CN105652327A - 天然电场探测用电缆探针组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然电场探测用电缆探针组件，包括首端电连接件1、电缆本体2、尾端电连接件3、探针电连接件4、探针5和终端匹配器6；该电缆探针组件每段具有类型编码，可多段有序连接，其首端电连接件1用于连接探测装置或上一段电缆探针组、尾端电连接件3用于连接下一段电缆探针组或终端匹配器6，对所有连接探针、电缆具有自检功能。本发明能将探测区域内的天然电场信息进行集中收集，将信息传送给探测装置进行处理分析，有效的解决了传统物探工程中测线布置工程量大、探测效率低的问题，并减少了探测数据的时空差异、提高了收集信息的抗干扰能力。

Description

天然电场探测用电缆探针组件

技术领域

本发明涉及一种用于天然电场探测的电缆探针组件，采用分段式电缆探针结构，可多段有序连接使用，且对所有连接探针、电缆具有自检功能。

背景技术

天然电场探测是指以地球自身交变电磁场作为场源，测量其交变电磁场通过不同介质在地表产生的电场分量，并对测量信号进行特征提取与分析，以研究探测区域内地质构造的地球物理勘探方法。地壳由不同的岩石、矿体以及各种地质构造所组成，它们具有不同的导电性、导磁性、介电性和电化学特性。天然电场探测就是利用这些不同特性对采集的信号以此来研究地质特征。与其他类型的电法勘探相比，此法操作简单、成本较低、精确度较高，被广泛应用于寻找金属、非金属矿床、勘查地下水资源和能源、解决某些工程地质及深部地质问题等，是一种十分有效的地球物理勘探方法。

现有的天然电场探测中，一般是“探针+电缆+仪器”探测方式，探测仪器通过探测电缆与探针相连以接收探针获得的地表每个测点的电磁场信息，每个测点信息的获取至少需要2根探针，通常称探针与探针之间的距离为“极距”、测点与测点之间的距离为“点距”，极距大小取决于勘查纵深范围要求，而点距大小决定了勘查的平面精度。现有方法的实际探测工程中，为得到满足要求的极距和点距，需频繁移动探针或布置大量的探针和探测电缆（或探针与仪器的连接线），存在以下不足：（1）效率低对于仅配2根探针的仪器，采集一个测点的数据只需几秒到几分钟的时间（因探测深度不同而不同），而移动探针并布置好一个测点往往需要几十分钟；（2）工程量大对于配置多探针的仪器，每探针在满足极距和点距要求的同时还需布置一根与仪器的连接线，布线繁琐且工程量大；（3）抗干扰能力差现有的探测方式中，仪器与探针的连接大都采用普通导线，易受探测环境的电磁干扰而导致探测数据无效；（4）探测数据的时空差异大现有探测方式需逐个测点进行数据采集，测点之间采集数据的起始时刻相隔较长，造成各测点数据取样时的时空条件不一，增加了后续数据分析与解释的困难；（5）无连接自检功能在现有的探测中，探针是否与探测电缆连接、探测电缆是否开路？仪器全然不知，导致了探测过程中存在许多的不确定性因素。

天然电场探测方式的特殊性、探测环境的复杂性以及成本控制对探针、电缆的性能都有较为严格的要求：探针必须对于电磁场信号十分灵敏，能准确获得有效信号，同时必须具有优良的抗干扰性以获得真实信号；电缆必须方便易携带，在实际使用当中操作简单，且必须符合成本控制的要求，有较高的性价比；探针、电缆的优良与否对于电磁波信号的优良与否具有十分重要的意义。基于现有探测方式的探针、电缆多为一线一探针形式，探测效率较低，且携带不便、布线方式较为复杂、抗干扰性能较差，难以满足探测装置日益提高的性能要求。因此，开发一种能够适用各种探测环境、布线灵活、抗干扰性强的电缆探针组很有必要。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的是提供一种用于天然电场探测的电缆探针组件，它采用分段式电缆探针结构、连接探针与探测仪器，可多段有序连接使用，且对所有连接探针、电缆具有自检功能；其结构简单且便于携带，并具有较强的抗干扰性，与配套的探测装置连接使用能获得较真实的电磁波信号。

