频率域电磁测深21页PPT

Ex z0
——— Ex衰减到地面的 36%
所以取：
h有效 2
503.3
/ f
(米） 时
另取： Ex衰减到地面的 50%
h有效 356 / f (米）
说明：h有效 与电阻率和 f 有关，在某测点下电阻率一定，通过改变 f,
可探测地下不同深度。
3）电磁场表达式
90o
时
M点的EX 、Ey 、EZ 、及HX 、Hy 、Hz 与 r f 有 关。实际工作中常用 赤道电偶极源，
过渡区：介于波区与S区之间的场区。
r （6～8）H H 目标层的最大深度
一般 f (0.1～n1000）Hz
注：高频时为波区情况，低频时进入S区→→→与MT的不同之处
2）有效穿透深度
在波区，均匀半空间：设电偶极子AB向地下供入的谐变场为 eit
Ex
I
AB r 3
e2
z
当z 时 2
Ex
1 e
频率测深的几个特点：
①分辨力高 ②穿透能力强 ③各向异性影响小 ④地表不均匀影响大 ⑤勘探深度大
直流电测深曲线与频率测深曲线的分辨力比较 （a）直流电测深 （b）（c）频率测深
无论电磁波入射角多大，入射后总是近似垂直地面传播的平面波。
③ 波场区的划分
波区：r
2
时，地层波S衰减殆尽，地下只有S0波入射形成的S*波存在。
在波区S*相当于从高空垂直入射的平面电磁波。对地层分辨率最高，各向 异性影响小。
S区：r
2
时，地层波S占主导地位。其观测值与地层关系很弱，或只
与总纵向电导有关。
波区：
I AB
Ex r3
Ey EZ 0
Hx 0

们进行分类。 例如， 可分为模拟式、 数字式、 模 拟数字混合式； 实时型、 非实时型； 恒带宽分析、 恒百分比带宽分析； 单通道型、 多通道型。 按工 作频带， 还可以分为高频、 低频等等。 按工作原 理， 大致可以归为滤波法和计算法两大类。 下面 就上述几种分类， 对各类仪器的特点和应用对象 作一简要说明。
第7章 频域测量技术
其物理意义为， 两者能从白噪声源中传输同等的能 量。 只要不是很粗劣的滤波器， 其有效噪声带宽很接近 于3 dB带宽，为了分析方便， 常用3 dB带宽来代替有效噪 声带宽。
频率信号的能力。 当两个频率间隔等于滤波器带宽的等 幅信号同时输入频谱仪时， 频谱仪“正好〞能将它们分 开， 谱图上出现两个峰， 峰谷点之间差3 dB， 如图7- 6 所示。
图7- 1 信号的时域波形及频域频谱
第7章 频域测量技术
从时域t方向描述的电信号就是我们在示波器上看到的 波形f(t)， 从频域f方向看到的这个信号可表示为一组沿频 率轴步进的正弦信号的集合， 即S(ω)， 每一个正弦信号代 表这个电信号在频率点所具有的分量值， 也称为信号的频 谱或频谱分量。
频谱是对信号及其特性的频率域描述。 一个在时域看 来是复杂波形的信号， 它的频谱可能是简单的， 在时域 不容易获取信号的有关信息在频域可能是容易获取的。 一 般来说， 确定性信号存在着傅立叶变换， 由它可获得确 定的频谱。 随机信号只能就某些样本函数的统计特征值作 出估算， 如均值、 方差等， 这类信号不存在傅立叶变换， 对它们的频谱分析指的是它的功率谱分析。
本章主要介绍信号的频谱分析技术及线性系统的频率 特性测量技术， 包括频谱分析仪、 失真度测量仪、 扫频仪 及网络分析仪等的测量原理。
第7章 频域测量技术
7.1 7.1.1

