CN101009039B

CN101009039B - 一种电法勘探信号接收机及其放大倍数智能控制方法

Info

Publication number: CN101009039B
Application number: CN200610032549A
Authority: CN
Inventors: 陈儒军; 蔡自兴; 何继善; 丁科
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-11-09
Also published as: CN101009039A

Abstract

本发明公开了一种电法勘探信号接收机及其放大倍数智能控制方法，该接收机由至少两级放大器和滤波器，及A/D转换器和计算机系统通过信号线顺次连接构成，各放大器的输出端、滤波器的输出端分别通过信号线与一选择器开关的输入端连接；所述选择开关的输出端及第2级之后的滤波器的输出端、放大器的输出端分别通过信号线与另一选择器开关的输入端连接；所述另一选择器开关的输出端与A/D转换器的输入端连接，A/D转换器的输出端与计算机系统连接。本发明还包括所述接收机放大倍数智能控制方法。使用本发明之接收机，不论周边有何种干扰，均能实现其各级放大倍数的最优设置，保证接收机对信号的最优放大。

Description

一种电法勘探信号接收机及其放大倍数智能控制方法

技术领域

本发明涉及一种电法勘探信号接收机及其放大倍数智能控制方法。

背景技术

在电法勘探中，电法勘探信号接收机(以下简称“电法勘探接收机”)采集的信号振幅变化范围大。最小信号的振幅小于10uV，最大信号的振幅可超过10V。这就要求接收机具有多级多挡的放大倍数，能够对各种信号进行有效放大。例如，美国ZONGE公司生产的GDP-32II多功能电法勘探接收机，采用了一级衰减、三级放大电路。第一级放大倍数为1、4和16三挡。第二级和第三级放大倍数的档差为2，每级放大器有7挡，放大倍数从1到128以2ⁿ递增。同时，由于电法勘探接收机采集的信号为电场或磁场信号，面临严重的人文干扰。干扰比有用信号的振幅有时大1000倍以上。常见的干扰有50/60Hz电力线干扰、电台干扰和汽车点火干扰等。因此，接收机中必须有不同功能的滤波电路。通常是在每级放大器后面跟一级功能不同的滤波器。由于电力线干扰很大，通常在前置放大器后面跟50/60Hz陷波器，在其它放大器后面跟高通、低通或带通滤波器。在接收机放大倍数控制方面，有两种方法。第一种方法是用户设置各级放大器的放大倍数。采用这种方法的电法勘探接收机有美国GEOMETRICS公司生产的EH-4，加拿大凤凰公司生产的V5-2000和V8等接收机。这要求用户对干扰的大小、频率范围和信号的大小有详细的了解，并且熟悉仪器内部的功能。但电法勘探接收机的用户为地球物理勘探人员，对接收机内部原理很难理解，仪器采集的又是通过滤波后的信号，因此无法准确设置第一级放大器的放大倍数，保险的做法是将第一级放大器的放大倍数设置到最小。这又导致接收机的等效输入噪音增大，使信号观测的精度下降，满足不了电法勘探的要求。另一种方法是接收机自动设置放大倍数，采用这种方法接收机有美国ZONGE公司生产的GDP-32II。具体方法是，先将第二级放大器后面跟随的抗混叠滤波器屏蔽，然后测量信号大小，调整第二级放大器放大倍数。再将抗混叠滤波启动，调整第三级放大器放大倍数。将第一级放大倍数设置为最低或人工选择放大倍数模式下由用户设置。上述方法在有无干扰的情况都不是最优的放大倍数设置。因为接收机的等效输入噪音主要由第一级放大器放大倍数确定。放大倍数越大，等效输入噪音越小。GDP-32II在自动设置模式下将第一级放大器的放大倍数设置到最小，虽然可以保证在信号中存在比较大的干扰时，防止放大器因干扰导致饱和的情况出现，但无法对信号实现最优放大。人工设置第一级放大倍数又可能导致放大器饱和。因为接收机测量的信号是通过滤波后的信号，信号中的干扰已经被陷波器、高通滤波器和低通滤波器压制。接收机无法知道干扰的大小。在这种情况下将第一级放大器设置一个大的放大倍数，就可能会导致前置放大器饱和。由于前置级放大器后面跟了一个陷波器和各种高低通滤波器，用户很难发现前置放大器出现了饱和状态。其它各级放大器的情况也是如此。因此，在无法知道干扰的大小和特性的情况下，无论是人工设置还是目前的接收机自动设置方法，都无法正确有效地设置接收机各级放大器的放大倍数，无法在电法勘探过程中实现信号的最优放大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有电法勘探接收机的上述缺陷，提供一种抗干扰能力强，在任何干扰和信号大小的情况下，均能对接收信号实现最优放大的电法勘探接收机及放大倍数智能控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明之电法勘探接收机，由至少两级放大器和滤波器，及A/D转换器和计算机系统通过信号线顺次连接构成，前两级放大器的输出端、一级滤波器的输出端分别通过信号线与一选择器开关的输入端连接；所述选择开关的输出端及第2级之后的滤波器的输出端、第3级之后放大器的输出端分别通过信号线与另一选择器开关的输入端连接；所述另一选择器开关的输出端与A/D转换器的输入端连接，所述A/D转换器的输出端与计算机系统连接。

