长周期大地电磁采集系统优化设计与实现

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1、分类号：TH763单位代码：10183研究生学号：2015552020密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）长周期大地电磁采集系统优化设计与实现OptimalDesignandImplementationofLong-periodMagnetotelluricAcquisitionSystem作者姓名：刘群连专业：测试计量技术及仪器研究方向：电磁法勘探技术与仪器指导教师：林君教授王世隆副教授培养单位：仪器科学与电气工程学院2018年6月长周期大地电磁采集系统优化设计与实现OptimalDesignandImplementationofLong-periodMagn

2、etotelluricAcquisitionSystem作者姓名：刘群连专业名称：测试计量技术及仪器指导教师：林君教授王世隆副教授学位类别：工学硕士答辩日期：2018年5月29日摘要长周期大地电磁采集系统优化设计与实现摘要随着我国经济的飞速发展，我国对矿产、石油、天然气等资源的需求日益增长，勘探深度也逐年增加。但面向深部探测领域中，可使用的探测手段较少，仅有强地震信号与长周期大地电磁信号可穿透地下巨厚的岩石，完成对地下地质构造、电性信息的有效采集。长周期大地电磁探测以其低成本、探测深度深的优点，已发展成为深部探测的一种重要手段。但是长周期仪器野外施工条件复杂，信号微弱

3、且干扰严重，为此对长周期大地电磁采集系统提出了较高的要求。本文首先对长周期大地电磁采集系统结构与功能模块进行优化设计，明确系统采集指标，提升系统的可靠性与稳定性。并针对电场、磁场信号特点主要进行了以下优化研究工作：1、针对长周期电场信号微弱、含有较高共模电平、射频干扰严重以及传统电场信号采集数据信噪比不高的问题。提出一种改进的电场信号采集方法，并应用自稳零、斩波及漂移抑制技术实现了低噪声、低漂移电场信号采集模块硬件设计，实验测试结果表明提高了电场采集数据信噪比与测量精度。2、针对长周期磁场信号动态范围大，且磁场信号中包含静态分量和交变分量特点，传统磁场采集方法对交变分

4、量采集精度不高的问题。提出以双核同步采集技术为核心的一种新型磁场信号采集方法，采用大信号采集通道与小信号采集通道同步测量，实现了在大动态范围下对磁场信号交变分量的高精度采集。3、为保证长周期系统中电场、磁场数据在时间上的一致性和板间数据传输的可靠性与稳定性，设计了基于GPS秒脉冲、数据FIFO、系统MCU采集程序，分为电场、磁场和控制程序三部分。为方便仪器系统调试与数据处理，开发了基于LabVIEW的上位机数据存储、读取、显示系统操作软件。4、进行了系统测试和对比实验。电场采集模块测试结果表明在长达20000s的时间内，具有6.71μV的直流偏置噪声，峰峰值噪声为1.

5、4μV且无明显漂移。噪声频谱优于-156dB，结合高精度采集技术，当极距为100m时，可采集分辨的电场信号达到了0.16μV/km。磁场动态范围测试结果表明对磁场信号的采集精度可达0.069nT。I摘要并与国外LEMI-417进行了同等条件下的对比实验，实验结果表明电场、磁场信号采集曲线趋势基本一致，验证了系统采集电场、磁场数据的准确性，满足长周期大地电磁信号采集的基本需求。关键字：长周期，大地电磁，自稳零，斩波，双核同步采集IIAbstractOptimalDesignandImplementaionofLong-periodMagnetotelluricAcqui

6、sitionSystemAbstractWiththerapiddevelopmentofChina'seconomy,thedemandforresourcessuchasmineral,oilandnaturalgasisincreasingdaybyday,andtheexplorationdepthisincreasingyearbyyear.However,inthefieldofdeepexploration,lessdetectionmeanscanbeused,onlystrongseismicsignalsandlongperiodmagnetote

7、lluricsignalscanpenetratedeepundergroundrock,soastocompletetheeffectiveacquisitionofundergroundgeologicalstructureandelectricalinformation.Longperiodmagnetotelluricsoundinghasbecomeanimportantmeansfordeepexplorationbecauseofitslowcostanddeepdetectiondepth.However,thelongperiodi