專利名稱：地面及坑道準(zhǔn)三維測量地下介質(zhì)電阻率的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種物質(zhì)勘探裝置及探測方法，具體涉及一種在地面及坑道中準(zhǔn)三維測量以研究地下介質(zhì)電阻率分布的裝置及其方法。
背景技術(shù)：
目前，我國已進(jìn)入經(jīng)濟(jì)快速增長時(shí)期，對礦產(chǎn)資源的需求量逐年增加。未來一段時(shí)期內(nèi)，我國將面臨礦產(chǎn)資源供給不足的不利局面。因此，在現(xiàn)有的條件下，開展物探新技術(shù)， 特別地面及坑道電法勘探新技術(shù)的研究，加大找礦力度，成為盡快扭轉(zhuǎn)這種不利局面的有效手段，對與解決我國礦產(chǎn)資源供需矛盾具有重要的實(shí)際意義。長期以來，電法勘探(包括地面和井中電法)在我國的金屬找礦事業(yè)中發(fā)揮著其它方法無法替代的作用，找礦效果明顯。但是，受工作方式、儀器精度以及場源激發(fā)能量的限制，以往的勘探方法不利于找深部礦及異常微弱的淺部礦(如地表激發(fā)和接收的工作方式，降低了對地下礦體的激發(fā)能量，不利于在地面形成強(qiáng)的觀測異常；井中或井間激發(fā)和接收的工作方式，限制了儀器的布置范圍，不利于開展大面積的勘查工作)。針對目前固體礦產(chǎn)資源探測技術(shù)存在有效探測深度淺、精度和分辨率低、抗干擾能力差等問題，有必要結(jié)合礦山或勘探區(qū)現(xiàn)有的鉆孔和坑道工程，研發(fā)大功率地面及坑道電阻率成像技術(shù)和儀器，通過在危機(jī)礦山深部資源探測試驗(yàn)、研究，建立具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)，抗干擾能力強(qiáng)、大探測深度、高精度和高分辨率的礦產(chǎn)資源探測高新技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，擬利用礦區(qū)或勘探區(qū)已有的坑道、礦井、鉆井，將電法的激勵場源和測量裝置放在地面不同位置和地下，組合成地面動源發(fā)射，地面、地下(坑、井)準(zhǔn)三維接收的技術(shù)裝置。這種地面和地下相結(jié)合的觀測方式可以從不同方位激勵異常體，獲取地下介質(zhì)導(dǎo)電性的大量信息，因而有可能提高探測深度和分辨率，并減少資料解釋的非唯一性。國內(nèi)外以往對井-地電磁法的研究，主要集中在跨孔電磁成像技術(shù)和井中激發(fā)、 地面觀測系統(tǒng)的研究，并沒有涉及地面激發(fā)、地面與坑道準(zhǔn)三維接收，以及坑道激發(fā)、地面與井中準(zhǔn)三維接收的方法技術(shù)，也沒有準(zhǔn)三維數(shù)據(jù)采集與處理以及準(zhǔn)三維反演成像方面的理論研究。現(xiàn)有井-地觀測方法技術(shù)如瞬變電磁測井和井中無線電波透視等技術(shù)，均采用一對一的觀測方式，即一個(gè)點(diǎn)發(fā)射一個(gè)點(diǎn)接收，因此，無法實(shí)現(xiàn)多測點(diǎn)同步測量，也無法獲取直正意義上的電磁成像信息。本研究內(nèi)容將在國內(nèi)外現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)出一套可用于金屬礦勘查、有較大實(shí)用性的準(zhǔn)三維測量地下介質(zhì)電阻率方法及裝置，從而組成一套包括理論、技術(shù)、儀器和數(shù)據(jù)處理、反演、成像軟件等內(nèi)容的地面及坑道電阻率成像系統(tǒng)，為我國大深度金屬礦勘探提供新的、高分辨率的方法技術(shù)。具體地，所要求的儀器裝置主要有以下技術(shù)難點(diǎn)1)地面及坑道準(zhǔn)三維測量地下介質(zhì)電阻率裝置集成技術(shù)利用地面及坑道進(jìn)行準(zhǔn)三維測量時(shí)，需要利用分布式地面-坑道電磁接收機(jī)接收混場源電磁信號(即天然大地電磁場信號和人工激勵場源發(fā)出且經(jīng)地下感應(yīng)的電磁波信號)。利用接收機(jī)測量電磁場時(shí)，需要利用電場傳感器、磁場傳感器及其專用連接電纜，另外用于計(jì)時(shí)和同步的GPS模塊和接收機(jī)采集電路也必不可少。上述所有部件，都應(yīng)集成一體，既實(shí)現(xiàn)電磁場測量，又能保證多套設(shè)備同時(shí)正常運(yùn)作。這樣一套儀器系統(tǒng)，涉及理論物理學(xué)、電子學(xué)、電化學(xué)、機(jī)械制造、材料學(xué)等多種學(xué)科，具有復(fù)雜的技術(shù)含量。2)GPS高精度時(shí)間同步技術(shù)GPS的精確定位和高精度時(shí)間服務(wù)功能已經(jīng)得到普遍使用。高精度同步技術(shù)包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)以及接收機(jī)之間的精確同步。在電磁后期數(shù)據(jù)處理過程中，要求發(fā)射和接收的波形盡可能能夠在時(shí)間軸上準(zhǔn)確對應(yīng)；另外，多臺接收機(jī)的同步采集便于在同一時(shí)間坐標(biāo)系進(jìn)行查看。因此，對于地球物理儀器而言，高精度同步技術(shù)十分重要。基于高精度溫度補(bǔ)償晶振和GPS模塊的時(shí)間同步技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)電磁測網(wǎng)定時(shí)自動化和高精度。3)大動態(tài)范圍的信號采集技術(shù)對于混場源信號來說，其信號頻帶范圍在l/10MHz-1024Hz，信號幅度動態(tài)范圍涵蓋NXuV-NX 100mV，N為自然數(shù)。只有滿足上述大動態(tài)范圍的采集電路，才能同時(shí)采集到人工源信號和天然場信號。4)抗干擾低噪聲信號采集技術(shù)為了檢測出微弱的有用信號，需要開發(fā)出更低噪聲性能的信號采集器。一般情況下，在地面或坑道進(jìn)行電磁場測量時(shí)，都會受到工頻或其他人為操作的干擾，因此要求研制的分布式地面-坑道電磁接收機(jī)采集電路有相對較高的抗干擾能力，能夠在強(qiáng)干擾區(qū)提取到有用的弱信號，要求儀器系統(tǒng)噪聲小于lmVrms，測量動態(tài)范圍達(dá)到120dB。5)低功耗和高可靠性電磁信號采集技術(shù)低功耗和高可靠性的設(shè)計(jì)可保證接收機(jī)在野外惡劣條件下長時(shí)間連續(xù)可靠工作， 其中包括設(shè)計(jì)性能優(yōu)越的采集電路和具有防曬、防潮、防塵和防震等功能的框架結(jié)構(gòu)，另外保證儀器具有寬的工作溫度范圍(_40°C -+70°C )。6)多通道的智能化電磁信號采集技術(shù)對于野外的混場源信號采集而言，所有的操作都要求儀器能夠自適應(yīng)和智能化， 自動進(jìn)行數(shù)據(jù)分段采集和存儲，且可測量儀器位置、內(nèi)部溫度等參數(shù)。7)上位機(jī)數(shù)據(jù)交互軟件開發(fā)接收機(jī)將采集后的數(shù)據(jù)上傳至便攜式計(jì)算機(jī)，需要上位機(jī)數(shù)據(jù)回放軟件進(jìn)行查看和預(yù)處理。