一种电磁法勘探电场测量用的电极极差消除系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种电磁法勘探电场测量用的电极极差消除系统及方法，包括：电极模块、电极电荷提取模块、仪表放大模块、电极电荷补偿模块；所述电极模块用于耦合电场信号，伴随形成电极双电层；所述电极电荷提取模块用于提取所述电极双电层转移的电荷；所述仪表放大模块用于基于提取所述电极双电层转移的电荷，获得所述电极双电层的电荷量；所述电极电荷补偿模块用于根据所述电极双电层的电荷量，通过电容将等量电荷反向补偿到所述电极模块中，完成电极极差消除。本发明专利技术通过电路补偿极差电荷的方式，实现电极极差的完全消除，避免了传统电场测量要求电极极差小于0.1mV，以及电极加工和使用过程中需要进行配对的限制，得到电极极差消除的方法。消除的方法。消除的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁法勘探电场测量用的电极极差消除系统及方法


[0001]本专利技术涉及地球物理勘探中电磁勘探地面电场精密测量
，特别涉及一种电磁法勘探电场测量用的电极极差消除系统。

技术介绍

[0002]地电场测量主要观测地电场的地表分量及其时空分布，根据不同的场源，地电场可分为大地电场和自然电场，其中大地电场是由地球外部各种场源在地表面感应产生的分布于整个地表或较大地域的变化电场；自然电场时地下介质由于各种物理化学作用在地表形成的较为稳定的电场。
[0003]地电场通常利用电极加上低噪声放大电路实现电场信号的拾取，电极极差是电极的固有特性，其稳定性受环境温度、电极离子浓度等因数的影响。电极极差是一个低频的漂移信号，交流耦合是常用的电极极差消除方法，但对于深部超深部介质的有效电场信号低于千秒甚至万秒的超低频，而低频电场信号放大电路通常为低输入阻抗变压器耦合的斩波放大器，导致交流耦合的隔直电容体积大，稳定性差，消除极差效果差。而直流耦合方式中，电极极差过大会导致大增益放大电路的输出饱和，从而限制微弱电场信号的放大处理，因此一般要求限制电极极差小于0.1mV，导致电极加工和使用过程中需要进行配对，对电极输出进行斩波调制，然后对信号进行自动补偿可以极大消除极差的影响，基于斩波运放的电极极差自动补偿方法的极差提取方法采用大时间常数的低通滤波模块，只能对比电场频率低的静态极差具有效果，对于随环境温度与离子浓度变化的极差漂移效果有限，无法彻底消除电极极差的影响。
[0004]根据现有地电场观测记录，其中记录数据同时包含了大地电场以及电极极差噪声，可见大地电场的频率与电极噪声的频率是严重重合的，无法采用传统的方法来消除。并且针对直流耦合方式电场信号放大采集中点极差可能导致运放器件饱和的问题，交流耦合方式消除效果差，还存在斩波补偿无法消除动态极差问题。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提出一种电磁法勘探电场测量用的电极极差消除系统及方法，以解决现有技术中存在的技术问题，能够通过电路补偿极差电荷的方式，实现电极极差的完全消除，避免了传统电场测量要求电极极差小于0.1mV，以及电极加工和使用过程中需要进行配对的限制。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种电磁法勘探电场测量用的电极极差消除系统，包括：电极模块、电极电荷提取模块、仪表放大模块、电极电荷补偿模块；
[0007]所述电极模块用于耦合电场信号，伴随形成电极双电层；
[0008]所述电极电荷提取模块用于提取所述电极双电层转移的电荷；
[0009]所述仪表放大模块用于基于提取所述电极双电层转移的电荷，获得所述电极双电
层的电荷量；
[0010]所述电极电荷补偿模块用于根据所述电极双电层的电荷量，通过电容将等量电荷反向补偿到所述电极模块中，完成电极极差消除。
[0011]优选地，所述电极模块包括电极接地电阻(Rp)、电极双电层电容(Cp)、电极双电层电容极差信号源(ep)、大地电场信号源(E)；
[0012]所述大地电场信号源(E)一端分别与所述电极接地电阻(Rp)、电极双电层电容极差信号源(ep)相连，另一端接地；所述电极双电层电容极差信号源(ep)与所述电极双电层电容(Cp)串联连接；所述电极双电层电容(Cp)与所述电极接地电阻(Rp)相连；所述电极接地电阻(Rp)与所述电极双电层电容(Cp)均与所述电极电荷提取模块相连。
[0013]优选地，所述电极电荷提取模块包括电极电荷提取电容(Cc)；所述电极电荷提取电容(Cc)与所述仪表放大模块、电极电荷补偿模块、电极模块分别相连。
[0014]优选地，所述仪表放大模块包括第一放大器(U1)、第二放大器(U2)、第三放大器(U3)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)；