本发明之接收机放大倍数智能控制方法为：首先让接收机通过所述选择器开关屏蔽住第一级放大器以外的其它各级放大器和滤波器，使接收机A/D转换器能够直接测量第一级放大器的输出；由于接收机A/D转换器在这种情况下测量的结果没有滤波器和除第一级放大器之外的其它各级放大器的影响，包含了各种干扰，这个时候可以保证第一级放大器的正确设置；由于干扰的振幅大小具有随机性，第一级放大器有可能在测量过程中出现饱和，因此，对放大器放大倍数的设置模式应具有可以选择的若干种；可以按现有公知模式设置放大器放大倍数；优选的模式可分为无干扰、弱干扰、中等干扰、强干扰四种：在实验室进行标本测量可设置为无干扰模式，水槽试验和在荒无人烟的高寒、沙漠地区测量可设置为弱干扰模式，在远离矿山、城镇、变电站、广播电台和电站的地区测量可设置为中等干扰模式，在矿山、城镇、变电站、广播电台和电站附近测量可设置为强干扰模式；在无干扰模式下，放大后信号的最大振幅接近A/D转换器的满刻度输入电压，在强干扰模式下，放大后信号的最大振幅是A/D转换器满刻度输入电压的几分之一；各种对应的优选参数如下：在无干扰模式下，放大后信号的最大振幅不超过A/D转换器满刻度输入电压的90％；在弱干扰模式下，放大后信号的最大振幅不超过A/D转换器满刻度输入电压的60％；在中等干扰模式下，放大后信号的最大振幅不超过A/D转换器满刻度输入电压的40％；在强干扰模式下，放大后信号的最大振幅不超过A/D转换器满刻度输入电压的30％。对于接收机其它各级放大器放大倍数的设置，应采用相同的干扰模式。这是因为干扰的频率范围往往很宽，有时与信号的频率范围一致，而滤波器只能压制部分干扰的影响。如果在强干扰地区对各级放大器的设置采用不同的干扰模式，就可能导致某级放大器因强干扰的出现而饱和，无法实现信号的正常测量。

干扰模式也可以通过对背景噪音的自动识别确定。识别方法如下：先关闭电法勘探中产生激励信号的电法勘探发送机，让接收机直接测量没有响应信号存在时的背景噪音；然后根据背景噪音的大小确定放大倍数设置模式，如果背景噪音振幅大于1V，为强干扰模式；如果背景噪音在0.1V至1V之间，为中等干扰模式；如果背景噪音在0.01V至0.1V之间，为弱干扰模式；如果背景噪音小于0.01V，为无干扰模式。以上所述“大于”、“小于”不含本数，“在…至…之间”包括本数。

第一级放大器放大倍数正常设置后，利用选择器开关使信号依次通过第一级放大器、第一级滤波器和第二级放大器，然后通过测量第二级放大器的输出设置第二级放大器的放大倍数；并将所述第一级放大器放大倍数设置模式应用在第二级放大器的放大倍数设置过程中；最后按同样方法设置第三级放大器和后面各级放大器的放大倍数.

采用本发明，可以首先实现接收机第一级放大倍数的正确放大，保证接收机对给定信号和干扰具有最低的等效输入噪音；然后依次实现第二级和第三级放大器放大倍数的最优设置。无论干扰和信号的特性如何变化，无论是强干扰还是弱干扰，都能够实现接收机各级放大倍数的最优设置，保证接收机对信号的最优放大，达到最佳的勘探效果。

附图说明

图1为本发明电法勘探接收机一实施例的原理图；

图2为图1所示实施例放大倍数设置过程流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。本实施例不得用于解释对本发明保护范围的限制。

参照图1。本发明电法勘探接收机实施例由放大器I1、滤波器I2、放大器II3、滤波器II4、放大器III5、滤波器III6、A/D转换器7和计算机系统8顺次连接而成，电法勘探信号、放大器I1输出端、滤波器I2输出端、放大器II3输出端分别通过信号线202、信号线204、信号线206、信号线208连接到选择开关I9的四个输入端；选择开关I9的输出端、滤波器II4的输出端、放大器III5的输出端、滤波器III6的输出端分别通过信号线300、信号线302、信号线304、信号线306连接到选择器开关II10的4个输入端；选择器开关II10输出端连接到A/D转换器7的输入端，A/D转换器7的输出端与计算机系统8连接。

