接，微處理器通過(guò)自適應(yīng)濾波器再與A/D轉(zhuǎn)換器相連，A/D轉(zhuǎn)換器再接入前置放大器的輸出端，電壓進(jìn)入前置放大器放大，將模擬信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號(hào)，微處理器的數(shù)字信號(hào)在自適應(yīng)濾波器中進(jìn)行濾波，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器變成模擬信號(hào)，再與前置放大器放大的模擬信號(hào)相減，得到純凈的有用信號(hào)。本實(shí)用新型在地球物理勘探【技術(shù)領(lǐng)域】應(yīng)用自適應(yīng)濾波器，在電壓補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中能自動(dòng)改善抗噪性能，當(dāng)輸入干擾電壓的統(tǒng)計(jì)特性未知，自適應(yīng)濾波器能夠自動(dòng)地迭代調(diào)節(jié)自身的濾波器參數(shù)，以滿足某種準(zhǔn)則的要求，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)濾波。
【專利說(shuō)明】三維電法儀中干擾電壓智能補(bǔ)償裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于地球物理勘探【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說(shuō)是應(yīng)用于資源與環(huán)境勘探【技術(shù)領(lǐng)域】中的三維電法儀中干擾電壓智能補(bǔ)償裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在直流電法勘探的野外觀測(cè)中，經(jīng)常遇到未知場(chǎng)的干擾，干擾場(chǎng)是指自然電場(chǎng)、大地電流場(chǎng)、各種游散電流場(chǎng)和電線感應(yīng)場(chǎng)的總和。按其成因又可分為天然干擾場(chǎng)和人工干擾場(chǎng)。天然干擾場(chǎng)主要由大地電流場(chǎng)、電離層波動(dòng)、雷電活動(dòng)、地下水的流動(dòng)、氧化還原作用等因素所引起。人工干擾場(chǎng)主要由工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中各種電機(jī)、電線感應(yīng)等產(chǎn)生的游散電流所引起。其中天然干擾場(chǎng)變化速度慢，有規(guī)律性，真正影響較大且難以克服的是人工干擾場(chǎng)，如:在大、中型礦山、城市等用電量大的區(qū)域干擾場(chǎng)較強(qiáng)，為直流脈沖式多階梯狀干擾場(chǎng)，干擾場(chǎng)以直流脈沖式為主，強(qiáng)度幾十至幾百mV,最高可達(dá)2 000?3 000 mV,還有正弦波式周期性變化的干擾場(chǎng)，呈周期性變化，此類干擾場(chǎng)形成是某些機(jī)械振動(dòng)(如電力機(jī)車經(jīng)過(guò)鐵軌連接處)而引起場(chǎng)源的接地電阻的變化或電線中甚低頻信號(hào)感應(yīng)所引起。三維電法儀測(cè)量地下視電阻率時(shí)，需在其發(fā)送端電源施加電壓，在測(cè)量電極形成正常人工電流場(chǎng)，在測(cè)量電極M、N兩端得到有用電壓AUmn，而干擾電壓和有用電壓一起進(jìn)入三維電法儀測(cè)量系統(tǒng)，如果干擾電壓大于有用電壓，則測(cè)量系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)誤差很大，大大影響觀測(cè)精度和工作效率，有時(shí)甚至使工作無(wú)開(kāi)展。一般要求測(cè)量電極有用電壓要大于干擾電壓10倍以上，獲得的電壓數(shù)據(jù)在可靠，這樣使得發(fā)送端電源電壓增大，很顯然，供電電源體積增大，設(shè)備笨重。
[0003]現(xiàn)代的三維電法儀采用工控機(jī)控制分布式智能電極，可靠性高，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)；多通道同時(shí)三維快速并行采集，道數(shù)多，可高達(dá)數(shù)百道，視電阻率與視極化率同時(shí)測(cè)量，數(shù)據(jù)量大，獲取的地質(zhì)信息豐富。但使用的抵消干擾電壓的裝置仍采用傳統(tǒng)的極化補(bǔ)償裝置，即在儀器內(nèi)部采用一個(gè)電橋電路，由電橋電路產(chǎn)生一個(gè)和外界干擾電壓大小相等、方向相反的內(nèi)部直流電壓來(lái)抵消外界干擾電壓，外界干擾電壓的大小和方向是隨時(shí)間變化的，這樣就必然使得干擾電壓補(bǔ)償不干凈。雖然在現(xiàn)代的電法儀中，由于有嵌入式微處理器、工控機(jī)等，采用了先測(cè)量干擾電壓并存貯該數(shù)據(jù)，再測(cè)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(cè)量干擾電壓到測(cè)量有用電壓及干擾電壓之和的電壓過(guò)程中，干擾電壓已經(jīng)發(fā)生了變化，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的就是提供一種能自動(dòng)改善抗噪性能、自動(dòng)地迭代調(diào)節(jié)自身濾波器參數(shù)的三維電法儀中干擾電壓的智能補(bǔ)償裝置。
