【摘要】：海洋是一個資源寶庫,除部分石油和天然氣外,大量的資源等待人類開發(fā)。隨著陸地礦產(chǎn)資源的逐漸枯竭,世界各國對海洋資源的開發(fā)力度不斷加大,各種物探方法被應(yīng)用在油氣資源。海洋激電法是近些年才興起的一種海洋物探方法,本文的研究內(nèi)容主要基于激電法中的雙頻激電法分支。雙頻激電法自從70年代問世,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于陸地金屬礦產(chǎn)資源勘探等方面,并取得了良好的應(yīng)用效果。近幾年來,國家海洋局第一海洋研究所和中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)測控系在海洋雙頻激電法的研究與應(yīng)用中做了不少工作,研制出了一套原理樣機,經(jīng)過多次海洋試驗取得了一批成果和經(jīng)驗。該雙頻激電儀的接收機采用集中式的數(shù)據(jù)采集方式,接收到的電信號通過一條長電纜輸入數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。該長電纜在海上作業(yè)過程中操作不方便,同時由于海底工作環(huán)境具有惡劣與未知性等特點,容易使電纜受到損傷。而單根的長電纜一旦受損,其修復(fù)過程將非常繁瑣,導(dǎo)致時間與金錢的大量浪費。 本論文即是基于現(xiàn)有的海洋雙頻激電法應(yīng)用基礎(chǔ)上,提出并實現(xiàn)了一種基于分布式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),來改進(jìn)雙頻激電儀的接收機。引入分布式概念后,以前的長電纜,變成了由多段短電纜組合而成的分布式“數(shù)字纜”,每段短電纜具備獨立的數(shù)據(jù)采集能力,可以對接收電極接收的電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。短電纜的制造工藝實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、批量化,每一段短電纜都可以被其他電纜替換。因此,儀器的可靠性得到提高,降低了海洋作業(yè)的風(fēng)險,并且在保證了高密度測量功能的同時變得小型化和輕便化。同時,每段纜中的數(shù)據(jù)采集節(jié)點在最短的距離內(nèi)將雙頻激電信號轉(zhuǎn)換成了數(shù)字信號,可以最大程度避免模擬信號在電纜內(nèi)傳輸?shù)臅r候受到發(fā)送信號的電磁干擾及接收通道間的串?dāng)_,保證了測量精度。 本分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于上述多段串聯(lián)的短電纜而實現(xiàn)。系統(tǒng)由多個數(shù)據(jù)采集節(jié)點組成,節(jié)點之間的通訊通過電纜內(nèi)的RS-485總線通訊。多段電纜連接起來就可以組成一個多通道的數(shù)據(jù)采集纜,合理的設(shè)計單段纜的長度,可以實現(xiàn)高密度電法測量。采集節(jié)點在硬件方面由電場傳感器、信號調(diào)理電路(放大電路、濾波器、24位ADC等)、電源電路、單片機控制核心、存儲電路等幾個部分組成。接收電極接收的差分雙頻信號經(jīng)過阻抗匹配后,輸入到前置程控儀表放大器。該放大器可以實現(xiàn)增益1、2、4、…4096倍數(shù)的自由調(diào)整。信號放大以后,進(jìn)入到二階巴特沃斯低通濾波器,除去高頻噪聲。濾波完的信號送入24位A/D轉(zhuǎn)換器,A/D轉(zhuǎn)換器在分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同步測量信號的控制下,以200Hz的采樣率對0.6Hz/9Hz的雙頻信號做模數(shù)轉(zhuǎn)換。單片機采集讀取完ADC的轉(zhuǎn)化值后,將數(shù)據(jù)以txt文件格式存儲到大容量Micro SD卡內(nèi)。數(shù)據(jù)采集工作完成后,運行于電腦中的上位機數(shù)據(jù)采集控制與數(shù)據(jù)處理軟件將節(jié)點內(nèi)將數(shù)據(jù)讀出,通過LabVIEW高度發(fā)達(dá)的數(shù)據(jù)處理功能恢復(fù)出原始波形信號,然后經(jīng)過數(shù)字濾波器后分別得到高頻、低頻的波形數(shù)據(jù)。經(jīng)過一系列數(shù)值處理后按照激電參數(shù)的計算公式得到視電阻率值及視幅頻率值,數(shù)據(jù)結(jié)果以曲線形式顯示、以txt格式存儲成文件。 系統(tǒng)設(shè)計調(diào)試完成后,進(jìn)行了多項室內(nèi)及室外測試。室內(nèi)測試中,對系統(tǒng)硬件的各項指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)測試,并對測量精度進(jìn)行了檢驗與校正。在地空學(xué)院水槽物理模擬實驗室進(jìn)行了水槽實驗,在水槽中對銅盒子、黃銅礦等進(jìn)行了定點測試和拖動測試,驗證了系統(tǒng)在海洋環(huán)境下測量的可行性與正確性后,在青島石老人海灘進(jìn)行了野外試驗。海灘測試采用定點測量方式,測量了該海灘不同深度的視電阻率值及漲潮過程中的視電阻率值變化曲線,取得了一批具有分析價值的數(shù)據(jù),并再次驗證了分布式系統(tǒng)在海洋環(huán)境下電法測量的可行性與穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TP274.2;P714

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2635588