[发明专利]三维电阻率成像系统的硬件组成方案

说明书

技术领域

本发明属于地球物理勘探技术领域，具体的说是应用于资源与环境勘探技术领域中的直流电法勘探技术，涉及一种三维电阻率成像系统的硬件组成方案。

背景技术

早在19世纪初就开始用电法找矿以来，直流电法勘探技术发展了近200年。自20世纪80年代高密度电法技术发展以来，电法勘探技术得到迅速发展和广泛应用。直流电法勘探技术主要以高密度电法为主的四种方法：①高密度电阻率法-它采用三电位电极系，包括温纳四极、偶极、微分三极装置，结合计算机技术，可广泛应用于场地地质调查，坝基及桥墩选址等，是目前主导电法勘探技术，但数据采集仍为串行。②高分辨地电阻率法-该方法起初用于探测军事方面的洞体，后应用到探测废矿巷道、岩溶等地下洞。③激发极化法-它是应用最广和效果最好的一类电法勘探方法，在找水、找油方面取得了明显的效果。不过仪器现场测量需要长时间观测。④频谱激电法一又称复电阻率法，在金属矿床和油气勘察方面取得了明显的找矿效果，但对激电效应和电磁效应的分离、激电异常的评价并未完全解决。

目前在直流电法勘探技术中，较常用、较先进的仪器是高密度电法仪，它主要有串行测量方式和并行测量方式两种：

串行测量方式采用了一次性布极，(1个)主控制器通过RS485串行通讯总线对连接在总线上的多个电极转换装置进行控制，由电极转换装置自动实现多种电极组合，然后主控制器再对数据进行采集(有些主控制器还完成数据存储、处理等功能)。故串行测量方式所用电缆线较少、质量轻，携带、搬运、布线方便，常用于野外工程作业。现在多数工程用的高密度电法仪就采用此方案；但由于每一对电极供电，只能有一对电极测量电压，其他电极处于空闲状态，实际数据采集过程需要大量的时间去等待依次供电切换和测量切换过程的循环。

并行测量方式也采用一次性布极，(1个)主控制器通过RS485串行通讯总线对连接在总线上的多个智能电极进行控制，在智能电极上并行地连接有8个(有些是16个)电极，由智能电极自动实现多种电极组合，智能电极同时还是一个小的数据采集系统，设计有信号调理电路、A/D转换电路(一般不超过16位)、单片机MCS51系统等，再由智能电极完成对数据的采集、存储、简单处理，然后把数据通过RS485总线上传给主控制器。但由于采用了单片机及RS485总线，测量速度有限，电路复杂，成本高。

近十几年来，随着计算机技术、网络技术、电子器件的飞速发展，电法找矿已由高密度电法找矿逐步发展到三维电阻率成像找矿。三维电阻率成像系统一方面需要研究合理的数学物理模型、数据处理方法、成像算法等(即软件部分)，另一方面需要设计具备数据采集、数据存储、数据预处理、数据传输、成像计算与显示等功能的系统(即硬件部分)。故首先要确定三维电阻率成像系统的方案，设计出三维电阻率成像系统的硬件系统。

1)采用单一的RS485总线不适合于设计三维电阻率成像系统。由于不管是目前的串行测量方式还是并行测量方式，都采用了单一的RS485总线进行控制和数据传输，其最长距离只有1200米范围，数据传输速度较慢。而要设计三维电阻率成像系统，其所需测量区域较大，数据点多，数据量大，因此整个测量过程将需要时间很长(几小时甚至几十小时)，环境变化(如温度、湿度等)会对测量结果产生较大的影响，从而造成所采集的数据更加复杂，进行三维成像的理论解释(数学反演)将很难成为可能。因此单一的RS485总线不能用于设计成三维电阻率成像系统。

2)采用硬件电路构成的信号调理电路难于满足三维电阻率成像系统对数据测量精度和稳定性、一致性的要求。一方面，由硬件构成的信号调理电路一般包括一级50Hz的低通滤波器和一级30Hz的低通滤波器，用于抑制工频干扰。但元器件(运算放大器、电阻、电容等)的选择及工作电源的稳定性、对称性等因素限制了数据测量精度，所以其后面的A/D(或V/F)转换电路一般不会超过16位。另一方面，由于元器件容易受温度、湿度等环境影响造成参数的漂移，以及长时间之后的参数漂移都对三维电阻率成像系统造成影响。并且在并行测量方式中，每个通道都需要一路信号调理电路，这会出现各个通道的不一致性带来对测量精度影响，同时使得电路复杂化，可靠性下降。