CN111624416A - 一种分布式地电场观测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种分布式地电场观测装置及方法，包括：多个相对电位测量模块，和与所述相对电位测量模块通讯连接的数据处理模块。通过相对电位测量模块测量各个观测点位相对于统一参考基准的电位差，并将测量得到的电位差数据及测量时间、位置，以自组网的方式发送至数据处理模块。数据处理模块将任意两个相对电位测量模块发送的电位差数据相减后，除以两个相对电位测量模块的距离，得到对应的两个相对电位测量模块之间的电场强度。本申请提供的分布式地电场观测装置具有功耗低以及无线传输功能，可以实现网内任意两点间的地电场强度计算，避免了长距离电缆传输对地电场信号衰减的缺陷，提高了地电场测量的准确性,实现多极距的自由测量。

Description

一种分布式地电场观测装置和方法

技术领域

本申请涉及地电场技术领域，尤其涉及一种分布式地电场观测装置和方法。

背景技术

地电场是重要的地球物理场，以地球表层天然电场及其随时间的变化为主要研究对象，在矿产资源勘探、水文地质勘测等领域具有广泛应用。地电场观测是在指定方向、按照一定的电极极距，布设观测装置，测量该装置下两个电极间的电压及其随时间的变化，从而获得观测方向的地电场强度变化。

目前，地震地电场台站观测中使用的地电场仪器主要是ZD9A系列仪器，观测方式采用多道电极距布极，观测示意图如图1所示，观测电极主要为固体不极化电极，通常每个台站在同一方向上布设长、短不一的电极距，短极距为200m左右，长极距为短极距的1.5倍，实现6通道的自动测量。

但是，这样的地电场观测方法中，每个电极都通过长距离的电缆与观测主机相连接，需要布设多条观测电缆。长距离的电缆传输对本就微弱的电场信号造成相应的损失，造成费用高、灵活性差且测量准确性差。

发明内容

本申请提供了一种分布式地电场观测装置和方法，以解决地电场测量准确性差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例公开了一种分布式地电场观测装置，包括：多个相对电位测量模块，和与所述相对电位测量模块通讯连接的数据处理模块，其中，

