一种地震前兆地电场监测系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种地震前兆地电场监测系统及其方法，包括信号接收单元、信号预处理单元、数据采集单元、控制计算机以及数据通信单元；所述信号接收单元，用于监测以及获取多个不同监测点的地电信号；所述信号预处理单元，用于将上述地电信号滤波；所述数据采集单元用于采集来自不同监测点的且经过滤波后的有效信号，并将得到的电压信号转化为数字信号；所述控制计算机用于接收上述数字信号，并实时显示，将地电场电压数据与地震目录拟合绘图，以实现地震前兆的地电场电位监测。本发明专利技术具有仪器结构简单、抗干扰能力强、观测数据稳定、生产成本较低等优点，能够实现地震前兆地电数据的连续全自动实时采集。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种地震前兆地电场监测系统及其方法，属于地震监测

技术介绍
近年来由于高科技和网络技术的高速发展，地震前兆监测预警方法也得到快速发展。如震前次声波、卫星热红外、卫星重力异常、天然电磁脉冲、对流层温度异常等监测。天然地电场的监测也是其中的一个重要方法。我国从1966年3月2日的邢台7.2级地震后，由赵玉林、钱复业二人将视电阻率法移植到地震预报中来，同时测量电阻率和自然电场，这在当时称为形变电阻率法，后来改称为地电阻率法。这种方法采用人工供电，极距大，需要的电压高。另外，这种仪器的造价和维护花费高，容易遭到雷击而破坏，也还没有能够得到大范围使用。1984年开始，希腊的VAN小组开始在国际上发表关于震前地电场变化的文章，于1988年起他们曾多次公开发表预报意见，成功预测出几次5～6级地震，由此，这种根据地电场来预报地震的问题在学术界引起了极大的反响。希腊VAN小组通过观测两个电极之间的地电流变化来观测大地电场(即自然电位)的瞬态变化。但是由于他们的设备还没有达到完全突出地震前震源体发出的共振波信号的工作能力，对于三要素的定量预测还存在一定的问题，并没有得到大批量推广应用。
技术实现思路
为了克服上述现有技术之不足，本专利技术的一个目的在于提供一种地震前兆地电场监测系统，其结构简单、抗干扰能力强、观测数据稳定、生产成本较低，能够实现地震前兆地电数据的多通道连续全自动实时采集。本专利技术的另一目的还在于提供一种使用地震前兆地电场监测系统的方法，其多通道采集信号后通过计算机实时显示，将地电场电压数据与地震目录拟合绘图，实现了地震前兆的地电场电位监测。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种地震前兆地电场监测系统，包括信号接收单元、信号预处理单元、数据采集单元、控制计算机以及数据通信单元；所述信号接收单元，用于监测以及获取多个不同监测点的地电信号；所述信号预处理单元，用于将上述地电信号滤波；所述数据采集单元，用于采集来自不同监测点的且经过滤波后的有效信号，并将得到的电压信号转化为数字信号；所述控制计算机，用于接收上述数字信号，并实时显示，将地电场电压数据与地震目录拟合绘图，以实现地震前兆的地电场电位监测；所述数据通信单元，用于地电采集电极、滤波器、数据采集单元、控制计算机之间的信号连接及传输。作为进一步的优选，所述信号接收单元包括用于地电采集的不极化电极，目前地电采集的电极多选碳-碳、铅-铅作同性电极、选碳-铅作异性电极，也有选碳和铜、铁、锌、不锈钢作异性电极的，实践证明用铅-铅作电极材料，效果较佳，但是铅质电极有极化现象，铅电极的极化是地电场方法测量中的主要干扰，故地震前兆地电监测采用不极化电极为最佳，以减少电极极化的影响。作为进一步的优选，根据所需方位要求及场地实际情况，采用米字型、三角形或十字型等布极方式来布置多个不极化电极。作为进一步的优选，多个不极化电极的极距1.5-3m为宜，埋深50-150cm，埋深越大抗干扰能力越好。作为进一步的优选，多个所述不极化电极能够同时监测16个方位地电信号。作为进一步的优选，多个所述不极化电极采用米字型布极，监测4个方位电位差，即采用4个通道。作为进一步的优选，所述信号预处理单元包括低通滤波器，截止频率为1.6Hz。低通滤波器由电阻和电容串联组合，低通滤波器能够将一些高频信号过滤掉，采用硬件滤波，减少了不确定因素对信号的干扰，使采集到的信号更干净，更稳定；在采样频率为200Hz时，设计得低通滤波器截止频率为1.6Hz，即频率高于1.6Hz的信号将无法进入多通道数据采集单元中(或者高频信号大幅度衰减，幅值接近于可以忽略)。作为进一步的优选，所述数据采集单元包括多通道的数据采集卡，模拟电压输入范围：0-1V；A/D转换分辨率：12位；采集速度：采样速度可调，目前使用频率为1Hz；数据记录长度：单通道最大16384点，双通道最大8192点；工作温度：0-+70℃。