正弦波相位激电的技术方案

摘要

“正弦波相位激电的技术方案”是国土资源方面科学方法与应用研究领域的、地质勘探之物探新技术开发，属频率域激发极化法的相位激电分支，测量参数为单频率或多频率的绝对相位和视电阻率。本方案基于窄带滤波可大分贝衰减干扰信号、单频正弦波滤波物理相移可补偿的特性，用单片机锁定正弦波信号，直接刻读相位，在正弦波波峰处模拟采集振幅，具有简单快捷和经济高效的特点，适应各种有色金属的地质普查和详查，并适合强工频干扰和强游散直流干扰的矿山物探。应用该方案解决了目前频谱激电和相位激电的高成本低效益、不适合地质普查、和不适合矿山物探的弊病，可作为现有频率域激电技术应用的快速和便利手段，应用于地质勘探和矿山生产中。

权利要求

1.一种正弦波相位激电的方法，其特征在于：发射机以恒压的方式发射正弦波或对称方波信号，系统将发射电流和接收电压分别实时采集，而采集方式的核心技术体现在单一频率正弦波信号的处理，表现在信号窄带滤波，和滤波物理相移能够补偿，所述滤波物理相移能够补偿：在保证电路参数不受环境影响的条件下，在深度窄带滤波的信号通道中，单频正弦波测量信号因滤波产生的物理相移，与发射源的同频率正弦波校对信号、在经过接收机的同一滤波通道时产生的物理相移相同，信号经过滤波通道的以前以后，校对信号与测量信号之间相位差的大小一致不变，单片机测量二者之间的相位差，其结果不受通道深度窄带滤波产生物理相移的影响；单频信号滤波整形后便于单片机处理；

正弦波相位激电信号发射与接收的方法包括正弦波发射与单通道正弦波相位激电仪接收子方案、和对称方波发射与并行三通道正弦波相位激电仪接收子方案；

正弦波波形发射的激电发射机原理为：其中发射机组成分前后两级开关电源，前级为输入输出高频变压器隔离升压式，控制着正弦波的输出电压幅度，后级开关电源负责正弦波波形的逆变，为四管桥式，其中开关管{S1,S1’}同时开关，{S2,S2’}同时开关，正弦波逆变中，开关管{S1,S1’}和{S2,S2’}交替开关，0--180°时{S1,S1’}开{S2,S2’}关，{S2,S2’}管集成的反向二极管续流，180°--360°时{S2,S2’}开{S1,S1’}关，{S1,S1’}管集成的反向二极管续流，后级开关电源输出经两级LC滤波，把开关电源的高频开关信号滤除，变成低频正弦波；

发射机逆变正弦波，其波形校正由单片机控制完成，逆变的正弦波输出，经过无感电阻分压采样，和ISO122运放隔离，然后与单片机的A/D信号输入端相连，单片机采集数据后，与标准正弦波的信号比对，根据比对结果，随时改变和控制后级开关电源逆变输出的占空比，以达到和保持输出的正弦波信号完整不变形；

发射机输出电流的同步信号，采用分流计电流采样，经过隔离运算放大器变成正弦波电压形小信号后，一方面经过大电流运放驱动，输出到同步小电缆上，另一方面经过零比较，得到发射电流的方波逻辑脉冲，该脉冲送无线发射同步，送电流信号的绝对值转换器，也送单片机，并通过单片机控制A/D对发射电流信号的幅值进行采集，根据实测的电流大小，与系统设置的输出电流对比，实时反馈控制和调整前级开关电源的输出电压，保持逆变输出的电流稳定，同时，单片机不断地通过过零脉冲与GPS授时校对，调整输出正弦波起始相位，实时保证输出电流同步与GPS授时一致；

对称方波发射的激电发射机原理为：由于这种发射机一般为大功率，可达几十千瓦，输出大于电压±1000V，因此从系统散热和方便维护和降低成本的角度考虑，前级开关电源可采用两个0--600V直流稳压输出的通用型商用产品的开关电源串联，其输出电压的大小均受单片机输出的二进制12位PWM信号控制，对称方波输出的后级，为一般IGBT全桥倒相，倒相开关频率1Hz--2.5Hz，受单片机控制；

对称方波激电发射的无线同步或GPS同步，是和发射机输出的脉冲电压信号同步对应；

而小电缆输出，是发射机输出电流信号的分流计测量、和隔离运放驱动输出的电流同步信号；

单通道正弦波相位激电接收机，其核心是一款高速低功耗的16位或32位单片机，要求具有I2C/SPI/USART/USB接口，具备高速的宽脉冲上下边沿定位的捕捉能力，能够准确捕获过零比较器的相位时间，具备正弦波波峰定位做A/D采样的能力，A/D分辨率不小于二进制

