[发明专利]一种电容性电场传感器

说明书

技术领域

本发明涉及地球物理勘探中地电场的测量装置，特别涉及一种电容性电场传感器，应用于电法勘探中的电场数据采集。

背景技术

目前，在电法勘探中为了减小金属电极极化的影响，普遍使用不极化电极进行地电场的数据采集。如图1所示，不极化电极通常由电极芯1、电解质3、电极保护壳2、底部装置4和5、顶部装置6及输出线7组成，电极芯通常由某种金属制成，如铅、铜、银等，电解质由该金属的金属盐与填充物质按一定比例混合制成，电解质的物理形态可以为固体或液体，电极形状可以为圆柱状或锥状。不极化电极在使用时将电极埋入地下，并视土壤条件浇灌适量盐水。电解质通过电极底部通孔渗透到大地，与大地中的离子发生氧化还原反应，进而获取大地的电场电势值。但是这种不极化电极在实际使用中存在诸多不便和困难之处：(1)为改善不极化电极与大地的接触条件，在布设电极时需要将不极化电极埋入地下并灌水，这在作业时十分不便，在如沙漠、沙石、冻土等地带变得困难甚至不可能；(2)不极化电极在存放时有严格要求，须将电极放置在相应的溶液之中，电极底部不能长时间裸露在空气中；(3)不极化电极在使用前需进行配对，以达到较小的极差；(4)不极化电极难以长时间连续稳定工作，由于浇灌盐水的流失，不极化电极接地条件发生改变，导致测量效果产生差异。

为应对不极化电极的这些缺陷，人们从上世纪70年代开始尝试使用电容性电场传感器(或称电容性电极)，在90年代之后国外多个国家开展电容性电场传感器的相关研究，并有商业产品面向市场，如美国Geometrics公司所推出的Ohm-Mapper。但这些产品中存在明显的不足：它们均工作在较高的频率，仅能探测地下浅层目标，与不极化电极的性能有不小差距，无法取代不极化电极。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的主要目的之一在于提供一种电容性电场传感器，以便能够直接放置于地面上、无需掩埋和灌水即能进行地电场测量，同时该电场传感器具有很好的低频特性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种电容性电场传感器，包括：

电极板，用于感应地电场电势；

短导线，用于将所述电极板接收到的信号传输至前置放大器输入端；

前置放大器，用于将所述电极板接收的电场电荷信号转换为电压信号并进行调理；以及

传感器输出线，用于将所述调理后的电压信号输出；

其中，所述电极板使用金属材料制成，与地面不直接接触。

其中，所述电极板使用的金属材料选自铜、铝、钛或钽。

其中，所述短导线表面覆有由聚四氟乙烯材料制成的绝缘层。

其中，所述前置放大器具有不低于10¹²欧姆的输入阻抗。

所述电容性电场传感器，还包括传感器外盒，用于对所述电容性电场传感器进行保护。

其中，所述传感器外盒由高分子聚合物材料制成。

其中，所述高分子聚合物材料为酚醛树脂、聚碳酸酯或聚四氟乙烯。

所述电容性电场传感器还包括由聚四氟乙烯或聚酰胺材料制成的绝缘柱，所述绝缘柱不仅将所述电极板与所述传感器外盒隔开，避免电极板上电荷泄漏至所述传感器外盒上，同时起到固定所述电极板的作用。

其中，所述电容性电场传感器的工作带宽为10mHz～10kHz。

通过上述技术方案可知，本发明具有以下有益效果：电容性传感器直接放置于地面上进行地电场的测量，无需掩埋，无需灌水，操作便捷；电容性传感器具有较宽的工作频带，低频可以至10mHz，高频至10kHz，满足MT、CSMT、AMT、IP等多种测量方式；电容性传感器在保证供电的情况下可以长期连续稳定工作；电容性传感器无需特殊的保存环境。不极化电极在储存时需要放入相应的电解质溶液中，底部禁止干燥，而电容性传感器保存在干燥的环境下即可。

附图说明

图1为现有技术中的不极化电极的结构示意图；

图2为本发明的电容性电场传感器的结构示意图；

图3为电容性电场传感器在测量时的等效电路图；

图4为信号源与传感器输出信号之间传输函数的波特图。

具体实施方式