其采集数据量大，每秒钟采集一个数据，实现实时持续采集监测。作为进一步的优选，所述数据通信单元采用电缆导线，用于各单元之间的数据信号连接及传输。一种使用上述地震前兆地电场监测系统的方法，包括如下步骤：(1)选择好布设地点和方位，将所述信号接收单元埋于地下，并布极设置成可同时监测多个方位的地电信号；(2)接收到的地电信号通过导线等数据通信单元输送给所述信号预处理单元进行滤波；(3)通过滤波后的有效信号传至多通道数据采集单元；数据采集单元再将电压信号转化为数字信号，与控制计算机相连；(4)通过控制计算机将数字信号以图形的形式展现出来，同时也可以将数字信号保存为txt文本文件，进一步利用其它软件按需求处理数据。作为进一步的优选，多通道所述数据采集单元每秒钟采集一个即时观测数据，并将电位情况即时以图形的形式在计算机屏幕上显示，因此可以在正常监测的同时观测异常情况，在步骤(4)中控制计算机将当天地电场电压数据与地震目录用MATLAB拟合绘图，实现地震前兆的地电场电位监测。作为进一步的优选，使用多通道数据采集单元中的数据采集卡采集四个方向(SN、EW、NE、NW)自然电场电压值汇集到计算机，频率为1，即每秒采集四个方向各一个数值，放任计算机自己采集，每天保存数据绘图。作为进一步的优选，提取出每天实时记录的数据前把无效数据清除，无效数据即未在记录时系统自带数据。本申请中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：1、由于采用了不极化电极，解决了电极极化对地电信号的干扰，能够监测得到稳定的地电信号。2、采用多个不极化电极布极在多个不同的方位或监测点，实现了多方位多通道的实时监测。3、采用低通滤波器能够将一些高频信号过滤掉，采用硬件滤波，减少了不确定因素对信号的干扰，使采集到的信号更干净，更稳定。4、采用多通道数据数据采集单元来采集不同的方位或通道传来的地电信号，能够实现地震前兆地电数据的连续全自动实时采集。5、本申请监测系统采用了地电采集电极、滤波器、数据采集单元、控制计算机以及数据通信单元，结构简单，生产成本较低，可以得到大批量推广应用。附图说明图1为本专利技术实施例多通道地震前兆地电场监测系统的方框结构示意图。图中标记说明如下：100-不极化电极、200-低通滤波器、300-数据采集单元、400-计算机、500-导线。具体实施方式本专利技术目的的实现、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地震前兆地电场监测系统，包括信号接收单元、信号预处理单元、数据采集单元、控制计算机以及数据通信单元；其特征在于：所述信号接收单元，用于监测以及获取多个不同监测点的地电信号；所述信号预处理单元，用于将所述地电信号滤波；所述数据采集单元，用于采集来自不同监测点的且经过滤波后的有效信号，并将得到的电压信号转化为数字信号；所述控制计算机，用于接收所述数字信号，并实时显示，将地电场电压数据与地震目录拟合绘图，实现地震前兆的地电场电位监测；所述数据通信单元，用于信号接收单元、信号预处理单元、数据采集单元、控制计算机之间的信号连接及传输。

【技术特征摘要】
1.一种地震前兆地电场监测系统，包括信号接收单元、信号预处理单元、
数据采集单元、控制计算机以及数据通信单元；其特征在于：
所述信号接收单元，用于监测以及获取多个不同监测点的地电信号；
所述信号预处理单元，用于将所述地电信号滤波；
所述数据采集单元，用于采集来自不同监测点的且经过滤波后的有效信号，
并将得到的电压信号转化为数字信号；
所述控制计算机，用于接收所述数字信号，并实时显示，将地电场电压数
据与地震目录拟合绘图，实现地震前兆的地电场电位监测；
所述数据通信单元，用于信号接收单元、信号预处理单元、数据采集单元、
控制计算机之间的信号连接及传输。
2.根据权利要求1所述的地震前兆地电场监测系统，其特征在于：所述信
号接收单元包括用于地电采集的不极化电极。
3.根据权利要求2所述的地震前兆地电场监测系统，其特征在于：多个不
极化电极采用米字型、三角形或十字型布极方式；多个不极化电极的极距为
1.5-3m，埋深50——150cm。
4.根据权利要求3所述的地震前兆地电场监测系统，其特征在于：多个所
述不极化电极同时监测16个方位地电信号。
5.根据权利要求3所述的地震前兆地电场监测系统，其特征在于：多个所
述不极化电极采用米字型布极，监测4个方位...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜秋姣，曾佐勋，董浩斌，沈今川，阳德华，迟大恒，代青沁，李献瑞，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42