用于电磁法观测系统开机自检的信号发生器实现方法

针对电磁法观测系统在使用过程中的开机自检要求,分析常用测量系统及地球物理仪器的检测信号特征,通过对已有机制进行研究和对比,结合现有信号产生电路的优势,提出一种功耗低、精度高、设计简单的自检信号发生器实现方案.基于该方案设计了一套实现电路,其以CPLD为核心,由精密参考电压源、模拟开关及运算放大器等器件构成,并对该电路进行仿真与测试.通过系统稳定性分析,采用波特图与奈奎斯特图表明信号发生电路的稳定性符合设计要求.经仿真与测试,能够通过换挡开关产生幅值为20μV～2 V、频率范围在1 Hz～100 kHz的自检脉冲信号,频率稳定在1%,重复测试相位稳定度小于1.5%,幅值误差可以优化到1%以内,且能通过其稳定的谐波分量来获取该系统带宽更宽的通道测试响应.测试结果表明,该自检信号发生器电路实际功耗小于0.3 W,20μV～2 V幅值范围和1 Hz～100 kHz频率范围内性能指标的测量结果和仿真结果相符,并成功应用于某监控系统.利用该信号发生器电路实现自检具有操作方便、成本低、易于设计等优点,能够有效的弥补其它自检模式的缺陷.     

双频激电法在探测煤矿采空区的尝试

利用双频激电法在山西沁源嘉元煤业有限公司已知采空区进行实地探测试验,通过对探测数据的整理与分析得知:在未充水的采空区探测得到较高的视电阻率和较低的视幅频率,能够精确的反映地下采空区的位置.结果证明了利用双频激电法探测煤矿地下采空区是可行的.     

直接消除电磁耦合的斩波去耦方法

应用激发极化法时经常遇到电磁耦合的干扰.基于耦合效应和激电效应在双频波测量波形上具有不同的表现形式,提出一种在野外采集激电数据时,直接剔除电磁耦合而又基本上不损失激电信息的“斩波”去耦方法.本文从“斩波去耦”的方法原理、斩波对正常双频波产生的畸变、以及存在EM和IP效应时的双频波斩波等方面进行了详细的推导和分析.数值计算结果表明,该方法去耦效果明显,可以在现场条件下直接去耦,值得在激发极化法中推广应用     

基于GPRS的多频激电仪远程测控系统

针对多频激电仪中接收机对发送机和控制器无法进行智能远程控制的现状,开发了一套基于GPRS的多频激电仪远程测控系统.该系统由通信模块、上位机和下位机组成.通信模块由3块插入SIM卡的DTU组成,它通过短信方式完成远程数据传输功能,实现上位机和下位机之间的数据通信.上位机作为本系统的主动站,负责发起连接,对下位机进行状态监测和功能控制.下位机作为从动站,等待上位机的连接,并执行上位机的各种控制命令,在发生紧急事件的时候能主动向上位机报警.3个模块在该系统中相互协调,共同完成系统的各项功能.试验表明,该控制系统能够正常工作,在野外工作时能降低劳动强度,提高工作效率.     

基于双频磁共振的未知拉莫尔频率地下水探测方法

在利用地面磁共振方法进行地下水探测时,要求发射频率与拉莫尔（Larmor）频率相同.由于地磁场的不均匀性和噪声干扰,实际测量时无法获得准确的Larmor频率,导致发生偏共振现象.如果假设磁共振或频率偏量未知时,反演得到的含水量和弛豫时间（T₂^*）将存在较大误差.为了解决未知Larmor频率情况下的准确探测问题,本文在频率环测量方案的基础上提出了双频磁共振探测方法,即只需知道Larmor频率的范围区间,通过区间外的两个频率进行偏共振激发,利用频率差值的一半作为频率偏量计算核函数,即可消除未知Larmor频率的影响.通过仿真实验,证明了在电阻率大于100 Ωm时,双频磁共振和偏共振的核函数偏差较小.对于双层含水层模型,双频磁共振和偏共振的信号偏差小于3 nV,因此得到双频磁共振信号可以用偏共振核函数进行反演.通过对假设磁共振、假设偏共振和双频磁共振反演结果的对比,可以得到在未知频率偏量和设定频率偏量改变时,双频磁共振均能得到准确的反演结果.但是,当环境噪声增加和电阻率降低时,反演结果的准确度降低.最后,通过长春市烧锅镇采集数据的反演结果与已知钻探资料进行对比,验证了双频磁共振探测方法的有效性和准确性.     

