稳定电流场的高密度电阻率测量系统及电流场稳定方法

摘要

本发明提供了一种稳定人工电流场的高密度电阻率测量系统及电流场稳定方法，所述系统包括：阶梯式供电单元，用于提供阶梯式的供电电压；人工电流场稳定性智能检测与判定单元，用于判断地下半空间人工电流场是否稳定，并在确定地下半空间人工电流场不稳定时向所述智能控制单元发送提醒信号；智能控制单元，用于在接收到所述提醒信号后，对所述阶梯式供电单元进行控制，实现供电电压的自动调整。本发明提出了在一个高密度视电阻率测量排列中建立稳定人工电流场的新观点，本发明能够消除非稳定场的影响，压制工业干扰，提高信噪比，使测量成果能真实可靠的反映地下半空间探测深度范围内的视电阻率分布情况。

说明书

技术领域

本发明涉及电勘探技术领域，具体涉及一种稳定人工电流场的高密度电阻率测量系统及电流场稳定方法。

背景技术

上世纪90年代初日本OYO公司和英国伯明翰大学最先研制出阵列电法勘探观测系统，使电法勘探象地震勘探一样使用覆盖式观测方式，可获取地下介质的地电信息，这种电阻率阵列勘探方法称高密度电阻率法。之后国外多家地质仪器公司开始研发此类先进设备，主要有日本的OYO公司、美国的AGT公司和ZONGE公司、德国的DMT公司、意大利的PASI公司、捷克的GF公司等。研发的高密度电法仪器主要分为两种形式：集中式(电极控制)高密度电法仪和分布式(电极控制)智能化高密度电法仪。功能最突出的是德国DMT公司生产的RESECS高密度电法仪，该仪器将开关单元分布在各个电极上(解码器)，其主机有一个电流测量通道和能够扩展为6个的电位测量通道，在单通道和多通道情况下均可最高控制960个电极。

90年代末期我国自行研制的仪器开始使用于勘探领域。具有代表性仪器为重庆奔腾数控技术研究所生产的WDJD-3多功能数字直流激电仪与WDJD-3多路电极转换器，实现了直流电法的高密度测量功能。以后随着电子技术及计算机智能控制技术的发展该仪器在原来的基础上作了改进与升级，研发了多种型号的电法仪，目前国内应用较多的为WDA-1和WDA-1B型超级数字直流电法仪，以此机为测控主机，可通过选配WDZJ-4或WDZJ-120多路电极转换器、集中式高密度电缆、电极，实现集中式二维高密度电阻率测量；也可选配分布式高密度电阻率电缆或激电电缆、电极，实现分布式二维、三维高密度电阻率测量、分布式二维高密度激电测量。这些仪器在电路设计与智能控制及数据存储与数据处理上有了很大的提高，但测量原理及供电控制方式基本没有改变。

该方法仪器通过多年应用实践发现除上述优点外存在以下问题：

目前国内使用的高密度电法仪器普遍采用在一个测量排列中供电电极A-B之间的供电电压固定不变的供电方式，这样随着供电电极距的增大地下半空间的电流密度变底，增大到一定程度使建立起来地下半空间人工电流场变弱或不稳定，尤其是长断面排列，电极数量较大，在供电电极A-B之间的电压固定不变的情况下要保证小极距测量供电要求必然会影响大极距的供电，在接地条件不均、工业干扰较大的勘探区表现的更为突出。其结果导致在一个测量断面上相对深部测量信号不稳，重复性变差，使探测深度受到限制，给勘探成果资料的解释带来较大困难。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种稳定人工电流场的高密度电阻率测量系统及电流场稳定方法，本发明能够消除非稳定场的影响，压制工业干扰，提高信噪比，使测量成果能真实可靠的反映地下半空间探测深度范围内的视电阻率分布情况。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种稳定人工电流场的高密度电阻率测量系统，包括：阶梯式供电单元、人工电流场稳定性智能检测与判定单元和智能控制单元，其中：