主要包括終端控制、時(shí)間序列回放瀏覽、數(shù)據(jù)頻譜分析等部分。這些技術(shù)問題一直困擾著地質(zhì)探勘的技術(shù)進(jìn)展，也是我國開展大規(guī)模探礦急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服地面及坑道準(zhǔn)三維測量地下介質(zhì)電阻率所面臨的特殊問題，本發(fā)明正是圍繞這些問題展開研究，攻克上述一系列技術(shù)難題，并將各項(xiàng)技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起取得了自主創(chuàng)新，設(shè)計(jì)了一種在地面及坑道中測量地下介質(zhì)電阻率的裝置及其測量方法。本發(fā)明為滿足坑(井)-地電阻率法法對信號提取的技術(shù)要求-在工業(yè)強(qiáng)干擾的環(huán)境下獲取幅值在NXuV NX IOOmV范圍、頻帶在l/10MHz_1024Hz范圍內(nèi)的混場源電磁信號，并且考慮到儀器的可靠性、易用性、功耗等因素，設(shè)計(jì)了一種在地面及坑道準(zhǔn)三維測量地下介質(zhì)電阻率的裝置及方法。
該裝置主要包括傳感器部件、分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)及其他裝置輔助部件(裝置其他附屬部件)。具體內(nèi)容如下傳感部件，與分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)連接，用于將待測的電場和磁場信號轉(zhuǎn)換為一定規(guī)律的且接收機(jī)能夠識別的模擬信號；分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)，與所述傳感部件連接，用于接收所述電磁場信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行傳輸與存儲，并控制整套儀器智能化運(yùn)行；其他裝置輔助部件，與所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)連接，用于提供電力、通訊、GPS時(shí)鐘和位置信息以及數(shù)據(jù)存儲等功能，完成與便攜式計(jì)算機(jī)的命令和數(shù)據(jù)交互。上述的在地面及坑道中準(zhǔn)三維測量地下介質(zhì)電阻率分布的裝置，其特征在于，所述傳感器部件包括電場傳感器，通過50米的電極線連接傳感器與所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)，用于在地面及坑道中接收混場源中的電場信號并輸出與電場變化相對應(yīng)的模擬信號，由四個(gè)固態(tài)不極化電極組成的差分傳感器測量水平正交的兩路電場(Ex、Ey)，儀器外殼通過另外的中間電極接地；磁場傳感器，通過專用的電纜連接傳感器與所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)，用于在地面及坑道中接收混場源的磁場信號并輸出與磁場變化相對應(yīng)的模擬信號，由三根感應(yīng)式磁探頭組成的傳感器測量水平和垂直相互正交的三路磁場(Hx、Hy、Hz)；連接電纜，用于將所述電場和磁場傳感器輸出的信號連接至所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)。上述的在地面及坑道中準(zhǔn)三維測量地下介質(zhì)電阻率分布的裝置，其特征在于，所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)包括主機(jī)外殼，用于裝載主機(jī)電路板和保護(hù)接收機(jī)內(nèi)部電路，起到防曬、防潮、防塵和防震等作用；外殼接插件和接口電路板，與所述連接電纜相連，用于將所述電場和磁場傳感器輸出的模擬信號連接至主機(jī)內(nèi)部的模擬通道板，采用航空級別的鍍鋅銅導(dǎo)體接插件，能夠滿足多次插拔不變形且極微連通損耗的要求，接口電路板將接插件電纜轉(zhuǎn)換為排線，方便后續(xù)連接；屏蔽盒，裝載主機(jī)內(nèi)部的電路板，用于屏蔽測量環(huán)境中的電磁噪聲；模擬通道板，與所述接口電路板和后續(xù)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板相連，主要完成通道內(nèi)水平正交的兩路電場(Ex、Ey)和水平與垂直相互正交的三路磁場(Hx、Hy、HZ)的模擬信號
調(diào)理；模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板，與所述模擬通道板和后續(xù)采集主控板相連，用于將所述模擬通道板調(diào)理過的模擬信號在采集主控板的控制下轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；采集主控板，與所述GPS天線、移動存儲U盤、模擬通道板、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板相連， 用于完成GPS模塊對鐘和位置信息獲取、控制溫度傳感器和工作狀態(tài)指示完成相應(yīng)功能、 模擬通道板功能選擇、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板的模式設(shè)置、數(shù)據(jù)采集存儲與傳輸?shù)?，通過USB總線將采集到的數(shù)據(jù)存儲至所述移動存儲U盤，通過所述串口線和網(wǎng)線與便攜式計(jì)算機(jī)連接；電源轉(zhuǎn)換板，用于鉛酸電池的電源轉(zhuǎn)換工作，為所述模擬通道板、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板、采集主控板提供電能支持。上述的在地面及坑道中準(zhǔn)三維測量地下介質(zhì)電阻率分布的裝置，其特征在于，所述裝置輔助部件包括鉛酸電池，通過電源線連接至所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)，作為主機(jī)的電能供應(yīng)；便攜式計(jì)算機(jī)，通過上位機(jī)數(shù)據(jù)交互軟件控制所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)，同時(shí)用于數(shù)據(jù)的存儲、傳輸、顯示、分析和處理；移動存儲U盤，連接至所述所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)，用于存儲主機(jī)采集到電磁場數(shù)據(jù)，待所有頻段采集完成后，一并將采集到的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)或移動存儲U 盤讀取；串口線和網(wǎng)線，用于便攜式計(jì)算機(jī)與接收機(jī)主機(jī)之間的連接，建立命令和數(shù)據(jù)的交互通訊；GPS天線，通過專用接口連接至所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)，用于獲取 GPS衛(wèi)星信號。上述的分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)，其特征在于，所述模擬通道板包括輸入保護(hù)電路，與所述連接電纜相連，用于所述模擬通道板輸出信號的保護(hù)，防止對后續(xù)的電路芯片產(chǎn)生影響；低通濾波電路，與所述輸入保護(hù)電路相連，截止頻率為ΙΟΚΗζ，用于去除無用的高