所述相对电位测量模块包括：主控单元和与所述主控单元电连接的地电场信号测量单元、定位授时单元、通讯单元，

所述地电场信号测量单元设有电极接口和基准接口，用于测量单点相对于统一参考基准的相对电位差；所述电极接口与不极化电极通过绝缘导线连接；

定位授时单元提供测量的精确时间和定位；

所述主控单元接收并存储相对电位差、时间和定位的数据信息；

所述通讯单元将所述数据信息发送至所述数据处理模块；

所述数据处理模块接收所述数据信息，并对所述数据信息进行处理。

可选的，相邻的相对电位测量模块之间的距离小于或等于1Km。

可选的，所述数据处理模块与相邻的所述相对电位测量模块之间的距离小于或等于1Km。

可选的，所述通讯单元为无线自组网单元，所述数据处理模块包括：相互连接的中心通讯单元和中心计算单元；所述中心通讯单元为无线自组网单元。

可选的，所述相对电位测量模块的基准接口之间通过绝缘导线连接。

可选的，所述定位授时单元为GNSS定位授时单元。

可选的，所述相对电位测量模块还包括：电源单元，所述电源单元分别与所述主控单元、所述地电场信号测量单元、所述定位授时单元、所述通讯单元连接。

第二方面，本申请实施例公开了一种分布式地电场观测方法，包括：相对电位测量模块采集各个观测点位相对于统一参考基准的电位差及对应的量测时间，形成数据信息；

相对电位测量模块将所述数据信息以自组网的方式发送至数据处理模块；

数据处理模块将相同时间下，两个不同相对电位测量模块的电位差相减，得到压差数值；

所述压差数值除以两个相对电位测量模块对应的距离，得到两个相对电位测量模块之间的电场强度。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供了一种分布式地电场观测装置及方法，包括：多个相对电位测量模块，和与所述相对电位测量模块通讯连接的数据处理模块。通过相对电位测量模块测量各个观测点位相对于统一参考基准的电位差，并将测量得到的电位差数据及测量时间、位置，以自组网的方式发送至数据处理模块。数据处理模块将任意两个相对电位测量模块发送的电位差数据相减后，除以两个相对电位测量模块的距离，得到对应的两个相对电位测量模块之间的电场强度。本申请提供的分布式地电场观测装置具有成本低、体积小、功耗低以及无线传输功能，在组网后可以实现网内任意两点间的地电场强度计算。避免了长距离电缆传输对地电场信号衰减的缺陷，提高了地电场测量的准确性，实现了多极距地电场的自由测量，对地电场数据观测有很强的实用性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为ZD9A系列仪器的观测示意图；

图2为本申请实施例提供的分布式地电场观测装置结构示意图；

图3为本申请实施例提供的分布式地电场观测装置使用场景图；

其中，1-相对电位测量模块，2-数据处理模块，11-主控单元，12-地电场信号测量单元，13-定位授时单元，14-通讯单元，15-电源单元，121-电极接口，122-基准接口，3-不极化电极，21-中心通讯单元，22-中心计算单元。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图2所示，本申请实施例提供了一种分布式地电场观测装置，包括：多个相对电位测量模块1，和与所述相对电位测量模块通讯连接的数据处理模块2。其中：

所述相对电位测量模块1包括：主控单元11和与所述主控单元11连接的地电场信号测量单元12、定位授时单元13、通讯单元14。

所述地电场信号测量单元12设有电极接口121和基准接口122，用于测量单点相对于统一参考基准的相对电位差；所述电极接口121与不极化电极3通过绝缘导线连接。为了使得不同基准接口的基准保持一致，不同相对电位测量模块1的基准接口122之间通过绝缘导线连接。

定位授时单元13提供测量的精确时间和定位。所述定位授时单元13可以为GNSS定位授时单元，或者GPS定位授时模块。

所述主控单元11接收并存储相对电位差、时间和定位的数据信息。所述通讯单元14将所述数据信息发送至所述数据处理模块2。

所述通讯单元14为无线自组网单元，所述数据处理模块2包括：相互连接的中心通讯单元21和中心计算单元22；所述中心通讯单元21为无线自组网单元。

所述数据处理模块2接收所述数据信息，并对所述数据信息进行处理。任意一个相对电位测量模块与数据处理模块均可通过无线自组网的方式，进行通讯连接。

如图3所示，测量时，将多个不极化电极按照所需方位要求及场地实际情况完成埋设，将相应数量的相对电位测量模块置于不极化电极正上方的地表。不极化电极与相对电位测量模块通过相对电位测量模块的地电场信号测量单元的电极接口121连接。

只需要将各个相对电位测量模块的地电场信号测量单元用于测量的外部接口的参考基准通过电缆连接起来。相对电位测量模块置于埋设于地下的不极化电极正上方地表，减少了地电场信号长距离传输的损失，相比现有观测方式减少了线缆布线，同时实现了多极距自由测量。

为了避免自组网过程中信号缺失，两个相邻的相对电位测量模块之间距离最大不超过1km，数据处理模块与相邻的相对电位测量模块距离不超过1km。

所述相对电位测量模块1还包括：电源单元15，所述电源单元15分别与所述主控单元11、所述地电场信号测量单元12、所述定位授时单元13、所述通讯单元14连接，为主控单元11、地电场信号测量单元12、定位授时单元13和通讯单元14提供电力。

通过每个相对电位测量模块测量得到埋设于地下的不极化电极相对于统一参考基准的电位差，数据处理模块2收集汇总每个相对电位测量模块测量的电位差数据，将其中任意相同时间测量得到的两个电位差数据相减后，除以两个相对电位测量模块之间的距离，就得到两个相对电位测量模块之间的电场强度。由于所有相对电位测量模块的地电场信号测量单元用于测量的外部接口的参考基准是通过电缆连接起来的，所有相对电位测量模块测量使用的参考基准是一致的，所以任意两个电位差数据相减后除以相应两个相对电位测量模块之间的距离，就得到两个相对电位测量模块之间的电场强度。

