FHD分量核旋仪观测系统的抗干扰技术

空间电磁波干扰和电源高频谐波干扰是分量核旋仪观测系统的主要干扰源;分量核旋仪观测系统的探头、分量线圈、供电系统及通信线路是主要的干扰途径。作者着重对干扰途径进行了分析,提出了观测系统的抗干扰措施,并分别对探头及信号输入通道、分量线圈、供电系统、通信线路、仪器电路、仪器控制软件进行了全方位的抗干扰设计,新设计提高了分量核旋观测系统的抗干扰能力。     

半航空频率域电磁探测三分量线圈传感器设计

半航空频率域电磁探测方法(semi-airborne frequency domain electromagnetic method,简称SAFEM)通常借助水平线圈传感器观测垂直分量磁场信号.然而,在实际探测过程中,观测单一分量磁场信号不仅缺失水平分量磁场信息,并且在磁场响应畸变区域难以校正,造成视电阻率解释结果精度低、误差大等问题.为此,本文设计并研制了一种能够用于SAFEM探测的三分量空心线圈传感器,采用三组相互垂直的接收线圈分别接收三个分量的磁场信号.首先,为满足旋翼机载重要求,设计0.5 m直径的小尺寸圆形线圈用于接收垂直方向磁场,两个0.01 m边长的方形线圈用于接收水平方向磁场,并对三组线圈的互耦情况进行分析,确定了线圈的最佳相对位置.其次,针对线圈传感器的物理结构特点,综合线圈的寄生电阻、电感和电容值大小的分析结果,确定最终的物理结构参数.进一步地,通过分析不同阻尼状态下的传感器及前置放大电路的频率响应特性,确定了最佳的阻尼系数调节范围.在此基础上,设计了带有阻尼状态调节的低噪声差分前置放大器电路作为SAFEM信号调理模块.最后,开展屏蔽室测试实验和野外探测实验验证三分...     

海底可控源电磁接收机的电场低噪声观测技术

海洋可控源电磁方法是近些年兴起的一种海底以下介质电性结构地球物理探测方法,已成为海底油气及水合物探测的有效手段之一.根据趋肤效应及可控源电磁方法的特点,海底电场信号具有幅值微弱且动态范围大的特征.低噪声记录海底电场信号是海洋可控源电磁方法必须解决的关键技术之一.本文首先通过建立特定地电模型并进行数值模拟,讨论了收发距、发射频率等场源参数与电场分布的关系;然后通过电解法制备了低噪声海底电场传感器,研制了低噪声斩波放大器,开发了大动态范围ADC电路.通过室内及海洋试验验证了接收机电场通道的低噪声特性,海试结果表明系统本底噪声小于0.1nV/m/sqrt(Hz)@1 Hz,电场信号观测动态范围优于110dB@(fs=150Hz).     

等离子体层突起位置的变化与对流电场的某些特性

本文分析了四种影响等离子体层顶突起位置的因素:（1）对流电场E_x分量的存在;（2）白天和夜间的E_y分量的不对称性;（3）偏心极光椭圆带;（4）E_y分量的突然变化。文章着重讨论了在平静时和在磁活动性增强时正E_x分量存在的可能性。文章肯定了Volland电场模型,但指出它存在某些缺点,建议做进一步改进。     

WDS-A微扫测井测斜系统电路设计

为了完成测斜系统传感器信号调制、控制、三总线信号驱动、转换及上传数据解调电路功能,根据三总线信号特点,设计出一套数据接口、信号采集与控制电路,帧形成及字形成电路.经过室内及十余次野外油田试验,表明:接口及信号调制控制传输电路达到功能设计要求,微电扫测斜系统电子仪传输后转换精度达到4.2‰,表示每帧数据传输时间的时间字偏差不超过0.3‰,说明该短节电路设计可靠稳定,满足功能要求.     

裂隙各向异性介质波场VSP多分量记录的数值模拟

从各向异性介质中最为普遍的裂隙各向异性介质出发，推导了同零井源距ＶＳＰ三分量观测方式相一致的一维三分量波动方程．为了更符合实际观测，引入了坐标旋转，可以模拟井中任意方位的多层各向异性介质的波场响应．用有限元方法进行了波场数值模拟，重点突出了获得凡Ｒ_３×３矩阵剖面的方法，同时对Ｒ_３×３，矩阵剖面进行了一般性的分析解释，事实证明，Ｒ_３×３矩阵剖面含有介质丰富的各向异性信息．     

深水大地电磁数据采集的若干理论要点与仪器技术

深水环境下进行大地电磁数据采集,信号幅值微弱,高频分量被严重衰减;仪器承载的环境压力巨大,且伴随底流推曳、淤泥吸附等不利因素;海上作业情况复杂多变,带给设备投放与回收诸多困难.针对这些特殊问题,从理论上分析了大地电磁场在海水及其以下层状介质中的传播规律,计算了电场与磁场随不同水深的衰变比值,研讨了与仪器上浮速度相关的物理因素;从技术上阐述海底大地电磁仪的工作原理,包括信号传感器、数据采集器、声控释放单元以及机械组装部件等等.整套仪器信号分辨率达到nV级,频带宽度为10~0.3×10^-3 Hz,最大工作水深4000 m.该仪器搭载“海洋六号”科学考察船,在我国南海中沙群岛海域进行了国内首次深水环境下的大地电磁数据采集试验.结果显示,所研发的仪器性能指标吻合先前的理论推算值,达到设计要求.我国的海底大地电磁探测技术已完全享有自主的知识产权.     

