激发极化法的仪器设备
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发布时间：2022-05-11 13:46
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时间：2023-10-13 13:27
我国激发极化法测量中主要采用视极化率ηs和视频散率Ps两个参数：
电法勘探技术
电法勘探技术
可见其基本观测量都是电位差,因此激发极化法仪器与电阻率法仪器的基本部分大体上一致的。不同的是激发极化法测量的是一定供电时间T和断电时间t时的电位差,是一定频率fD和fG时的电位差,并且通常是由测量仪器直接表示参数ηs和Ps值。因此,要求激发极化仪包含有时间控制电路和归一或计算电路等。此外,直流激发极化与交流激发极化仪器又各有特点。下面分别加以说明。
（一）时间域激发极化法仪器
直流激发极化法仪器分为两个部分：一是供电部分；一是测量部分。
1.直流激发极化仪器的供电部分
由于激发极化法需要测量断电后的二次电位差,其数值较一次电位差小得多,加上为适应野外大面积快速普查及加大勘探深度的需要,供电电源应具有一定的功率。目前以干电池作为供电电源的已不多了,大部分采用的是中等功率（1～2kW）的发送机或大于5kW或10kW的发送机。两者都需要配备发电机组作供电电源,前者体积不是很大,目前野外用得较多,后者体积较大,比较笨重,一般都装在汽车上,用于低电阻率或低极化率地区或大距离供电的观测。
各种直流激发极化法发送机虽然性能、具体电路方面各有不同,但其基本工作原理却大体相同,均可用图2-19所示的简化原理图来说明。发送机一般应包括电源变流器、变压器、整流器、换向器和程序控制器等几个部分。
变流器中主要部分是一个功率振荡器,它将直流电源变换成数百赫兹的中频交流电,然后经变压器（T）升压,再由整流器整流成单向脉动电流。由于其脉动频率远高于激电工作频率,故可看作直流电。它经过换向器后由A、B电极供入地下。由发送机送入地下的电流波形及测量电极间电位差的波形如图2-20所示。
程序控制器的作用,是输出一系列的脉冲以控制各部的工作。下面结合图2-19和图2-20以占空比为1：1和周期为8s的情况为例说明其工作过程。
图2-19 直流激电仪发送机的简化原理图
图2-20 直流激电法的供电电流和测量电极间电位差的波形图
程序控制器发出周期为4s的方波来控制变流器,但其只在方波为正半周时有输出。变流器的输出波形如图2-21（b）所示,它是输出2s、停2s地间断工作。这样便达到了使整流器输出的单向电流也是断续的,如图2-21（c）所示。程序控制器还输出一组脉冲信号,控制换向器的两对开关。例如,在0～2s期间内,开关K1和K2接通,K3和K4断开,整流器输出的正极接A,负极接B,为正向供电；在2～4s内,变流器无输出,供电停止,在此期间,程序控制器使换向器的开关反接（K1、K2断开,K3、K4接通）,为后面2s反向供电做好准备；在4～6s期间内,整流器正极通过开关K3接到B,负极通过开关K4接到A,形成反向供电；在6～8s内又停止供电,且开关K1、K2接通,K3、K4断开,为下一次正向供电做好准备。这样连续地工作就形成正供2s、停2s、反供2s、再停2s的8s供电周期,如图2-21（e）所示。如改变供电周期,只要改变程序控制器输出脉冲的频率便可以了。
图2-19中的电源是由小功率发送机配制的。中功率或大功率的发送机,供电电源一般采用400Hz的中频发电机,不需要变流器便可直接由变压器升压。
2.直流激电仪的测量部分
目前国内较常用的几种直流激电仪的接收机大同小异,基本上都包括测量部分、程序控制部分和电源部分。现以图2-21所示的电位差波形图和图2-22所示框图来说明其工作原理。
图2-21 直流激发极化仪发送机波形图
（a）程序控制器发出的方波；（b）变压器输出的波形；（c）整流器输出的波形；（d）程序控制器发出的控制换向器的波形；（e）AB输出端的波形
图2-22 直流激电仪接收机的原理框图
（1）测量部分
MN电极将电位差ΔU和ΔU2及各种干扰信号一起送入。经过手动自电补偿器,进行一次粗略的极化电位差的补偿。后经前置放大及滤波器,压制50Hz工业电及高频干扰,把有用信号送入主放大器再次放大。并将总场电位差ΔU“归一”到某一电压值,以便直读视极化率。自动自电补偿部分的设置是因双向短脉冲制式连续供电,断电时间很短,来不及再进行手工补偿,加上二次场放电未完及极化电位差的变化等使二次测量之前主放大器输出不为零,自动自电补偿的作用即在断电的末期,（下次供电之前瞬间）跟踪记下残存电位差,由主放大器前加一适当的补偿,使主放大器输出为零。同步整向器的作用是把放大的双向信号经过整向后变为单向信号,以便于测量。为测准随时间变化而信号又较弱的二次电位差ΔU2,许多仪器都采用积分测量方案,即通过积分器记录待测电位差一段时间内的积分值,起到压制干扰的作用。由于主放大器已对ΔU值做了“归一”,则积分器输出便直接显示为视极化率。国外一些仪器亦可直接输出充电率。此外,测量二次电位差时的延迟时间的长短,在各种类型仪器中亦不同,一般普查型接收机只在1～2个延时上测量。用于详细研究激发极化异常的接收机,可由操作人员选择多个延时,用不同的积分时间记录极化率或充电率。这样便可在放电曲线上测得一系列的点,反映激发极化效应的时间特性,为解释激发极化异常提供更多信息。
