[发明专利]一种电磁法勘探电场测量用的电极极差消除系统及方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及地球物理勘探中电磁勘探地面电场精密测量技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

针对上述问题，本发明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。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明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；

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。

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)；

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。