地球物理勘探仪器-绪论.ppt

《地球物理勘探仪器》绪论 《应用地球物理学5》是应用地球物理学系列课程之一，讲授的主要内容是地球物理勘探仪器，它是地球物理学专业的专业课。通过本课程的学习使学生了解地球物理勘探仪器的类型和发展趋势，掌握主要仪器设备的基本理论、工作原理和工作方法，熟悉主要仪器所解决的地球物理问题、应用条件和地质效果。 物探仪器的作用与分类 场类型： (1) 以岩(矿)石弹性差异为基础，研究弹性波在岩石中传播规律的地震勘探； (2) 以岩(矿)石电(介电、磁)性差异为基础，研究导电(介电、导磁)地质体引起的地电(电磁)异常的电法勘探； (3) 以岩(矿)石密度差异为基础，研究密度不均匀地质体引起的重力异常的重力勘探； (4) 以岩(矿)石磁性差异为基础，研究磁性地质体引起的磁异常的磁法勘探； (5) 以岩(矿)石中放射性元素含量及种类的差异为基础，研究天然的或人工激发的辐射异常的核地球物理勘探； (6) 以岩(矿)石温度差异为基础，研究储热地质体引起的地热异常的地热勘探。 应用领域 (1)区域性地质资源调查。 海、陆、空 (2)工程地质环境调查。 (3)工程或巷道掘进过程中的超前预测。 (4)工程施工质量及工程现状的检测。 (5)环境地质方面。 (6)水资源的凋查。 (7)考古及文物保护方面的调查。 物探仪器的分类 重力仪 磁力仪 电法仪（直流、交流、电磁法EM、TEM、雷达） 地震仪 核物探仪 测井仪 《地球物理勘探仪器》绪论 预备知识： 信号测量、存储、传输 信号测量1：信号放大电路 用来放大传感器输出的微弱电压，电流或电荷信号的放大电路称为测量信号放大电路，亦称仪用放大电路。 对其基本要求是：①输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配；②一定的放大倍数和稳定的增益；③低噪声；④低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移；⑤足够的带宽和转换速率（无畸变的放大瞬态信号）；⑥高输入共模范围（如达几百伏）和高共模抑制比；⑦可调的闭环增益；⑧线性好、精度高；⑨成本低。 现在常使用集成运算放大器来组成信号放大电路。集成运算放大器（简称运放）是一种高电压放大倍数的直接耦合放大器。它工作在放大区时，输入和输出呈线性关系，所以它又被称为线性集成电路。 2种常用信号放大电路： （1）、电桥放大电路 由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路或由传感器和运算放大器构成的电桥都称为电桥放大电路。 一般被测量是非常微弱的，必须用专门的电桥电路来测量这种微弱的变化，应用于电参量式传感器，如电感式、电阻应变式、电容式传感器等，经常通过电桥转换电路输出电压或电流信号，并用运算放大器作进一步放大，或由传感器和运算放大器直接构成电桥放大电路，输出放大了的电压信号。 图1.1为惠根斯电桥原理图。 2种常用信号放大电路： （2）、可编程增益放大电路 放大电路的增益通过数字逻辑电路由确定的程序来控制，这种电路称为可编程增益放大电路，亦称程控增益放大电路，简称PGA。 例如图1.2，程序为A=0(开关A断开) 、B=0(开关B断开)时，放大电路的电压放大倍数为-R/R1；当程序为A=1(开关A闭合) 、B=0(开关B断开)时，放大倍数为- R2R/[R1（R2+R）]；当程序为A=0(开关A断开)、B=1(开关B闭合)，放大倍数为 –R3R/[R1（R3+R）]；当程序为A=1、B=1(开关A、B均闭合)，放大倍数为–R2R3R/[R1（R2 R3+R3 R +R R2）]。 因此可编程增益放大电路的增益是通过数字逻辑电路由确定的程序来控制。 信号测量2： 滤波电路 只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做经典滤波器或滤波电路。 任何一个电子系统都具有自己的频带宽度 滤波器电路的幅频特性 对于滤波器，增益幅度不为零的频率范围叫做通频带，简称通带，增益幅度为零的频率范围叫做阻带。 通带内信号所获得的增益，叫做通带增益，阻带中信号所得到的衰减，叫做阻带衰减。在工程实际中，一般使用dB作为滤波器的幅度增益单位。 低通LP、高通HP、带通BP a和b是用运算放大器设计的两种一阶Butterworth滤波电路的电路 图a是反相输入一阶低通滤波器，实际上就是一个积分电路，其分析方法与一阶积分电路相同。 图b是同相输入的一阶低通滤波器。根据给定的电路图可以得到： 信号测量3：ADC（模拟数字转换器）原理 A/D转换器的指标主要有转换精度和转换时间等指标。 分辨率指A/D转换器对输入模拟信号的分辨能力。从理论上讲，一个输出为n位二进制数的A/D转换器应能区分输入模拟电压的2n个不同量级，能区分输入模拟电压的最小差异为（满量程输入的1/2n）。例如，A/D转换器的输出为12位二进制数，最大输入模拟信号为10V，