本实用新型专利技术公开了一种岩矿石标本电性参数测量装置。本实用新型专利技术装置主要包括分别具有GPS同步接口的信号发送系统和信号接收系统；信号发送系统包括单片机、恒流源模块、限流调整模块、负载恒流输出模块、信号输出电极A极和B极、FPGA模块、显示模块、波形记录模块和同步模块；信号接收系统包括单片机、信号输入电极M极和N极、前置放大电路、滤波电路、程控放大电路、AD、FIFO存储器、DSP模块、通信接口电路、显示接口电路、波形记录模块、同步模块。本实用新型专利技术装置实现了基于电流源模式的快速、高效岩矿石标本电性参数观测实验工作，对岩矿石标本电性参数测量工作具有重要应用意义与价值。性参数测量工作具有重要应用意义与价值。性参数测量工作具有重要应用意义与价值。
【技术实现步骤摘要】
一种岩矿石标本电性参数测量装置
[0001]本技术属于固体地球物理学
，具体涉及一种岩矿石标本电性参数测量装置。
技术介绍
[0002]岩矿石标本电性参数研究是勘查地球物理领域中基础性研究重点方向，岩矿石标本电性参数研究工作程度无论是对电(磁)法的方法研究，还是对电(磁)法的野外实践起着重要的基础性支撑作用。在基础理论研究中Wait(1959)、Madden(1967)、Ward(1976)、Zonge(1972，1975)、Pelton(1977，1978)、Dias(2000)、Zhdanov(2008)等，提出了不同的导电机理与导电模型以及相应的参数定义，如阻容模型、德拜模型、瓦尔堡模型、Cole-Cole模型、Dias模型、Gemtip模型等；在实际应用中Zonge等根据岩石频谱测量结果在复平面上表现的3种不同类型，划分不同蚀变带与矿化带；Pelton等认为岩石频谱特性中时间常数τ的主要影响因素是岩石中导电颗粒大小，而不是导电矿物成分，但有可能根据导电矿物颗粒度与矿物成分之间的联系来区分其中的某些成分；Halverson等引入参数k，认为该参数反映极化时的界面特性，可用于区分矿物成分。在野外实践中岩矿石电性参数研究工作影响着方法的选择、测网的布置、反演计算模型以及最终地质解释。
[0003]通过阅读文献，总结国内外学者的实验研究工作，存在以下3个问题：
[0004](1)使用变频法实验。变频法由Wait提出，采用矩形波作为激励波形，与其他波形(正弦波、三角波等)相比，其振幅稳定、频率容易控制，但变频法每次只能发、收一个频率信号，频率表中的频率需依次发与收，因此它有着明显的缺点：
①
为了保证观测精度，每个频点需要多次叠加，耗时较长；
②
频率改变前后的外部条件与干扰因素各不相同，抗干扰能力相对较弱；
③
各个频点的观测时间不同，观测精度受到影响；
④
为了保证必要的稳流条件，将增加发送系统的复杂性。因此采用变频法在一个较宽的频带范围内进行观测，测量速度慢、观测时间长、观测数据可靠性不高。为了解决以上问题Zonge提出奇次谐波法，该方法采用矩形波激发，测量基波与某些谐波响应，实现了一次发送获得多个频率响应，但该方法能量分配不均匀且频点分布不合理，难以进行有效工作。何继善以组合波形作为信号源应用于电法勘探。从双频激电法开始，发展到任意2
n
序列伪随机信号发送与接收，这种组合波形将多个频率信号同时发送与接收，各主频能量基本相等，频点呈对数等间距分布，并可多参数反映岩石频率响应的观测方案，但未涉及到岩石电性参数测量工作。近年来基于相关辨识的检测技术应用到了电磁法勘探中，赵璧如、万健如、罗维斌、武欣、罗延钟、王显祥、王若等人将m序列(或逆重复m序列)应用于电法勘探中，并进行相应的理论、实验与野外对比观测研究，仍未应用于岩矿石电性参数实验。
[0005](2)实验仪器杂。所用实验仪器包括各类阻抗分析仪(Solartron 1250、1260，Agilent4294A，HP4263B等)、LCR测试仪(ZL5，Hioki 3522-50等)、岩心测试设备(LDT-10发射机与接收机组合形式、AutoScanⅡ岩芯扫描仪、SCIP岩心测试仪)、激电仪(双频激电仪、时间域激电仪)、电法化工作站(Autolab)。早期受观测仪器的限制，观测者利用不同频段范
围仪器进行组合达到宽频带观测的目的，如Pelton在低频段(10-2-5Hz)与高频段(5Hz-60KHz)选用完全不同的两组仪器分别进行观测。
[0006](3)实验结果可用信息少。实验仪器虽然比较杂，但观测原理基本相似。一般的，频率域激励源的实验数据提供频率-振幅/相位、频率-实分量/虚分量等数据，研究人员根据相应的模型计算出频散率(激发极化率)、电阻率、时间常数与频率相关系数等多个参数；时间域激励源的实验数据提供电阻率、充电率(激发极化率)，部分仪器提供时间-电位(幅值)数据。
技术实现思路
[0007]本技术的目的在于提供一种快速、恒定电流、宽频带范围的岩矿石标本电性参数测量装置。
[0008]本技术的岩矿石标本电性参数测量装置，它包括信号发送系统和信号接收系统；信号发送系统和信号接收系统分别具有GPS同步接口；信号发送系统包括单片机，以及依次连接的恒流源模块、限流调整模块、负载恒流输出模块、信号输出电极A极和B极，还包括频率信号产生模块即FPGA模块、显示模块、波形记录模块和同步模块；GPS同步接口与同步模块连接，同步模块与FPGA模块连接；以单片机微型控制器即MCU为中心连接有显示模块、波形记录模块、同步模块、FPGA模块、限流调整模块，FPGA模块还与恒流源模块连接；FPGA产生的信号序列在进行单极性波形变双极性波形后，交由恒流源模块进行电压跟随、电压-电流转换后形成连续可调的、观测所需的恒定电流源信号，最后由负载恒流输出模块将双性极频率信号输出至A极和B极；