頻信號；前置放大電路，與所述低通濾波電路相連，其放大倍數(shù)為10倍，用于模擬的信號的初始放大處理；高通濾波電路，與所述前置放大電路相連，其截止頻率為0. 1Hz，用于去除無用的低頻信號；50Hz帶阻濾波電路，與所述高通濾波電路相連，其帶阻截止頻率為50Hz，用于去除工頻干擾；可選截止頻率的低通濾波電路，與所述50Hz帶阻濾波電路相連，由所述采集主控板控制，實(shí)現(xiàn)不同帶寬的切換；數(shù)據(jù)復(fù)用器，與所述可選低通濾波電路相連，受所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板的控制，實(shí)現(xiàn)不同通道的選擇，用于切換不同截止頻率(100Hz或IOKHz)的低通濾波器。上述的分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)，其特征在于，所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板包括5片程控增益放大器與所述模擬通道板相連，可實(shí)現(xiàn)對所述模擬通道板的五路輸出信號(EX、Ey、HX、Hy、Hz)進(jìn)行程控放大，增益由復(fù)雜可編程邏輯器件擴(kuò)展的IO選擇控制 (1倍、2倍、4倍、8倍)；8通道的高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，與5片程控增益放大器連接，用來將所述五路信號轉(zhuǎn)化為M位的數(shù)字串行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)字的轉(zhuǎn)換，采集主控板通過串行同步控制器數(shù)據(jù)總線完成對模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片輸出數(shù)據(jù)的讀??；高穩(wěn)定度時(shí)鐘源，頻率穩(wěn)定度達(dá)1 X 10_8s/s (在_20°C _75°C溫度范圍內(nèi))，為復(fù)雜可編程邏輯器件提供高精度溫度補(bǔ)償時(shí)鐘源；
復(fù)雜可編程邏輯器件，與程控增益放大器、高穩(wěn)定度時(shí)鐘源和采集主控板相連，控制數(shù)據(jù)復(fù)用器實(shí)現(xiàn)不同采樣率之間的切換(MOOOHz、MOOHz、150Hz三種選擇)，對高穩(wěn)定度時(shí)鐘源輸出的時(shí)鐘信號進(jìn)行分頻，為采集主控板的實(shí)時(shí)鐘模塊提供32768Hz的時(shí)鐘信號，在GPS信號有效情況下由GPS產(chǎn)生的時(shí)鐘秒脈沖控制采集同步，當(dāng)GPS時(shí)間信息無效時(shí)，由所述高穩(wěn)定度時(shí)鐘源提供控制采集同步的時(shí)鐘脈沖實(shí)現(xiàn)多臺儀器同步采集，復(fù)雜可編程邏輯器件通過串行外圍總線與采集主控板進(jìn)行通信。上述的分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)，其特征在于，所述采集主控板包括ARM9主控芯片，與采集主控板的各個(gè)芯片相連，是所述采集主控板的控制核心，型號是 AT91RM9200 ；GPS模塊，與ARM9主控芯片相連，用來獲取接收機(jī)當(dāng)前位置和時(shí)鐘信息，為高穩(wěn)定度時(shí)鐘源提供準(zhǔn)確的時(shí)鐘沿基準(zhǔn)，同時(shí)與發(fā)射機(jī)之間完成時(shí)間同步，另外保證各臺接收機(jī)都能在預(yù)定的時(shí)間點(diǎn)開始同步采集，為后期信號處理提供便利；實(shí)時(shí)鐘模塊，與ARM9主控芯片和高穩(wěn)定度時(shí)鐘源相連，高穩(wěn)定度時(shí)鐘源通過分頻為其提供32768Hz的時(shí)鐘信號，從而提供整個(gè)儀器的時(shí)間計(jì)量基準(zhǔn)；或非存儲器，與ARM9主控芯片相連，大小為16MB，用于存放系統(tǒng)程序；非易失存儲器，與ARM9主控芯片相連，大小為16MB，用于存儲ARM9主控芯片的啟動程序；靜態(tài)存儲器，與ARM9主控芯片相連，大小為64MB，用于ARM9主控芯片的內(nèi)存擴(kuò)展；與非存儲器，與ARM9主控芯片相連，大小為64MB用于存放系統(tǒng)數(shù)據(jù)；溫度傳感器及工作狀態(tài)指示，與ARM9主控芯片相連，用于ARM9主控芯片采集環(huán)境溫度和通過LED燈指示儀器當(dāng)前工作狀態(tài)；電源模塊，實(shí)現(xiàn)對所述鉛酸電池電壓轉(zhuǎn)換至所述采集主控電路所需電壓(+5V、 +3. 3V、+1. 8V)。為更好地實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種在地面及坑道中準(zhǔn)三維測量地下介質(zhì)電阻率分布的方法，包括如下步驟(1)在探測工區(qū)的某一采集站點(diǎn)，借助森林羅盤，挖電極坑放電極線布下南北Ex、 東西Ey兩個(gè)水平正交的4個(gè)不極化電極電場傳感器，儀器通過中心電極接地，另外挖探頭坑將南北Hx、東西Hy、豎直Hz三個(gè)方向的磁傳感器埋設(shè)完畢；(2)架好GPS天線，接通鉛酸電池給接收機(jī)主機(jī)上電，儀器上電后完成各個(gè)模塊的初始化，便攜式計(jì)算機(jī)通過串口線和網(wǎng)線訪問和控制儀器；(3)完成GPS對鐘(由于坑道中無法接收GPS信號，故坑道作業(yè)時(shí)，先在地面實(shí)現(xiàn)儀器的GPS對鐘，再將儀器布放至坑道中)，保證各臺接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間以及接收機(jī)之間的時(shí)間同步，同步精度為10_8s/s ；(4)便攜式計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)交互軟件對儀器進(jìn)行設(shè)置，包括設(shè)置儀器工作方式、查看儀器運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)瀏覽、頻譜分析、采集和現(xiàn)場分析試采樣數(shù)據(jù)等；(5)儀器設(shè)置好采集參數(shù)后，其工作的具體流程初始化模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，在預(yù)定時(shí)刻啟動采集，前端的模擬信號先經(jīng)過輸入保護(hù)、低通電路濾波、前置電路放大、高通電路濾波、50Hz帶阻電路陷波、可選低通電路濾波和數(shù)據(jù)復(fù)用器等處理，然后進(jìn)入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板，在采集主控板的控制下進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，當(dāng)其中一緩沖區(qū)數(shù)據(jù)滿后切換至另一緩沖區(qū)， 通知應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)讀取，并保存至移動存儲U盤中。