正弦波相位激电的技术方案制造技术

“正弦波相位激电的技术方案”是国土资源方面科学方法与应用研究领域的、地质勘探之物探新技术开发，属频率域激发极化法的相位激电分支，测量参数为单频率或多频率的绝对相位和视电阻率。本方案基于窄带滤波可大分贝衰减干扰信号、单频正弦波滤波物理相移可补偿的特性，用单片机锁定正弦波信号，直接刻读相位，在正弦波波峰处模拟采集振幅，具有简单快捷和经济高效的特点，适应各种有色金属的地质普查和详查，并适合强工频干扰和强游散直流干扰的矿山物探。应用该方案解决了目前频谱激电和相位激电的高成本低效益、不适合地质普查、和不适合矿山物探的弊病，可作为现有频率域激电技术应用的快速和便利手段，应用于地质勘探和矿山生产中。

【技术实现步骤摘要】
正弦波相位激电的技术方案一、
本专利技术“正弦波相位激电的技术方案”属国土资源科学方法的技术开发与应用研究领域，是地质勘查之物探技术应用的新方法，分属频率域激发极化法的相位激电分支。二、技术背景“正弦波相位激电的技术方案”，简称正弦波相位激电，测量视绝对相位ψs(mrad)和视电阻率ρs(Ωm)，是专利技术人独立研究的新方法，具有独立自主产权。频率域激电，包含频谱激电和相位激电两个分支，是近几年来逐渐推广的新技术，但目前的应用还不够成熟，仅适合室内研究和地质详查，和对其它物探异常的做评价；正弦波相位激电，可解决目前频谱激电和相位激电的高成本低效益、不适合地质普查、和不适合矿山物探的弊病，将作为现有频率域激电技术应用的快速和便利手段，应用于地质勘探和矿山生产中。（一）时间域激电(TDIP)时间域激电，是使用等间隔的脉冲方波正反向发射供电，接收机测量供电一次场，计算出电阻率ρs(Ωm)，然后在一次场消失的瞬间测量地质体上激发感应的二次电场，经过相对一次场幅值的归一化处理后，得激电参数ηs(%)；早期的时间域激电，A、B电极供电发射脉宽10S(秒)周期40S的信号，由于存在大地电场和自然电位SP等影响，接收机接收△UMN信号，操作时需要手动补偿，因此单点测量的仪器操作最快耗时1分钟，后期出现供电脉宽可选2S/4S/8S、周期8S/16S/32S的仪器，接收机手动补偿加自动补偿，野外测量速度相应加快。时间域激电为地质勘探提供了大量的激电异常，在有色金属找矿中富有成效，但是，因石墨化(碳质经过岩浆热液变质)干扰，仍有相当数量的激电异常，在疑似为铜、铅、锌等硫化物矿时，验证失败，因此时间域激电的应用在找矿物探中遭遇瓶颈。（二）频谱激电(SIP)频谱激电的原理，源于岩矿地层存在的复电阻率，根据W.H.Pelton等通过对大量岩矿石标本和露头测量，和柯尔-柯尔模型对激电效应的频率特性描述，复电阻率表达式为：其中:ρ0表示零频率时的电阻率，m、τ、c分别表示极化率(或充电率)、时间常数和频率相关系数。理论上频谱激电(SIP)要在10-3--n102Hz的广域内观测，但在实际应用中，信号源只能发射有限数量的频率点，以国内常见的V-6/V-8多功能激电仪(加拿大凤凰公司)、和GDP-32Ⅱ多功能激电仪(美国钟氏公司)为代表，频谱激电野外工作时，一般在0.0313--256Hz宽频段内选择18--27个频点发射和接收，接收机对接收的信号，先经过对工频干扰信号的陷波器处理，然后再按发射方波逻辑时序，在宽频带的范围内做信号放大和A/D采集，经过傅氏变换和DSP运算，得出零频电阻率ρs0和各个频点的电阻率ρs、充电率(激化率)ms、时间常数τs、频率相关系数cs。根据频谱激电的实验和野外实践，地质上金属硫化物矿和矿化为高极化、低电阻率、中等时间常数(τs=0.1－2s)、小频率相关系数(cs<0.2),致密富矿时间常数(τs=2－10s)，石墨为为低阻、高激化、大时间常数(τs>n10s)，较大频率相关系数(cs>0.3),以此作为物探解释找矿的依据，实践中取得了较好的效果，并且对区分铜、铅、锌等矿体异常和石墨干扰方法有效，解决了时间域激电的瓶颈问题，其中，时间常数τs和矿体的结晶颗粒大小相关，结晶颗粒越小越致密则τs值越大，电测深τs等值线异常的二维断面，能和矿体产状良好对应，指示效果明显。