所述阶梯式供电单元，用于提供阶梯式的供电电压，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场；

所述人工电流场稳定性智能检测与判定单元，用于判断地下半空间人工电流场是否稳定，并在确定所述地下半空间人工电流场不稳定时向所述智能控制单元发送提醒信号；

所述智能控制单元，用于在接收到所述提醒信号后，对所述阶梯式供电单元进行控制，实现供电电压的自动调整。

进一步地，所述阶梯式供电单元用于输出连续变化的供电电压，或，用于输出阶梯状的供电电压，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场。

进一步地，所述人工电流场稳定性智能检测与判定单元，具体用于：

根据测量电极MN之间的全波列信号与供电时序波的比较结果判断地下半空间人工电流场是否稳定；

和/或，

根据测量电极MN之间的电压、相位以及对应的电压阈值和相位阈值来判断地下半空间人工电流场是否稳定。

进一步地，所述智能控制单元，具体用于：

在接收到所述提醒信号后，对所述阶梯式供电单元进行控制，自动调高所述阶梯式供电单元输出的供电电压，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场。

进一步地，所述智能控制单元，具体用于：

在接收到所述提醒信号后，若测量电极MN之间的全波列信号与供电时序波的差异满足第一差异条件，或，测量电极MN之间的电压与电压阈值的差值、相位与相位阈值的差值满足第三差异条件，则控制所述阶梯式供电单元进行第一幅度的电压提升；

若测量电极MN之间的全波列信号与供电时序波的差异满足第二差异条件，或，测量电极MN之间的电压与电压阈值的差值、相位与相位阈值的差值满足第四差异条件，则控制所述阶梯式供电单元进行第二幅度的电压提升；

其中，所述第一差异条件确定的差异大于所述第二差异条件确定的差异，所述第三差异条件确定的差异大于所述第四差异条件确定的差异，所述第一幅度大于所述第二幅度。

第二方面，本发明还提供了一种高密度电阻率测量系统的人工电流场稳定方法，包括：

在测量过程中，实时判断当前的地下半空间人工电流场是否稳定；

当检测到当前的地下半空间人工电流场不稳定时，对供电电压进行调整，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场。

进一步地，所述当检测到当前的地下半空间人工电流场不稳定时，对供电电压进行调整，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场，包括：

当检测到当前的地下半空间人工电流场不稳定时，对供电电压进行连续变化的调整，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场；

或，

当检测到当前的地下半空间人工电流场不稳定时，对供电电压进行阶梯调整，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场。

进一步地，所述在测量过程中，实时判断当前的地下半空间人工电流场是否稳定，包括：

在测量过程中，根据测量电极MN之间的全波列信号与供电时序波的比较结果判断当前的地下半空间人工电流场是否稳定；

和/或，

在测量过程中，根据测量电极MN之间的电压、相位以及对应的电压阈值和相位阈值来判断当前的地下半空间人工电流场是否稳定。

第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述高密度电阻率测量系统的人工电流场稳定方法的步骤。

第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述高密度电阻率测量系统的人工电流场稳定方法的步骤。

由上述技术方案可知，本发明提供的稳定人工电流场的高密度电阻率测量系统，包括：阶梯式供电单元、人工电流场稳定性智能检测与判定单元和智能控制单元，其中：阶梯式供电单元，用于提供阶梯式的供电电压，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场；人工电流场稳定性智能检测与判定单元，用于判断地下半空间人工电流场是否稳定，并在确定地下半空间人工电流场不稳定时向所述智能控制单元发送提醒信号；智能控制单元，用于在接收到所述提醒信号后，对所述阶梯式供电单元进行控制，实现供电电压的自动调整。可见，本发明提出了在一个高密度视电阻率测量排列中建立稳定人工电流场的新观点，本发明采用阶梯式供电方式，根据地下半空间人工电流场的稳定情况进行电压调整，在整个测量排列中建立起稳定的地下半空间人工电流场，消除非稳定场的影响，压制工业干扰，提高信噪比，使测量成果能真实可靠的反映地下半空间探测深度范围内的视电阻率分布情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明一实施例提供的稳定人工电流场的高密度电阻率测量系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的稳定人工电流场的高密度电阻率测量系统的工作原理示意图；

