專利名稱：數(shù)字式甚低頻電磁儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電磁感應(yīng)信號(hào)的測(cè)量?jī)x器，尤其涉及一種測(cè)量甚低頻電臺(tái)發(fā)射的電磁波引起的電磁感應(yīng)信號(hào)差異的數(shù)字式甚低頻電磁儀。
背景技術(shù)：
位于地表的垂直電偶極子所產(chǎn)生的磁分量只有水平分量，如果在遠(yuǎn)區(qū)并考慮有限區(qū)域內(nèi)的場(chǎng)，一次場(chǎng)通常接近于沿地表近乎成切線方向入射的橫向磁場(chǎng)平面波。地下局部電性有差異的地質(zhì)體或分界面，在水平一次場(chǎng)的作用下就會(huì)感應(yīng)出二次場(chǎng)，則必然出現(xiàn)垂直分量，一次場(chǎng)與二次場(chǎng)頻率相同，但相位和振幅不一致，它們的相互作用形成合成場(chǎng)，合成場(chǎng)在空間上橢圓極化(合成場(chǎng)的軌跡為橢圓)，其極化橢圓磁傾角D (橢圓短軸與垂直軸的夾角)的正切值與二次場(chǎng)垂直分量成正比，因此，測(cè)量極化橢圓磁傾角的變化，實(shí)際上就能反映出感應(yīng)二次場(chǎng)垂直分量的變化。甚低頻電磁儀正是通過(guò)測(cè)量甚低頻電臺(tái)發(fā)射的電磁波(15-25KHZ波段的無(wú)線電波)在地表、空中或地下探測(cè)場(chǎng)引起的電磁感應(yīng)信號(hào)差異，從而獲得測(cè)量區(qū)地質(zhì)體的電性特征，進(jìn)而判斷地質(zhì)體的電性異常或地下構(gòu)造的異常信息。目前，甚低頻電磁儀已成為地下水探測(cè)、礦床勘探和地質(zhì)填圖中重要的測(cè)量工具，尤其是在探測(cè)淺層隱伏金屬礦化低阻帶、 構(gòu)造破碎帶及含水?dāng)嗔蚜严稁У确矫嬗蟹浅４蟮淖饔谩，F(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計(jì)于上世紀(jì)80年代末期，基于模擬電路設(shè)計(jì)，顯示結(jié)果采用模擬指針顯示，需人工讀數(shù)，測(cè)量值也不能直接存儲(chǔ)，需人工記錄，并且測(cè)量?jī)x器不能實(shí)時(shí)處理測(cè)量數(shù)據(jù)。這大大增加了測(cè)量工作的強(qiáng)度和測(cè)量結(jié)果的人為因素。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有甚低頻電磁儀需要人工記錄數(shù)據(jù)的缺陷，提供一種新型的數(shù)字式甚低頻電磁儀，可以直接對(duì)檢測(cè)到的電磁感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理后進(jìn)行存儲(chǔ)或數(shù)字顯示。數(shù)字式甚低頻電磁儀包括電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元、信號(hào)處理單元和輸出單元，電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元、信號(hào)處理單元和輸出單元依次連接，電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元接收電磁感應(yīng)信號(hào)后傳輸給信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元進(jìn)行信號(hào)處理并發(fā)送數(shù)據(jù)給輸出單元輸出，所述信號(hào)處理單元包括用于數(shù)據(jù)處理和控制的主控制模塊和用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的內(nèi)部存儲(chǔ)器，內(nèi)部存儲(chǔ)器與主控制模塊連接。采用了信號(hào)處理單元，測(cè)量值可以直接存儲(chǔ)，而且主控制模塊能將測(cè)量信號(hào)數(shù)字化從而發(fā)送給輸出單元進(jìn)行數(shù)字輸出，不需要人工記錄，且能實(shí)時(shí)處理測(cè)量數(shù)據(jù)。所述電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元包括接收天線和甚低頻波段接收模塊，接收天線感應(yīng)電磁信號(hào)并將信號(hào)傳輸給甚低頻波段接收模塊，甚低頻波段接收模塊輸出電磁信號(hào)的振幅值。所述電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元還包括用于穩(wěn)定電磁信號(hào)頻率的鎖相環(huán)電路，鎖相環(huán)電路與甚低頻波段接收模塊連接。