高密度电法仪的关键技术

高密度电法仪的关键技术（1）极化补偿、供电时间问题：电法勘探中，电极的极化电位成分是非常复杂的，笔者认为有如下电位：a,金属电极插入地面，金属表面与土壤之间就会产生接触电位。B,地面本身存在自然电位。C,在通过一定电流时，电极与土壤之间、土壤内部（特别是潮湿土壤）发生离子迁移，断电后，离子继续扩散，这一系列过程产生各种电位。而且，这些电位是随时间、随温度变化的，其变化范围在毫伏（mV）级以上。就这一点而言，分辨率太高的仪器发挥不了作用。在激发极化法中，第三种电位是待测的有用信号，而在电阻率法中，该信号是干扰。第一和第二种电位相对讲是比较稳定的，而离子迁移产生的电位与电场强度、供电时间成比例。高密度电法数据采集较快，供电电极供完电后，马上又转换成测量电极，如果转换的时间较短，而极化电位下降较慢，这就给测量结果带来较大的误差。做过高密度电法的人都有体会，在极距较大、电位差信号较小时，同一极距的剖面曲线蹦跳得较厉害。实际上这种现象是电位差测量不准造成的。当测量时间间隔较小时（ 小于3秒），数据质量也不是很好。这都说明，在高密度电法中，有两点需要注意：极化补偿要有多种方式，一般要求硬件和软件双重补偿，必要时需要反复循环；测量时间间隔不能太短（S 3秒），这一点与工作效率矛盾。21 相关接收阵列电极探测系统中的电极需要同时具有供电流和测电位的功能，为了极大的压低电极极化电位的影响，必须用交流供电、交流接受的方式工作仪器针对不同工作方法要求设置若干工作频率，以此作为系统工作的基本信号源使得系统供电时以某个频率向大地供电，并对同一频率的信号进行接收测量这种相关接收方式对识别小信号、提高测量精度十分有利22 选频接收为了提高信噪比，在硬件上设置了低通滤波装置和陷波滤波装置；软件上，对工业动力电的影响进行了抑制；数据采集上，用多次叠加的办法压低随机干扰，叠加次数可自选23 电干扰的消除自然电位、极化电位及接地不良都对正常测量构成干扰其中主要是自然电位其次是电极极化电位(包含交替的供电 测量过程中产生的极化电位)系统将上述各种电位叠加的总和视为自然电位，通过自然电位的补偿电路全部给予补偿缓慢变化的自然电位容易被补偿，但对快速的变化，补偿电路会来不及反应针对这一情况，系统软件设计中设置了快速、中速和慢速三种采样速率，便于根据干扰的状况来选择最佳工作点RESECS高密度电法仪系统及应用高密度电法的主要优点是对地下构造的高分辨能力和设备的轻便性，其主要不足是探测深度H 有限(H-15l6 AB，式中AB是最大供电极距)AB 一般不超过1000m，所 最大勘探深度为200m。如果AB超过1000m，不仅增加电极串长度，还要加大供电电压，使设备变得笨重和困难,德国DMT公司研制和生产的RESECS高密度电法仪具有6个电位测量道和一个电流测量道在单道或多道工作情况下均可控制960个电投。每个电极串由1 6个编码器和6个电极组成一条轻便的7芯电缆可以连接6O个电极串，即960个电极。主机重仅13kg，很轻便 ,RESECS可以进行井间观测以及井中和地表联合观测。RESECS的硬件分辨率为1 6位，采样率为每道lkHz。于是,在lms发射脉冲情况下,电流道和电位道的样品数均为1000个对其平均叠加后相当于分辨率提高103倍，即210 倍。这样，RESECS的分辨率就达到了26位相当于20nV左右。这样高的分辨率足以分辨出精细的地下结构, 为了分辨出几十毫伏级的有效电位信号，RESECS采取了一系列措施 其中包括对所有的道进行极完善的电性绝缘处理及防水、防潮处理；消除地下激散电流的影响；选择合适的采样窗口避免采集干扰信号；设置合适的滤波系数，去掉伴随采样窗口上升沿和下降沿的干扰等等。为了保证实现高质量观测可以在观测菜单上设置较严格的观测误差值拒绝接收不台格的观测数据。此外，可以增加观测的叠加次数和加大发射电流以提高信噪比。对地下结构的分辨能力还与装置排列形式有关，因为不同的装置排列形式对不同的目标体有不同的灵敏度。RESECS有10种不同装置排列形式，可通过软件自动选择，用户也可自己定义装置排列形式。RESECS高密度仪具有非常完善的软件功能对观测结果进行在线处理，实时显示时间域过程，实时计算直流电阻率值及其标准方差实时计算感应极化强度值和极化率值实时显示伪断面的图形，实时显示失效道位置，并可立即补测或在排列滚动前统一补测以保证总体的观测质量.经过对SAS-300型电法仪的多年实践，瑞典的ABEM公司研制成功了SAS-4000型高密度电法仪。它采用最新的微电子技术，并运用人体工程学原理，使SAS-4000型获得了广泛的应用。 SAS 4000是一个产品平台，它不仅能满足当前需要，也为用户将来升级提供了方便。 通过使用其附件，用户可以扩展其应用领域，并提高数据采集分辨率。用户可以根据自己的不同需要，选择相应的附件。 