（2）程序控制部分
程序控制部分的作用是发出一系列脉冲,保证接收机与发送机的动作同步,严格按既定程序工作。常用仪器的程序控制部分均由脉冲信号源、脉冲分配器和执行机三部分组成。其功能如下：
保证在断电后延迟ty秒,积分器开始积分,积分ti秒之后积分器停止工作；在下次供电之前,自动开启自动自电补偿器进行自动跟踪补偿；每供电1次后,开动同步整向器1次。
程序部分的同步方式是利用发送机供入地下的电流信号启动接收机,即所谓的“远点启动”。常用的“远点启动”方式有：利用发送机断开供电电流时,接收机输入信号（总场电位差）的较大电位跃变,触发程序控制器的脉冲信号源,如国产的DWJ-2A型激电仪就采用了这种“远点启动”方式；利用接收器输入信号（总场电位差）来鉴定程序控制器中的一个本机振荡器相位。使它与发送机完全同步,这种同步方式叫作锁相同步,加拿大的M-S型激电仪就采用了这种同步方式。
（3）电源部分
接收机的电源一般都利用普通干电池,经稳压为放大器程序控制部分提供各种电压。
（二）频率域激发极化仪
交流激发极化仪与直流激发极化仪一样,也包括发送部分和测量部分。
1.供电部分（发送部分）
图2-23 交流激电仪发送机的简化方框图
交流激发极化仪的发送部分的任务是把交流或直流供电电源变成超低频交流电供入地下。为测量视频散率,一般要求有两个以上的工作频率,并要求频率稳定,能自稳流,保证不同频率具有相同而稳定的电流。其简化框图如图2-23所示,其中逆变器的作用是把直流供电电流转换为超低频方波电流。稳流器是保证超低频电流稳定,当某种原因使供电电流发生变化时,它能自动调整,仍保持供电电流不变。保护电路的作用是在供电电路电流过大或电压过高时,能即时切断供电电源,以免损坏发送机内部器件；同时,也保证不产生误导通,以便发送机安全工作。程序控制器发出超低频信号、稳流脉冲信号、保护信号,以保证逆变器按需要协同动作、安全可靠。信号源可以由多频振荡器组成,也可由一个主振荡器分频而得,它不仅为程序控制器提供超低频信号,还是程序控制器的时钟脉冲源和稳流脉冲源。上述各部所需低压电源由电池稳压后提供。小功率供电电源可由干电池或蓄电池经变流、升压、整流后提供。较大功率的供电源,多用400Hz中频发电机经升压、整流后提供。
2.接收部分（测量部分）
交流激发极化仪主要用于测量视频散率,也可用于测量交流视电阻率等。由于接收器的输入信号一般是超低频并且是较弱的,常伴有多种干扰,接收机的作用是从输入信号中滤除非工作频率的频谱,对有用信号加以放大、归一、检波,最后送读数电路,从表头或其他显示系统直读视频散率。接收部分的简化框图如图2-24所示。图中前置放大器一般都采用高输入阻抗、低噪声的放大器,常用改变反馈系数的办法适应输入信号的大小,同时,在前置放大器之前常设低通滤波器,用以消除50Hz工业干扰。低通及高通滤波器分别用于消除输入信号中的高次谐波及超低频大地电流干扰。主放大器的作用是把输入信号再放大,使其达到需要值,并把高频电位差ΔUg归一至某一电压值,以便直读视频散率。检波电路的作用是把已经放大滤波的信号变成直流信号送于读数电路。读数电路由比较电路和基准电压组成,可直读视频散率。
图2-24 交流激电仪接收机的原理框图
（三）不极化电极
图2-25 不极化电极的结构
激电法的装备与电阻率法基本相同,故不重复。但在激电法特别是在直流激电法中,需要在断电后观测二次场ΔU2,为了防止在断电期间因测量电极M、N的极差不稳而影响ΔU2的观测质量,所以必须用一对特殊的电极,这种电极常被称作不极化电极。不极化电极的结构如图2-25所示,其特点是铜电极通过硫酸铜溶液间接与地接触,由于M、N两电极处于同一种硫酸铜饱和溶液中,故两电极具有相同的电极电位,其电极极化电位差应等于零。当然,溶液与铜电极不易做到纯度上完全一致,以致电极极化电位差常不等于零,故在电法勘探规范中规定各电极间的极化电位差不得大于±2mV,这一要求通常是能达到的。硫酸铜溶液常是盛在下部未上釉的瓷罐内,电极通过未上釉的部分与地接触,以保证电极的导电性。不极化电极还有其他一些种类,这里就不一一介绍了。