三轴磁通门探头球型反馈线圈的设计方法研究

长周期大地电磁测量要求三轴磁通门传感器具有低的噪声水平及高稳定性,根据实际需求设计一个尺寸合适的球型反馈线圈可以有效提高反馈磁场的均匀性,进而降低磁通门传感器的噪声水平.本文首先分析了非均匀反馈磁场引入磁通门噪声的机理,然后根据毕奥-萨伐尔定律和矢量叠加原理,以等间距多个单匝线圈构成单轴绕组的形式,建立了球型反馈线圈轴线上的轴向磁场分布及磁场均匀度数学模型,在给定磁场均匀度和球型反馈线圈直径的条件下,运用控制变量法确定了球型反馈线圈的单匝线圈数量和间距等关键结构参数.我们把设计的结构参数代入球型空间磁场分布数学模型,验证了本设计方法的正确性.最后,按照设计的结构参数制作了基于球型反馈线圈磁通门探头的三轴磁通门传感器,通过与体积相近的基于亥姆霍兹型反馈线圈磁通门探头的三轴磁通门传感器对比测试噪声水平,结果表明球型反馈线圈磁通门探头能够使得三轴磁通门传感器具有更稳定和较低的噪声水平.     

FZY-1型多分量式钻孔应变仪的设计

介绍了最新研制的FZY-1型多分量式钻孔应变仪的探头的设计,所采用的电路,仪器参数的检测方法及该仪器的安装方法。     

只测天然水平电场提取地下各深度信息的一种可能方案

一、引言 对于探测深度大于几十米的地下的电波传播理论研究,从电磁感应的原理出发是最方便的.由于有了无噪声情况下地电反演的唯一性定理,从地面通过测量天然宽频带电场和磁场探测地下较细微的电性结构并不是不可能的.现行的地下电磁探测的主要问题之一是需要提高分辨力.一种可能的思路是试图将以前测不到的弱信息测出来.利用精密电子技术,先将微弱信息与强信息分离,再通过信号检测技术（例如多次叠加）将弱信息从各种干扰噪声中提取出来.在地电探测领域,关键之一是要解决弱信息与强信息分离的方法.本文就是探索分离水平电场中各层次信息的方法.假如水平磁场也同时测量,并也采用本文的方案进行处理,则可能得到改进的大地电磁法. 二、输入阻抗模值的模拟反演公式 弱信息与强信息的分离,相当于用模拟电路完成通常用数字处理完成的反演处理,因而需要简易的反演公式.只测电场的反演需要输入阻抗模值的简易反演公式,这里只给出结果,推导见文献1). 类似于地震学中的Goupilloud方法,可以建立起一种导电介质反演的理论公式,在这些公式基础上,可以推导出输入阻抗模值的反演的倒谱公式,从倒谱公式出发便得到适合于模拟反演的公式. 设地面所测输入阻抗为 ρ（ω）=E_x（ω,0）/H_y（ω,0）,（1） 第一层波阻抗为 ρ₁（ω）=(     

地震废墟中人体心脏电场信号的提取

基于人体心脏电场信号的生命探测仪是目前最先进的生命探测仪,其困难之处在于从地震废墟中提取微弱的心脏电场信号。本文主要分析地震废墟中可能出现的对人体电场有干扰的信号情况,提出如何接收废墟中微弱的超低频心脏电场信号,并根据人体心脏电场的特征设计特殊滤波器滤除干扰信号,只保留因人体心脏跳动而产生的360度扩展的超低频非均匀电场。     