Terrameter SAS-4000 重量轻，使用方便，用于电阻率法、自然电场法（SP）及激发极化法（IP）探测。为了确保其可靠性及耐用性，SAS-4000装在精心设计的铸铝机壳内，同时它使用了最新的电子技术以缩小其体积。Terrameter SAS-4000的特点：由于发射机和接收机集成化程度高，因此设备紧凑，可用夹子夹在电瓶上供电或外接12V电源输出电流：可达1000mA输出功率：可达100W 4个输入通道，都是双极性的，因此探测能力高 可测量电阻率，时间域激发极化法（IP）及自然电场法（SP） 存储能力大，可存储数万次测试数据 可与ABEM公司的各种电阻率仪器附件兼容 可用串口及并口通讯 用握手信号控制外接发射机 大屏幕显示友好菜单，用4个钮操作 坚固、防水、防尘用途: SAS-4000电阻率系统可采用电阻率法、自然电场法及激发极化法，它的应用范围从单点响应及连续剖面到井中记录。下表列出它的一些用途及使用的仪器设备。 由于该设备的附件很多，因此它的应用范围变得极为广泛，如目前应用最广泛的二维及三维成像，另外连续剖面是做地质调查的理想手段。 电阻率成像有以下用途：确定目标体的深度，确定污染物的范围，岩石结构成像，考古，泄露检测，大坝安全性勘查等。 由于SAS-4000可以测量激发极化及电阻率，因此可使用同样的排列来完成两种测量，而不需改变设备。同时你可以使用激发极化数据来计算电阻率响应。 该仪器的特性及其广泛应用，确保了它在物理勘探时可采集到很好的数据记录，SAS-4000及其附件使其在地电方法中的用途更加多样化。技术指标 通用指标 计算机 PC兼容机300MHz 硬盘 大于1,500,000次读取数据,128兆闪存 显示 LCD，200 x 64像素点 串口 RS 232与计算机或其它设备相连 并口 有 多用途接头 用于所有4道电流及电位，包括RS 232通讯 支持外设 LUND成像系统，MULTIMAC，SAS LOG 供电 电源夹或通过SAS-EBA外接12V 重量 6.5kg 尺寸 105 x 325 x 300mm 带电池 工作温度 -5+50 接收机 电阻率法 输入道数 4道双极性 输入阻抗 最小10M 分辨率 1V(在250mV档时) V/I精度（典型） 1% V/I精度（测量） 小于0.1% （在4-200范围，1秒） 动态范围 140dB，另加64dB自动增益（1秒） 激发极化（IP） 输入道数 4道双极性 输入阻抗 最小10M 分辨率 1V(在250mV档时) IP测量类型 时域荷电率（M） 初始时间延迟 10ms到10s（每档10ms） 精度（典型） 0.01ms IP荷电率 对所有4道可达10个时间窗口 IP基本积分间隔 20ms/16.66ms（由供电频率决定） 积分间隔 可达8秒 动态范围 可达140dB，另加64dB自动增益 （1秒积分时间内） 自然电场法（SP） 输入道数 4道双极性 输入阻抗 最小10M 最大输入电压 400V 自动范围 0-250mV，0-10V，0-400V 分辨率（理论） 1V(在250mV档时) 精度（典型） 1% 精度（1秒积分时测量） 100mV时，大于0.2% 5V时，大于0.2% 精度（1秒积分时测量） 100mV时，大于0.2% 5V时，大于0.1% 100V时，大于0.1% 动态范围 可达140dB，另加64dB自动增益 （1秒积分时间内） 发射机 输出电流 1，2，5，10，20，50，100，200，500，1000mA（操作者设定或自动） 最大输出电压 400V（800V峰峰值） 最大输出功率 100W 电阻率模式下循环方式 正负负正 IP模式下循环方式 正零负零 脉冲长度 0.1到4秒 输出电流精度 在100mA时，大于0.5%地大的仪器2新型分布式智能化高密度电法仪：主要由笔记本式计算机(或工控机)、主机、主电缆和电极连接盒等组成。主机包括发送控制命令、接收信号等部分；主电缆由6芯电线组成，主要作用是信号传输；电极连接盒根据主机的命令进行电极转换和数据采集、传输。由于是一根电缆覆盖所测量的剖面，并且使用微机进行控制，使得每一个电极都可能成为A、B、M、N极。整套仪器体积小、重量轻；再者，电极的连接是任意的，使用十分方便。3分布式高密度电法仪的特点：1)彻底改变电极(或通道数)与电缆芯数一致的要求，以分布式结构，用一根电缆(6芯)覆盖所有的电极通道(中国地质大学生产的系统最大通道数为240道)，体积小、重量轻，连接灵活、方便。2)一改单片机控制的局限、不便的形势，充分利用PC机强大的显示、存贮、处理功能，控制电极转换、数据测量、数据处理。仪器供电、测量一体化。仪器的工作方式、参数设置等都由软件进行，实现了自动化、智能化，是虚拟仪器的设计思想。4中国地质大学生产的GMD系列多功能电法仪的特点：1)功能：常规电法、高密度电法、激发极化法 ，能做直流电法勘探的所有排列形式，包括二维、三