图3以A-MN-B四极测深装置为例来显示勘探深度与供电电极距的关系示意图；

图4是本发明另一实施例提供的高密度电阻率测量系统的人工电流场稳定方法的流程图；

图5是本发明又一实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例提供了一种稳定人工电流场的高密度电阻率测量系统，参见图1，该系统包括：阶梯式供电单元11、人工电流场稳定性智能检测与判定单元12和智能控制单元13，其中：

所述阶梯式供电单元11，用于提供阶梯式的供电电压，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场；

可以理解的是，所述阶梯式供电单元11用于输出连续变化的供电电压，或，用于输出阶梯状的供电电压，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场；

可以理解的是，所述阶梯式供电单元11输出连续变化的供电电压是指阶梯式供电单元11输出的电压可以进行连续调整，例如，从30V调至31V，接着调至32V等等。

当所述阶梯式供电单元11输出阶梯状的供电电压时，可以输出DC30V、DC50V、DC90V、DC150V、DC270V、DC400V和DC600V的供电电压，其中：

DC30V～DC150V用于电极距小于3米，电极总数不大于60个的超浅层勘探，(深度＜10米)；

DC50V～DC270V用于电极距5米，电极总数不大于60个的浅层勘探，(深度＜50米)；

DC90V～DC400V用于电极距大于5米，电极总数60个的浅、中层勘探，(深度＜100米)；

DC90V～DC600V用于电极距大于5米，电极总数60～120个的中深层勘探，(深度＜300米)；

以上供电电压的划分是以往高密度电法勘探的经验为依据的。勘探中可针对实际地电条件进行合理选择与调整，以达到地下半空间能够建立起稳定人工电流场为目的。

所述人工电流场稳定性智能检测与判定单元12，用于判断地下半空间人工电流场是否稳定，并在确定所述地下半空间人工电流场不稳定时向所述智能控制单元发送提醒信号；

可以理解的是，所述人工电流场稳定性智能检测与判定单元12，具体用于：

根据测量电极MN之间的全波列信号与供电时序波的比较结果判断地下半空间人工电流场是否稳定；

和/或，

根据测量电极MN之间的电压、相位以及对应的电压阈值和相位阈值来判断地下半空间人工电流场是否稳定。

可见，所述人工电流场稳定性智能检测与判定单元12可以通过以下两种方式判断地下半空间人工电流场是否稳定：

a、拾取测量电极MN之间的全波列信号与供电时序波形进行比较，利用比较结果来判定地下半空间人工电流场是否稳定。

b、测量MN之间的电压大小及相位来判定地下半空间人工电流场是否稳定。

可以理解的是，在根据测量电极MN之间的全波列信号与供电时序波的比较结果判断地下半空间人工电流场是否稳定时，可以通过判断测量电极MN之间的全波列信号与供电时序波的匹配情况或匹配度来判定地下半空间人工电流场是否稳定，例如，若测量电极MN之间的全波列信号与供电时序波的匹配度低于预设阈值，则判定地下半空间人工电流场不稳定。

可以理解的是，在根据测量电极MN之间的电压、相位以及对应的电压阈值和相位阈值来判断地下半空间人工电流场是否稳定时，可以根据不同地电条件预先设置相应大小的电压阈值和相位阈值，进而所述人工电流场稳定性智能检测与判定单元12可以根据设先设置好的阈值进行地下半空间人工电流场稳定性的判断。例如，当MN之间的电压小于预先设定的电压阈值时，表明地下半空间人工电流场不稳定，进而可以提醒所述智能控制单元13进行供电电压的自动调整。

在一种可选实施方式中，可以通过仪器操作面板设定所述人工电流场稳定性智能检测与判定单元12所需要的阈值参数对所述人工电流场稳定性智能检测与判定单元12进行控制，达到适用不同地电条件下的人工电流场稳定性判定的目的。

