第四章 双频道激电仪说明与操作(上)

1、双频道激电仪介绍与操作(上)1 概述双频道激电仪是由本书著者发明的我国首创的一种频率域激发极化仪器。该仪器由发送机和接收机组成，发送机将高频、低频两种频率的电流合成为特殊波型的双频电流同时向地下供电。此两种频率是相干的并可根据需要加以变换，通常高频频率为4Hz，低频为4/13Hz。接收机同时接收高频电位差、低频电位差，自动计算并显示视幅频率和高、低频电位差，并可根据野外工作装置计算出交流视电阻率。此二种参数是由于目标体受双频电流的激发，发生化学反应后而产生的信息，根据视幅频率及交流视电阻率，可以达到寻找目标体的目的。双频道激电仪已在我国29个省、市、自治区推广应用，找到包括金、银、铜、铅、锌等

2、在内的一大批矿产资源。它还适用于在人文干扰严重的城市、厂矿开展工程物探、地下水资源勘查，并在俄罗斯、伊朗、玻利维亚、澳大利亚、印度等国成功应用。双频道激电仪已获国家发明奖、国家发明专利、电子工业部科技进步奖、国家发明展览（北京）银奖。“我国双频激电研究与应用”获国家科技进步二等奖。一. 优点双频道激电仪的本质是特殊波形的二种不同频率双频信号同时发送和同时接收，因此该仪器具有以下优点：（1）抗干扰能力强由于双频信号同时接收，所受的干扰程度相同，又取差值，因此在很大程度上干扰信号彼此抵消；接收机采取工频陷波、有源滤波、相干检波、积分采样，对干扰形成很强的压制能力，对50Hz工业干扰压制优于50dB

3、。（2）受电流变化影响小国外传统变频法仪器是在不同的时间分别测高频信号、低频信号，而双频仪是同时接收高、低频两种频率的信号，因此电流变化的影响小得多。经计算电流45秒内降低20%，幅频率只引起0.1%的误差，而矿体幅频率值一般大于3%。（3）观测速度快、工作效率高由于双频同时观测，不需改换频率，使该仪器比国外传统的变频仪观测速度快4倍以上，而且可以一台发送机供电多台接收机测量，适用于大面积普查找矿。（4）轻便、灵活为了得到相同的异常反映，双频激电仪的供电电流仅为时间域激电仪的几分之一，比传统谐波法频率域激电仪用13次谐波所需的供电电流小13倍，供电电流一般在几百毫安。因此可以不用发电机，用几块

4、干电池供电即可，从而使装备大为轻便，适合于在交通不便，地形复杂的山区普查找矿。（5）稳定性好，观测精度高双频仪由于双频同时观测，幅频率又取差值，使温度、湿度等变化对观测结果影响较小，仪器幅频率稳定性一般小于0.2%。S系列双频道激电仪进入市场应用20多年来，先后有多种型号的数百套仪器在野外使用。广大现场科技工作者在使用过程中，不断研究,积累经验，为仪器的改进提供了十分可贵的帮助。本节主要介绍“SQ-3B双频道轻便型激电仪”。二. 仪器的主要特点和功能（1）多频组：工作频率为4组，即8Hz及8/13Hz；4Hz及4/13Hz；2Hz及2/13Hz；1Hz及1/13Hz，可根据不同地质条件和需要进

5、行选择。其中，4Hz及4/13Hz频组与S-1、S-2、S-3、SQ-1型双频激电仪兼容。（2）中小功率兼容：发送机输出功率中小兼容，输出电流最小可达0.1mA，无需外界分流器即可做标本测定；输出电流最大可达1.999A，适用于野外作业。（3）低功耗设计：全部采用CMOS大规模集成电路，整机功耗小。（4）抗干扰设计：采用多级陷波和有源滤波及信号增强技术，抗干扰能力强，测量精度高。（5）自动化设计：发送机与接收机均采用单片微机技术，实现了逻辑自动控制、自动增益控制、温度补偿、电压监测、数据自动存储等功能，操作简便。（6）安全性设计：接收机设有瞬间过压输入保护能力，发送机设有过压、过流保护能力。（