斜拉索风雨激振水线的超声波测试研究

斜拉索风雨激振是在风和雨联合作用下的大幅值振动,斜拉索表面水线的形成和振荡是其发生风雨激振的一个重要原因。本文利用超声波传播和反射原理,建立一套适应于斜拉索表面水线监测的超声波测试系统,对水线特征进行定量的分析研究。在风洞中再现斜拉索的风雨激振,在测量斜拉索风雨激振响应的同时,测量得到斜拉索表面水线的振荡时程,分析了水线振动幅值与平衡位置,并得到上水线振荡频率与斜拉索风雨激振的频率相等。     

相关辨识谱激电法及野外实验

与常规互相关法辨识系统脉冲响应的方法不同,本文提出了一种直接由循环互相关法辨识系统频率特性的方法,用于地球物理谱激电法勘探.具体方法是:采用编码源信号为激励波形,运用循环互相关法可恢复出系统的频率响应.仿真计算结果表明:本方法在强干扰条件下可高精度辨识出待辨识系统的频率响应,较高的采样率和叠加次数可有效提高测量精度.野外谱激电法实验中,采用编码源激发,中间梯度装置,最大供电极距5200 m,接收电极距20 m,阵列式同步采集,供电电流8 A条件下,在强干扰工作区获得了可靠的视电阻率、相对相位和金属因素剖面异常.通过实测数据分析:该方法有助于提高系统频率响应的辨识精度,且有很高的频率分辨率;增加采样周期数是在强干扰区获得高质量数据的有效途径.     

桩身材料阻尼对波传播特性影响的小波分析方法

理论计算及实测资料表明,反射波法基桩动测激振信号近似为半周期正弦波,不同激振方式产生的桩顶速度脉冲信号宽度不同,相应频率成分也就不同。桩身内阻尼对不同频率谐波的幅值衰减及频散规律不同,使得不同激振方式产生的复合脉冲在同一桩中会有不同变化规律,为了使不同激振方式测试资料具有可比性,应采用相同频带进行对比。为此利用小波分析的时-频特性,通过对测试信号进行时频分解,就桩身内阻尼对不同频带信号的吸收系数及波速的影响规律进行了研究。对实测资料分析的结果表明,预制桩不同频带信号波速变化不大,但衰减系数随频率增大近似线性增加。     

含激电效应的CSAMT一维正演研究

地电体对频率域电磁波激发源的响应为电磁感应和激电效应的综合响应.传统CSAMT法进行数据正反演时认为大地介质电阻率是与频率无关的实数,而实际上因为激电效应,地下可极化体的电阻率是一个与频率相关的复数.为推进二者总体响应研究,并扩展激电法的应用范围,同时提高电磁法勘探的精度,本文基于Dias模型,以复电阻率代替不考虑地电体极化效应的直流电阻率,对CSAMT场源一维层状模型进行了正演模拟,为提取CSAMT信号中所含激电信息提供理论基础.结果表明,考虑激电参数后,视电阻率及相位响应曲线出现明显异常（包括远场、过渡场、近场）;极化前后振幅比值异常峰值、相位差值异常峰值可直观体现激电异常;异常峰值与极化层层厚、埋深以及电阻率变化有连续的对应关系.认为从频率域电磁法信号中提取激电信息有乐观的前景.     

地电信号的自动采集及信号的初步分析

介绍了北京工业大学地震研究所南北方向地电信号自动采集系统的工作原理,以两个圆图异常信号和两个自动采集的地电信号为研究对象,利用傅立叶变换及小波变换,对信号进行了频域特征分析,并对两种信号做了对比.同时给出了自动采集系统的地电信号趋势图.为后期的地电研究提供了有用的数据资料.     

基于数字电极技术的电法测量系统

本文分析了电阻率层析成像系统的阵列电极的特征和现代地震勘探采集系统的数字检波器技术,提出了基于数字电极的电法测量系统设计,这种设计将实现电法测量的一次创新;然后较为详细讨论了数字电极的电路结构、系统的总体设计、控制通信网络拓扑结构和其他关键技术,该系统的通信网络结构基于DeviceNet现场总线;最后描述了该系统的功能特点,它不仅用于电阻率、激发极化、相位以及复电阻率的等多种方法,而且可用于时间域或频率域中的2D、3D电法勘探,并同时测量多种装置的数据,实现拟地震方式的勘探.     

基于数字音频接口的地震数据采集电路板快速评估方法*

在宽频带数字地震观测技术领域,提出一种基于数字音频接口(S/PDIF接口)的数据采集电路板快速评估方法。该方法在数据采集电路设计过程中,在模拟/数字转换电路的输出端增加了一组S/PDIF数字音频接口,将模/数转换结果转换为符合音频传输标准的编码数据,并将此数据利用外置声卡同步传输到计算机,在计算机上进行数字抽取滤波、频谱分析等数据处理与解析,从而实现对地震数据采集电路板的快速评估。实验结果表明,该方法思路清晰,实现简便,结果有效可靠,能够解决常规测试评估方法中存在的问题,在高精度、高采样率数据采集技术研发和测试评估方面,具有比较强的实用性和应用前景。     