为了实现上述目的，开发了一种用于天然电场探测的布线灵活分段式电缆探针组件。该电缆包括首端电连接件、电缆本体、尾端电连接件、探针电连接件、探针和终端匹配器，所述首端电连接件通过电缆本体与尾端电连接件相连接，探针通过探针电连接件与电缆本体相连接，首端电连接件用于连接探测装置或上一段电缆探针组件，尾端电连接件用于连接下一段电缆探针组件或终端匹配器，每段电缆均匀分布相距为D的8个探针电连接件，首探针与首端电连接件的距离为t米，尾探针与尾端电连接件的距离为D-t米，该电缆探针组件每段具有类型编码，可多段有序连接使用。

为实现结构优化和较为理想的使用性能，其进步一步的措施是：

所述的首端电连接件为一个12芯的航空插头，用于连接探测装置或上一段电缆探针连接组件。

所述的电缆本体（2）为20芯双层屏蔽电缆，包括内层线芯（2-1）、空隙填充物（2-2）、内屏蔽层（2-3）、内隔离层（2-4）、外层线芯（2-5）、外隔离层（2-6）、总屏蔽层（2-7）、外护套（2-8）；由7根内层线芯（2-1）与空隙填充物（2-2）经内屏蔽层（2-3）编织后绕包内隔离层（2-4），其外均匀分布13根外层线芯（2-5）后绕包外隔离层（2-6），再由总屏蔽层（2-7）编织后挤压外护套（2-8）而成。

所述的尾端电连接件（3）为一圆柱体，包括电缆接入口（4-1）、底座（4-2）、上盖（4-3）、控制电路板（4-5）、航空插座（4-7），所述电缆本体（2）经电缆接入口（4-1）与控制电路板（4-5）、航空插座（4-7）连接，航空插座（4-7）用于连接下一段电缆探针组件或终端匹配器（6），控制电路板（4-5）在探测装置串行控制下实现探针选择与类型编码输出。

所述的控制电路板（4-5）包括8位串入并出移位寄存器IC1、8位并入串出移位寄存器IC2、8选1模拟开关IC3和IC4、8位拨动开关SW1、8个二极管D1～D8和8个电阻R1～R8，通过IC1移出选通控制码到IC3和IC4决定本段电缆的探针选择，电阻R1～R8和拨动开关SW1设置本段电缆的类型编码通过IC2移出，二极管D1～D8与本段电缆上8个探针电连接件内的二极管一起用于限幅探针输入信号以保护内部电路。

所述的探针电连接件（4）包括金属质上盖、绝缘材料下盖两部分，所述电缆本体（2）从上盖的电缆过孔（5-5）穿过并由两个电缆固定件将其固定于内螺纹（5-6）处、电缆外屏蔽连接并用螺钉固定于上盖内螺纹（5-7）、内屏蔽层（2-3）和一外层线芯（2-5）连线至探针检测电路板（5-2）的G端和A端，所述探针（5）由下盖的探针旋入螺孔（5-1）旋入并短接探针检测电路板（5-2）上的两弹性触点。

所述的探针检测电路板（5-2）包括磁珠Z1、弹性触点SW2、电容C1和二极管D9，弹性触点SW2检测探针连接状态并导入信号到磁珠Z1，磁珠Z1抑制高频干扰并连接信号到A端，二极管D9与尾端电连接件内控制电路板的二极管一起用于探针输入信号的限幅与保护，电容C1在探测时起滤波作用。

所述的探针（5）为一具有良导电性的金属材质细杆，上端部分的螺纹接头（7-1）用于与探针电连接件（4）相连，下端部分的圆锥体（7-3）可使探测杆插入泥土更为容易，中间（7-2）为细长圆柱体。

所述的终端匹配器（6）包括电容C2、C3、C4、C5和电阻R9、R10、R11，电容C2、C5用作电源退耦，C3、C4用作信号线滤波；电阻R9用作线路阻抗匹配，R10用于上拉，R11用于抑制差模干扰。