被测信号 衰减器
Y前置放大
Y末级放大
休止期 工作期
去Y偏 10ms 10ms 转板
频率标记输入
图6.4.2 扫频仪中的时序图
图6.4.1 Y通道单元原理框图
21
测试实例
电路幅频特性的测量
当被测设备输入阻抗和扫 频仪的输出阻抗相等时， 采用空载电缆线连接被测 设备；当不等时，应在扫 频仪和被测设备之间加一 个阻抗匹配网络。
变容二极管电容公式： Cj K(UTU)1/n
公式中：U是外加 电压，反向偏置 时是负值，正向 偏置时是正值。 UT是内建电压， K与n是常数。
6
6.1.2扫频仪中的关键器件
（2）电调谐变容二极管 变容二极管有三类：参数变容二极管、功率变容
二极管、电调谐变容二极管。在扫频仪中使用的 是电调谐变容二极管。 电调谐变容二极管用在频率调制电路中，其作用 是：当加到PN结上的偏压变化时，结电容Cj跟 随变化，从而改变电路的谐振频率，达到电调谐 的目的。
2、固定振荡器
中心频率控制电压 取自于面板上的电 位器，中心频率控 制电压一经确定， 固频振荡器就会产 生固定频率的振荡 信号。改变中心频 率控制电压就是改 变变容二极管的偏 压，即改变振荡频 率。
图6.2.3 固定振荡器电路
12
6.2.2单元电路工作原理
3、扫频振荡器
6.2.4 扫频振荡器
穿心电容的作用是旁路掉杂散的高频干扰信号。
图625混频器和低通滤波器16图631频标单元工作原理框图频标选择频标选择外接频标外接频标谐波发生器谐波发生器谐波发生器谐波发生器谐波发生器谐波发生器频标混频频标混频频标混频频标混频频标混频频标混频频标混频频标混频低通滤波低通滤波低通滤波低通滤波低通滤波低通滤波低通滤波低通滤波110分频1mhz110分频1mhz10mhz晶振10mhz晶振50mhz晶振50mhz晶振来自扫频输出来自扫频输出频标是频率标记的简称

n∆
/r
u1 (1 R1 − 1) 1 u1 1 = F1 ( n∆ ) 2 ∗ − 1 + r k1 R1 u R u λ + λ + ( )( ) 1 1 1 λ = en∆ / r
∆ =ln10 / 10
λ 2 (1 − 1 R1 ) F2 ( n∆ ) = ( λ + u1 R1 )( λ + u1 ) λ =e
应用实例
应用实例
K
Ex
=
π r3
AB ⋅ MN
4
2π r ε ω ρω = ⋅ 3 = 3 ABns
二、磁性源
磁性源
对于水平线圈垂直磁偶极子发射源
s 有源区 j − 2 2 ∗ ∗ m ∇ A +k A = 无源区 0 ∗ ∗ ∗ 1 H = −iωε ( A + 2 ∇ ∇ ⋅ A ) k ∗ E = ∇× A
一、电性源
电性源
对于电偶极子发射源
s 有源区 j − 2 2 e ∇ A+ k A = 无源区 0 1 E iωµ ( A + 2 ∇ ∇ ⋅ A) = k H = ∇× A
电性源
对于水平线圈垂直磁偶极子发射源
s 有源区 j − 2 2 e ∇ A+ k A = 无源区 0 1 E iωµ ( A + 2 ∇ ∇ ⋅ A) = k H = ∇× A
∗ 1
= u1
λ 2 + k12
PE = I ⋅ AB
电偶极子一维正演
Ex
21 iωµ0 PE 1 21 ∆ + ∆ F n H F n H ) 0 n ∑ 1 ( ) 1n ∑ 0( 2π r n = −53 −53 n= ρ1 PE 1 − k1r − 3 1 − (1 + k1r ) e πr 2

• (3)控制电路
• 控制电路在所选择的基准时间内打开主闸门，允许整形后的被测脉冲信号输 入到计数器中。
• (4)计数器和显示器
• 对控制门输出的信号进行计数，并显示计数值。
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通用计数器的基本组成和工作方式 通用计数器一般都具有测频和测周两种方式。基本 组成如图所示。
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第37页/共92页
Hale Waihona Puke 四、电动系三相相位表工作原理
• 电动系三相相位表只适用于负载对称的三相三线制，使用时可动线圈B1通过电阻 R1接A、B相，可动线圈B2不接电感而是通过电阻R2接A、C相。从相量图可知：
I I1 30
I I2 30
cos cos( )
I2 cos(30 I1 cos(30
• 将被测频率与标准频率相比较，通过检测差拍、李沙育图形或混频后的频率求得 被测频率。
差拍法 混频法
李沙育图形测频率
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2.无源测量法
• 无源测量法是指测量电路不需要另加电源，直接用被测信号进行测量如文氏电桥 测频率 和谐振回路测频率。
(R1
1
jX
C1
)
R4
( 1/
R2
1
jX C2
2 .电动系频率表工作原理 • 按接线图，两可动线圈所受力矩分别为:
^
M1 k1II1 cos cos (II1)
k1IUC0 cos (
L 1/ C0 R2 (L 1/ C0 ) 1
^
M 2 k2II2 cos(90 ) cos(II2 )
•
由
于
两
个
力
矩
方
向相k反2 IU，