基于MESSEGER观测对水星磁尾电流片磁场分布的统计研究

本文利用信使号飞船2011-2015年期间在轨磁场数据对水星磁尾电流片的磁场结构分布特征进行了统计分析.为探究磁场结构分布随水星径向距离的变化,电流片划分为近磁尾（-1.5R_M > X > -2.0R_M）和远磁尾（-2.0R_M > X > -2.5R_M）两个区域.所得结果表明：（1）无论是近磁尾还是远磁尾,电流片中的磁场都以+B_z分量为主,磁场方向几乎与磁赤道面垂直.（2）相比近磁尾,远磁尾电流片中磁场强度、B_z分量较弱,B_y分量较强,而且-B_z信号出现概率相对较大,这表明电流片中磁活动相对容易在远磁尾中发生.（3）磁场强度以及B_z分量在晨昏方向上的分布存在晨昏不对称性——在方位角120°~190°范围内相对较弱.弱B_z数据点（B_z<5 nT）也在昏侧（Y>0）发生较为频繁.（4）与B_z分布相反,磁场强B_y分量（|B_y|>5 nT）倾向于在晨侧（Y<0）发生.统计分析还表明,磁场B_y分量与行星际磁场B_y分量并无明显的相关性.对比地球磁尾电流片,我们对水星磁尾电流片B_z分量、强B_y分量的晨昏不对称起源机制作了探讨分析.     

Techniques and instrumentation for study of natural electromagnetic induction at sea

Electromagnetic fluctuations in the ocean have external sources above (ionospheric) and below (secular variation of the earth's magnetic field), and internal, purely oceanic sources associated with interaction between water velocity fields and the earth's field. Energy diagrams indicative of the electromagnetic activity in the sea are presented. From the latter, estimates of the resolution required in electromagnetic research at sea can be made. Absolute minima of 1 γ and 0.05 μV/m are necessary for magnetic and electric fields, respectively. Because the ocean shields overhead sources at frequencies above a few hundred c/h and because motional fields have weak signatures, a resolution at least 10 times higher would considerably enhance the scope of such research.The response of electric field instruments to motionally induced fields depends upon whether they are fixed or drifting, but both types respond similarly to fields of external origin.The most stringent limitation to electric field sampling in the sea is the difficulty in achieving low-noise electrical continuity between measuring circuits and sea water. Even the best matched silver—silver chloride electrodes introduce variable electrochemical signals hard to maintain below a millivolt. These mask very low frequency signals unless sophisticated techniques such as electrode switching are used.     

海底可控源电磁接收机及其水合物勘查应用

海洋可控源电磁法在国外已成为海底天然气水合物调查的有效手段之一.为实现我国海域深水条件下水合物的海洋可控源电磁探测,本文从方法原理出发,采用低功耗嵌入式控制、前端低噪声斩波放大、高精度时间同步和水声通讯等技术,设计并开发了由承压舱、玻璃浮球、采集电路、电场与磁场传感器、姿态测量装置、声学释放器、USBL定位信标、测量臂、水泥块等部件组成的海底可控源电磁接收机,实现了海洋微弱电磁场信号的高精度采集.海底可控源电磁接收机具有高可靠性、低噪声、低功耗和低时漂的特点.利用研制的海底可控源电磁接收机,在琼东南海域进行水合物勘查,采集得到了可靠的人工源电磁场数据.通过数据处理及反演,获得了研究区海底的电阻率模型,结合地震资料,对高阻异常体进行推断解释,其结果为天然气水合物钻探井位布置提供了电性依据.     

Short-term hydrophysical and biological variability over the northeastern Black Sea continental slope as inferred from multiparametric tethered profiler surveys

This presentation introduces a new ocean autonomous profiler for multiparametric surveys at fixed geographical locations. The profiler moves down and up along a mooring line, which is taut vertically between a subsurface flotation and an anchor. This observational platform carries such modern oceanographic equipment as the Nortek Aquadopp-3D current meter and the Teledyne RDI Citadel CTD-ES probe. The profiler was successfully tested in the northeastern Black Sea during 2007–2009. By using the profiler, new data on the layered organization of the marine environment in the waters over the upper part of the continental slope were obtained. The temporal variability of the fine-scale structure of the acoustic backscatter at 2 MHz was interpreted along with biooptical and chemical data. The patchy patterns of the acoustic backscatter were associated with physical and biological processes such as the advection, propagation of submesoscale eddy, thermocline displacement, and diel migration of zooplankton. Further applications of the multidisciplinary moored profiler technology are discussed.     

外源S_q等效电流体系电流涡中心电流强度与太阳活动关系

本文选取了INTERMAGNET地磁台网2001年到2012年的地磁数据,对其进行世界时(UT)到地方时(LT)的转换后利用自然正交分量法(NOC)从所选资料中提取出太阳静日变化Sq成分,再通过球谐分析方法建立模型分离内、外源Sq成分,逐日反演出内、外源Sq等效电流体系,并得到外源Sq等效电流体系南北电流涡中心电流强度.本文将外源Sq等效电流体系南北电流涡中心电流强度与同一时期的Dst指数进行了对比分析,研究表明它们之间具有同步变化的规律,且北半球电流涡中心电流强度在磁暴发生时的异常现象远高于南半球.对F10.7cm太阳射电流量与外源Sq等效电流体系南、北半球电流涡中心电流强度的长短周期分析发现,Sq等效电流表现出明显的11年周期特点,与太阳活动周期一致.外源南、北半球电流涡中心电流强度和F10.7cm年均值的相关系数分别达到了0.93和0.90,说明太阳活动是导致外源Sq电流体系变化的最直接也最主要的因素,这可能与电离层电导率受控于太阳的电磁辐射相关.     

