CN1032240A - 地震前兆交变电信息接收仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种短临前兆交变电信息的监测 方案，以克服现有技术抗干扰力差、异常信号不易识 别、适用范围有限的缺点。其主要技术特征在于采用 了接收和连续记录超低频交变电信息频率和场强的 方法并为此设计了一种超低频电信息频率和场强的 接收仪。用本方案记录到的频率和场强图谱，配以相 应的分析方法，能指示前兆异常的大致方向和对未来 震级、震中距及发震时间作出半定量的短临预报。

Description

本发明涉及一种用于预报地震，监测短临前兆交变电信息的超低频接收仪。

地震界发现，孕震过程中，未来震源区会产生电磁异常辐射。这种电磁异常会沿岩石土体传播，为获取这种电信息。较为流行的是用微安表观测或直接将地电电极接在电位差计上记录，以获取全地电信息，从中分离出于预报有用的地电异常信息。但由于受地形、电极埋设环境和气候等影响，这种有用信息往往被各种干扰信号掩盖或混淆，极难分辨，因而这两种方式都曾遭到非议，认为根本不能用于地震预报。

世界地震译丛1988年2期“低频段浅源地震电磁辐射的观测”一文中报道了另一种地震预报方法和装置。以无线电接收机作为传感器，在低频段进行连续观测，并以163KHZ作为监测频率。用这种方式曾观测到内陆或浅海区浅源地震前后的异常低频噪声。但对沿岩石土体传播的电磁波无能为力。

发明人经十多年观测研究发现，临震前地电会出现一些频率甚低的交变电信号（景天贵，1984年乐山地区学术会议交流文件）。世界地震译丛在1987年2期37页也说到：短临阶段可以产生强度可观的交变电信息。其中高频部份很快衰减掉，超低频部份则可传播很远，但很微弱。

本发明的目的在于克服上述现有技术抗干扰力差、异常信号不易识别、适用范围有限的缺点，提供一种地震前兆交变电信息接收仪，用连续记录超低频交变电信息频率和场强图谱的方法来监测短临前兆异常。

本发明通过下述技术方案来完成。它用低噪声、低温漂前置级将电极探头检拾来的各种地电信号放大，再经通带很窄的有源组合带通滤波器除去干扰成份并进一步放大后，一路送入比较整形器规范化为方波，再通过频率一电压变换器将此方波频率线性转换为电压，输入双笔长图记录器，以获得连续的电压曲线;另一路经线性检波并滤除纹波后亦送入记录器，获得交变信息辐度的图谱。如此，短临前兆信息中极其重要的两个指标：交变信息的频率和场强（也即交变信息辐度）就能有效地捕获并易于识别。本方案的特征在于它能放大和筛选电极探头检拾的各种交变电信息，最后输出两个单一的、易于识别和分析的物理量-超低频电磁波频率和场强。为此，它的有源组合带通滤波器，通带选在0.01～30HZ范围内;它的比较整形器具有无过零干扰、阈值适中（0.7V）且稳定的特点，能大大改善本仪器超低频状态下工作的信噪比;它的F/V变换器时间常数在30～100秒范围内选择，以排除那些无记录价值的单脉冲或持续时间短的干扰脉冲;为了排除单脉冲对场强分量图谱的严重干扰和滤除检波后的纹波，在检波器后加了一级二阶有源低通滤波器。本方案中直流箝位器向记录器提供的设定直流电压信号，其电源由本机正电源供给，无需另设化学直流电源。同时它被两只正向串联的二极管稳压，确保了设定直流电压的稳定，避免了因化学电源衰耗引起记录笔工作基线不稳。

图1为本信息接收仪电原理图。

图2为前置放大器。

图3A为二阶有源低通滤波器电原理。

图3B为二阶有源高通滤波器电原理。

图3C为组合带通滤波器特性。

图4A为比较整形器。

图4B为比较整形器工作原理图。

图4C（1）为零交比较器整形基线（2）为新型比较器基线。

图5A为频率-电压（F/V）转换器。

图5B为F/V转换器实测曲线。

图6为线性检波器。

图7为直流箝位器。

图1也是本发明的最佳实施例。下面结合图1详细说明本发明的技术方案。其中运放集成块A₁-A₁₂均采用LM324。各元件参数值在图中标明，不再赘述。

1、前置级（见图2）。A₁接成电位跟随器，A₂接成反相器，两者搭接成反相电压放大器，本级放大倍数选取在20～50倍。

2、组合带通滤波器。它由低通-高通-低通-高通-高通串联成，其中的低通都采用二阶有源低通滤波器，它们的结构和参数完全相同，具体电路见图3A;高通都采用二阶有源高通滤波器，结构和参数也完全相同，具体电路见图3B。本例中组合带通滤波器的通带设计为0.25～10HZ，增益设计在10000倍，其滤波特性见图3C。