所述智能控制单元13，用于在接收到所述提醒信号后，对所述阶梯式供电单元进行控制，实现供电电压的自动调整。

参见图2所示的稳定人工电流场的高密度电阻率测量系统的工作原理示意图，该原理图是以WDA-1型超级数字直流电法仪为主机WDZJ-4为多路电极转换器组成的集中式高密度电法仪为基础设计的，其原理同样适用于分布式高密度电法仪。

在本实施例中，所述智能控制单元13中可以包括智能操作面板，通过智能操作面板设定所述人工电流场稳定性智能检测与判定单元12所需要的阈值参数对判定单元进行控制，达到适用不同地电条件下的人工电流场稳定性判定的目的。

可见，本实施例提供的系统采用操作面板设定参数，智能判定与控制，适用于各种地电条件下的高密度电法勘探。由于在整个排列测量断面上建立了稳定的供电电流场，消除非稳定场的影响，压制工业干扰，提高信噪比，使测量成果能真实可靠的反映地下半空间探测深度范围内的视电阻率分布情况。

在一种可选实施方式中，所述智能控制单元13，具体用于：

在接收到所述提醒信号后，对所述阶梯式供电单元进行控制，自动调高所述阶梯式供电单元输出的供电电压，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场。可以理解的是，在其他可选实施方式中，所述智能控制单元13，还可以具体用于：在接收到所述提醒信号后，对所述阶梯式供电单元进行控制，根据情况自动调低所述阶梯式供电单元输出的供电电压，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场。不过一般情况，通过调高电压的方式进行人工电流场稳定处理的情况比较多，但也不排除偶尔需要通过调低电压的方式进行人工电流场的稳定处理。

图3以A-MN-B四极测深装置为例来显示勘探深度与供电电极距的关系示意图。由图3可知，在一个排列中采用多级阶梯式供电方式，解决了浅层与深层的供电矛盾，可以使一个排列的测量断面长度大大提升，同时也提高了勘探深度，克服了原仪器由于大极距供电不足而只能短断面测量使探深度受到限制的缺点，真正提高了高密度电法勘探的工作效率。

在使用本实施例提供的测量系统时，在一个完整的测量排列中，根据勘探区地电条件只要设定好相关参数，整个排列断面的测量及供电电压的跳转将自动完成，无需人为干预。本实施例在整个排列测量断面上建立了稳定的供电电流场，增强了抗干扰能力，保证了勘探精度与勘探深度，使高密度电法勘探的工作效率得到了很大的提高。

可见，本实施例重新设计了高密度电法仪的供电系统、人工电流场稳定性智能检测系统及电压转换智能控制系统。采用阶梯式供电方式，通过检测测量电极MN之间的全波列信号及变化情况来判断地下半空间人工电流场的稳定性，再根据地下半空间人工电流场的稳定情况开通相应供电通道，在整个测量排列中建立起稳定的地下半空间人工电流场，消除非稳定场的影响，压制工业干扰，提高信噪比，使测量成果能真实可靠的反映地下半空间探测深度范围内的视电阻率分布情况。

在一种可选实施方式中，所述智能控制单元13，具体用于：

在接收到所述提醒信号后，若测量电极MN之间的全波列信号与供电时序波的差异满足第一差异条件，或，测量电极MN之间的电压与电压阈值的差值、相位与相位阈值的差值满足第三差异条件，则控制所述阶梯式供电单元进行第一幅度的电压提升；

若测量电极MN之间的全波列信号与供电时序波的差异满足第二差异条件，或，测量电极MN之间的电压与电压阈值的差值、相位与相位阈值的差值满足第四差异条件，则控制所述阶梯式供电单元进行第二幅度的电压提升；

其中，所述第一差异条件确定的差异大于所述第二差异条件确定的差异，所述第三差异条件确定的差异大于所述第四差异条件确定的差异，所述第一幅度大于所述第二幅度。

可以理解的是，在该可选实施方式中，智能控制单元13可以根据实际情况进行电压调整。例如，若当前地下半空间人工电流场的不稳定情况比较严重，则可以大幅度调整输出电压；若当前地下半空间人工电流场的不稳定情况不太严重，则可以小幅度调整输出电压，以达到既能保证调整效率，又能保证调整精度的目的。