Oceanic electric currents induced by fluid convection

In addition to the electric potentials induced by the gyral motions in the oceans, horizontal electric fields and currents result from the exchange of water between the depths and the surface in the presence of the main geomagnetic field. In this note a simple model representing such a circulation is considered, and the spatial distribution of the corresponding induced electric fields is calculated. A surface velocity of 2 knots could induce electric currents up to 10^?4 Amp/m². These steady currents in the ocean could be comparable with the normal oceanic daily variation. Since a proportion of the electric current would return through the earth below the sea floor, this calculation provides an upper limit to this component. An indication is also given of the magnetic field distortion and associated electric currents which occur in a highly conducting (Jovian) ocean.     

电性源地-井瞬变电磁法全分量响应特性与探测能力分析

结合地面电性源瞬变电磁法（TEM）探测深度大和地-井TEM探测精度高的优点,本文提出对电性源地-井TEM进行研究.基于一维正演理论,本文对电性源在地下激发的六个电磁场分量的扩散、分布特性和探测能力进行分析研究.研究结果表明地下瞬变场各分量的分布特征与地面情况类似,但是对地层的探测能力与地面情况存在较大差别.各分量的探测能力与它们的扩散特性有关,其中受积累电荷作用,垂直电场E_z和水平磁场Ḣ_x分量对目标层的反映最为明显,E_x和Ḣ_y分量在地下扩散时受"返回电流"的影响会出现变号现象,使得异常体带来的影响被掩盖,不易被分辨.本文研究结果为发展电性源地-井TEM的施工技术、数据处理与解释,建立了相应的理论基础,获得了对该方法的初步认识.     

Detecting surface geostrophic currents using wavelet filter from satellite geodesy

According to the features of spatial spectrum of the dynamic ocean topography (DOT),wavelet filter is proposed to reduce short-wavelength and noise signals in DOT. The surface geostrophic currents calculated from the DOT models filtered by wavelet filter in global and Kuroshio regions show more detailed information than those from the DOT models filtered by Gaussian filter. Based on a satellite gravity field model (CG01C) and a gravity field model (EGM96),combining an altimetry-derived mean sea surface height model (KMSS04),two mean DOT models are estimated. The short-wavelength and noise signals of these two DOT models are removed by using wavelet filter,and the DOT models asso-ciated global mean surface geostrophic current fields are calculated separately. Comparison of the surface geostrophic currents from CG01C and EGM96 model in global,Kuroshio and equatorial Pacific regions with that from oceanography,and comparison of influences of the two gravity models errors on the precision of the surface geostrophic currents velocity show that the accuracy of CG01C model has been greatly improved over pre-existing models at long wavelengths. At large and middle scale,the surface geostrophic current from satellite gravity and satellite altimetry agrees well with that from oceanography,which indicates that ocean currents detected by satellite measurement have reached relatively high precision.     

CS3301在长周期大地电磁测深仪中的应用研究

大地电磁测深是研究地壳和上地幔构造的一种重要的地球物理探测方法,当前国家正在实施深部探测专项SinoProbe等项目,故需要借助于长周期大地电磁测深仪器.我国没有自己生产的长周期大地电磁测深仪器,只能依靠从乌克兰进口的LEMI-417进行深部探测.在LEMI-417使用中,我们从该仪器提供的数据文件Final.asc中发现它的电场信号测量分辨率为0.01 mV/km,磁场信号测量分辨率为0.01 nT,相对较低,此外,该仪器在无GPS信号时会出现记录紊乱等现象,故需要设计适合课题组需要的长周期大地电磁测深仪器.由于大地电磁测深仪器需要采集的电场、磁场信号为微弱信号,容易淹没于噪声之中,故选用了低噪声、极小总谐波失真率的CS3301作为运算放大器.CS3301提供了4种可选择的信号输入模式和7种可选增益,经分析与测试,测量电场信号时,CS3301设置为输入模式1及×64增益,当极距100 M时,测量精度可达0.001 mV/km,高于LEMI-417的0.01 mV/km;测量磁场信号时,将反馈理论用于测量电路,CS3301设置为输入模式3及×64增益,只对信号的可变部分进行放大,精度可达0.006 nT,高于LEMI-417的0.01 nT.该系统在华南的9005、1005等多个测点以及东北的1600、5105等多个测点进行了测试,并与LEMI-417进行了对比试验,测量结果表明它们的时间序列曲线比较一致,数据处理后,在同一测点得到的大地电磁测深曲线也较一致,说明设计的仪器达到了预期目标.