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(yīng)用于地球物理勘探中的電變量、磁變量測量技術(shù)。
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(guān)參數(shù)均以50周為準(zhǔn)。)該干擾來自于高壓輸送電網(wǎng)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(nèi)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(shè)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(zhì)儀器廠)、SJJ-1(上海地質(zhì)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(shè)置數(shù)字濾波裝置。近年來在智能型物探儀器中，大都采用軟件數(shù)字濾波，從而濾除信號中的工頻成分。如DWJ-1型(北京地質(zhì)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(fù)測量方式。經(jīng)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(shù)資料，來自各自儀器說明書)這三種技術(shù)的共同特點是，抗工頻干擾的措施都是設(shè)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(shè)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(shè)置一個跟蹤工頻的觸發(fā)裝置。結(jié)構(gòu)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(dǎo)線也可)，是用來採集測區(qū)內(nèi)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(jīng)選通開關(guān)(圖1-3)送入零交比較器(圖1-4)，產(chǎn)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(jīng)多級分頻器及選擇開關(guān)(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(jīng)雙向微分電路(圖1-8)，將方波前后沿轉(zhuǎn)換成觸發(fā)尖脈沖。該脈沖經(jīng)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(guān)，使其斷路。單穩(wěn)(2)延時約18ms后，控制選通開關(guān)自動閉合，以便撲捉第二個過零信號。選通開關(guān)的作用是，避免發(fā)射機發(fā)射的強信號，對零交比較器產(chǎn)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?，F(xiàn)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(jīng)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(jīng)疊加殘留下的干擾值波形幅度變化的差值經(jīng)幾次重復(fù)測量，運用常用的超差剔除技術(shù)或?qū)⑵錃埩舨钪颠M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(shù)相比具有如下優(yōu)點1.該觸發(fā)裝置從測區(qū)現(xiàn)場采集工頻干擾信號，并轉(zhuǎn)換成發(fā)射機的觸發(fā)脈沖。因此，具有自動跟蹤測區(qū)內(nèi)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(shè)置在發(fā)射機里，接收機沒有設(shè)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(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)難度小，造價低廉，容易實現(xiàn)的優(yōu)點。
最佳實施方案如圖5所示。這是已經(jīng)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(diào)試技術(shù)也屬一般。測試點已標(biāo)在圖5中，其波形如圖2所示。
頻率選擇開關(guān)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?jù)需要選擇和增減分頻檔。
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(jù)需要調(diào)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(xiàn)，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(guān);
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(guān);
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(yīng)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(quán)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(shù)。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(shè)置一個自動跟蹤測區(qū)內(nèi)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(quán)項要求1的觸發(fā)裝置中，有一個用來接收測區(qū)內(nèi)工頻干擾信號的線圈(圖1-1)或埋入測區(qū)內(nèi)的一對電極，強干擾地區(qū)則僅用導(dǎo)線即可。
3.在權(quán)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(quán)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(guān)(圖1-3)。
5.在權(quán)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(zhuǎn)換成觸發(fā)脈沖的零交比較器。(圖1-4)
6.在權(quán)項要求4的選通開關(guān)，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(guān)開路，延時18ms，使選通開關(guān)接通2ms。
7.權(quán)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(quán)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(guān)(圖1-7)以便根據(jù)測量需要，選擇發(fā)射頻率。
9.權(quán)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(yīng)用于地球物理勘探中電變量測量、磁變量測量技術(shù)。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(yīng)用領(lǐng)域。其主要技術(shù)特征在于，在發(fā)射機里設(shè)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(zhì)礦產(chǎn)部地球物理地球化學(xué)勘查研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan