基于逆重复m序列的岩矿石标本电性参数测量方法研究

岩矿石标本电性参数实验中,常使用一个或者多个频率激励的变频法测量电阻率,存在观测效率低、可用信息少、抗干扰能力弱等实际问题.本文将变频法改进为伪随机电流信号法进行观测,提出激励场源使用逆重复m序列伪随机电流信号的观测方法,推导出抑制工频干扰的参数选取条件,进而针对岩矿石标本电性参数实验中激励场源的特殊要求,详细分析了观测系统中信号产生与接收面临的问题,并给出了解决方法:采用高驱动能力设计及阻抗匹配技术解决岩矿石标本电阻率分布跨度大(n×10^(n)×10^(6)Ωm)导致的发送端驱动能力不足以及接收端阻抗不匹配等问题;采用系统频率响应校正技术修正系统存在的观测误差;采用高频微弱信号产生与拾取的相关技术,保证电流密度处于岩矿石标本的线性响应区间,避免非线性效应,实现宽频率分布范围观测(10-3~10^(4)kHz).采用所研发的可编码、高精度、小电流(10^(-6)A)、连续可调输出的精密电流源,使用阻容模型进行实验测试,结果表明:(1)该方法可在10^(-3)~10^(4)Hz频带内产生90个有效测量频点,可满足频带宽、频点密、压制工频干扰的观测要求;(2)实验中恒流源输出稳定,不同负载下直流输出稳定性误差小于0.5%,精度满足实验中对输出电流的要求;(3)标定后测量误差小于0.5%,系统具有较高的观测精度与抗干扰能力;(4)与变频法相比观测效率提高2.3倍.通过该方法开发的观测装置可有效提高工作效率和抗干扰能力,提高观测数据的准确性,适用于各种类型岩矿石标本电性参数观测工作.

岩矿石电性参数测量的精密电流编码信号发送系统

针对岩矿石电性参数测量工作中电阻率跨度大、所需测量频率范围宽、存在与电流密度相关的非线性效应等问题,研发一种用于测量岩矿石电性参数的精密电流编码信号发送系统。首先,对2种电流源实现方案进行可行性分析,确定电压−电流的转换方案,并给出MCU+FPGA架构系统框图;其次,详细分析电压−电流转换电路原理,通过改进输出反馈回路获取更大的输出阻抗;第三,理论分析电压−电流转换电路,在仿真分析直流特性和交流特性的基础上,推导出电路元件的参数取值条件,并总结仿真中出现误差的原因;最后,采用阻容模型对系统的直流特性和交流特性进行实验验证。研究结果表明:系统的信号输出频率范围为1.0×10^(−3)~1.0×10^(4)Hz;输出电流范围为1μA~20 mA,并可通过精密电位器实现连续电流可调输出,驱动负载阻抗范围为10Ω~10 MΩ;系统可精确控制流过岩矿石标本的电流密度,避免非线性效应产生;信号发送系统输出直流电流稳定度相对误差小于0.5%,在测量频带内,信号发送系统交变电流输出相对误差经标定后小于0.5%。该系统基于逆重复m序列输出精密编码电流信号具有较高的输出精度,产生的逆重复m序列电流信号满足测量频率要求,适合岩矿石电性参数测量实验。

直接消除电磁耦合的发送端去耦方法

针对频率域激电应用中的电磁耦合问题,提出了一种矩形波经低通滤波后放大输出并对大地供电的发送端去耦方法;建立了数学物理模型,通过调节低通滤波时间常数进行的仿真实验结果表明,本方法可以显著衰减接收回路耦合尖峰幅值,且时间常数越大耦合尖峰幅值越小,大于10 ms后衰减量增长缓慢.进一步以5 m收发距为例的仿真结果表明,本方法去耦效果良好,对压制频率域激电法应用中的电磁耦效应或设计抗耦激电观测装置均具有指导意义.

基于逆重复m序列信号的岩矿石电性参数采集方法研究

归纳总结了岩矿石电性参数实验过程中激励场源性质与实验装置类型,提出基于伪随机逆重复m序列信号为激励场源的实验方案,进而设计了新的观测装置.发送机产生的伪随机信号序列采用恒流源形式输出,频带宽度为1.0×10^(-3)-1.0×10^(-4)Hz;接收机采用FGPA+ARM架构进行数据记录,在对比变频法、2^(n)伪随机序列与逆重复m序列在相同带宽内的频点密度基础上,利用Cole-Cole模型进行测量装置标定研究.理论证明利用逆重复m序列信号频点密、测量速度快;观测装置标定后一致性较好,为研发利用该场源进行岩矿石电性参数室内实验的仪器开发提供了相应的理论基础.