由上面描述可知，本实施例提供的稳定人工电流场的高密度电阻率测量系统，包括：阶梯式供电单元、人工电流场稳定性智能检测与判定单元和智能控制单元，其中：阶梯式供电单元，用于提供阶梯式的供电电压，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场；人工电流场稳定性智能检测与判定单元，用于判断地下半空间人工电流场是否稳定，并在确定地下半空间人工电流场不稳定时向所述智能控制单元发送提醒信号；智能控制单元，用于在接收到所述提醒信号后，对所述阶梯式供电单元进行控制，实现供电电压的自动调整。可见，本实施例提出了在一个高密度视电阻率测量排列中建立稳定人工电流场的新观点，本实施例采用阶梯式供电方式，根据地下半空间人工电流场的稳定情况进行电压调整，在整个测量排列中建立起稳定的地下半空间人工电流场，消除非稳定场的影响，压制工业干扰，提高信噪比，使测量成果能真实可靠的反映地下半空间探测深度范围内的视电阻率分布情况。

本发明另一实施例提供了一种高密度电阻率测量系统的人工电流场稳定方法，参见图4，该方法包括如下步骤：

步骤101：在测量过程中，实时判断当前的地下半空间人工电流场是否稳定。

步骤102：当检测到当前的地下半空间人工电流场不稳定时，对供电电压进行调整，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场。

在一种可选实施方式中，上述步骤102具体采用如下方式实现：

当检测到当前的地下半空间人工电流场不稳定时，对供电电压进行连续变化的调整，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场；

或，

当检测到当前的地下半空间人工电流场不稳定时，对供电电压进行阶梯调整，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场。

在一种可选实施方式中，上述步骤101具体采用如下方式实现：

在测量过程中，根据测量电极MN之间的全波列信号与供电时序波的比较结果判断当前的地下半空间人工电流场是否稳定；

和/或，

在测量过程中，根据测量电极MN之间的电压、相位以及对应的电压阈值和相位阈值来判断当前的地下半空间人工电流场是否稳定。

可见，本实施例采用阶梯式供电方式，通过检测测量电极MN之间的全波列信号及变化情况来判断地下半空间人工电流场的稳定性，再根据地下半空间人工电流场的稳定情况开通相应供电通道，在整个测量排列中建立起稳定的地下半空间人工电流场，消除非稳定场的影响，压制工业干扰，提高信噪比，使测量成果能真实可靠的反映地下半空间探测深度范围内的视电阻率分布情况。

此外，该高密度电阻率测量系统的人工电流场稳定方法可以采用上述实施例所述的稳定人工电流场的高密度电阻率测量系统实现，其工作原理和技术效果类似，此处不再详述。

基于相同的发明构思，本发明又一实施例提供了一种电子设备，参见图5，所述电子设备具体包括如下内容：处理器701、存储器702、通信接口703和总线704；

其中，所述处理器701、存储器702、通信接口703通过所述总线704完成相互间的通信；所述通信接口703用于实现各建模软件及智能制造装备模块库等相关设备之间的信息传输；

所述处理器701用于调用所述存储器702中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例所述的高密度电阻率测量系统的人工电流场稳定方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：

步骤101：在测量过程中，实时判断当前的地下半空间人工电流场是否稳定。

步骤102：当检测到当前的地下半空间人工电流场不稳定时，对供电电压进行调整，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场。

基于相同的发明构思，本发明又一实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例所述的高密度电阻率测量系统的人工电流场稳定方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：

步骤101：在测量过程中，实时判断当前的地下半空间人工电流场是否稳定。

步骤102：当检测到当前的地下半空间人工电流场不稳定时，对供电电压进行调整，以供地下半空间能够建立起稳定人工电流场。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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过程、方法、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过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。