本发明采用分段式电缆将探测杆与探测装置连接的技术方案，在电缆首、尾端分别接有航空插头与航空插座，可多段电缆探针组件进行有序连接使用，且对所有连接探针、电缆具有自检功能。该方案能将探测区域内的天然电场信息进行集中收集，将信息传送给探测装置进行处理分析，有效的解决了传统物探工程中测线布置工程量大、探测效率低的问题，并减少了探测数据的时空差异、提高了收集信息的抗干扰能力。本发明适用于与物探装置连接使用，对天然电场信号进行集中采集，并通过上位机对信号进行分析处理，根据对探测区域内的电场电性分析判断其物理特性。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明的结构原理图

图中：1.首端电连接件，2.电缆本体，3.尾端电连接件，4.探针电连接件，5.探针，6.终端匹配器。

图2是本发明的电缆本体结构图。

图中：2-1.内层线芯，2-2.空隙填充物，2-3.内屏蔽层，2-4.内隔离层，2-5.外层线芯，2-6.外隔离层，2-7.总屏蔽层，2-8.外护套。

图3是本发明的尾端电连接件电路原理图。

图4是本发明的尾端电连接件结构图。

图中：4-1.电缆接入口，4-2.尾端电连接件底座，4-3.尾端电连接件上盖，4-4.上盖固定螺钉孔，4-5.尾端电连接件控制电路板，4-6.控制电路板固定螺钉，4-7.尾端航空插座。

图5是本发明的探针电连接件结构图。

图中：5-1.探针旋入螺孔，5-2.探针连接件电路板，5-3.探针连接件电路板固定螺钉，5-4.连接上盖螺钉孔，5-5.电缆过孔，5-6.电缆固定件内螺纹，5-7.电缆外屏蔽连接内螺纹，5-8.连接下盖内螺纹。

图6是本发明的探针电连接件电路原理图。

图7是本发明的探针外形示意图。

图中：7-1.连接外螺纹，7-2.探测杆体，7-3.探针尖头。

图8是本发明的终端匹配器电路原理图。

图9是某探测仪器使用本发明在探测工程中的布线图。

图10是使用本发明收集信息经上位机分析所得的四维物探剖面图。

图11是使用本发明收集信息经上位机分析所得的横向分解图。

图12是使用本发明收集信息经上位机分析所得的纵向分解图。

具体实施方式

结合附图，图1是本发明的结构原理图，图2是本发明的电缆本体结构图，图3是本发明的尾端电连接件电路原理图，图4是本发明的尾端电连接件结构图。一种天然电场探测用电缆探针组件，包括首端电连接件1、电缆本体2、尾端电连接件3、探针电连接件4、探针5和终端匹配器6，其中首端电连接件1通过电缆本体2与尾端电连接件3相连接，探针5通过探针电连接件4与电缆本体2相连接，首端电连接件1用于连接探测装置或上一段电缆探针组件，尾端电连接件3用于连接下一段电缆探针组件或终端匹配器6。该电缆探针组件每段具有类型编码，可多段有序连接使用，每段电缆上均匀分布相距为D的8个用于连接探针5的探针电连接件4，首探针与首端电连接件1的距离为t米，尾探针与尾端电连接件3的距离为D-t米；类型编码为8位二进制码，高3位表示t-1（t的设置范围为1～4米），低5位表示D-1（D的设置范围为1～32米），通过尾端电连接件3内部的拨动开关SW1设置；如类型编码为19H的电缆探针组件，表示该段电缆上均匀分布相距为10米的8个探针，首探针与首端电连接件的距离为2米，尾探针与尾端电连接件的距离为8米。首端电连接件1为一个12芯的航空插头，其芯线的定义与尾端电连接件的12芯航空插座和终端匹配器的12芯航空插头的一致，均为：芯线1和2接电源VCC、芯线11和12接电源地GND、芯线10接电缆屏蔽地EGND、芯线7接探针检测与信号地TZJC、芯线8和9接探针信号差分输入IN+和IN-、芯线3接串行同步时钟DCLK、芯线5接串行数据输入Din、芯线4接串行数据输出Dout、芯线6接移位寄存器初始化SH/LD。