6、7）大屏幕显示：可将整条测线上的测量参数在显示屏上绘成曲线，测量结果直观、明了。（8）掉电保护：存储在机内的数据，在掉电情况下亦不会丢失。（9）标准接口：设有RS-232标准接口可与其他计算机联机工作。（10）全自动充电：备有智能电源管理的充电装置，当电源充电完毕时，自动停止充电。（11）全密封结构：设有全密封触摸键盘，具有防水、防尘、防震等功能，适合野外作业需要。三. 仪器主要技术指标（一）发送机（1）工作频率：8Hz及8/13Hz；4Hz及4/13Hz；2Hz及 2/13Hz；1Hz及1/13Hz四组中的任意一组。（2）频率误差：0.01%；（3）输出电压范围：1.5V600V；（4）输出

7、电流范围：0.1mA1999mA；分三档即20mA、200mA、2000mA （自动控制）；（5）输出功率：Pmax=800W；（6）电流显示误差：1.5%1个字；（7）过流保护：当输出电流大于2400mA时，自动切断高压电源及机内电源； （9）外尺寸（长宽高）：0.2450.1250.220m3；（10）重量（净重）:3.5Kg；（二）接收机（1）工作频率：8Hz及8/13Hz；4Hz及4/13Hz；2Hz及 2/13Hz；1Hz及1/13Hz四组中的任意一组。（2）电位差测量范围：0.1m V1999m V；（3）电位差测量误差：1.5%1个字；（4）对50Hz工频干扰压制优于50dB；

8、（5）幅频率测量范围：-80%+80%；（6）幅频率测量误差：0.2%1个字；（7）输入阻抗10M（10M、50M可选）；（8）尺寸(长宽高)：0.2450.1250.220m3；（9）重量（净重）:3.5Kg；（三）其它（1）工作温度：-10+50（95%RH）；（2）存储温度：-20+60；（3）仪器电源：4Ah/1.2V10镍氢可充电电池；2 仪器的工作原理SQ-3B双频道轻便型激电仪由SQ-3B双频道轻便型激电仪发送机和SQ-3B双频道轻便型激电仪接收机组成。发送机向大地发送含有低频和高频二种频率的混合波电流，接收机同时接收这两种频率的电流经过大地传导后的低频电位差VD及高频电位差VG

9、，并自动计算其视幅频率（Fs） 一. SQ-3双频道轻便型微机激电仪发送机基本工作原理SQ-3双频道轻便型微机激电仪发送机由以下10部分组成：(1) 中央处理器（CPU）(2) 波形合成电路(3) 功率驱动电路(4) 供电主回路（逆变电路）(5) 电流取样电路(6) 保护电路(7) 频率选择电路(8) 音响提示报警电路(9) 12864液晶显示电路(10)机内工作电源由中央处理器（CPU）产生高频及低频方波信号经波形合成电路形成双频混合波，再经驱动电路驱动逆变桥的功率开关，由A、B端向大地供双频复合电流。此双频供电电流在取样标准电阻上产生电压下降，读取该电压降即可达到读取电流的目的。仪器设有供

10、电主回路的过流保护、供电主回路的高压检测、仪器内部工作电压的欠压检测装置。当供电主回路电压超过400V或主回路电流超过2048mA时，仪器自动切断高压电源，达到保护的目的。当机内仪器工作电源低于9.5V或电流大于2400mA时仪器报警并自动关机。发送机的原理方框图如图4.1所示，其工作流程图如图4.2所示。 图4.2 发送机工作流程图二. SQ-3B双频道轻便型激电仪接收机基本工作原理SQ-3B双频道轻便型激电仪接收机由以下9部分组成（见接收机方框图）：(1) 80C32单片机系统(2) 信号输入电路(3) 信号放大电路(4) 信号分离电路 (5) 模数转换电路(6) 240 128液晶显示电

11、路(7) 44键盘控制电路(8) RS232串口电路(9) 机内工作电源 被测双频信号经阻抗均衡电路及阻抗变换电路后，进入“双T”陷波电路对50Hz工频进行压制，再经程控放大器进行前置放大，经低通、高通滤波器选频放大后进入主放大器进行程控放大，经主放大器放大后的双频信号分别进入低频通道和高频通道的带通滤波器选出高频及低频正弦波信号，再经过精密检波和积分电路分别输出低频、高频电位差。该低频、高频电位差经A/D转换电路转换成数字信号，经80C32单片微机系统处理后，在液晶显示器显示出低频、高频电位差VD、VG及视幅频率Fs值。接收机的原理图见图4.3，其工作流程见图4.4。 图4.3 接收机方框图