由于频谱激电技术复杂，仪器信号通道要求精密低漂移，信号A/D采集要求高精度，数字信号处理需要DSP运算，所以设备成本较高；而信号通道采用陷波器滤除工频干扰，不仅工频干扰压制不彻底(V-8仪器压制工频50Hz/60Hz衰减-40dB)，而且滤波会导致相近频率点出现物理相移，致使测量误差加大；扫频测量所用频点多用时长，以V-8仪器扫频25个频点为例，一个轮转数据自动采集需35分钟，加上跑极等辅助工作，完成单点测量，所用时间35--60分钟；而且接收机采集极低频信号，受大地电场和自然电位影响，电极接地条件要求比时间域激电和相位激电都严格，施工难度极大；诸多因素，导致频谱激电适合室内研究和地质详查，不适合大面积的物探普查。（三）国内现有相位激电的现状柯尔理论复电阻率公式展开有实数和虚数两部分，在交变电场中，实部和虚部之间存在相位差，表现在野外激电物探中，地质体上测得的电位差△UMN较发射电流IAB有一定的相位滞后ψ，当频率一定时，激电效应越强，延迟相位ψ越大；物探测量某一频率的延迟相位，称之某频率的(绝对)相位激电测量，测量不同频率相位的相对差，称之相对相位差激电测量。目前国内常用的相位激电，如FX-1福相仪，测量绝对相位，WSJ-3相位激电仪,测量相对相位差，它们都使用频率相干技术，即用恒流源的形式同步脉冲发射源信号，接收机将电流的同步信号(正弦波)和同步正交信号(余弦波)分别与测量信号相乘再积分滤波，得复变量的直流实变量和直流虚变量，然后虚实分量相除再求反正切得相位，实虚变量均方根运算得复振幅，公式如下：FX-1型福相仪是时间域激电向频率域激电发展的一个中间典型，它连续发射频率小于0.25Hz的单频矩形波(对称方波)，因为没有了时间域激电的停电间隔，测量的时间效率有所的提高，测量参数为时间域激化率ηs、电阻率ρs，和频率域激电一个频率点的绝对相位ψs。由于FX-1在10-1Hz频段测量，所测激化率ηs和相位ψs的性质相当，有用信息提升不多，并面临和时间域激电一样的瓶颈问题，对区分硫化物矿异常和石墨干扰没有实质意义。WSJ-3相位激电仪是目前国内比较先进的新相位激电仪，它在0.03125--8Hz范围内划分9个频点，即｛8Hz,4Hz,2Hz,1Hz,0.5Hz,0.25Hz,0.125Hz,0.0625Hz,0.03125Hz}，并划分五组，每组以相邻五个频点为一组，按伪随机顺序组合，以正负恒流方波的形式脉冲发射。接收信号通道经过对工频干扰信号的滤波后，对五频点的宽带信号，分十路做相干检波处理，其中每一个频点都有各自的同步和正交两路相干信号，经过A/D采集、虚实变量除法和反正切运算，得到五个频点的相位和振幅。WSJ相位激电的测量结果，通过高频段的相对相位差、和与低频段的相对相位差对比，可以区分硫化物异常与石墨干扰，解决了时间域激电的瓶颈问题，在野外物探中应用较好；但由于WSJ激电仪和频谱激电仪一样，要在宽频段内采集极低频等多频混叠信号，电极接地条件差和现场劳动强度大的主要缺点没有改善，而且仪器要用积分滤波消除频率相干后的交流信号，这种办法因极低频信号处理导致测量周期长，物探测量速度慢的改良空间很小，虽然仪器成本稍有降低，但对比频谱激电没有技术优势。相比时间域激电，WJS所代表的相位激电，仍然是原理复杂、抗工频干扰能力差、接地条件差、测点周期长，野外的实用性有待进一步提高。（四）国外相位激电仪的借鉴目前国内有使用进口仪器做相位激电测量的，如V-8和GDP-32Ⅱ多功能电法仪，实际上它们虽然做相位激电测量，但仍称之为CR(复电阻率)或SIP(频谱激电)测量，因为不管是测量ψs的相位激电，或是测量ρ、m、τ、c的频谱激电，其数据采集方式和数据处理是一样的，输出频谱激电或相位激电，仅因为软件的输出方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.正弦波信号频率锁定(与单片机时钟同步)、和激电相位直接刻读、正弦波波峰处A/D采集振幅。

【技术特征摘要】
1.正弦波信号频率锁定(与单片机时钟同步)、和激电相位直接刻读、正弦波波峰处A/D采集振幅。2.在单频信号的窄带滤波中，正弦波信号的物理...

【专利技术属性】
技术研发人员：包金成，张生旭，
申请(专利权)人：包金成，
类型：发明
国别省市：河南,41