通过控制选择器开关I9和选择器开关II10，接收机输入端的电法勘探信号、各级放大器和滤波器的输出可以作为A/D转换器的输入，A/D转换器的输出进入计算机系统8，利用计算机系统8分析各级放大器输出信号的大小，就可以正确设置各级放大器的放大倍数。

参照图2。利用本实施例三级放大接收机各级放大器的放大倍数设置步骤如下：

(101)选择器开关I9选择线路202，选择器开关II10选择线路300，该设置将接收机输入端的电法勘探信号直接连接到接收机的A/D转换器7的输入端：

(102)测量背景噪音关掉接收机的激励信号，测量没有激励信号时的背景噪音，背景噪音包含了各种干扰；

(103)设置干扰模式根据背景噪音的大小确定和设置干扰模式，背景噪音的大小通过其峰值取定；

(104)选择器开关I9选择线路204，选择器开关II10选择线路300，该设置将放大器I1的输出端连接到A/D转换器7的输入端；

(105)设置放大器I1放大倍数根据步骤(103)确定的干扰模式和放大器I1输入信号的大小，计算和设置放大器I1的放大倍数。

(106)选择器开关I9选择线路208，选择器开关II10选择线路300，该设置将放大器II3的输出端连接到A/D转换器7的输入端；

(107)设置放大器II放大倍数根据步骤(103)确定的干扰模式和放大器II3输入信号的大小，计算和设置放大器II3的放大倍数；

(108)选择器开关I9选择线路208，选择器开关II10选择线路304，该设置将放大器III5的输出端连接到A/D转换器7的输入端；

(109)设置放大器III放大倍数步骤(103)确定的干扰模式和放大器III5输入信号的大小，计算和设置放大器III5的放大倍数；

(110)选择器开关I9选择线路208，选择器开关II10选择线路306，该设置将滤波器III5的输出端连接到A/D转换器7的输入端，保证信号的正常测量；

(111)放大倍数设置完成。

Claims

1.一种电法勘探信号接收机，其特征在于，由至少两级放大器和至少两级滤波器，及A/D转换器和计算机系统通过信号线顺次连接构成，前两级放大器的输出端、一级滤波器的输出端分别通过信号线与一选择器开关的输入端连接；所述选择开关的输出端及第2级之后的滤波器的输出端、第3级之后放大器的输出端分别通过信号线与另一选择器开关的输入端连接；所述另一选择器开关的输出端与A/D转换器的输入端连接，所述A/D转换器的输出端与计算机系统连接。

2.如权利要求1所述的电法勘探信号接收机的放大倍数智能控制方法，其特征在于，首先让接收机通过所述选择器开关屏蔽住第一级放大器以外的其它各级放大器和滤波器，使接收机A/D转换器能够直接测量第一级放大器的输出，并设置放大器放大倍数；第一级放大器放大倍数正常设置后，利用选择器开关使信号依次通过第一级放大器、第一级滤波器和第二级放大器，然后通过测量第二级放大器的输出设置第二级放大器的放大倍数；并将所述第一级放大器放大倍数设置模式应用在第二级放大器的放大倍数设置过程中；之后，按同样方法设置第三级放大器和后面各级放大器的放大倍数。

3.如权利要求2所述的电法勘探信号接收机的放大倍数智能控制方法，其特征在于，各级放大器放大倍数设置模式分为无干扰、弱干扰、中等干扰、强干扰四种：在实验室进行标本测量设置为无干扰模式，水槽试验和在荒无人烟的高寒、沙漠地区测量设置为弱干扰模式，在远离矿山、城镇、变电站、广播电台和电站的地区测量可设置为中等干扰模式，在矿山、城镇、变电站、广播电台和电站附近测量设置为强干扰模式；各对应模式的参数如下：在无干扰模式下，放大后信号的最大振幅不超过A/D转换器满刻度输入电压的90％；在弱干扰模式下，放大后信号的最大振幅不超过A/D转换器满刻度输入电压的60％；在中等干扰模式下，放大后信号的最大振幅不超过A/D转换器满刻度输入电压的40％；在强干扰模式下，放大后信号的最大振幅不超过A/D转换器满刻度输入电压的30％。

4.如权利要求2所述的电法勘探信号接收机的放大倍数智能控制方法，其特征在于，各级放大器放大倍数设置模式分为无干扰、弱干扰、中等干扰、强干扰四种：背景噪音振幅大于1V，为强干扰模式；背景噪音在0.1V至1V之间，为中等干扰模式；背景噪音在0.01V至0.1V之间，为弱干扰模式；背景噪音小于0.01V，为无干扰模式。