等待下一頻段啟動時(shí)間，重新初始化模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行采集，如此循環(huán)直至所有頻段采集結(jié)束。(6)對于低頻段數(shù)據(jù)采集，可以在設(shè)置采集參數(shù)后，將便攜式計(jì)算機(jī)撤離，使儀器單獨(dú)工作，待數(shù)據(jù)采集完畢，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至便攜式計(jì)算機(jī)中進(jìn)行后續(xù)分析與處理。(7)數(shù)據(jù)采集過程中，儀器可通過LED燈指示其工作狀態(tài)，可通過串口實(shí)時(shí)發(fā)送狀態(tài)信息至便攜式計(jì)算機(jī)。(8)待所有預(yù)定頻段數(shù)據(jù)采集完畢后，儀器中存儲的數(shù)據(jù)可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至便攜式計(jì)算機(jī)，經(jīng)數(shù)字信號處理，獲得地下的巖石電性成像，從而推斷被測區(qū)域的礦產(chǎn)資源分布。本發(fā)明達(dá)到了如下技術(shù)指標(biāo)>頻率范圍l/1024Hz-1024Hz ；>測量電路中包含有五路數(shù)據(jù)采集通道，其中分別采集水平正交的兩路電場(Ex、 Ey)、水平與垂直相互正交的三路磁場(Hx、Hy、HZ)；>全頻段采用高速度高精度M位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換；>實(shí)現(xiàn)不同采樣率切換Q4000HZ、2400Hz、150Hz三檔)；>采用32位嵌入式ARM9控制芯片，實(shí)現(xiàn)智能化自動操作、記錄和存儲；>測量動態(tài)范圍120dB ；>系統(tǒng)噪聲小于1 μ Vrms ；>存儲空間大于IGB ；>"GPS+高精度溫度補(bǔ)償晶振”方式同步誤差小于20ns ；>時(shí)鐘穩(wěn)定度優(yōu)于10_8S/S ；>采用固態(tài)不極化電場電極；>采用感應(yīng)式磁探頭；>可測量儀器位置、內(nèi)部溫度、供電電源剩余電量等參數(shù)；>儀器整機(jī)最大功耗4W ；>儀器工作溫度范圍-40°C _+70°C，防曬、防潮、防塵和防震。


根據(jù)結(jié)合附圖的本實(shí)施例的下面說明，本發(fā)明的這些和/或其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚且更容易理解，其中附圖圖1為分布式地面-坑道電磁接收機(jī)裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖2為分布式地面-坑道電磁接收機(jī)作業(yè)示意圖；圖3為分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)框圖；圖4為模擬通道板原理框圖；圖5為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板原理框圖；圖6為采集主控板原理框圖。具體實(shí)施方法下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理進(jìn)行具體描述
作為滿足坑井電磁法對信號提取的技術(shù)要求-在工業(yè)強(qiáng)干擾的環(huán)境下獲取幅值在NXuV NX IOOmV范圍、頻帶在l/10MHz_1024Hz范圍內(nèi)的混場源電磁信號，并且考慮到儀器的可靠性、易用性、功耗等因素，設(shè)計(jì)了一種在地面及坑道中準(zhǔn)三維測量地下介質(zhì)電阻率分布的裝置，即分布式地面-坑道電磁接收機(jī)。參見圖1和圖2，圖1為分布式地面-坑道電磁接收機(jī)裝置結(jié)構(gòu)框圖，圖2為分布式地面-坑道電磁接收機(jī)作業(yè)示意圖。本發(fā)明是利用坑(井)_地電阻率法在地面及坑道準(zhǔn)三維測量地下介質(zhì)電阻率的裝置，包括傳感部件1，與分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī) 2連接，用于能將待測的電場和磁場信號轉(zhuǎn)換為一定規(guī)律的且接收機(jī)能夠識別的模擬信號； 分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)2，與所述傳感部件1連接，用于接收所述電磁場信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行傳輸與存儲，并控制整套儀器智能化運(yùn)行；其他裝置輔助部件3， 與所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)2連接，用于提供電力、通訊、GPS時(shí)鐘和位置信息以及數(shù)據(jù)存儲等功能，完成與便攜式計(jì)算機(jī)的命令和數(shù)據(jù)交互。再參見圖1、圖2，所述傳感部件1包括電場傳感器11，通過50米的電極線連接傳感器與所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)2，用于在地面及坑道中接收混場源的電場信號并輸出與電場變化相對應(yīng)的模擬信號，由四個(gè)固態(tài)不極化電極組成的差分傳感器測量水平正交的電場(Ex、Ey)，儀器外殼通過另外的中間電極接地；磁場傳感器12，通過專用的電纜連接傳感器與所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)2，用于在地面及坑道中接收混場源的磁場信號并輸出與磁場變化相對應(yīng)的模擬信號，由三根感應(yīng)式磁探頭組成的傳感器測量水平和垂直相互正交的三路磁場(Hx、Hy、Hz)；連接電纜13，用于將所述電場和磁場傳感器輸出的信號連接至所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)2。再參見圖1和圖2，所述其他裝置輔助部件3:鉛酸電池31，通過電源線連接至所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)2，作為主機(jī)的電能供應(yīng)；便攜式計(jì)算機(jī)32，通過上位機(jī)數(shù)據(jù)交互軟件控制所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)2，同時(shí)用于數(shù)據(jù)的存儲、傳輸、顯示、分析和處理；移動存儲U盤33，連接至所述所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)2，用于存儲主機(jī)采集到電磁場數(shù)據(jù)，待所有頻段采集完成后，一并將采集到的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)或直接移動存儲U盤33讀??