高精度連續(xù)剖面疊加電位儀的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種高精度連續(xù)剖面疊加電位儀，主要針對(duì)現(xiàn)有電位儀采用單點(diǎn)測(cè)量導(dǎo)致儀器分辨率低、采集信號(hào)受外界電磁場(chǎng)干擾影響大而設(shè)計(jì)。本實(shí)用新型，包括殼體、設(shè)置在所述殼體上的顯示器以及設(shè)置在所述殼體內(nèi)的控制器，所述控制器電連接信號(hào)采集單元和信號(hào)分析單元，其中所述信號(hào)采集單元包括設(shè)置在所述殼體外部的電極系、所述電極系通過(guò)電纜連接的電極多路調(diào)節(jié)器以及浮點(diǎn)放大器、去假濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器，所述信號(hào)分析單元包括同步疊加奇異值剔除器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理器。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高精度連續(xù)剖面疊加電位儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高精度連續(xù)剖面疊加電位儀。

【背景技術(shù)】
[0002]自然電場(chǎng)法在尋找金屬礦、煤以及在水文地質(zhì)、工程地質(zhì)工作中都有一定的應(yīng)用。它的優(yōu)點(diǎn)是不需要供電電源，工作速度快，成本低。缺點(diǎn)是非礦異常和干擾(如工業(yè)游散電流等)較多，嚴(yán)重影響了自然電場(chǎng)法的應(yīng)用。
[0003]自然電位形成的原因多，干擾因素多，測(cè)量精度等問(wèn)題一直影響著自然電位在地球物理勘探中的應(yīng)用。測(cè)量精度主要是由儀器設(shè)備的穩(wěn)定性、抗干擾能力及測(cè)量方法決定的。所以提高儀器設(shè)備的穩(wěn)定性和抗干擾能力是自然電位測(cè)量方法的關(guān)鍵。
[0004]為了更好的開(kāi)展自然電場(chǎng)法的工作，高精度連續(xù)剖面疊加自然電位儀是使自然電場(chǎng)法更好的應(yīng)用于地球物理勘測(cè)領(lǐng)域的關(guān)鍵。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種準(zhǔn)確率高，效果較好的高精度連續(xù)剖面疊加自然電位儀。
[0006]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型高精度連續(xù)剖面疊加電位儀，包括殼體、設(shè)置在所述殼體上的顯示器以及設(shè)置在所述殼體內(nèi)的控制器，所述控制器電連接信號(hào)采集單元和信號(hào)分析單元，其中所述信號(hào)采集單元包括設(shè)置在所述殼體外部的電極系、所述電極系通過(guò)電纜連接的電極多路調(diào)節(jié)器以及浮點(diǎn)放大器、去假濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器，所述信號(hào)分析單元包括同步疊加奇異值剔除器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理器。
[0007]進(jìn)一步地,所述電極系包括16根不極化電極,所述不極化電極和所述電極多路調(diào)節(jié)器通過(guò)32芯高強(qiáng)度防水電纜連接。
[0008]進(jìn)一步地，所述控制器還連接有用于檢測(cè)所述不極化電極是否正常的測(cè)量接地電阻按鈕，所述接地電阻按鈕設(shè)置在所述外殼上。
[0009]進(jìn)一步地，所述按鈕為觸摸式按鈕。
[0010]進(jìn)一步地，所述控制器上分別設(shè)置有電極多路調(diào)節(jié)器插槽、浮點(diǎn)放大器插槽、去假頻濾波器插槽、A/D轉(zhuǎn)換器插槽、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理器插槽和顯示器插槽，所述電極多路調(diào)節(jié)器、浮點(diǎn)放大器、去假頻濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理器和顯示器分別與所述控制器通過(guò)插槽結(jié)構(gòu)電連接。
[0011]進(jìn)一步地，所述控制器為單片機(jī)。
[0012]進(jìn)一步地，所述顯示器為8寸彩色的液晶顯示屏。