[0009]信号接收系统包括单片机，以及依次连接的信号输入电极M极和N极、前置放大电路、滤波电路、程控放大电路、模数转换电路即AD、先进先出数据缓存器即FIFO存储器、数字信号处理器即DSP模块，以及通信接口电路、显示接口电路、波形记录模块、同步模块；GPS同步接口与同步模块连接；通信接口电路可与PC机进行通信联系，显示接口电路连接显示模块监视信号接收系统工作状态；程控放大电路还与单片机微型控制器即MCU相连接，模数转换电路还与DSP模块相连接，MCU同时还与FIFO存储器、DSP模块、通信接口电路、显示接口电路、波形记录模块、同步模块相连接；
[0010]所述信号输出电极A极和B极为导电电极，安装和加载到被测岩矿石标本的两端；所述信号输入电极M极和N极为传感电极，安装于岩矿石标本的中部；所述信号发送系统和信号接收系统的同步模块还通过导线连接。
[0011]基于上述岩矿石标本电性参数测量装置的使用方法，它包括如下步骤：
[0012](1)将信号输出电极A极和B极与待测岩矿石标本的两端连接并紧密耦合，以便信号发送系统产生的恒流源信号施加在岩矿石标本上；
[0013](2)将信号输入电极M极和N极与待测岩矿石标本的中部连接并紧密耦合，以便拾取信号；
[0014](3)在正式开始观测实验前，信号发送系统输出1次已知电压10V、限流1A的直流信号，信号发送系统同时检测输出端-供电电极-岩矿石标本回路中的电流值A
i
，通过该回路中已知电压10V与检测到的电流值A
i
，求出待测岩矿石标本零频率Z(0)时的电阻率值，从而估算出信号发送系统最大输出电流值；
[0015](4)根据岩矿石标本电阻率信息、岩矿石标本几何尺寸，计算信号发送系统需要输出的恒流值；
[0016](5)调整信号发送系统的恒流源输出电流值，恒流源输出电流值在10-6
A-1A内连续可调，确保实验过程中信号发送系统的电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种岩矿石标本电性参数测量装置，其特征在于：它包括信号发送系统（1）和信号接收系统（2）；信号发送系统（1）和信号接收系统（2）分别具有GPS同步接口；信号发送系统（1）包括单片机，以及依次连接的恒流源模块、限流调整模块、负载恒流输出模块、信号输出电极A极和B极，还包括频率信号产生模块即FPGA模块、显示模块、波形记录模块和同步模块；GPS同步接口与同步模块连接，同步模块与FPGA模块连接；以单片机微型控制器即MCU为中心连接有显示模块、波形记录模块、同步模块、FPGA模块、限流调整模块，FPGA模块还与恒流源模块连接；FPGA产生的信号序列在进行单极性波形变双极性波形后，交由恒流源模块进行电压跟随、电压-电流转换后形成连续可调的、观测所需的恒定电流源信号，最后由负载恒流输出模块将双性极频率信号输出至A极和B极；信号接收系统（2）包括单片机，以及依次连接的信号输入电极M极和N极、前置放大电路、滤波电路、程控放大电路、模数转换电路即AD、先进先出数据缓存器即FIFO存储器、数字信号处理器即DSP模块，以及通信接口电路、显示接口电路、波形记录模块、同步模块；GPS同步接口与同步模块连接；通信接口电路可与PC机进行通信联系，显示接口电路连接显示模块监视信号接收系统工作状态；程控放大电路还与单片机微型控制器即MCU相连接，模数转换电路还与DSP模块相连接，MCU同时还与FIFO存储器、DSP模块、通信接口电路、显示接口电路、波形记录模块、同步模块相连接；所述信号输出电极A极和B极为导电电极，安装和加载到被测岩矿石标本的两端；所述信号输入电极M极和N极为传感电极，安装于岩矿石标本的中部；所述信号发送系统（1）和信号接收系统（2）的同步模块还通过导线连接。2.根据权利要求1所述岩矿石标本电性参数测量装置，其特征在于：频率信号单极性-双极性转换电路是，双路比较器U4第3引脚接入从FPGA产生的伪随机信号Signal,第2引脚与+1.25V相连接，第4引脚与-4.096V电源端相连，第1引脚与R6的下端相连，同时连接P2接插口的第1、第2引脚；R6的上端与P1接插口的第3引脚相连，P1的第2引脚为双极性伪随机信号的输出端，P1第1引脚与地相连；P2的第3引脚与双路比较器U4的第8引脚相连，同时与+4.096V电源端相连；P1、P2接插口各自外接一组电位器，调整输出伪随机信号的振幅强度。3.根据权利要求2所述岩矿石标本电性参数测量装置，其特征在于：恒流源模块电路是，U1、U2、U3均为运算放大器；U1的第3引脚接入双极性伪随机信号，第4引脚与-15V电源相接，第2引脚与第6引脚相接后与R2的左端相连，第7引脚与+15V电源相连；R2的右端分别与U2的第3引脚和R4的左端相连；U2的第4引脚接...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖秀英，崔峻卿，傅崧原，程辉，付国红，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：新型
国别省市：
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