电缆本体2为20芯双层屏蔽电缆，参见附图2，包括内层线芯（2-1）、空隙填充物（2-2）、内屏蔽层（2-3）、内隔离层（2-4）、外层线芯（2-5）、外隔离层（2-6）、总屏蔽层（2-7）、外护套（2-8）；由7根内层线芯（2-1）与空隙填充物（2-2）经内屏蔽层（2-3）编织后绕包内隔离层（2-4），其外均匀分布13根外层线芯（2-5）后绕包外隔离层（2-6），再由总屏蔽层（2-7）编织后挤压外护套（2-8）而成；7根内层线芯由铜丝或镀锡铜丝绞合而成，均采用F46绝缘，并由绝缘的颜色加以区分，如：蓝、红、黑、棕、灰、黄、绿，其中的第1号线芯的截面积为0.2mm2、第2～7号线芯的截面积为0.3mm2，将第2和3、4和5、6和7号的两根线芯进行绞合，绞合节距不大于15mm，将三组绞合线芯及第1号线芯（中心线）绞合而成，节距不大于外径的20倍，空隙处采用棉线或麻绳填充起承载作用，将总绞好的线芯上采用Φ0.12mm的铜丝或镀锡铜丝编织而成，密度不小于90%。，采用PP带或聚酯带，一层绕包、一层纵包，搭盖率不小于15%，不能出现漏包情况；13根外层线芯由铜丝或镀锡铜丝绞合而成，均采用F46绝缘，并由绝缘的颜色加以区分，如：红、黑、棕、灰、黄、绿、蓝、白、粉红、淡绿、橙，其中的第8和10号线芯的绝缘红色且截面积为0.3mm2、第9和11号线芯的绝缘黑色且截面积为0.3mm2、第12～19号线芯的截面积为0.2mm2，并在成缆好的线芯上绕包一层聚酯带，搭盖率不小于15%，将总成缆好的线芯上采用Φ0.12mm的铜丝或镀锡铜丝编织而成，密度不小于90%，采用105℃阻燃丁晴聚合物挤压而成，成品颜色：黑色，外径：11.8±0.3mm，所有绝缘线芯工频火花试验电压为4KV不击穿，电缆工作环境温度-40～+75度。电缆的第8和10号线芯接电源VCC，第9和11号线芯接电源地GND，第20号线芯在航空插头插座处与电缆的外屏蔽层连接后用作电缆屏蔽地EGND，第1号线芯在航空插头插座处与电缆的内屏蔽层连接、在正常探测中作为信号地、在电缆探针自检时用作检测信号TZJC输出，第2和3号线芯用作探针信号差分输入IN+和IN-，第4号线芯用作串行同步时钟DCLK，第6号线芯用作串行数据输入Din，第5号线芯用作串行数据输出Dout，第7号线芯用作移位寄存器初始化SH/LD，第12～19号线芯分别用于连接到电缆上的8个探针电连接件内部的A端。

