地电阻率交流观测系统关键技术研究

摘要

针对目前地震地电阻率直流观测中面临的地铁、轻轨等电磁干扰问题，开展地电阻率交流观测方法的研究。重点对地电阻率交流观测中涉及到的关键技术问题进行了研究，总结了地电阻率交流观测方法中的信号检测方法和地电阻率交流观测系统的关键技术指标要求。
　　地电阻率交流观测方法基于电法勘探和地电阻率直流观测的理论基础，由于交流信号频率在10-3Hz~103Hz时，可以近似认为其仍然遵循欧姆定律，这时的低频交流电场为似稳电场。因此地电阻率交流观测方法在此频段范围内可以采用与直流观测相同的理论基础。
　　首先，对地电阻率交流观测的实际工作过程进行了数值模拟，用单一频率的正弦信号作为供电信号，高斯信号作为噪声信号，接收装置在测量极得到的输入信号为二者的叠加信号。常用的信号检测方法有带通滤波器法、相关检测法和频谱分析法，利用数值方法模拟三种方法在不同信噪比、采样率和采样时间条件下三种信号检测方法对输入信号的检测精度。通过对比分析检测结果，并结合三种方法在实际系统中实现的难易程度，给出了对叠加高斯白噪声的已知频率正弦信号进行信号检测的最适宜的方法——频谱分析法。
　　其次，使用多通道数据采集器对北京西集台、天津青光台、辽宁新城子台和江苏江宁台四个受地铁干扰严重的台站的场地环境进行24小时左右的测试，通过对测试数据的时、频域特征分析，总结了地铁干扰信号的特征：地铁干扰信号的周期主要在120s~180s范围内；干扰信号幅度在10mV~30mV左右，特别严重的可以达到90mV左右；由于地铁干扰引起的地电阻率测量时的信噪比下降约20~30dB。
　　第三，根据地铁干扰的特征分析，使用频谱分析法作为信号检测方法以地铁干扰信号作为噪声信号，仿真地电阻率交流观测方法的信号检测结果。结果显示，供电信号频率在0.5Hz以上，当信噪比为0dB，采样时间满足400s时，或信噪比为10dB，采样时间满足200s时，得到的相对误差能够满足地电阻率观测规范的要求。由此，验证了地电阻率交流观测方法的可行性。
　　最后，在上述研究的基础上，给出了地电阻率交流观测系统的主要技术指标要求。以期能够为地电阻率交流观测系统的研制提供理论参考和技术依据。

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第一章 前言

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究概况

1.3 研究内容

1.4 技术思路

1.5 创新点

第二章 地电阻率测量方法

2.1 电法勘探

2.2 地电阻率测量

2.3 交流电场与直流电场

2.4 地电阻率交流方法观测原理

第三章 信号检测方法研究

3.1 基本概念

3.2 信号检测方法

第四章 信号检测方法数值模拟

4.1 输入信号的生成

4.2 数值模拟方法

4.3 数值模拟结果

第五章 地铁干扰特征分析与数值模拟

5.1台站选择

5.2 测试方法

5.3 地铁干扰特征分析

5.4 交流观测方法数值模拟

第六章 地电阻率交流观测系统技术指标

6.1 频率稳定度要求

6.2 信号源功率要求

6.3 信号频率和采样率的选择

6.4 地电阻率交流观测系统关键技术指标要求

第七章 小结与讨论

参考文献

硕士期间参与项目及成果

参与的科研项目

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