12、 3 仪器结构本仪器由发送机、接收机二大部分组成。在观测时应配有(1)外接高压直流电源（建议使用电池组）、(2)供电电极A、B及供电导线、(3)测量导线及测量用电极M、N。所有操作均在面板上完成。一. 发送机部分图4.5为发送机面板结构图，面板由下列部分组成： 图4.5 发送机面板 仪器开机键：按此键仪器内部电源接通。仪器关机键：按此键仪器内部电源关闭。复位键：按此键CPU复位（相当于重新开机）。电源指示灯：开机后指示灯亮表示机内电源工作，关机后该指示灯熄灭。、驱动显示灯：工作时2个指示灯按频率交替闪烁，表示控制部分工作正常。频率指示灯：外接高压接通、供电回路工作时，指示灯按工作频率节拍交替闪

13、烁。保险丝：供电主回路保险管（2.5A/250V）“+”接线柱：接至外接高压电源的正极。“-”接线柱：接至外接高压电源的负极。“A”接线柱：接至供电电极的“A极”。“B”接线柱：接至供电电极的“B极”。“充电”插座：接至充电机的输出，给仪器机内电源充电。 校验调节电位器：调节该电位器可调节校验电流的大小。 RS232接口：计算机串行接口。（备用，以备仪器功能扩展用。） 、校验信号输出接线柱：校验时接至接收机信号输入端（M、N端）。44键盘：可用于各种操作和数据输入。 数字键： 键，待开发。 命令键： 键，光标上移键。 键 = 键，执行键。 键 = 键，返回键。 键，光标左移键。 键，光标下移键

14、。 键，光标右移键。二. 接收机部分图4.6为接收机面板结构图，面板由下列部分组成： 图4.6 接收机面板开机键：按此键，机内电源接通进入等待工作状态。关机键：按此键，仪器机内电源关闭，停止工作。复位键：用于机内单片机重新启动44键盘：可进行各种操作和数据输入数字键： 键，用于输入设置或查询参数（数据）。命令键： 键，光标上移键。 键 = 键，执行键。 键 = 键，返回键。 键，光标左移键。 键 = 键，光标下移键，在校验及测量菜单具有存储数据功能。 键，光标右移键。充电插座：接至与仪器配套的专用充电机输出端，给仪器机内电源充电。信号输入插座：与插座配套的插头的黑色夹子接N极，红色夹子接M极。

15、RS232接口：标准串行接口，将测量数据传入微机做进一步处理。显示屏：240128点阵大屏幕液晶显示器，显示工作状态和测量数据及曲线。三. 充电机本仪器备有给发送机、接收机配套使用的充电机，见图4.7。 图4.7充电板背面接有充电电源插座，接入市电220V交流电源。4 充电开关灯开，电源指示灯亮，表示充电机电源接通。5 充电时指示灯亮（左灯亮，右灯待开发用）。5 操作指南一. 仪器充电发送机和接收机内部装有高能可充电镍氢蓄电池，仪器长时间不用时需对仪器进行充电。充电时充电指示灯亮，表示已开始充电；充电到一定时间指示灯暗，说明电池电压接近额定值；当指示灯熄灭后充电结束，此时电源电压已达到或略超过

16、额定电压。（注：由于市电波动或某种原因，机内电源未充到额定值，充电指示灯亦会熄灭，此时应将充电电缆插头拔出后再重新插上；如果电源充到额定时指示灯短时间就会熄灭，否则将继续充电。）充电时间一般需要大于8小时。二. 发送机操作步骤（一）发送机的校验(a)将电压值小于30V的直流电源（电池）的“”“”端分别接至发送机“”及“”端。(b)将“频点选择”开关拨至所需的工作频率，如2频点，代表4Hz及4/13Hz。(c)开机按“开”键，此时电源指示灯亮，同时蜂鸣器发出声音来，表示机内电源已接通，仪器进入供电前的准备工作状态，此时显示屏显示机内自检信息。 自检信息结束后，自动显示： (d)按“任意”键，可听

17、见蜂鸣器“嘀”一声仪器进入主菜单： （e）按 键使光标指示到 状态。按 键，仪器进入校验选择状态，显示下列内容：其中，频点与双频的工作频率对应关系如下：频点号低频（Hz）高频（Hz）01/13112/13224/13438/138（f）按 键或 键可选择校验频率。（g）按 键，仪器进入校验工作状态，显示下列内容： 以上状态说明仪器工作正常。(h)按 键，中断校验，退回上一级菜单；再按1次 键，退回主菜单。注意事项：校验时外接高压电源电压不能大于30V，如果大于30V，仪器指示ERROR（错误），要求退出菜单，重新操作。校验时电流不能大于256mA，如果大于256mA，仪器指示ERROR（错误）