所述的尾端电连接件3为一圆柱体，参见附图3、附图4，包括电缆接入口（4-1）、底座（4-2）、上盖（4-3）、控制电路板（4-5）、航空插座（4-7），所述电缆本体2经电缆接入口（4-1）与控制电路板（4-5）、航空插座（4-7）连接，航空插座（4-7）用于连接下一段电缆探针组件或终端匹配器6；控制电路板（4-5）由8位串入并出移位寄存器IC1（可选芯片型号有：74HC164、74LS164等）、8位并入串出移位寄存器IC2（可选芯片型号有：74HC164、74LS164等，也可由1片可编程器件PLD来实现IC1、IC2功能）、8选1模拟开关IC3和IC4（可选芯片型号有：CD4051、MAX4781、AD7510、LF13508等）、8位拨动开关SW1（可电路板焊点短接代替）、8个二极管D1～D8和8个电阻R1～R8组成。20芯双层屏蔽电缆电缆本体2由电缆接入口（4-1）进入，电缆接入口（4-1）具有用于连接电缆护套的外螺纹；连接8个探针电连接件内部A端的第12～19号线芯连接到控制电路板（4-5）的8个探针信号输入端，8个探针信号输入端并接与两片8选1模拟开关IC3、IC4的8个输入引脚上，且8个探针信号输入端分别连接二极管D1～D8的阳极，二极管D1～D8的阴极接电源VCC，与本段电缆上8个探针电连接件内的阳极接地的二极管一起用于限幅探针输入信号以保护内部电路；第8、10号线芯连接首端电连接件的芯线1和2的电源VCC直接连到尾端电连接件的航空插座的芯线1和2，第9、11号线芯连接首端电连接件的芯线11和12的电源地GND直接连到尾端电连接件的航空插座的芯线11和12，第20号线芯连接首端电连接件的芯线10的电缆屏蔽地EGND直接连到尾端电连接件的航空插座的芯线10，第4号线芯连接首端电连接件的芯线3的串行同步时钟DCLK直接连到尾端电连接件的航空插座的芯线3，第5号线芯连接首端电连接件的芯线4的串行数据输出Dout连到控制电路板（4-5）中IC1的串行数据输入端、控制电路板（4-5）中IC2的串行数据输出端连到尾端电连接件的航空插座的芯线4，第6号线芯连接首端电连接件的芯线5的串行数据输入Din直接连到尾端电连接件的航空插座的芯线5，第7号线芯连接首端电连接件的芯线6的移位寄存器初始化SH/LD直接连到尾端电连接件的航空插座的芯线6，第2和3号线芯连接首端电连接件的芯线8和9的探针信号差分输入IN+和IN-直接连到尾端电连接件的航空插座的芯线8和9，第1号线芯连接首端电连接件的芯线7的探针检测与信号地TZJC直接连到尾端电连接件的航空插座的芯线7。

控制电路板（4-5）的工作电源VCC连接到尾端电连接件的航空插座的芯线1和2、地GND连接到尾端电连接件的航空插座的芯线11和12，控制电路板（4-5）的8位串入并出移位寄存器IC1和8位并入串出移位寄存器IC2的串行同步时钟DCLK连到连接到尾端电连接件的航空插座的芯线3、移位寄存器初始化SH/LD连接到尾端电连接件的航空插座的芯线6，两片8选1模拟开关IC3、IC4的选择输出IN+和IN-连接到尾端电连接件的航空插座的芯线8和9。8位并入串出移位寄存器IC2、8位拨动开关SW1和8个电阻R1～R8一起用于设置本段电缆的8位类型编码，当8位拨动开关SW1均断开时，串出移位寄存器IC2的8位并行输入引脚由上拉电阻R1～R8上拉为高电平，任何1位拨动开关合上，则其对应的IC2输入端为低电平。控制电路板工作过程如下：（1）若本段电缆的首端电连接件与探测装置连接；（2）由探测装置将移位寄存器初始化SH/LD置0，8位串入并出移位寄存器IC1的8个输出引脚被初始化为低电平，同时串出移位寄存器IC2的8个并行输入引脚上被加载到IC2内部的移位寄存器；（3）由探测装置将移位寄存器初始化SH/LD置1，使移位寄存器IC1、IC2进入移位状态；（4）探测装置发出16位串行数据Dout和串行同步时钟DCLK，16位串行数据被逐位移入IC1、IC2，同时IC1内部的8位初始化码、IC2内部的8位类型编码被逐位移出到尾端电连接件的航空插座的芯线4；（5）如果尾端电连接件的航空插座上连接的是终端匹配器6，则芯线4与芯线5短接，第（4）步移出的串行数据通过芯线5返回到首端电连接件的Din，探测装置便可同步逐位移入本段电缆的8位初始化码和8位类型编码；（6）如果尾端电连接件的航空插座上连接的是下一段电缆探针组件，第（4）步移出的串行数据通过尾端电连接件的航空插座的芯线4移入下一段电缆探针组件，一直到连接有终端匹配器的电缆探针组件才可通过尾端电连接件的航空插座的芯线5返回数据到探测装置，（7）探测装置只要连续发出多组16位串行数据Dout和串行同步时钟DCLK，便可由返回数据得知所连接电缆探针组件数量、类型及探针的连接状态等信息；（8）正常探测时，探测装置根据第（7）步得到的连接状态信息发出对应数量的选通控制码，即可选择任一连接的探针与探测装置差分输入信号线IN+或IN-接通，从而实现了探测过程中的点距和极距的灵活调节。每段电缆探针组件的选通控制码为8位，高4位控制8选1模拟开关IC4以选通信号线IN+所需的探针连接，低4位控制8选1模拟开关IC3以选通信号线IN-所需的探针连接；高、低4位控制码的定义一致，以低4位控制码为例：bit3＝1不选通本段探针作为信号线IN-，后续bit2～bit0无限，bit3＝0选通本段探针作为信号线IN-，bit2～bit0＝000、001、010、011、100、101、110、111则分别选通探针T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8。