3、比较整形器（见图4A）。该电路的特点是输入信号Vi通过R₁加在A₁的反相端，同相端用两只快恢复开关二极管（D₁、D₂）反相并联后接地，参考电压由正反馈电阻R₂产生。V_R的符号随V_O的符号改变而改变。图4B示出了比较整形器的工作原理。当V_i＞｜V_R｜时，A₇才会翻转，否则A₇输出状态不变。｜V_R｜即本电路的阈值，等于二极管导通压降，本例中为0.7V，是个定值，它使前一级电路噪声（其辐值＜＜｜V_R｜）不被整形，大大改善了仪器的信噪比。图4C示出了零交比较器与本新型比较器的基线频谱对比。

4、频率一电压（F/V）转换器，见图5A。它将脉冲频率变换为连续电压，使前兆异常的频谱特征将较易识别。其中电路参数特别是R₁C₂值的选择很重要。过小，一些单次干扰脉冲会被记录，过大会使前兆异常信号的图谱达不到应有的高度，以致不易判别。本例中选取R₁C₂＝50秒，即R₁＝1MΩ，C₂＝50μf。

5、线性检波器，见图6。本级用以将前级送来的交变信息检波，获取信息中的场强分量E（也即交变信息的辐度），再输往记录器便可得到交变信息辐度图谱。

6、二阶有源低通滤波器。电路结构同图3A。本例中其通带上限定在0.01HZ，时间常数取在200秒。如此既可避免单次脉冲干扰信号进入，造成图谱零乱，又不致仪器灵敏度降低。

7、输出衰减器。为配合量程不同的长图记录器而设置，本例中使用了一个1×10位波段开关，适用于5～100mV量程的各种电子电位差计（记录器）。

8、直流箝位电路，见图7。采用双笔记录时，为避免两路记录笔“打架”，设置本电路以向记录器提供设定直流电压（或称记录器工作基线）。与已有的直流箝位电路相别的特征在于，它的电源是本机正电源供给，且由二只二极管正向串联稳压。在本例中，二极管选用2CK，两管串联后的导通压降为1.4伏。

9、电源，本机电源采用±15V。本例以220伏交流市电经整流稳压后作电源。

本发明与已有地震短临前兆电信息接收装置比有以下突出优点。1）它用接收和连续记录超低频交变电信息频率和场强图谱的方法来监测短临前兆信息。2）它提供的地震前兆交变电信息接收仪信噪比高、抗干扰力强，能接收和分别连续记录超低频前兆信息频率F和场强E的图谱，异常信号容易识别。3）将记录到的频率和场强图谱，配以相应的分析方法（将另案申请发明专利），能指示前兆异常的大致方向和对未来震级、震中距及发震时间进行半定量短临预报。

Claims (5)

1、一种用于监测短临前兆的交变电信息接收仪，由前置级、有源组合带通滤波器、比较整形器、频率一电压变换器、线性检波器、二阶有源低通滤波器、输出衰减器、直流箝位器和稳压电源组成，其特征是：1)采用接收和记录未来震源区电磁异常辐射的频率F和场强E来监测地震短临前兆异常，2)它监测的频率范围选定在0.01～30HZ.3)有源组合带通滤波器的通带选在0.01～30HZ范围内，4)比较整形器无过零干扰，其阈值为硅开关二极管的导通压降，5)频率一电压变换器的时间常数在30～100秒内选择，6)检波后的子性吹屯瞬ㄆ鞯耐ù舷尬?.05HZ，7)直流箝位器的电源直接由本机正电源供给并用二只正向串联的二极管稳压。

2、根据权利要求1所述的短临前兆交变电信息接收仪，其特征是：1）其组合带通滤波器由低通-高通-低通-高通-高通串联组成，每级低通都采用结构和参数完全相同的二阶有源低通滤波器电路，每级高通采用结构和参数完全相同的二阶有源高通滤波器电路，2）本组合带通滤波器的最佳带宽为0.25～10HZ。

3、根据权利要求1所述的短临前兆交变电信息接收仪，其特征是比较整形器A₇的同相端用两只快恢复开关二极管反向并联后接地，其阈值为0.7V。

4、根据权利要求1所述的短临前兆交变电信息接收仪，其特征是其频率一电压转换器的最佳时间常数R₁C₂＝50秒，即R₁＝1MΩ，C₂＝50μf。

5、根据权利要求1所述的短临前兆交变电信息接收仪，其特征是检波后的二阶有源低通滤波器的通带上限最佳值为0.01HZ。

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