双频道频谱激电非线性效应研究

利用双频道激发极化法，在封闭条件下和三维大水槽中，对４０余块各种天然矿物标本进行了频谱激电非线性效应研究．实验结果和理论分析表明，当电流密度增加到一定程度时，将出现激电非线性现象．用双频道频谱激电方法，将得到锯齿状频谱曲线．不同类型的矿物，锯齿状频谱曲线具有不同的特征，为评价激电异常源性质提供了新方法．     

A SUPER-DYNAMIC DEFORMATION MEASUREMENT SYSTEM WITH LONG-TIME PARALLEL CONTINUOUS ACQUISITION

In the simulation experiments of earthquakes in laboratory, the instability slip or rupture events are obtained through steady state loading to simulate earthquake processes. In the experiments, steady-state deformation and unstable sliding occur alternately. It is hard to determine the origin time and duration of the instability event of fault, and there may be many instability events in one experiment. Therefore, in order to ensure that sufficient data is obtained at the extremely short instability moment to analyze the mechanical process of the earthquake source, the data acquisition system is required to continuously collect data at high-speed from the beginning of the experiment until the end, and the lasting time can be more than ten hours, so it requires huge storage space. Although the upper frequency limit of the instability signal is unknown exactly, but the previous experiments have shown that the frequency of the signal will reach hundred to several kilohertz, so the sampling frequency of the data acquisition should be above megahertz. In this case of long-time continuous high-frequency data acquisition, it is still necessary to maintain a high signal-to-noise ratio. Furthermore, previous studies have proved that the source mechanics field has a complex spatial structure, which is difficult to describe with a few measuring points, and it is necessary to perform simultaneous measurements of the source mechanics field for dozens or more measuring points. The combination of long-term continuous recording, high-resolution high-frequency sampling and multi-point simultaneous measurement poses a huge challenge to the technical indicators of the observing system. With the method for composing distributed synchronous acquisition machine group by using multiple high-resolution high-frequency sampling computers, a super dynamic deformation measurement system of high signal-to-noise ratio, which features 64-channel, 16-bit resolution, 4MHz sampling frequency, and parallel continuous acquisition with tens of hours was developed. This system can realize the synchronous acquisition of various signals, such as strain, acoustic emission, electromagnetic waves and displacement, so it is convenient for analyzing the conversion relationship between various physical quantities.     

三通道无线振动数据采集系统

本文阐述了一种采用无线方式进行数据传输的振动数据采集系统。在测量端使用低频拾振器拾取振动信号,并用模数转换器实现振动参数的模数转换,精度可达19．5mV。数字振动参数以无线的方式发射出去,在接收端应用远程可视化编程系统接收采集数据。系统对振动信号的采集及时准确,无线技术使得信号传输方便;远端可视化控制系统使振动数据采集、过程监控更加直观。     

分布式光纤振动传感系统中数据采集及信号处理系统设计

本文主要介绍了一套分布式光纤振动传感系统中的数据采集及信号处理系统,该系统设计采用高性能的运算放大电路完成光电信号调理,以高精度差动模数转换器AD9246完成模数转换工作,并选用高性能FPGA作为核心逻辑控制器,并以低功耗的OMAP-L137作为CPU负责振动数据计算、网络通讯等工作,从而使该-OTDR分布式光纤振动传感系统测量范围扩展到25 km范围。本文通过计算相邻测点振动增量方法检测是否发生了振动入侵,提高了分布式光纤振动入侵检测的灵敏度。该设计方法提高分布式光纤振动传感系统的信噪比,使得该系统振动检测灵敏度提高、抗干扰能力增强,因此该分布式光纤振动传感系统可以用于实际工程的振动监控。     

海底可控源电磁测量电路的Linux驱动程序

国外的水合物探测试验证明,可控源电磁法是探测天然气水合物的有效方法之一.开展海底可控源电磁法工作的重点之一在于研制高精度、高可靠、低功耗观测海底可控源电磁信号的设备.为可靠地观测海底可控源电磁场宽频带、大动态范围信号,设计了以Linux与ARM9相结合的测量电路,并开发了Linux2.4内核下的设备驱动程序.本文分别论述了采集硬件原理,Linux字符设备驱动模型,SSC和GPS对钟驱动实例.     

爆炸地震深部探测的模拟磁带记录系统

为了进行西藏高原地区的爆炸地震研究,研制了一套模拟磁带记录系统。每台仪器包括三个两周的拾震器（LS-1型）、三个相应的低噪声线性放大器（DDF-5型）、三个调制器、一台低频磁带记录器（DCJ-1型）、石英钟、对时器和收音机。仪器频率范围是2周-20周（对速度）,时间误差小于0.1秒。采用抖动补偿和频率滤波的办法,使系统的信噪比提高到50分贝。系统的幅度误差小于10％。经过野外实地观测和资料整理分析,证明其性能和指标能够满足地壳与上地幔爆炸地震研究的需要。通过模/数转换器,把模拟磁带转录成数字磁带,可以在电子计算机上进行各种数字处理。