参见附图，图5是本发明的探针电连接件结构图，图6是本发明的探针电连接件电路原理图，图7是本发明的探针外形示意图。探针电连接件4包括上盖、下盖两部分，上盖由铝、铜或不锈钢等金属材料经机加工而成，下盖则采用超高分子聚乙烯、聚四氟乙烯等绝缘材料浇注或机加工而成。所述电缆本体2从上盖的电缆过孔（5-5）穿过并由两个电缆固定件将其固定于内螺纹（5-6）处、电缆外屏蔽连接并用螺钉固定于上盖内螺纹（5-7）、内屏蔽层（2-3）和一外层线芯（2-5）连线至探针检测电路板（5-2）的G端和A端，所述探针5由下盖的探针旋入螺孔（5-1）旋入并短接探针检测电路板（5-2）上的两弹性触点；探针检测电路板（5-2）由磁珠Z1、弹性触点SW2、电容C1和二极管D9组成。探针5为一具有良导电性的金属材质细杆，上端部分的螺纹接头（7-1）用于与探针电连接件4相连，下端部分的圆锥体（7-3）可使探测杆插入泥土更为容易，中间（7-2）为细长圆柱体。

探针由下盖的探针旋入螺纹孔（5-1）旋入时，内螺纹对探针起到固定作用，当探针旋入到一定深度即可将探针检测电路板（5-2）上的两弹性触点SW2短接，其具体工作过程如下：（1）在探针连接状态检测时，由探测装置发出需检测探针对应的选通控制码到尾端电连接件并通过电缆的第1号线芯TZJC（与电缆内屏蔽层短接）输出探针检测信号到探针检测电路板的G端，探针检测信号经二极管D9、弹性触点SW2、磁珠Z1到探针检测电路板的A端，A端通过电缆的第12～19号线芯中的一根连接到尾端电连接件内部的控制电路板的8选1模拟开关输入引脚，模拟开关选通输出引脚连接到电缆的第2、3号线芯（两个输入通道，每次可检测两根探针），经首端电连接件与探测装置连接，探测装置根据返回的检测信号判断并给出探针的连接状态以及电缆的通断情况；（2）在正常探测情况下，电缆的第1号线芯TZJC通过探测装置内部接信号地（即是探针检测电路板的G端接信号地），由探测装置发出选通控制码到尾端电连接件以选择需要测试的两根探针连接到电缆的第2、3号线芯作为IN+、IN-输入到探测装置内部测试电路，此时，探针检测电路板的二极管D9的阳极接信号地，与尾端电连接件内部的阴极接电源VCC的二极管一起用于限幅探针输入信号以保护内部电路，探针接收的信号经弹性触点SW2、磁珠Z1到探针检测电路板的A端，A端通过电缆的第12～19号线芯中的一根连接到尾端电连接件内部的控制电路板的8选1模拟开关输入引脚，模拟开关选通输出到电缆的第2、3号线芯，经首端电连接件连接到探测装置内部测试电路。