表2-1 通用电阻色码与数字的对应表
色码 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白 黑 金
银
数字 1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
±5% ±10%
例如：某一电阻色标为“棕黑橙金”，则其标称值为10k，误差为±5%。
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第1节 直流电阻的直读法测量
一、概述
1. 电阻的性质和类别 • 电阻元件的电阻 R=U/I • 一般地，电磁能量的消耗和转换过程均用电阻R表示 R=P/I2
▪ 混频法（用来测高频）：通过混频器产生 一个新频率，其值为已知标准频率和被测 频率之差。
▪ 无源测量法
▪ 文氏电桥：电桥平衡
▪ 谐振法：被测频率通过互感线圈与一谐振 回路耦合，调解可变电容使发生谐振，此 时I、UC达到最大值。
▪ 记数法
▪ 利用电子计数器，测出单位时间内被测电 压的变化次数，以数字形式显示出来
按阻值分为3等：低阻值：m 级~10 ； 中阻值：10 ~约100k ； 高阻值： >105
按工作频率分 直流电阻 交流电阻
二、测量中阻值电阻的欧姆表法
1. 串联线路
E
结构及原理
Eபைடு நூலகம்
Rx
SIISI R i Rxf(RX)
R0 Ri
R
• 刻度非线性； • 反向刻度;
SI
Ri
E Rx
刻度非线性
30
当 Rx=Ri 时， 120
中值电阻
中阻值：10 ~约100k ；
称R =R 的电阻称为欧姆表的中值电 电并阻联元 线件路的的电中阻值电Rx阻=U比/I 串联i 线路的偏小，所以并联线路 阻。 直流中阻值电阻的间接测量

2、灵敏度
• 频谱分析仪的灵敏度定义为：在特定的分 辨带宽下或归一化到1Hz带宽时的本振噪声， 常以dBm为单位一般数量级为-100~150dBm。
3、动态范围
• 混频器的内部失真 • 内部噪声电平 • 本振的噪声边带
7.3 频谱分析仪的应用
• 一、正弦信号的测量 • 1、 测量幅度 • 1）直接法 • 2）射频替代法 • 3）中频替代法 • 用频谱分析仪测量绝对电平的误差来源主要有：
• 形状因子：为了描述滤波器频率选择特 性的优劣，把滤波器在-60dB处的带宽与 -3dB处的带宽之比称为滤波器通带特性 的形状因子FF。
FF BW60dB BW
动态频率特性与自适应关系
• 扫频范围SPAN • 扫描时间ST
ST kSPAN(RBW VB)W RB2W
影响分辨率的因素
• 本振的稳定度 • 本振的相位噪声
六、频谱分析仪的主要技术特性
• 1、选择性 • 频谱分辨率：指能靠得最近的相邻两个频
率分量分辨出来的能力。 • 分辨带宽：RBW（-3dB带宽）：窄带滤波
器的-3dB带宽用于区别两个等幅信号的最 小频率间隔的能力。
• -60dB带宽BW60dB：窄 带滤波器的-60dB带宽 用于区别两个信号幅度 不等的情况。
模拟式 非实时 可 顺调 序滤 滤波 波法 法数字式 快 数速 字傅 滤立 波叶 法变换 法计

扫频滤波法
四、频谱分析仪的工作原理
• 1、模拟式频谱仪
并行滤波频谱仪
顺序滤波频谱仪
可调滤波频谱仪
扫频滤波频谱仪
2、数字式频谱仪
数字滤波式频谱仪 快速傅立叶变换式频谱仪
五、扫频外差频谱仪
二、调幅信号的测量 1、扫频法

k iu
式中
I 0 , K 0 , I1 , K1
为零阶和一阶的第一类和第二类修正的贝塞尔函数
(1)远区的电磁场
当
kr 1
e
kr
0
即在远区时，上式变为：
Idl Ex [3 cos2 2] 2r 3
3Idl sin Hz 2 4 2 k r
当，