[0013]本實(shí)用新型高精度連續(xù)剖面疊加電位儀，結(jié)構(gòu)合理，該電位儀可以由操作人員通過(guò)接地電阻按鈕檢查每根電極的接地情況，可以任意選擇疊加次數(shù)，實(shí)時(shí)觀(guān)察實(shí)測(cè)曲線(xiàn)的形態(tài)，提高了觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，準(zhǔn)確率提高，觀(guān)測(cè)效果更好。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型高精度連續(xù)剖面疊加電位儀的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述。
[0016]如圖1所示，本實(shí)用新型高精度連續(xù)剖面疊加自然電位儀，包括主機(jī)和外圍輔助設(shè)備，所述主機(jī)9上設(shè)置有顯示器1、電極多路調(diào)節(jié)器2、浮點(diǎn)放大器3、去假頻濾波器4、A/D5、同步疊加奇異值剔除、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理，所述主機(jī)與外圍傳感器(不極化電極)10通過(guò)32芯高強(qiáng)度防水電纜連接，所述電極多路調(diào)節(jié)器裝置與主機(jī)有插槽相連接，浮點(diǎn)放大器、去假頻濾波器、A/D與主機(jī)電連接，同步疊加奇異值剔除、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理部分內(nèi)置于主機(jī)的處理器內(nèi)。外圍設(shè)備包括電極系7和電纜8，其中電極系含有16根不極化電極10、電纜是把采集傳感器(不極化電極)和主機(jī)聯(lián)系起來(lái)的紐帶，主機(jī)通過(guò)電纜把指令下達(dá)給采集傳感器。
[0017]當(dāng)不極化電極采集到電位信息時(shí)，通過(guò)浮點(diǎn)放大器、去假頻濾波器、A/D等轉(zhuǎn)換傳遞到主機(jī)的處理器內(nèi)，由處理器對(duì)其進(jìn)行同步疊加奇異值剔除，判斷采集的電位信息符合規(guī)范要求時(shí)，將采集的信息疊加到該點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)中，如果判斷采集的電位信息不符合規(guī)范要求時(shí)，將采集的信息放棄，重新采集，直至達(dá)到預(yù)定的疊加次數(shù)，最終將數(shù)據(jù)通過(guò)顯示器進(jìn)行顯示。
[0018]新型高精度連續(xù)剖面疊加自然電位儀，主機(jī)顯示器為8時(shí)高清晰彩色液晶顯示屏。
[0019]新型高精度連續(xù)剖面疊加自然電位儀，主機(jī)面邊上設(shè)計(jì)有測(cè)量接地電阻的按鈕，操作員可以在測(cè)量前查看每個(gè)通道上不極化電極的接地情況，對(duì)不符合要求的電極及時(shí)處理。
[0020]新型高精度連續(xù)剖面疊加自然電位儀，主機(jī)的面板采用具有性?xún)r(jià)比高，穩(wěn)定性好，功耗低，防塵，防水，防刮耐用等特點(diǎn)的電容式觸摸按鍵，且在面板上兩端設(shè)計(jì)有長(zhǎng)8厘米、高1.5厘米的硬質(zhì)橡膠手柄。
[0021]新型高精度連續(xù)剖面疊加自然電位儀，主機(jī)上設(shè)置有電極多路調(diào)節(jié)器槽、浮點(diǎn)放大器和去假頻濾波器槽、A/D模塊槽、處理器模塊槽和顯示器模塊槽，所述電極多路調(diào)節(jié)器、浮點(diǎn)放大器和去假頻濾波器、A/D模塊、處理器模塊和顯示器模塊分別位于電極多路調(diào)節(jié)器槽、浮點(diǎn)放大器和去假頻濾波器槽、A/D模塊槽、處理器模塊槽和顯示器模塊槽內(nèi)。主機(jī)面板上右上角有一 32芯的航空插頭，用已連接32芯高強(qiáng)度防水電纜。
[0022]本實(shí)用新型的高精度連續(xù)剖面疊加自然電位儀，主要解決常規(guī)自然電位法采用單點(diǎn)測(cè)量導(dǎo)致儀器分辨率低、采集信號(hào)受外界電磁場(chǎng)干擾影響大等問(wèn)題。其特征在于:在儀器外殼內(nèi)包含有一個(gè)32芯航空接頭、電極多路調(diào)節(jié)器、一塊采集電路及控制電路板。該儀器在儀器設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理等方面有一下特點(diǎn):
[0023](I)使用自備蓄電池的便攜式工控機(jī)，主頻在200MHz以上，內(nèi)存32MB，硬盤(pán)3.2GB。這樣不僅信號(hào)采集的速度和精度大大提高，且可以裝配先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件和大型計(jì)算程便于數(shù)據(jù)管理和實(shí)時(shí)計(jì)算分析。