探针5用于接收天然电场信息，在探测过程中它既接收地壳内场信号，不可避免地也接收了空间的电磁干扰信号；为避免空间电磁干扰对探测的影响，在弹性触点SW2与接信号地G端之间串接高频特性较好的瓷片电容C1（优选高频零温漂黑点瓷片电容）。由于天然电场的信号频段在甚低频（3～30KHz）范围，为有效的提取天然电场信息，在弹性触点SW2与A端之间串接有高频滤波磁珠Z1。磁珠Z1等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值都随频率变化，它比普通的电感有更好的高频滤波特性，在高频时呈现阻性，所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗，从而提高滤波效果；磁珠由铁氧磁体组成，电感由磁芯和线圈组成，磁珠把交流信号转化为热能，电感把交流存储起来，缓慢的释放出去；铁氧体磁珠不仅可用于电路中滤除高频噪声，还可广泛应用于其它电路，其体积可以做得很小；特别是在数字电路中，由于脉冲信号含有频率很高的高次谐波，也是电路高频辐射的主要根源，所以可在这种场合发挥磁珠的作用。

图8是本发明的终端匹配器电路原理图，终端匹配器6为一可连接在尾端连接件3上的阻抗匹配网络，包括电容C2、C3、C4、C5和电阻R9、R10、R11，由于电路结构简单，将其制作并安装在一个12芯航空插头内部，该航空插头的芯线定义与首端电连接件1的一致。电路中，电解电容C5与瓷片电容C2一起用作电源线上的退耦电容，电容C3和C4为高频特性较好的瓷片电容，用于正常探测中滤除两差分信号线上的高频干扰；电阻R9用于串行时钟线与串行数据线的阻抗匹配，电阻R10用于移位寄存器初始化SH/LD信号线的上拉，电阻R11用以减少两差分信号线间的差模干扰。

综上所述，本发明的分段式电缆探针组件，在电缆首、尾端分别接有航空插头与航空插座，可多段电缆探针组件进行有序连接使用，探测装置通过自检功能可得到所连接的电缆探针组件数量及类型编码、所有探针的连接状态、电缆芯线的导通状况等信息；双层屏蔽的电缆本体结构，外屏蔽层可有效屏蔽空间电磁干扰，内屏蔽层用于隔离电源和数字信号线的干扰。在探测中，探针接收的天然电场信号采用差分方式传输，极大地抑制了共模干扰，传输线为双绞线且两端接有匹配电阻，可有效的抑制差模干扰。应用本发明的多组电缆探针组件能将探测区域内的天然电场信息进行集中收集，将信息传送给探测装置进行处理分析，有效的解决了传统物探工程中测线布置工程量大、探测效率低的问题；探测装置可通过编程灵活配置各测点的点距和极距，有序地采集各测点数据，减少了探测数据的时空差异，提高了收集信息的可用度。本发明适用于与物探装置连接使用，对天然电场信号进行集中采集，并通过上位机对信号进行分析处理，根据对探测区域内的电场电性分析判断其物理特性。

本发明应用于天然电场探测的实施例：

图9是某探测仪器使用本发明在探测工程中的布线图，探测仪器使用2段本发明电缆探针组件对某煤矿指定区域进行探测，共布有16根探针，极距、点距均为10m，要求探测深度为：垂深26米（测试频率：3739.71）至96米（测试频率：274.3），每2米探测一次。经上位机分析软件汇总分析该测线数据得到：图10是使用本发明收集信息经上位机分析所得的四维物探剖面图、图11是使用本发明收集信息经上位机分析所得的横向分解图、图12是使用本发明收集信息经上位机分析所得的纵向分解图。结合剖面分解图，根据所探测的测线数据分析可知：在探针T02至T11之间垂深84米存在采空区，同时在采空区上方探针T07与T08、T05与T06之间有地下水渗透，在采空区下方90米探针T04与T05之间存在地下水渗透；探针T14至T15位置存在地层断裂带，在此断裂带上存在水及裂隙。经施工检测发现此探测区域实际情况与本结论基本符合。由此可见，使用本发明对促进天然电场探测工作发展有着重要意义。

Claims (9)

1.一种天然电场探测用电缆探针组件，包括首端电连接件（1）、电缆本体（2）、尾端电连接件（3）、探针电连接件（4）、探针（5）和终端匹配器（6），其特征在于所述首端电连接件（1）用于连接探测装置或上一段电缆探针组件并通过电缆本体（2）与用于连接下一段电缆探针组件或终端匹配器（6）的尾端电连接件（3）相连接，探针（5）通过探针电连接件（4）与电缆本体（2）相连接，每段电缆上均匀分布相距为D的8个探针电连接件（4），首探针与首端电连接件（1）的距离为t米，尾探针与尾端电连接件（3）的距离为D-t米，该电缆探针组件每段具有类型编码，可多段有序连接使用。