所述電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元還包括用于測(cè)量磁傾角的傾角測(cè)量模塊。傾角測(cè)量模塊傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)給信號(hào)處理單元。所述甚低頻波段接收模塊包括一濾波器、一混頻器、DDS頻率發(fā)生模塊、AGC自動(dòng)增益控制電路、中頻放大電路、檢波電路和濾波電路，用于電磁感應(yīng)信號(hào)濾波的濾波器的輸入端與接收天線的輸出端連接，輸出端連接混頻器；DDS頻率發(fā)生模塊輸出端與混頻器連接；將濾波器輸入的電磁感應(yīng)信號(hào)與DDS頻率發(fā)生模塊產(chǎn)生的信號(hào)組成調(diào)諧信號(hào)的混頻器的輸出端連接用于中頻信號(hào)放大的中頻放大電路，中頻放大電路與檢波電路和濾波電路依次連接，濾波電路輸出電磁感應(yīng)信號(hào)的振幅值；AGC自動(dòng)增益控制電路的輸入端與檢波電路的輸出端連接，輸出端與中頻放大電路連接。接收天線接收到的電磁感應(yīng)信號(hào)經(jīng)濾波器過(guò)濾后輸入混頻器中，與DDS頻率發(fā)生模塊產(chǎn)生的電磁信號(hào)組成調(diào)諧信號(hào)，輸入到中頻放大電路進(jìn)行中頻信號(hào)放大，放大的中頻信號(hào)經(jīng)檢波電路和濾波電路后轉(zhuǎn)換為所選頻率電磁感應(yīng)信號(hào)的振幅值輸出，AGC自動(dòng)增益控制電路輸入端接中頻放大電路，輸出端接濾波電路的輸入端。接收天線端帶濾波器，起到消除天線雜波干擾并預(yù)選長(zhǎng)波頻率。而混頻器將濾波后信號(hào)與DDS頻率發(fā)生模塊產(chǎn)生的信號(hào)組成諧振信號(hào)，以選擇不同頻率的電臺(tái)信號(hào)。然后調(diào)諧信號(hào)通過(guò)AGC自動(dòng)增益控制電路解決固定中頻信號(hào)放大倍數(shù)對(duì)小信號(hào)的放大不夠， 對(duì)大信號(hào)的過(guò)飽和失真問(wèn)題，達(dá)到保證中頻信號(hào)不隨電臺(tái)信號(hào)強(qiáng)弱而變化，促使信號(hào)趨于穩(wěn)定作用。最后信號(hào)通過(guò)檢波電路和濾波電路輸出電磁感應(yīng)信號(hào)的振幅值。所述接收天線為接收15-25KHZ波段的磁棒天線。所述磁棒天線包括磁棒、天線線圈、引線和屏蔽罩，天線線圈繞在磁棒上，引線連接在天線線圈兩端，屏蔽罩套在天線線圈外。磁棒由軟磁鐵氧體材料制成。具有較高的導(dǎo)磁率和電阻率，較強(qiáng)的方向性能夠提高接收天線的抗干擾能力。所述輸出單元包括顯示組件和主機(jī)通訊接口，顯示組件與主機(jī)通訊接口分別與主控制模塊連接。顯示組件顯示數(shù)據(jù)，主機(jī)通訊接口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通訊。所述信號(hào)處理單元還包括用于連接外部存儲(chǔ)器的外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口部件，外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口部件與主控制模塊連接。本實(shí)用新型的有益效果1、采用信號(hào)處理單元的主控制模塊和內(nèi)存儲(chǔ)器，保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測(cè)量和存儲(chǔ)，不需要人工記錄，而且主控制模塊輸出數(shù)字信號(hào)，不用人工讀數(shù)，減少了測(cè)量工作的強(qiáng)度和測(cè)量結(jié)果的人為因素。2、采用接收天線和甚低頻波段接收模塊，檢測(cè)到的電磁感應(yīng)信號(hào)雜波干擾小，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性高。3、采用磁棒天線能提高信號(hào)接收的抗干擾能力。4、數(shù)字式甚低頻電磁儀的所有單元模塊化，體積小，攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，更易推

