[实用新型]三维电法仪中干扰电压智能补偿装置

说明书

技术领域

    本实用新型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三维电法仪中干扰电压智能补偿装置。

背景技术

在直流电法勘探的野外观测中, 经常遇到未知场的干扰,干扰场是指自然电场、大地电流场、各种游散电流场和电线感应场的总和。按其成因又可分为天然干扰场和人工干扰场。天然干扰场主要由大地电流场、电离层波动、雷电活动、地下水的流动、氧化还原作用等因素所引起。人工干扰场主要由工农业生产中各种电机、电线感应等产生的游散电流所引起。其中天然干扰场变化速度慢，有规律性,真正影响较大且难以克服的是人工干扰场，如：在大、 中型矿山、城市等用电量大的区域干扰场较强，为直流脉冲式多阶梯状干扰场，干扰场以直流脉冲式为主, 强度几十至几百mV,最高可达 2 000～3 000 mV，还有正弦波式周期性变化的干扰场，呈周期性变化,此类干扰场形成是某些机械振动(如电力机车经过铁轨连接处)而引起场源的接地电阻的变化或电线中甚低频信号感应所引起。三维电法仪测量地下视电阻率时，需在其发送端电源施加电压，在测量电极形成正常人工电流场，在测量电极M、N两端得到有用电压ΔU_MN，而干扰电压和有用电压一起进入三维电法仪测量系统，如果干扰电压大于有用电压，则测量系统获得的数据误差很大，大大影响观测精度和工作效率, 有时甚至使工作无开展。一般要求测量电极有用电压要大于干扰电压10倍以上，获得的电压数据在可靠，这样使得发送端电源电压增大，很显然，供电电源体积增大，设备笨重。

现代的三维电法仪采用工控机控制分布式智能电极，可靠性高，现场实时处理数据；多通道同时三维快速并行采集，道数多，可高达数百道，视电阻率与视极化率同时测量，数据量大，获取的地质信息丰富。但使用的抵消干扰电压的装置仍采用传统的极化补偿装置，即在仪器内部采用一个电桥电路，由电桥电路产生一个和外界干扰电压大小相等、方向相反的内部直流电压来抵消外界干扰电压，外界干扰电压的大小和方向是随时间变化的，这样就必然使得干扰电压补偿不干净。虽然在现代的电法仪中，由于有嵌入式微处理器、工控机等，采用了先测量干扰电压并存贮该数据，再测量含有用电压及干扰电压之和的电压，然后在微处理器中做减法，得到有用电压，但在先测量干扰电压到测量有用电压及干扰电压之和的电压过程中，干扰电压已经发生了变化，会产生较大的误差。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种能自动改善抗噪性能、自动地迭代调节自身滤波器参数的三维电法仪中干扰电压的智能补偿装置。

本实用新型的三维电法仪中干扰电压智能补偿装置，包括前置放大器、A/D转换器、微处理器，前置放大器输出端通过A/D转换器与微处理器连接，微处理器通过自适应滤波器与D/A转换器相连，D/A转换器再接入前置放大器的输出端，有用电压及干扰电压之和的电压，进入前置放大器放大，将模拟信号通过A/D转换器变成数字信号存入微处理器中，微处理器的数字信号在自适应滤波器中进行滤波，通过D/A转换器变成模拟信号，再与前置放大器放大的模拟信号相减，相减后得到的模拟信号就是纯净的有用信号。

本实用新型的三维电法仪中干扰电压智能补偿装置的核心是自适应滤波器在三维电法仪中的应用，所述自适应滤波器，是利用前一时刻已获得的滤波器参数等结果，自动地调节当前时刻的滤波器参数，以适应信号与噪声未知的或随时间变化的统计特性，从而实现最优滤波。

自适应滤波器：以均方误差最小为准则，自动调节滤波器系数h(n)，以达到最优滤波的时变最佳滤波器，即滤波器的滤波参数会变，随着外界参数变化自动调节，使滤波器滤除干扰电压的效果最佳。

所述的自适应滤波器采用最小均方(LMS)自适应算法，LMS是一种以期望响应和滤波输出信号之间误差的均方值最小为准则，依据输入信号在迭代过程中估计梯度矢量，并更新权系数以达到最优的自适应迭代算法。LMS算法为一种梯度最速下降方法，其显著的特点是它的简单性。这种算法不需要计算相应的相关函数，也不需要进行矩阵运算。

自适应过程在误差性能曲面的最陡下降方向移动和逐步校正滤波系数，最终到达均方误差为最小的碗底最小点，获得最佳滤波或准最优工作状态。

令                                               代表n时刻的维梯度矢量，等于滤波器系数的数目；为自适应滤波器在n时刻的滤波系数或权矢量。按照最陡下降法调节滤波系数，则在n+1时刻的滤波系数或权矢量可以用下列简单递归关系来计算：