2.根据权利要求1所述的天然电场探测用电缆探针组件，其特征在于所述的首端电连接件（1）为一个12芯的航空插头，用于连接探测装置或上一段电缆探针连接组件。

3.根据权利要求1所述的天然电场探测用电缆探针组件，其特征在于所述的电缆本体（2）为20芯双层屏蔽电缆，包括内层线芯（2-1）、空隙填充物（2-2）、内屏蔽层（2-3）、内隔离层（2-4）、外层线芯（2-5）、外隔离层（2-6）、总屏蔽层（2-7）、外护套（2-8）；由7根内层线芯（2-1）与空隙填充物（2-2）经内屏蔽层（2-3）编织后绕包内隔离层（2-4），其外均匀分布13根外层线芯（2-5）后绕包外隔离层（2-6），再由总屏蔽层（2-7）编织后挤压外护套（2-8）而成。

4.根据权利要求1所述的天然电场探测用电缆探针组件，其特征在于所述的尾端电连接件（3）为一圆柱体，包括电缆接入口（4-1）、底座（4-2）、上盖（4-3）、控制电路板（4-5）、航空插座（4-7），所述电缆本体（2）经电缆接入口（4-1）与控制电路板（4-5）、航空插座（4-7）连接，航空插座（4-7）用于连接下一段电缆探针组件或终端匹配器（6），控制电路板（4-5）在探测装置串行控制下实现探针选择与类型编码输出。

5.根据权利要求4所述的尾端电连接件内控制电路板，其特征在于所述的控制电路板（4-5）包括8位串入并出移位寄存器IC1、8位并入串出移位寄存器IC2、8选1模拟开关IC3和IC4、8位拨动开关SW1、8个二极管D1～D8和8个电阻R1～R8，通过IC1移出选通控制码到IC3和IC4决定本段电缆的探针选择，电阻R1～R8和拨动开关SW1设置本段电缆的类型编码通过IC2移出，二极管D1～D8与本段电缆上8个探针电连接件内的二极管一起用于限幅探针输入信号以保护内部电路。

6.根据权利要求1所述的天然电场探测用电缆探针组件，其特征在于所述的探针电连接件（4）包括金属质上盖、绝缘材料下盖两部分，所述电缆本体（2）从上盖的电缆过孔（5-5）穿过并由两个电缆固定件将其固定于内螺纹（5-6）处、电缆外屏蔽连接并用螺钉固定于上盖内螺纹（5-7）、内屏蔽层（2-3）和一外层线芯（2-5）连线至探针检测电路板（5-2）的G端和A端，所述探针（5）由下盖的探针旋入螺孔（5-1）旋入并短接探针检测电路板（5-2）上的两弹性触点。

7.根据权利要求6所述的探针电连接件内探针检测电路板，其特征在于所述的探针检测电路板（5-2）包括磁珠Z1、弹性触点SW2、电容C1和二极管D9，弹性触点SW2检测探针连接状态并导入信号到磁珠Z1，磁珠Z1抑制高频干扰并连接信号到A端，二极管D9与尾端电连接件内控制电路板的二极管一起用于探针输入信号的限幅与保护，电容C1在探测时起滤波作用。

8.根据权利要求1所述的天然电场探测用电缆探针组件，其特征在于所述的探针（5）为一具有良导电性的金属材质细杆，上端部分的螺纹接头（7-1）用于与探针电连接件（4）相连，下端部分的圆锥体（7-3）可使探测杆插入泥土更为容易，中间（7-2）为细长圆柱体。

9.根据权利要求1所述的天然电场探测用电缆探针组件，其特征在于所述的终端匹配器（6）包括电容C2、C3、C4、C5和电阻R9、R10、R11，电容C2、C5用作电源退耦，C3、C4用作信号线滤波；电阻R9用作线路阻抗匹配，R10用于上拉，R11用于抑制差模干扰。