；串口線34和網(wǎng)線35，用于便攜式計(jì)算機(jī)32與接收機(jī)主機(jī)2之間的連接，輔助建立命令和數(shù)據(jù)的交互通訊；GPS天線36，通過專用接口連接至所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)2，用于獲取GPS衛(wèi)星信號。參見圖3，圖3為分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)框圖，所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)2包括主機(jī)外殼21，用于裝載主機(jī)電路板和保護(hù)接收機(jī)內(nèi)部電路，起到防曬、防潮、防塵和防震等作用；外殼接插件22和接口電路板23，與所述連接電纜 13相連，用于將所述電場和磁場傳感器輸出的模擬信號連接至主機(jī)內(nèi)部的模擬通道板25， 采用航空級別的鍍鋅銅導(dǎo)體接插件，能夠滿足多次插拔不變形且極微連通損耗的要求，接口電路板將接插件電纜轉(zhuǎn)換為排線，方便后續(xù)連接；屏蔽盒M，裝載主機(jī)內(nèi)部電路板，用于屏蔽測量環(huán)境中的電磁噪聲；模擬通道板25，與所述接口電路板23和后續(xù)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板沈相連，主要完成通道內(nèi)水平正交的兩路電場(Ex、Ey)和水平與垂直相互正交的三路磁場(Hx、Hy、Hz)的模擬信號調(diào)理；模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板沈，與所述模擬通道板25和后續(xù)采集主控板27相連，用于將所述模擬通道板調(diào)理過的模擬信號在采集主控板27的控制下轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；采集主控板27，與所述GPS天線36、移動存儲U盤33、模擬通道板25連接、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板26相連，用于完成GPS模塊272對鐘和位置信息獲取、控制溫度傳感器和工作狀態(tài)指示278完成相應(yīng)功能、模擬通道板25功能選擇、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板沈的模式設(shè)置、數(shù)據(jù)采集存儲與傳輸?shù)?；通過USB總線將采集到的數(shù)據(jù)存儲至所述移動存儲U盤33，通過所述串口線34和網(wǎng)線35與便攜式計(jì)算機(jī)32連接；電源轉(zhuǎn)換板觀，用于鉛酸電池31的電源轉(zhuǎn)換工作，為所述模擬通道板25、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板沈、采集主控板27提供電能支持。參見圖4，圖4為模擬通道板原理框圖，所述模擬通道板25包括輸入保護(hù)電路 251，與所述連接電纜13相連，用于所述模擬通道板25輸出信號的保護(hù)，防止對后續(xù)的電路芯片產(chǎn)生影響；低通濾波電路252，與所述輸入保護(hù)電路251相連，截止頻率為ΙΟΚΗζ， 用于去除無用的高頻信號；前置放大電路253，與所述低通濾波電路252相連，其放大倍數(shù)為10倍，用于模擬的信號的初始放大處理，放大倍數(shù)由所述采集主控板27控制；高通濾波電路254，與所述前置放大電路253相連，其截止頻率為0. 1Hz，用于去除無用的低頻信號； 50Hz帶阻濾波電路255，與所述高通濾波電路邪4相連，其帶阻截止頻率為50Hz，用于去除工頻干擾；可選截止頻率的低通濾波電路256與所述50Hz帶阻濾波電路255相連，由所述采集主控板27控制，實(shí)現(xiàn)不同帶寬的切換；數(shù)據(jù)復(fù)用器257，與所述可選低通濾波電路 256相連，受所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板沈的控制，實(shí)現(xiàn)不同通道的選擇，用于切換不同截止頻率 (100Hz或IOKHz)的低通濾波器。參見圖5，圖5為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板原理框圖，包括5片程控增益放大器261與所述模擬通道板25相連，可實(shí)現(xiàn)對所述模擬通道板25的五路輸出信號(Ex、Ey、Hx、Hy、Hz)進(jìn)行程控放大，增益由復(fù)雜可編程邏輯器件263擴(kuò)展的IO選擇控制(1倍、2倍、4倍、8倍)； 8通道的高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片沈2，與5片程控增益放大器261連接，用來將所述五路信號轉(zhuǎn)化為M位的數(shù)字串行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)字的轉(zhuǎn)換，采集主控板27通過串行同步控制器265數(shù)據(jù)總線完成對模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片262輸出數(shù)據(jù)的讀??；高穩(wěn)定度時(shí)鐘源沈4，頻率穩(wěn)定度達(dá)lX10_8s/s (在-20°C _75°C溫度范圍內(nèi))，為復(fù)雜可編程邏輯器件263提供高精度溫度補(bǔ)償時(shí)鐘源；復(fù)雜可編程邏輯器件263，與程控增益放大器沈1、高穩(wěn)定度時(shí)鐘源264 和采集主控板27相連，控制數(shù)據(jù)復(fù)用器257實(shí)現(xiàn)不同采樣率之間的切換04000Hz、2400Hz、 150Hz三種選擇)，對高穩(wěn)定度時(shí)鐘源264輸出的時(shí)鐘信號進(jìn)行分頻，為采集主控板27的實(shí)時(shí)鐘模塊提供32768Hz的時(shí)鐘信號，復(fù)雜可編程邏輯器件263在GPS信號有效情況下由GPS 產(chǎn)生的時(shí)鐘秒脈沖267控制采集同步，當(dāng)GPS時(shí)間信息無效時(shí)，由所述高穩(wěn)定度時(shí)鐘源264 提供控制采集同步的時(shí)鐘脈沖實(shí)現(xiàn)多臺儀器同步采集，復(fù)雜可編程邏輯器件263通過串行外圍總線266與采集主控板27進(jìn)行通信。