[0015]所述第一放大器(U1)和所述第二放大器(U2)的正向输入端分别与所述电极电荷提取电容(Cc)的两端相连；
[0016]所述第一放大器(U1)的反向输入端与所述第一电阻(R1)、第二电阻(R2)分别相连；所述第一放大器(U1)的输出端与所述第一电阻(R1)、第四电阻(R4)分别相连；
[0017]所述第二放大器(U2)的反向输入端与所述第二电阻(R2)、第三电阻(R3)分别相连；所述第二放大器(U2)的输出端与所述第三电阻(R3)、第六电阻(R6)分别相连；
[0018]所述第三放大器(U3)的反向输入端与所述第四电阻(R4)、第五电阻(R5)分别相连；所述第三放大器(U3)的正向输入端与所述第六电阻(R6)、第七电阻(R7)分别相连；所述第三放大器(U3)的输出端分别与所述第五电阻(R5)、电极电荷补偿模块相连；
[0019]所述第七电阻(R7)接地。
[0020]优选地，所述仪表放大模块采用低噪声放大器。
[0021]优选地，所述电极电荷补偿模块包括第四放大器(U4)、第八电阻(Rpi)、电容(Cpi)；
[0022]所述第四放大器(U4)的反向输入端与所述第八电阻(Rpi)、电容(Cpi)分别相连；所述第四放大器(U4)的输出端与所述电容(Cpi)和所述电极电荷提取电容(Cc)相连；所述第四放大器(U4)的正向输入端接地；
[0023]所述第八电阻(Rpi)与所述第三放大器(U3)的输出端相连。
[0024]优选地，所述电极电荷补偿模块采用低噪声运放模式。
[0025]一种电磁法勘探电场测量用的电极极差消除方法，包括以下步骤：
[0026]S1.通过电极耦合电场信号，伴随形成电极双电层；
[0027]S2.转移所述电极双电层的电荷；
[0028]S3.基于所述电极双电层电荷的转移获得电极双电层电荷量；
[0029]S4.根据所述电极双电层电荷量对电极双电层进行反向补偿，完成电极极差消除。
[0030]优选地，所述反向补偿具体为：获取所述电极双电层电荷量相同的等量电荷，通过所述等量电荷对电极双电层进行反向补偿。
[0031]本专利技术公开了以下技术效果：
[0032]本专利技术从电极极差的产生原理出发，通过电路补偿极差电荷的方式，实现电极极差的完全消除，避免了传统电场测量要求电极极差小于0.1mV，以及电极加工和使用过程中需要进行配对的限制，能够适用于任何极化电极和不极化电极的接触式电极极差消除，并且不需要考虑电极极差的大小，也不需要进行电极配对，大大降低了电极的加工成本。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1为本专利技术的系统模块图；
[0035]图2为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁法勘探电场测量用的电极极差消除系统，其特征在于，包括：电极模块、电极电荷提取模块、仪表放大模块、电极电荷补偿模块；所述电极模块用于耦合电场信号，伴随形成电极双电层；所述电极电荷提取模块用于提取所述电极双电层转移的电荷；所述仪表放大模块用于基于提取所述电极双电层转移的电荷，获得所述电极双电层的电荷量；所述电极电荷补偿模块用于根据所述电极双电层的电荷量，通过电容将等量电荷反向补偿到所述电极模块中，完成电极极差消除。2.根据权利要求1所述的电磁法勘探电场测量用的电极极差消除系统，其特征在于，所述电极模块对应的电路模型包括电极接地电阻(Rp)、电极双电层电容(Cp)、电极双电层电容极差信号源(ep)、大地电场信号源(E)；所述大地电场信号源(E)一端分别与所述电极接地电阻(Rp)、电极双电层电容极差信号源(ep)相连，另一端接地；所述电极双电层电容极差信号源(ep)与所述电极双电层电容(Cp)串联连接；所述电极双电层电容(Cp)与所述电极接地电阻(Rp)相连；所述电极接地电阻(Rp)与所述电极双电层电容(Cp)均与所述电极电荷提取模块相连。3.根据权利要求1所述的电磁法勘探电场测量用的电极极差消除系统，其特征在于，所述电极电荷提取模块包括电极电荷提取电容(Cc)；所述电极电荷提取电容(Cc)与所述仪表放大模块、电极电荷补偿模块、电极模块分别相连。4.根据权利要求3所述的电磁法勘探电场测量用的电极极差消除系统，其特征在于，所述仪表放大模块包括第一放大器(U1)、第二放大器(U2)、第三放大器(U3)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)；所述第一放大器(U1)和所述第二放大器(U2)的正向输入端分别与所述电极电荷提取电容(Cc)的两端相连；所述第一放大器(U1)的反向输入端与所述第一电阻(R1)、第二电阻(R2)分别相连；所述第一放...

【专利技术属性】
技术研发人员：真齐辉，底青云，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：