[发明专利]一种单通道大地电场仪

说明书

技术领域

本发明涉及陆地勘探领域，具体为陆地大地电场观测技术领域，特别涉及一种单通道大地电场仪。

背景技术

通过观测天然变化的电场水平分量，将电场信号转换成视电阻率曲线和相位曲线，然后反演求得各地层的电阻率和厚度值。是研究大地深层结构的重要方法，目前的电场测量趋势是采用分布式多道同步观测技术，大功率发射技术、同步宽带接收技术，实现了一次发射即可在多点/多线进行阵列式覆盖观测，并可实现面积性的三维覆盖观测，有利于提高观测数据的质量和野外工作效率。目前，国际上主流的大地电场测量仪，如GMS-07综合电磁仪、凤凰V8多功能接收器、KMS阵列电场系统等都是综合性多通道大地电场仪，其结构复杂，此外多通道采集布线困难，需要大量线缆，传输速度慢、功耗高，需要配备大型电瓶供电，不适宜进行长期的电场观测，价格昂贵，每台单价数十万元，不适宜密集式多通道数据采集。

随着野外地质作业及数据采集实时分析的需要，急需一种低成本、低功耗、便携性高的用于大地地质勘探的单通道大地电场仪。

发明内容

为了解决现实需要，本发明公开一种单通道大地电场仪，针对现有技术的不足，提供一种体积小、结构简单、功耗低、适合长期电场观测和密集式电场测量的单通道大地电场仪，满足大地地质勘探的需求。

为达到上述目的，根据本发明的第一方面，提供一种单通道大地电场仪，其包括单通道大地电场仪室、尾椎、电极线缆和两个外部测量电极；尾椎呈圆锥状，用于插入土中固定整个单通道大地电场仪，位于单通道大地电场仪室下方，圆锥状尾椎的粗端通过螺栓与单通道大地电场仪室连接，螺栓与单通道大地电场仪室之间由O型圈进行密封；在单通道大地电场仪室内部设置有采集模块、GPS模块和无线传输模块，采集模块由运算放大器，模数转换器，微控制器，SD存储卡组成；单通道大地电场仪的微控制器(核心控制部件)通过UART接口与GPS模块相连，通过SPI接口与无线传输模块连接；电极线缆自单通道大地电场仪室内部引出并连接两个外部测量电极，电极线缆在单通道大地电场仪室内部焊接在采集模块的电路板上，实现了单通道即单个采集源的电场数据采集功能。

其中，两个外部测量电极之间的差分信号作为一路输入信号输入到采集模块电路板，实现单通道即单个采集源的电场信号采集；采集模块中运放电路采用差分输入输出方式，由结构相同的正信号通道与负信号通道构成，每个信号通道都包括运算放大器以及反馈电阻，使放大倍数根据电阻大小可调。

优选地，利用无线传输技术现场检测单通道大地电场仪，即由计算机通过无线传输技术与单通道大地电场仪内部无线传输模块连接；在微控制器控制下，采集的数据传输到单通道大地电场仪内部无线传输模块，单通道大地电场仪内部无线传输模块再通过无线传输技术发送到计算机上，在计算机上进行数据质量检测。

优选地，通过所述无线传输模块控制单通道大地电场仪的工作状态，单通道大地电场仪处于休眠模式时，休眠模式功率消耗：0.8mW，单通道大地电场仪处于工作模式时功率消耗：0.1W；工作模式结束后自动进入休眠模式。

根据本发明第二方面，使用本发明的单通道大地电场仪的方法包括下列步骤：

(1)选择好布设地点和方位，利用尾锥固定单通道大地电场仪。第一单通道大地电场仪和第二单通道大地电场仪布设在同一位置，两条缆线相互垂直布放，如第一单通道大地电场仪两条线缆正南正北布设，第二单通道大地电场仪的线缆则正东正西进行布设，实现同一地点的相互垂直方向数据采集。

(2)选择合适第一单通道大地电场仪和第二单通道大地电场仪之间的极距，利用线缆将电极放置到合适位置。

(3)将单通道大地电场仪通过USB接口唤醒后，利用计算机连接单通道大地电场仪无线模块。

(4)利用无线模块设置单通道大地电场仪采集时间、采样率等参数。

(5)单通道大地电场仪进入采集状态后，利用无线接收实时数据，验证数据。

(6)验证数据结束后，关闭单通道大地电场仪无线模块，设置下一台单通道大地电场仪。

(7)采集结束后，利用USB接口连接计算机，通过大容量存储设备提取数据，提取结束后再次进入休眠模式。

本发明单通道大地电场仪成本每台1000元，同等价格下，可实现采集通道比50∶1。

附图说明

图1为本发明单通道大地电场仪电子电路板结构框图；

图2为本发明单通道大地电场仪采集模块电路结构图；

图3为本发明单通道大地电场仪前端运放网络；