參見圖6，圖6為采集主控板原理框圖，包括ARM9主控芯片271，與采集主控板27 的各個(gè)芯片相連，是所述采集主控板27的控制核心，型號是AT91RM9200，具體應(yīng)用到的芯片硬件資源包括一路網(wǎng)絡(luò)接口 2711，用于便攜式計(jì)算機(jī)32和采集主控板27之間的通信； 三路串行外圍總線接口 2712，用于與復(fù)雜可編程邏輯器件263通訊；兩路串口 2713，一路串口用于接收GPS模塊272發(fā)出的時(shí)間和位置信息，完成GPS對鐘，另一路用于調(diào)試采集主控 27 ；兩路串行同步控制器接口 2714，用于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板沈的數(shù)據(jù)傳輸；通用串行總線接口 2715，用于外接移動存儲U盤33實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，容量最大支持8GB ；三路外部中斷2716 和一路集成電路內(nèi)部總線接口 2717，用于實(shí)時(shí)鐘模塊273、非易失性存儲器275和溫度傳感器及工作狀態(tài)指示278等的訪問；GPS模塊272，與ARM9主控芯片271相連，用來獲取接收機(jī)2當(dāng)前位置和同步時(shí)鐘信息，為高穩(wěn)定度時(shí)鐘源沈4提供準(zhǔn)確的時(shí)鐘沿基準(zhǔn)，同時(shí)與發(fā)射機(jī)之間完成時(shí)間同步，另外，也可保證各臺接收機(jī)都能在預(yù)定的時(shí)間點(diǎn)開始同步采集，為后期信號處理提供便利；實(shí)時(shí)鐘模塊273，與ARM9主控芯片271和高穩(wěn)定度時(shí)鐘源264相連， 高穩(wěn)定度時(shí)鐘源264通過分頻為其提供32768Hz的時(shí)鐘信號，從而提供整個(gè)儀器的時(shí)間計(jì)量基準(zhǔn)；或非存儲器274，與ARM9主控芯片271相連，大小為16MB用于存放系統(tǒng)程序；非易失存儲器275，與ARM9主控芯片271相連，大小為16MB，用于存儲ARM9主控芯片271的啟動程序；靜態(tài)存儲器276，與ARM9主控芯片271相連，大小為64MB，用于ARM9主控芯片271 的內(nèi)存擴(kuò)展；與非存儲器277，與ARM9主控芯片271相連，大小為64MB用于存放系統(tǒng)數(shù)據(jù)； 溫度傳感器及工作狀態(tài)指示278，與ARM9主控芯片271相連，用于ARM9主控芯片271采集環(huán)境溫度和通過LED燈指示儀器當(dāng)前工作狀態(tài)；電源模塊279，實(shí)現(xiàn)對所述鉛酸電池31電壓轉(zhuǎn)換至所述采集主控電路27所需電壓(+5V、+3. 3V、+1. 8V)。再參見圖2，分布式地面-坑道電磁接收機(jī)作業(yè)包括如下步驟1.在探測工區(qū)的某一采集站點(diǎn)，借助森林羅盤，挖電極坑放電極線布下南北Ex、 東西Ey兩個(gè)水平正交方向的4個(gè)不極化電極電場傳感器11，儀器通過中心電極接地，另外挖探頭坑將南北Hx、東西Hy、豎直Hz三個(gè)方向的磁傳感器12埋設(shè)完畢；2.架好GPS天線36，接通鉛酸電池31給接收機(jī)主機(jī)2上電，儀器上電后完成各個(gè)模塊的初始化，便攜式計(jì)算機(jī)32通過串口線34和網(wǎng)線35訪問和控制儀器；3.完成GPS對鐘(由于坑道中無法接收GPS信號，故坑道作業(yè)時(shí)，先在地面實(shí)現(xiàn)儀器的GPS對鐘，再將儀器布放至坑道中)，保證各臺接收機(jī)之間以及接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的時(shí)間同步，同步精度為10_8s/s4.便攜式計(jì)算機(jī)32通過數(shù)據(jù)交互軟件對儀器進(jìn)行設(shè)置，包括設(shè)置儀器工作方式、 查看儀器運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)瀏覽、頻譜分析、采集和現(xiàn)場分析試采樣數(shù)據(jù)等；5.儀器設(shè)置好采集參數(shù)后，具體工作流程是初始化模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板沈，在預(yù)定時(shí)刻啟動采集，前端的模擬信號先經(jīng)過輸入保護(hù)251、低通電路濾波252、前置電路放大 253、高通電路濾波254、50Hz帶阻電路陷波255、可選低通電路濾波256和數(shù)據(jù)復(fù)用器257 等處理，然后進(jìn)入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板沈，在采集主控板27的控制下進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，當(dāng)其中一緩沖區(qū)數(shù)據(jù)滿后切換至另一緩沖區(qū)，通知應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)讀取，并保存至移動存儲U盤33 中。等待下一頻段啟動時(shí)間，重新初始化模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板26進(jìn)行采集。如此循環(huán)直至所有頻段采集結(jié)束；6.對于低頻段數(shù)據(jù)采集，可以在設(shè)置采集參數(shù)后，將便攜式計(jì)算機(jī)32撤離，使儀器2單獨(dú)工作，待數(shù)據(jù)采集完畢，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至便攜式計(jì)算機(jī)32中進(jìn)行后續(xù)分析與處理。7.數(shù)據(jù)采集過程中，儀器可通過LED燈指示其工作狀態(tài)，可通過串口實(shí)時(shí)發(fā)送狀態(tài)信息至便攜式計(jì)算機(jī)。8.待所有預(yù)定頻段數(shù)據(jù)采集完畢后，儀器中存儲的數(shù)據(jù)可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至便攜式計(jì)算機(jī)，經(jīng)數(shù)字信號處理，獲得地下的巖石電性成像，從而推斷被測區(qū)域的礦產(chǎn)資源分布。如上述，已經(jīng)清楚詳細(xì)地描述了本發(fā)明提出的裝置及方法，但是本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員可以理解，在不背離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)中做出多種修改。