圖1是甚低頻電磁儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的甚低頻電磁儀的結(jié)構(gòu)示意圖；[0022]圖3是圖2中甚低頻波段接收模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖2中磁棒天線的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖2中磁棒天線的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的數(shù)字式甚低頻電磁儀進(jìn)行詳細(xì)描述。通常情況下，甚低頻電磁儀都包括電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元10、信號(hào)處理單元20和輸出單元30，電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元10、信號(hào)處理單元20和輸出單元30依次連接，電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元10接收電磁感應(yīng)信號(hào)后傳輸給信號(hào)處理單元20，信號(hào)處理單元20處理信號(hào)并發(fā)送處理結(jié)果給輸出單元30輸出。如圖1所示。而本實(shí)施例的數(shù)字式甚低頻電磁儀的信號(hào)處理單元20包括主控制模塊201，內(nèi)部存儲(chǔ)器202，外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口部件203，內(nèi)部存儲(chǔ)器202和外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口部件分別與主控制模塊201連接，主控制模塊201進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制；內(nèi)部存儲(chǔ)器202存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；外部擴(kuò)展存儲(chǔ)接口部件203連接外部存儲(chǔ)器。用于擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。信號(hào)處理單元20還可以包括一鍵盤(pán)組件204，鍵盤(pán)組件204負(fù)責(zé)人機(jī)交互控制信號(hào)的輸入。如圖2所示。主控制模塊201可以是單片機(jī)。參見(jiàn)圖2，電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元10包括接收天線1和甚低頻波段接收模塊2，接收天線1感應(yīng)電磁信號(hào)并將信號(hào)傳輸給甚低頻波段接收模塊2，甚低頻波段接收模塊2輸出電磁感應(yīng)信號(hào)的振幅值給信號(hào)處理單元20的主控制模塊201。電磁感應(yīng)信號(hào)單元還包括鎖相環(huán)電路3和傾角測(cè)量模塊4，鎖相環(huán)電路3用于穩(wěn)定甚低頻波段接收模塊2從接收天線獲得的電磁感應(yīng)信號(hào)的頻率，與甚低頻波段接收模塊2 連接。同時(shí)鎖相環(huán)電路3與主控制模塊201連接，接受主控制模塊201的控制。傾角測(cè)量模塊4與主控制模塊連接201，測(cè)量磁傾角數(shù)據(jù)并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸給信號(hào)處理單元20的主控制模塊201。參見(jiàn)圖3，甚低頻波段接收模塊2包括一濾波器、一混頻器、DDS頻率發(fā)生模塊、AGC 自動(dòng)增益控制電路、中頻放大電路、檢波電路和濾波電路，接收天線接收到的電磁感應(yīng)信號(hào)經(jīng)濾波器過(guò)濾后通過(guò)輸入回路輸入混頻器中，與DDS頻率發(fā)生模塊產(chǎn)生的電磁信號(hào)一起組成調(diào)諧信號(hào)，輸入到中頻放大電路進(jìn)行中頻信號(hào)放大，放大的中頻信號(hào)經(jīng)檢波電路檢波，后再經(jīng)濾波電路濾波后輸出所選頻率電磁感應(yīng)信號(hào)振幅值。而AGC自動(dòng)增益控制電路輸入端接檢波電路輸出端，輸出端接中頻放大電路。AGC自動(dòng)增益控制電路保證中頻信號(hào)不隨電臺(tái)信號(hào)強(qiáng)弱而變化，促使信號(hào)趨于穩(wěn)定。輸出單元30包括顯示組件301和主機(jī)通訊接口 302，顯示組件301與主機(jī)通訊接口 302分別與主控制模塊201連接。顯示組件301顯示數(shù)據(jù)，主機(jī)通訊接口 302實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通訊。顯示組件301可以為顯示屏。數(shù)字式甚低頻電磁儀還包括供電組件，為上述電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元10、信號(hào)處理單元20和輸出單元30供電。