本申请还提供了分布式地电场观测方法，包括：

根据所需方位要求及场地实际情况布置多个不极化电极，将相对电位测量模块置于不极化电极正上方的地表，两者通过相对电位测量模块的地电场信号测量单元的用来测量的电极接口连接。

通过相对电位测量模块的地电场信号测量单元测量得到布置于地下的不极化电极与统一参考基准之间的电位差；并通过定位授时单元提供精准的时间和位置信息。

将所测量的电位差、时间和位置的相关数据通过无线发送出去，数据处理模块收集汇总每个相对电位测量装置发送的电位差数据，将相同时间任意两个电位差数据相减后，除以两个相对电位测量模块之间的距离，得到两个相对电位测量模块之间的电场强度。

本申请提供的分布式地电场观测装置具有成本低、体积小、功耗低以及无线传输功能，在组网后可以实现网内任意两点间的地电场强度计算，避免了长距离电缆传输对地电场信号衰减的缺陷，提高了地电场测量的准确性，实现了多极距地电场的自由测量，对地电场数据观测有很强的实用性。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (8)

1.一种分布式地电场观测装置，其特征在于，包括：多个相对电位测量模块(1)，和与所述相对电位测量模块通讯连接的数据处理模块(2)，其中，

所述相对电位测量模块(1)包括：主控单元(11)和与所述主控单元(11)连接的地电场信号测量单元(12)、定位授时单元(13)、通讯单元(14)，

所述地电场信号测量单元(12)设有电极接口(121)和基准接口(122)，用于测量单点相对于统一参考基准的相对电位差；所述电极接口(121)与不极化电极(3)通过绝缘导线连接；

定位授时单元(13)提供测量的精确时间和定位；

所述主控单元(11)接收并存储相对电位差、时间和定位的数据信息；

所述通讯单元(14)将所述数据信息发送至所述数据处理模块(2)；

所述数据处理模块(2)接收所述数据信息，并对所述数据信息进行处理。

2.根据权利要求1所述的分布式地电场观测装置，其特征在于，相邻的相对电位测量模块(1)之间的距离小于或等于1Km。

3.根据权利要求1所述的分布式地电场观测装置，其特征在于，所述数据处理模块(2)与相邻的所述相对电位测量模块(1)之间的距离小于或等于1Km。

4.根据权利要求1所述的分布式地电场观测装置，其特征在于，所述通讯单元(14)为无线自组网单元，所述数据处理模块(2)包括：相互连接的中心通讯单元(21)和中心计算单元(22)；所述中心通讯单元(21)为无线自组网单元。

5.根据权利要求1所述的分布式地电场观测装置，其特征在于，不同相对电位测量模块(1)的基准接口(122)之间通过绝缘导线连接。

6.根据权利要求1所述的分布式地电场观测装置，其特征在于，所述定位授时单元(13)为GNSS定位授时单元。

7.根据权利要求1所述的分布式地电场观测装置，其特征在于，所述相对电位测量模块(1)还包括：电源单元(15)，所述电源单元(15)分别与所述主控单元(11)、所述地电场信号测量单元(12)、所述定位授时单元(13)、所述通讯单元(14)连接。

8.一种分布式地电场观测方法，其特征在于，包括：

相对电位测量模块采集各个观测点位相对于统一参考基准的电位差及对应的测量时间，形成数据信息；

相对电位测量模块将所述数据信息以自组网的方式发送至数据处理模块；

数据处理模块将相同时间下，两个不同相对电位测量模块的电位差相减，得到压差数值；

所述压差数值除以两个相对电位测量模块对应的距离，得到两个相对电位测量模块之间的电场强度。

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