因此，所有參考本發(fā)明技術(shù)方案所做出的各種各樣的修改，均應(yīng)當(dāng)歸入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在地面及坑道中準(zhǔn)三維測量地下介質(zhì)電阻率分布的裝置，其包括傳感器部件、 分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)及輔助部件，其特征在于傳感部件，與分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)連接，其用于采集待測的電場和磁場信號并將這些信號轉(zhuǎn)換為能夠由分布式地面-坑道電磁接收機(jī)識別的模擬信號；分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)，與所述傳感部件連接，用于接收所述傳感部件采集到的模擬信號，并將所述模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行傳輸存儲，并控制整套儀器智能化運(yùn)行；輔助部件(裝置其他附屬部件)，與所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)連接，用于提供電力、通訊、GPS時(shí)鐘和位置信息以及數(shù)據(jù)存儲的功能，完成與便攜式計(jì)算機(jī)的命令和數(shù)據(jù)交互。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述傳感器部件包括電場傳感器，通過電極線連接傳感器與所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)，用于在地面及坑道中接收混場源的電場信號并輸出與電場變化相對應(yīng)的模擬信號，由四個(gè)固態(tài)不極化電極組成的差分傳感器測量水平正交的兩路電場，傳感器部件外殼通過另外的電極接地；磁場傳感器，通過專用的電纜連接傳感器與所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)， 用于在地面及坑道中接收混場源的磁場信號并輸出與磁場變化相對應(yīng)的模擬信號，由三根感應(yīng)式磁探頭組成的傳感器測量水平和垂直相互正交的三路磁場；連接電纜，用于將所述電場和磁場傳感器輸出的信號連接至所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)包括 主機(jī)外殼，用于裝載主機(jī)電路板和保護(hù)接收機(jī)內(nèi)部電路；外殼接插件和接口電路板，與所述連接電纜相連，用于將所述電場和磁場傳感器輸出的模擬信號連接至主機(jī)內(nèi)部的模擬通道板，采用航空級別的鍍鋅銅導(dǎo)體接插件，接口電路板將接插件電纜轉(zhuǎn)換為排線；屏蔽盒，裝載主機(jī)內(nèi)部的電路板，用于屏蔽測量環(huán)境中的電磁噪聲； 模擬通道板，與所述接口電路板和后續(xù)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板相連，主要完成通道內(nèi)水平正交的兩路電場和水平與垂直相互正交的三路磁場的模擬信號調(diào)理；模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板，與所述模擬通道板和后續(xù)采集主控板相連，用于將所述模擬通道板調(diào)理過的模擬信號在采集主控板的控制下轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；采集主控板，與所述GPS天線、移動存儲U盤、模擬通道板、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板相連，用于完成GPS模塊對鐘和位置信息獲取、控制溫度傳感器和工作狀態(tài)指示完成模擬通道板功能選擇、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板的模式設(shè)置、數(shù)據(jù)采集存儲與傳輸，通過USB總線將采集到的數(shù)據(jù)存儲至所述移動存儲U盤，通過所述串口線和網(wǎng)線與便攜式計(jì)算機(jī)連接；電源轉(zhuǎn)換板，用于鉛酸電池的電源轉(zhuǎn)換工作，為所述模擬通道板、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板、采集主控板提供電能支持。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述輔助部件包括鉛酸電池，通過電源線連接至所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)，作為主機(jī)的電能供應(yīng)；便攜式計(jì)算機(jī)，控制所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)，同時(shí)用于數(shù)據(jù)的存儲、傳輸、顯示、分析和處理；移動存儲U盤，連接至所述所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)，用于存儲主機(jī)采集到電磁場數(shù)據(jù)，待所有頻段采集完成后，一并將采集到的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)或移動存儲U盤讀?。淮诰€和網(wǎng)線，用于便攜式計(jì)算機(jī)與接收機(jī)主機(jī)之間的連接，建立命令和數(shù)據(jù)的交互通訊；GPS天線，通過專用接口連接至所述分布式地面-坑道電磁接收機(jī)主機(jī)，用于獲取GPS衛(wèi)星信號。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述模擬通道板包括輸入保護(hù)電路，與所述連接電纜相連，用于所述模擬通道板輸出信號的保護(hù)，防止對后續(xù)的電路芯片產(chǎn)生影響；低通濾波電路，與所述輸入保護(hù)電路相連，截止頻率為ΙΟΚΗζ，用于去除無用的高頻信號；前置放大電路，與所述低通濾波電路相連，放大倍數(shù)為10倍，用于模擬的信號的初始放大處理；高通濾波電路，與所述前置放大電路相連，截止頻率為0. 1Hz，用于去除無用的低頻信號；50Hz帶阻濾波電路，與所述高通濾波電路相連，帶阻截止頻率為50Hz，用于去除工頻干擾；可選截止頻率的低通濾波電路，與所述50Hz帶阻濾波電路相連，由所述采集主控板控制，實(shí)現(xiàn)不同帶寬的切換；數(shù)據(jù)復(fù)用器，與所述可選低通濾波電路相連，受所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板的控制，實(shí)現(xiàn)不同通道的選擇，用于切換不同截止頻率的低通濾波器。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置機(jī)，其中所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板包括5片程控增益放大器與所述模擬通道板相連，可實(shí)現(xiàn)對所述模擬通道板的五路輸出信號進(jìn)行程控放大，增益由復(fù)雜可編程邏輯器件擴(kuò)展的IO選擇控制；8通道的高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，與5片程控增益放大器連接，用來將所述五路信號轉(zhuǎn)化為M位的數(shù)字串行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)字的轉(zhuǎn)換，采集主控板通過串行同步控制器數(shù)據(jù)總線完成對模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片輸出數(shù)據(jù)的讀取；時(shí)鐘源，頻率穩(wěn)定度達(dá)1 X 10_8S/S，為復(fù)雜可編程邏輯器件提供高精度溫度補(bǔ)償時(shí)鐘源；復(fù)雜可編程邏輯器件，與程控增益放大器、時(shí)鐘源和采集主控板相連，控制數(shù)據(jù)復(fù)用器實(shí)現(xiàn)不同采樣率之間的切換，對時(shí)鐘源輸出的時(shí)鐘信號進(jìn)行分頻，為采集主控板的實(shí)時(shí)鐘模塊提供32768Hz的時(shí)鐘信號，在GPS信號有效情況下由GPS產(chǎn)生的時(shí)鐘秒脈沖控制采集同步，當(dāng)GPS時(shí)間信息無效時(shí)，由所述時(shí)鐘源提供控制采集同步的時(shí)鐘脈沖實(shí)現(xiàn)多臺儀器同步采集，復(fù)雜可編程邏輯器件通過串行外圍總線與采集主控板進(jìn)行通信。