18、，要求退出菜单，重新操作。如果校验时，屏幕上HV=0，则可能高压电源开路或极性接反，应检查、处理后重新开机。（二）发送机供电(c) 将高压电源的“”及“”端分别接至发送机的“”及“”端接线柱、。(d) 将A、B电极用导线分别接至仪器的“A”及“B”接线柱、。(e) 开机按“开”键，其显示屏信息与6.2.1(c)相同。(f) 按“任意”键，仪器进入主菜单，显示内容与6.2.1(d)相同。(g) 当光标指示到 时，按 键，仪器进入到工作选择状态，显示下列内容：(t) 再按一次 键，仪器进入工作状态，且显示下列内容： 仪器正常工作时，驱动指示灯1及2交替闪烁6次，说明仪器逻辑工作正常。接通高压电源后

19、，进入工作状态时，频率指示灯闪烁，闪烁节拍与驱动指示灯1、2的节拍相同，说明供电回路工作正常。如果频率指示灯未闪烁，说明高压回路未接通，需检查。仪器正常供电时，机内不断检测供电电压及供电电流。如果高压大于400V则显示ERROR（错误），且自动停止供电；如果供电电流大于2048mA，则自动停止供电，显示错误；当供电电流大于2400mA时，停止供电，退出工作状态并关闭机内电源，此时应采取措施排除故障后再重新开机进入工作状态。(e)当机内电源小于9.5V时，软件自动关闭电源，以免损坏电池。（f）按 键，关闭高压电源，退出工作状态，退回上一级菜单。(v) 再按一次 键，则退回主菜单。重要提示： 发送

20、机供电结束后，必须先按 键，退出工作状态后再关闭电源，否则有可能损坏仪器。发送机偶尔会发生死机现象，如：指示灯不闪烁、无法退出“校验”或“工作”菜单，这时需使仪器重新上电复位。步骤：断开接线柱、的外接高压电源（见图5-1发送机面板图）。如果是供电状态，这步不可省略，否则会损坏机内元件。按 键重新启动，即可正常工作。三. 接收机操作步骤（一）44键盘功能介绍 上移键； ENTER键； 退格键； 左移键； 下移键及存储键； 右移键。（二）操作步骤1)按“开”键，此时仪器进行自检，显示屏提供自检信息： CPU OK （单片机指令正常） RAM OK （单片机内部数据存储器正常） RAM1 OK （单

21、片机外部数据存储器1正常） RAM2 OK （单片机外部数据存储器2正常） T0 OK （T0中断口正常） T1 OK （T1中断口正常） B1=5V （机内电池1电压值，电压4.8伏为正常） B2=12V （机内电池2电压值，电压9.5伏为正常）如果提示为“ERR”则为错误，一般情况下为B14.8V或B29.5V所引起的。电压不足会引起RAM1、RAM2、B1、B2错误。自检完毕后，如果电压正常，会出现欢迎画面（即待命状态）；如果电压不正常，软件自动提示电源不足。2)按任意键进入主菜单，显示下图 A 设置 B 校验 C 测量 D 检查E 传送 画面上有闪烁的光标，通过 键、 键可使光标上下移

22、动，选择需要的项目，现按前后次序分别叙述每项功能。3)设置当光标置于时，按 键，则显示下列画面（见图4.8）。 A 设置 装置 参数 B 校验 测线 测点 C 测量 D 检查 E 传送 图4.8光标置于装置项首位，按 键、 键上下移动光标，选择要设置的项，按 键，则在所选择的项目出现小框，此时必须键入四个数字（0-9有效），再按 键，小框消失，则该项修改完毕。 该菜单的功能及使用：(1)当四项设置为全“0000”，并按C（ESC）键退出该菜单，则清64K RAM（清除存在机内的所有观测数据）。(2)参数项前两位为测区号（或文件名），第三位隐含测点号的增减。（测点号是递增的，则参数项第三位键入0

23、；反之，则键入1。）参数项第四位键入频点号（0-3）。(3)进入该菜单时，菜单即显示上次设置，对连续的测线不必重复设置。(4)设置完毕，按 键，该次设置才生效，此时，设置程序对当前目录区（上次设置）作检查：a、测点数不为零，则把上次设置存入目录区，该次设置存入当前目录区；否则，该次设置覆盖上次设置。b、两次设置完全一样则不变。重要提示：1为了保证64K RAM 不2产生溢出，3应经常清除其中已无保留价值的数据。4清除64K RAM 时会把已存入的“自校”及“外校”数据同5时清除，6所以必须重新“自校”及“外校”并保存数据。7设置四项参数时，8如果不9是要清除内存，10绝不11能全设为“0000