[0005]本實(shí)用新型的三維電法儀中干擾電壓智能補(bǔ)償裝置，包括前置放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器，前置放大器輸出端通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接，微處理器通過(guò)自適應(yīng)濾波器與D/A轉(zhuǎn)換器相連，D/A轉(zhuǎn)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(jìn)入前置放大器放大，將模擬信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號(hào)存入微處理器中，微處理器的數(shù)字信號(hào)在自適應(yīng)濾波器中進(jìn)行濾波，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器變成模擬信號(hào)，再與前置放大器放大的模擬信號(hào)相減，相減后得到的模擬信號(hào)就是純凈的有用信號(hào)。
[0006]本實(shí)用新型的三維電法儀中干擾電壓智能補(bǔ)償裝置的核心是自適應(yīng)濾波器在三維電法儀中的應(yīng)用，所述自適應(yīng)濾波器，是利用前一時(shí)刻已獲得的濾波器參數(shù)等結(jié)果，自動(dòng)地調(diào)節(jié)當(dāng)前時(shí)刻的濾波器參數(shù)，以適應(yīng)信號(hào)與噪聲未知的或隨時(shí)間變化的統(tǒng)計(jì)特性，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)濾波。
[0007]自適應(yīng)濾波器:以均方誤差最小為準(zhǔn)則，自動(dòng)調(diào)節(jié)濾波器系數(shù)h(n)，以達(dá)到最優(yōu)濾波的時(shí)變最佳濾波器，即濾波器的濾波參數(shù)會(huì)變，隨著外界參數(shù)變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，使濾波器濾除干擾電壓的效果最佳。
[0008]所述的自適應(yīng)濾波器采用最小均方(LMS)自適應(yīng)算法，LMS是一種以期望響應(yīng)和濾波輸出信號(hào)之間誤差的均方值最小為準(zhǔn)則，依據(jù)輸入信號(hào)在迭代過(guò)程中估計(jì)梯度矢量，并更新權(quán)系數(shù)以達(dá)到最優(yōu)的自適應(yīng)迭代算法。LMS算法為一種梯度最速下降方法，其顯著的特點(diǎn)是它的簡(jiǎn)單性。這種算法不需要計(jì)算相應(yīng)的相關(guān)函數(shù)，也不需要進(jìn)行矩陣運(yùn)算。
[0009]自適應(yīng)過(guò)程在誤差性能曲面的最陡下降方向移動(dòng)和逐步校正濾波系數(shù)，最終到達(dá)均方誤差為最小的碗底最小點(diǎn)，獲得最佳濾波或準(zhǔn)最優(yōu)工作狀態(tài)。
[0010]令代表n時(shí)刻的Mxl維梯度矢量，Jf等于濾波器系數(shù)的數(shù)目；τ*τ(n)為自適應(yīng)濾波器在n時(shí)刻的濾波系數(shù)或權(quán)矢量。按照最陡下降法調(diào)節(jié)濾波系數(shù)，則在n+1時(shí)刻的濾波系數(shù)或權(quán)矢量w(fi+l)可以用下列簡(jiǎn)單遞歸關(guān)系來(lái)計(jì)算:
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一種三維電法儀中干擾電壓的智能補(bǔ)償裝置，包括前置放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器、其特征在于:前置放大器輸出端通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接，微處理器通過(guò)自適應(yīng)濾波器與D/A轉(zhuǎn)換器相連，D/A轉(zhuǎn)換器再接入前置放大器的輸出端。
【文檔編號(hào)】G01V3/38GK203551800SQ201320562765
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】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(qǐng)人:東華理工大學(xué)