[0024](2)由于信號(hào)較弱，所以采用了多級(jí)放大和可編程放大。為消除共模干擾，采用高性能的差分對(duì)管功率放大器。對(duì)于它的各項(xiàng)指標(biāo)均有較高的要求，這些指標(biāo)中關(guān)鍵是低噪聲、增益、頻帶寬、輸入和輸出阻抗、穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)范圍等項(xiàng)，可以在解決了噪聲指標(biāo)的基礎(chǔ)上再作進(jìn)一步的調(diào)整。欲使獲得良好的低噪聲特性，除了選用高性能的低噪聲器件，還需要對(duì)電路作周密的設(shè)計(jì)及調(diào)試。一般程序可歸納如下:首先，根據(jù)噪聲指標(biāo)、不極化電極的阻抗特性及頻帶等指標(biāo)來(lái)確定電路及所使用的元器件；在調(diào)整過(guò)程中，要對(duì)器件的工作點(diǎn)及匹配等作反復(fù)試驗(yàn)，以獲得最小噪聲系數(shù)；最后，根據(jù)放大器的非噪聲指標(biāo)來(lái)調(diào)整后續(xù)電路。要獲得低噪聲，合理地屏蔽、安裝、調(diào)試也是不可忽視的環(huán)節(jié)，其中以屏蔽措施尤為重要。
[0025](3)由于外界存在較強(qiáng)的50Hz工頻干擾，所以采用自適應(yīng)濾波法。
[0026]用自適應(yīng)濾波法能夠很好地消除50Hz工頻干擾。它要實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波，首先必須選擇一路參考通道，從中取出參考信號(hào)50Hz工頻及其諧波，與的信號(hào)中的50Hz工頻及其諧波相對(duì)應(yīng)，而與信號(hào)中的50Hz頻率分量無(wú)關(guān)。將參考信號(hào)和受干擾的信號(hào)疊加相減可消除50Hz工頻干擾。
[0027](4)高精度連續(xù)剖面疊加自然電位儀的開(kāi)發(fā)，采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和大規(guī)模集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高速采集、快速處理、實(shí)時(shí)顯示，采用無(wú)固定地址編碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋址功能。在實(shí)際探測(cè)中，根據(jù)所測(cè)疊加自然電位的色譜圖像，分析判斷異常的位置和性質(zhì)等。主機(jī)能實(shí)時(shí)顯示自然電位的數(shù)據(jù)、曲線(xiàn)或色譜圖等；對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)庫(kù)管理，具有數(shù)據(jù)編輯、平滑濾波、遠(yuǎn)電極補(bǔ)償、統(tǒng)計(jì)處理、地形校正、剖面連接等預(yù)處理功能；有數(shù)據(jù)分析功能和具有繪制剖面曲線(xiàn)的功能。該儀器設(shè)計(jì)思想新穎、結(jié)構(gòu)合理、數(shù)據(jù)采集和處理功能完備、電子開(kāi)關(guān)選址靈活。該儀器采用計(jì)算機(jī)與采集主板一體化設(shè)計(jì)；分布式電極轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)采用無(wú)固定地址編碼技術(shù)；專(zhuān)用抗干擾電纜，解決了電纜開(kāi)關(guān)的防水問(wèn)題。采集控制軟件增加了多種數(shù)字濾波，有效地抑制了干擾，提高了儀器測(cè)量的分辨率和穩(wěn)定性。該儀器在自然電位探測(cè)中技術(shù)指標(biāo)和功能總體上達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
[0028](5)使用此種儀器在單片機(jī)的控制下選擇距離待測(cè)地層點(diǎn)最近的泥巖作為參考電極，測(cè)量待測(cè)地層點(diǎn)與此參考電極之間的電位差，將此電位差記錄下來(lái)上傳至地面測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)記錄儀，得到自然電位曲線(xiàn)。具有分辨率高、信號(hào)幅度穩(wěn)定、測(cè)量不易受外界電磁場(chǎng)干擾等特點(diǎn)
[0029]1、本實(shí)用新型高精度連續(xù)剖面疊加自然電位儀是供野外使用的，要求體積小、重量輕、功耗低、存儲(chǔ)量大、耐高溫、耐低溫和防水、防磁等；