參見(jiàn)圖4和圖5，本實(shí)施例采用的接收天線1為接收15-25KHZ波段的磁棒天線，包括磁棒11、天線線圈12、引線13和屏蔽罩14，天線線圈12繞在磁棒11上，引線13連接在天線線圈12的兩端，屏蔽罩14套在天線線圈12外。[0034]數(shù)字式甚低頻電磁儀的工作原理采用的是工作于15-25KHZ波段的一種交流電磁法。實(shí)驗(yàn)表明，在低頻(f< 105Hz)下，巖礦石的導(dǎo)電性主要表現(xiàn)為傳導(dǎo)電流，巖礦石的導(dǎo)電性主要取決于它們的電導(dǎo)率σ。而巖礦石的電阻率特征表明，不同的巖石具有不同的電導(dǎo)率，這說(shuō)明當(dāng)研究區(qū)待探測(cè)地質(zhì)體與其圍巖的電性差異愈明顯，則物探測(cè)量的異常特征也愈明顯。此外，在構(gòu)造破碎帶發(fā)育地段，構(gòu)造破碎帶與其兩側(cè)圍巖(弱變形地質(zhì)體)的物化性質(zhì)差異明顯，尤其當(dāng)構(gòu)造破碎帶中被多金屬礦脈充填、礦化蝕變帶發(fā)育，以及斷層泥、 粘土礦物及地下水、裂隙水的相對(duì)發(fā)育與富集，通常在甚低頻電磁測(cè)量中均有明顯的低阻異常反映。甚低頻電磁測(cè)量正是基于地質(zhì)體空間組成(礦物、巖石)的電導(dǎo)率分布不均勻， 從而導(dǎo)致甚低頻測(cè)量?jī)x器的測(cè)量值即其測(cè)量極化橢圓磁傾角發(fā)生變化，來(lái)間接反映地下埋藏體的電性特征。使用方法測(cè)量準(zhǔn)備在測(cè)量起點(diǎn)開(kāi)機(jī)，機(jī)器自檢并搜索甚低頻電磁信號(hào)，待信號(hào)穩(wěn)定后，鎖定頻率。測(cè)量手持儀器并使儀器水平，身體直立，然后以身體為軸水平轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，當(dāng)聽(tīng)到儀器蜂鳴，水平測(cè)量結(jié)束，即測(cè)量到電磁感應(yīng)信號(hào)的水平分量；保持身體不動(dòng)，手持儀器向上使儀器垂直，胳膊不動(dòng)，以手腕為軸動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)手掌，聽(tīng)到儀器蜂鳴，即測(cè)量到電磁感應(yīng)信號(hào)的垂直分量，至此，該測(cè)量點(diǎn)測(cè)量結(jié)束，到下一測(cè)點(diǎn)繼續(xù)測(cè)量，直到本測(cè)線完成。接著測(cè)量下一側(cè)線。測(cè)量過(guò)程中可以從顯示組件301上隨時(shí)查看測(cè)量結(jié)果。測(cè)量結(jié)束，通過(guò)主機(jī)通訊接口 302將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，也可以通過(guò)外部擴(kuò)展存儲(chǔ)接口 203將數(shù)據(jù)保存到外部存儲(chǔ)器上。主機(jī)通訊接口 302可以是RS232接口 ；外部擴(kuò)展存儲(chǔ)接口 203可以是usb接口。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字式甚低頻電磁儀，包括電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元、信號(hào)處理單元和輸出單元， 電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元、信號(hào)處理單元和輸出單元依次連接，電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元接收電磁感應(yīng)信號(hào)后傳輸給信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元進(jìn)行信號(hào)處理并發(fā)送數(shù)據(jù)給輸出單元輸出，其特征在于所述信號(hào)處理單元包括用于數(shù)據(jù)處理和控制的主控制模塊和用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的內(nèi)部存儲(chǔ)器，內(nèi)部存儲(chǔ)器與主控制模塊連接。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字式甚低頻電磁儀，其特征在于，所述電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元包括接收天線和甚低頻波段接收模塊，接收天線感應(yīng)電磁信號(hào)并將信號(hào)傳輸給甚低頻波段接收模塊，甚低頻波段接收模塊輸出電磁信號(hào)的振幅值。