24、”，12否则会把你需要的数据清除。4)校验当光标置于项时，按 键，则显示自校、外校两项，再移动光标选择自校或外校。选择自校（或外校）则显示下列画面（见图4.9） A 设置 B 校验 自校 VL(mv) VH(mv) FS(%) 外校 C测量 D 检查 PRESS B E 传送 图4.9在进行外校时，将接收机“信号输入”插座接上输入插头，并将发送机的“校验”端接至接收机的输入端。调节发送机电流为100mA,则在校验端0.1的标准电阻上产生10mV的校验信号。再按 键，即显示“measuring”,表示正在测量。在低频第三个周期，显示屏相应位置显示出数值、正负号、小数点，并询问：save it?此

25、时按 键，则可以把数据存入外部RAM保存，如果不保存，可以按 键退出该菜单，也可以按 键进行第二次测量，一直到满意为止。显示measuring期间，键盘关中断，所以按任何键无效。重要提示：1清除64K内存后，2必须作“自校”、“外校”并保存结果，3否则在测量时将出现错误读数（VL=0 VH=0 FS=99.9）。4测量前应该进行“自校”、“外校”并保存结果，5以保证观测精度。说明：目前SQ-3B型接收机在进行自校及外接时，软件设置中仅保留最后一次的自校值和外校值。例如在2频点（4/13Hz、4Hz）进行了二次自校或者外校值，并每次均进行保存，此时仪器已将除最后一次之外存储的数据清除，而仅保留最

26、后一次的数据。又如，当从2频点改换到1频点，在1频点进行自校或外校，并进行多次存储，此时仪器仅保存1频点的最后一次的数据，其余的数据均被自动清除。因此在实际工作中，如果改换频点，必须重新自校或外校。5) 测量当仪器从其它状态转到测量状态使光标置于时，按 键则显示下列画面（见图4.10） A 设置 ADJUST B 校验 A: L: P:C 测量 VL(mv) VH(mv) FS(%) M1 D 检查 M2 E 传送 图 4.10重要提示：这是仪器在测量之前进行温度校验。该结果在数据处理时作温度补偿，所以在温差大的地区应经常做这步工作。方法：测量完毕退出测量菜单，测量下一点时重新进入测量菜单。当

27、校验结束后，进入测量前等待状态，如图4.11所示。菜单上A（参数）、L（测线）、P（测点）为当前正要测量的点的信息，按B键，提示measuring A 设置 PRESS B B 校验 （参数） （测线） （测点） A:XXXX L:XXXX P:XXXXC 测量 VL(mv) VH(mv) FS(%) M1 D 检查 E 传送 图 4.11测量内容包括VL1、VH1、Fs1三个参数。仪器根据输入信号大小自动调整放大倍数，如果信号大于2048mV，则有错误提示。 为了排除极化电位差和供电双频信号对测量MN接地电阻RMN的影响，采用和外界双频信号同步的双向恒流源向MN供电，然后读取RMN上的压降取

28、得。 测量完毕将在显示屏上显示RM1N=XXXK、RM2N=XXXK以及在相应位置显示VL1、VH1、VL2、VH2及FS1、FS2,并询问save it?如果按 键，则可把电位差的四个参数存往外部RAM，表格上部的信息A、L、P中的（点号）将根据（参数项）中的第三位作加或减（或）的运算，即显示将要测量的下一个点。如果不存这四个数，则可按 键进行第二次测量，此时点号（）不改变。该菜单的、可以修改，以便补充测量或作修改测量，但A、L、P必须是可以查询的（即已完成测量的点），否则将显示Point not found并返回正常测量。重要提示：在正常测量时，偶尔也会出现找不到点的状态，这时可能1电源不2足，3使64K内存关闭。排除方法：充电。 64K内存中出现异常情况。排除方法：清除64K内存。注意：在实际测量中有可能超过低频个周期并没有显示测量结果，这是因为仪器在自动改变量程，因此测量过程需要较长时间；有时可能偶尔遇到近十个低频周期亦不显示测量结果，这可能被测电位差在两个量程临界点，这时可改变被测电位差。例如，改变一下电流强度，或移动一下测量电极，均可改变上述情况。6)检查当光标置于，按 键，则显示数据检查、曲线检查（、）两项（见图4.12） A 设置 B校验 C测量D 检查 数据 曲线 E 传送 图4.12(1)选择数据检查，按 键，则可以出现以下画面（见图