[0030]2、本實(shí)用新型，自然電場(chǎng)信號(hào)的特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍大，信號(hào)很弱，所以?xún)x器應(yīng)具有分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)、采樣速度快和動(dòng)態(tài)范圍大等特點(diǎn)；
[0031]3、本實(shí)用新型，自然電場(chǎng)法的觀(guān)測(cè)方式電位觀(guān)測(cè)、梯度觀(guān)測(cè)和環(huán)形觀(guān)測(cè)。因此儀器的觀(guān)測(cè)方式也應(yīng)可供相應(yīng)選擇；
[0032]4、本實(shí)用新型，多測(cè)道、疊加次數(shù)根據(jù)需要確定、同步連續(xù)剖面觀(guān)測(cè)技術(shù)，一次布極可以完成多個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量工作，且在一定的時(shí)間段內(nèi)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)可取得多個(gè)采集數(shù)據(jù)；
[0033]5、本實(shí)用新型，儀器的測(cè)道數(shù)為16道，可實(shí)現(xiàn)多道時(shí)序記錄，儀器測(cè)量精度為0.0lmv,儀器自動(dòng)記錄觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，使原始資料更真實(shí)、可靠。
[0034]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度連續(xù)剖面疊加電位儀，其特征在于:包括殼體、設(shè)置在所述殼體上的顯示器以及設(shè)置在所述殼體內(nèi)的控制器，所述控制器電連接信號(hào)采集單元和信號(hào)分析單元，其中所述信號(hào)采集單元包括設(shè)置在所述殼體外部的電極系、所述電極系通過(guò)電纜連接的電極多路調(diào)節(jié)器以及浮點(diǎn)放大器、去假濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器，所述信號(hào)分析單元包括同步疊加奇異值剔除器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度連續(xù)剖面疊加電位儀，其特征在于:所述電極系包括16根不極化電極，所述不極化電極和所述電極多路調(diào)節(jié)器通過(guò)32芯高強(qiáng)度防水電纜連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高精度連續(xù)剖面疊加電位儀，其特征在于:所述控制器還連接有用于檢測(cè)所述不極化電極是否正常的測(cè)量接地電阻按鈕，所述接地電阻按鈕設(shè)置在所述外殼上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高精度連續(xù)剖面疊加電位儀，其特征在于:所述按鈕為觸摸式按鈕。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度連續(xù)剖面疊加電位儀，其特征在于:所述控制器上分別設(shè)置有電極多路調(diào)節(jié)器插槽、浮點(diǎn)放大器插槽、去假頻濾波器插槽、A/D轉(zhuǎn)換器插槽、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理器插槽和顯示器插槽，所述電極多路調(diào)節(jié)器、浮點(diǎn)放大器、去假頻濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理器和顯示器分別與所述控制器通過(guò)插槽結(jié)構(gòu)電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度連續(xù)剖面疊加電位儀，其特征在于:所述控制器為單片機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度連續(xù)剖面疊加電位儀，其特征在于:所述顯示器為8寸彩色的液晶顯示屏。
【文檔編號(hào)】G01V3/08GK204044378SQ201420276202
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】馮西會(huì), 劉江, 康荔, 王一凡, 沈福斌, 劉江賓 申請(qǐng)人:陜西省煤田物探測(cè)繪有限公司