7.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述采集主控板包括ARM9主控芯片，與采集主控板的各個(gè)芯片相連，是所述采集主控板的控制核心，型號是AT91RM9200 ；GPS模塊，與ARM9主控芯片相連，用來獲取接收機(jī)當(dāng)前位置和時(shí)鐘信息，為時(shí)鐘源提供準(zhǔn)確的時(shí)鐘沿基準(zhǔn)，同時(shí)與發(fā)射機(jī)之間完成時(shí)間同步，另外保證各臺接收機(jī)都能在預(yù)定的時(shí)間點(diǎn)開始同步采集，為后期信號處理提供便利；實(shí)時(shí)鐘模塊，與ARM9主控芯片和時(shí)鐘源相連，時(shí)鐘源通過分頻為其提供32768Hz的時(shí)鐘信號，從而提供整個(gè)儀器的時(shí)間計(jì)量基準(zhǔn)；或非存儲器，與ARM9主控芯片相連，大小為16MB，用于存放系統(tǒng)程序；非易失存儲器，與ARM9主控芯片相連，大小為16MB，用于存儲ARM9主控芯片的啟動程序；靜態(tài)存儲器，與ARM9主控芯片相連，大小為64MB，用于ARM9主控芯片的內(nèi)存擴(kuò)展；與非存儲器，與ARM9主控芯片相連，大小為64MB用于存放系統(tǒng)數(shù)據(jù)；溫度傳感器及工作狀態(tài)指示，與ARM9主控芯片相連，用于ARM9主控芯片采集環(huán)境溫度和通過LED燈指示儀器當(dāng)前工作狀態(tài)；電源模塊，實(shí)現(xiàn)對所述鉛酸電池電壓轉(zhuǎn)換至所述采集主控電路所需電壓(+5V、+3. 3V、 +1. 8V)。
8.使用權(quán)利要求1所述裝置在地面及坑道中準(zhǔn)三維測量地下介質(zhì)電阻率分布的方法， 包括步驟(1)在探測工區(qū)的某一采集站點(diǎn)，借助森林羅盤，挖電極坑放電極線布下南北Ex、東西 Ey兩個(gè)水平正交的4個(gè)不極化電極電場傳感器，儀器通過中心電極接地，另外挖探頭坑將南北Hx、東西Hy、豎直Hz三個(gè)方向的磁傳感器埋設(shè)完畢；(2)架好GPS天線，接通鉛酸電池給接收機(jī)主機(jī)上電，儀器上電后完成各個(gè)模塊的初始化，便攜式計(jì)算機(jī)通過串口線和網(wǎng)線訪問和控制儀器；(3)完成GPS對鐘由于坑道中無法接收GPS信號，故坑道作業(yè)時(shí)，先在地面實(shí)現(xiàn)儀器的GPS對鐘，再將儀器布放至坑道中；保證各臺接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間以及接收機(jī)之間的時(shí)間同步，同步精度為10-8s/s ；(4)便攜式計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)交互軟件對儀器進(jìn)行設(shè)置，包括設(shè)置儀器工作方式、查看儀器運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)瀏覽、頻譜分析、采集和現(xiàn)場分析試采樣數(shù)據(jù)；(5)儀器設(shè)置好采集參數(shù)后，其工作具體流程如下初始化模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，在預(yù)定時(shí)刻啟動采集，前端的模擬信號先經(jīng)過輸入保護(hù)、低通電路濾波、前置電路放大、高通電路濾波、50Hz帶阻電路陷波、可選低通電路濾波和數(shù)據(jù)復(fù)用器的處理，然后進(jìn)入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換板，在采集主控板的控制下進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，當(dāng)其中一緩沖區(qū)數(shù)據(jù)滿后切換至另一緩沖區(qū)，通知應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)讀取，并保存至移動存儲U盤中。等待下一頻段啟動時(shí)間，重新初始化模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行采集，如此循環(huán)直至所有頻段采集結(jié)束；(6)對于低頻段數(shù)據(jù)采集，可以在設(shè)置采集參數(shù)后，將便攜式計(jì)算機(jī)撤離，使儀器單獨(dú)工作，待數(shù)據(jù)采集完畢，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至便攜式計(jì)算機(jī)中進(jìn)行后續(xù)分析與處理；(7)數(shù)據(jù)采集過程中，儀器可通過LED燈指示其工作狀態(tài)，可通過串口實(shí)時(shí)發(fā)送狀態(tài)信息至便攜式計(jì)算機(jī)。(8)待所有預(yù)定頻段數(shù)據(jù)采集完畢后，儀器中存儲的數(shù)據(jù)可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至便攜式計(jì)算機(jī)，經(jīng)數(shù)字信號處理，獲得地下的巖石電性成像，從而推斷被測區(qū)域的礦產(chǎn)資源分布。
全文摘要
提供一種地面及坑道準(zhǔn)三維測量地下介質(zhì)電阻率分布的裝置及其方法，所述裝置由傳感器部件、分布式地面一坑道電磁接收機(jī)主機(jī)及輔助部件(裝置其他附屬部件)組成。各個(gè)部件間協(xié)同作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了在地面及坑道中對地下介質(zhì)電阻率準(zhǔn)三維的精確測量；并具有大動態(tài)范圍、抗干擾能力強(qiáng)、低功耗、高可靠性、多通道、智能化的特點(diǎn)。
文檔編號G01V3/08GK102236106SQ20101060769
公開日2011年11月9日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者葉高峰, 張啟升, 景建恩, 王猛, 鄧明, 金勝, 陳凱, 魏文博 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)