3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)字式甚低頻電磁儀，其特征在于，所述電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元還包括用于穩(wěn)定電磁信號(hào)頻率的鎖相環(huán)電路，鎖相環(huán)電路與甚低頻波段接收模塊連接。
4.如權(quán)利要求2所述的數(shù)字式甚低頻電磁儀，其特征在于，所述電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元還包括用于測(cè)量磁傾角的傾角測(cè)量模塊。
5.如權(quán)利要求2所述的數(shù)字式甚低頻電磁儀，其特征在于，所述甚低頻波段接收模塊包括一濾波器、一混頻器、DDS頻率發(fā)生模塊、AGC自動(dòng)增益控制電路、中頻放大電路、檢波電路和濾波電路，用于電磁感應(yīng)信號(hào)濾波的濾波器的輸入端與接收天線的輸出端連接，輸出端連接混頻器；DDS頻率發(fā)生模塊輸出端與混頻器連接；將濾波器輸入的電磁感應(yīng)信號(hào)與DDS頻率發(fā)生模塊產(chǎn)生的信號(hào)組成調(diào)諧信號(hào)的混頻器的輸出端連接用于中頻信號(hào)放大的中頻放大電路，中頻放大電路與檢波電路和濾波電路依次連接，濾波電路輸出電磁感應(yīng)信號(hào)的振幅值；AGC自動(dòng)增益控制電路的輸入端與檢波電路的輸出端連接，輸出端與中頻放大電路連接。
6.如權(quán)利要求2所述的數(shù)字式甚低頻電磁儀，其特征在于，所述接收天線為接收 15-25KHZ波段的磁棒天線。
7.如權(quán)利要求6所述的數(shù)字式甚低頻電磁儀，其特征在于，所述磁棒天線包括磁棒、天線線圈、引線和屏蔽罩，天線線圈繞在磁棒上，引線連接在天線線圈兩端，屏蔽罩套在天線線圈外。
8.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字式甚低頻電磁儀，其特征在于，所述信號(hào)處理單元包括用于連接外部存儲(chǔ)器的外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口部件，外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口部件與主控制模塊連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字式甚低頻電磁儀，其特征在于，所述輸出單元包括顯示組件和主機(jī)通訊接口，顯示組件與主機(jī)通訊接口分別與主控制模塊連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種數(shù)字式甚低頻電磁儀，包括電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元、信號(hào)處理單元和輸出單元，電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元、信號(hào)處理單元和輸出單元依次連接，電磁感應(yīng)信號(hào)接收單元接收電磁感應(yīng)信號(hào)后傳輸給信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元進(jìn)行信號(hào)處理并發(fā)送數(shù)據(jù)給輸出單元，信號(hào)處理單元包括用于數(shù)據(jù)處理和控制的主控制模塊和用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的內(nèi)部存儲(chǔ)器，內(nèi)部存儲(chǔ)器與主控制模塊連接。本實(shí)用新型采用主控制模塊和內(nèi)存儲(chǔ)器，保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測(cè)量和存儲(chǔ)，不需要人工記錄，而且主控制模塊輸出數(shù)字信號(hào)，不用人工讀數(shù)，減少了測(cè)量工作的強(qiáng)度和測(cè)量結(jié)果的人為因素。采用接收天線和甚低頻波段接收模塊，檢測(cè)到的電磁感應(yīng)信號(hào)雜波干擾小，檢測(cè)準(zhǔn)確性高。
文檔編號(hào)G01V3/12GK202093186SQ20112013150
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者于昌明, 劉建明, 周海濤, 李永兵, 石昆法, 馬潤(rùn)波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所, 中國(guó)科學(xué)院研究生院