§3.2.1 在均匀大地表面接地水平电偶源的电磁场
接地电极A,B间长度小于AB中心到观测点距离的 3—5倍时,在观测点处的场就可以近似认为是偶极
子场.长导线场源的电磁场求解问题,实质上是偶极
场源的积分问题,因为这样的场源可以视为无数个 偶极场源的组合.
设在地表AB连线的为X轴,Z轴朝下. 这时候,在电阻率为R的 均匀大地表面上解
存的的电现象。从麦克斯韦方程组可以知道，这一导电介质
的总电流密度为： (i )E j 式中 项为位移电流密度， i E 石的并联等效电路。引入复电导率
E
项为传导电流密度。这两种电流密度相加的性质正好提供岩
* i
1 * i
*
1
或者引入复介电常数

2
即在供电偶极的磁场之赤道上测量时，以上二式变为：
Idl Ex 3 2r
3Idl Hz 2 k 2 r 4
当，
0
Hz 0
即在供电偶极磁场之轴向上测量时，上式变为
Idl Ex 3 2r
小结:
对于所有远区场的水平分量均与r3成反比,而垂直分量与 r4 成反比.另外,磁场水平分量与 成比例,所以它对电阻 率的分辨能力较差.
i i
*
磁导率: 在介质中，磁感应强度B与磁场强 度H的比值称为磁导率，即

由（4.5.12）式可给出确定介质电阻率的公式。在均匀半空间地表上
Z10 =
- i wm 0 = - iwm 0 / r1
-i
wm 0 r 1
=|
Z
0 1
-ip
|e 4
（4.5.17）
式中| Z10 |= wm 0 r1 。由此可见
r1
=
1 wm 0
| Z10
|2
（4.5.18）
当介质为水平层状时，按（4.5.18）式计算的结果应为视电阻率，且以rT 表示大地电磁法所测
k2 h2
= k1h1
k2 h2 k1h1
=
2p 2 l1 / h1
v2
p -i
e 4,
m2
式中 m 2 = r 2 / r1, k2 / k1 = 1/ m 2 ,n 2 = h2 / h1 。考虑到 hn ® ¥ ， Rn(w) = th(¥) ® 1 ，故可将 n 层介质 视电阻率公式（4.5.21）式按（4.5.15）的形式重写为 ­ 232 ­
­ 230 ­
an e -kn (dn -hn ) a n e -kn (dn -hn )
+ bn e kn (dn -hn ) - bn e kn (dn -hn )
é = thêkn hn
êë
+
arthççèæ
ane -kndn an e -kndn
+ bnekndn - bne kndn
÷÷øöúúûù
在第一层顶板 (n = 1, d1 - h1 = 0) ，即地面上，由（4.5.7）和（4.5.8）式得
R1
=
a1 + b1 a1 - b1
=
é th êk 1h1

右②图地是形长对式方虚中形分良~量号导异体表常上影示总响磁场较垂场小直，为分有复量利实量于、克，虚服不部地频带形率的~特号假性异的曲常H线。为。振幅，φ为相位，则相邻两点磁场垂直分量的比为：
（1）水平和倾斜板在低频时曲线前段的形状一致，可以重合，但曲线的尾段分离，而且实分量曲线恰通过虚分量曲线的极大点。
Csu-qjk
Csu-qjk
2.电磁偶极剖面法
电磁偶极剖面法的供电和接收装置多半采用小型多匝线框。（有时也采用A、B接地装置。） 这些方法的基本特点是：装置轻便，使用灵活，工作效率高；可选择与多种有较强耦合关系的发 射方式，从而提高探测能力；但勘探深度较浅。
几个概念：
1) 工作装置或观测系统——指发、收线框间的空间相互位置关系。 2) 动源式工作装置——指发射和接收线框保持一定距离（收－发距）同时移动逐点观测的装置。 3) 同线装置——指发、收线框在同一条测线上工作的装置。 4) 旁线装置——指收、发线框分别在两条测线同号点上工作的装置。 5) 定源式工作装置——发射线框在测线外某一点上固定不动，而接收线框在测线上逐点移动的装置。 6) 垂直线框装置——用直立线框作场源的装置。 7) 水平线框装置——用水平框作场源的装置。
e i n
H He H n
n
n
在普查工作中或当矿体产状较陡时，常将测线延伸到回线以外进行观测。根据模型实 验结果，振幅比－相位差法的最佳线框距约为二倍目标体埋深。
振幅比－相位差 仪器原理图
Csu-qjk
实例：广西某铅锌矿振幅比－相位差法野外结果
异常特点： （1）当工作频率较低时（220Hz及660Hz）， 异常主要反映导电性较好的黄铁铅锌矿体（16 号点附近的异常），干扰背景较低。 （2）当工作频率为1125Hz时，在导电性较差 的铅锌矿上（13号点）开始出现异常。