12位，具备32/32或32/16硬件除法指令，能够即时计算复杂的物探装置下各测点的电阻率、相位参数，正弦波相位激电的工作频率能够用键盘手动输入，也能够根据发射频率在测量同步时实际测定，接收机测量的参数为视电阻率ρs(Ωm)和绝对相位ψs(mrad)，MN接口输入阻抗10MΩ,△UMN接收信号范围±0.01mV--±2000mV，其中允许最大叠加工频干扰超过±

1000mV，相位测量量程0--±1500mrad，相位分辨率小于0.01mrad；

为了保证接收机在野外各种恶劣的环境下能够正常工作，对接收机电路各元器件的温度指标，选型符合汽车级的标准，即在-40℃--+125℃温度下工作时各参数性能不改变，实际使用时，各参数最低条件必须达到在工业级-40℃--+85℃的温度要求，包括各个芯片、电阻、电容、石英晶体，以及使用的印制板和焊锡，而且其中的元器件在焊装之前要经过参数筛选和老化处理，所有器件在焊装之前的库存中，要密封和恒温保存；这样可保证最终仪器产品的工作参数在使用中不受环境温度影响而发生变化；

单通道相位激电接收机的电路原理为：测量电极M、N的差分信号ΔUMN，在接入接收机信号引入端时，首先经过C0和R0，入口将1Hz以下直流信号阻挡在外，进入第一级运放U0A时，有一个2倍的固定增益，然后经过线性数字电位计RW1分压，再进入第二级固定增益运放U0B，数字电位计RW1由单片机通过I2C总线控制，分256级变化，和固定增益运放一起组成程控自动增益的前级控制，系统分前、后两处程控增益，后级程控增益由数字电位计RW2和固定增益运放U4B组成，方式和前级的一样，目的是在工频干扰幅度较小时，尽可能在前级提高增益，以保证有足够的信噪比，但如果工频干扰幅度偏大，以至于前级信号阻塞，那么U5比较器判断其信号幅度，当大于3.3V时，给单片机CPU提供一个下降沿的脉冲信号，CPU根据这个信号逐级降低前级增益，使前级放大的总信号幅度小于3.3V；如果前级放大后的总信号里，含有较高幅度的工频干扰，那么在后面的低通滤波中会尽数衰减，低通滤波器通道，对50Hz以上频率衰减-147dB；之后有用信号的幅度减小，再经后级程控增益提高，单片机根据A/D转换的结果，做总的自动增益控制，当A/D转换结果大于3.8V时使电位计线性减档，当A/D结果小于3.0V时，使电位计线性加档，经过程控增益和低通滤波输出的信号，经过隔直校零和精密运放A2驱动，之后与电子开关SWA、并与高速过零比较器A3相连，相位激电仪测量的正弦波信号通过过零比较后，输出和正弦波0---180°相对应的高电平方波，该方波在正弦波

180°---360°时为零电平，这个方波直接和CPU的脉冲信号捕捉的输入接口相连，然后方波脉冲的上升沿和下降沿的精确时间都会被CPU捕捉；同时，过零比较器输出方波的反相电平控制SWA电子开关，联合差分输入的精密运放A5，将A2输出的交流正弦波做绝对值转换成单向直流信号，再送入单片机的A/D输入接口；

在接收机正常测量之前，接收机首先要捕捉AB供电的发射同步，当接收机工作在捕捉发射同步模式时，同步的正弦波信号经过滤波器和过零比较器变成对称方波信号之后，接入CPU的外中断接口，CPU采集脉冲电平的上升和下降时间，计算出实际发射正弦波的频率及发射时刻，然后CPU通过修改片内定时器周期数，保持着和AB发射的正弦波时钟同步，而这个周期数的大小，是32位二进制，周期数的个数单位，是单片机指令周期，都能达到高频的数十MHz，所以对正弦波相位的分辨率很高，由于单片机时钟是耐高温的石英晶体振荡器，稳定度和精确度都很高，只要AB供电的时钟不变化，只要AB电流的相移ψAB稳定不变，只要单片机运行不关机，那么单片机就和AB的发射信号稳定地保持着同步锁定；

单片机捕捉锁定同步之后，在接收机转入一般物探测量时，通过键盘，将接收机调到正常测量模式，在测量模式，MN接入的信号经滤波和高速过零比较器，一方面以方波的形式接入CPU外中断，CPU通过捕捉与AB发射同步锁定的定时器的计数值，刻读出激电相位；同时，根据捕捉的相位时间，延时1/4发射周期，等到正弦波信号从0°变化到90°时，打开单片机的A/D采样，取得ΔUMN信号的正向峰值电压，根据捕捉的相位时间，延时3/4发射周期，等到正弦波信号变化到270°时，再打开单片机的A/D采样，取得ΔUMN信号的负向峰值电压，取得A/D采样正负峰值平均值后，与物探装置系数相乘，再除以AB发射供电电流，就得到当前测点的视电阻率，由于在正弦波的波峰处定位A/D采集，信号幅度大，不需要交流信号绝对值转换后的平均滤波，电阻率采集无延迟，信噪比高且速度快；

单通道接收机信号滤波通道，1Hz--12.5Hz范围信号增益-0.4dB--+2.4dB，工频50Hz以上频率衰减大于-147.4dB，小于0.1Hz的低频信号衰减大于-79.4dB；因滤波的关系，测量信号的波形要滞后，因为接收机电路选用抗温度变化的元器件，经过老化处理后，滤波电路的各项参数不会随环境温度变化而改变，那么固定的频率，其物理相移也是固定的；而正弦波相位激电仪，其滤波通道的信号只有固定频率的正弦波，而且测量同步和小电缆同步获得的发射同步信号，和在各测点测量的是同频信号，并都经过了一个公共的滤波通道，其物理相移相同，在单片机上自动补偿抵消；因此，这种通道滤波不会对测点激电相位的测量结果产生影响，这是正弦波相位激电接收机的特点；

对称方波发射的频率为1Hz—2.5Hz，其傅里叶级数展开，有基频1.5Hz/2Hz、三倍频

4.5Hz/6Hz、五倍频7.5H/10Hz、七倍频10.5H/14Hz多次谐波的正弦波，但除了一三五倍频信号的幅值较大以外，其它高次谐波的幅度占发射机输出功率很小一部分，可以忽略，三通道正弦波相位激电仪，利用发射机发射的一三五倍频的正弦波信号进行测量，可同时得到三个频点的视电阻率ρs、视绝对相位ψs、不同频率的相对相位差△ψs；

三通道正弦波相位激电仪采集三个频点的信号，分别通过三个专用的十阶巴特沃兹窄带滤波通道；

三通道正弦波相位激电仪，对独立的三个信号通道，分别各自同步，分别做信号滤波，分别进行程控自动增益，分别进行正弦波信号高速过零比较，分别做用电子开关倒相来完成交流变直流的绝对值转换，并分别在各自正弦波90°和270°角时进行A/D转换，三个通道三个频点的激电相位和振幅的数据采集方式，和单通道正弦波相位激电仪的完全一样。

说明书

正弦波相位激电的技术方案

[0001] 一、技术领域

[0002] 本发明“正弦波相位激电的技术方案”属国土资源科学方法的技术开发与应用研究领域，是地质勘查之物探技术应用的新方法，分属频率域激发极化法的相位激电分支。

[0003] 二、技术背景

[0004] “正弦波相位激电的技术方案”，简称正弦波相位激电，测量视绝对相位ψs(mrad)和视电阻率ρs(Ωm)，是发明人独立研究的新方法，具有独立自主产权。频率域激电，包含频谱激电和相位激电两个分支，是近几年来逐渐推广的新技术，但目前的应用还不够成熟，仅适合室内研究和地质详查，和对其它物探异常的做评价；正弦波相位激电，可解决目前频谱激电和相位激电的高成本低效益、不适合地质普查、和不适合矿山物探的弊病，将作为现有频率域激电技术应用的快速和便利手段，应用于地质勘探和矿山生产中。

[0005] （一）时间域激电(TDIP)

[0006] 时间域激电，是使用等间隔的脉冲方波正反向发射供电，接收机测量供电一次场，计算出电阻率ρs(Ωm)，然后在一次场消失的瞬间测量地质体上激发感应的二次电场，经过相对一次场幅值的归一化处理后，得激电参数ηs(%)；早期的时间域激电，A、B电极供电发射脉宽10S(秒)周期40S的信号，由于存在大地电场和自然电位SP等影响，接收机接收△UMN信号，操作时需要手动补偿，因此单点测量的仪器操作最快耗时1分钟，后期出现供电脉宽可选2S/4S/8S、周期8S/16S/32S的仪器，接收机手动补偿加自动补偿，野外测量速度相应加快。

[0007] 时间域激电为地质勘探提供了大量的激电异常，在有色金属找矿中富有成效，但是，因石墨化(碳质经过岩浆热液变质)干扰，仍有相当数量的激电异常，在疑似为铜、铅、锌等硫化物矿时，验证失败，因此时间域激电的应用在找矿物探中遭遇瓶颈。

[0008] （二）频谱激电(SIP)

[0009] 频谱激电的原理，源于岩矿地层存在的复电阻率，根据W.H  .Pelton 等通过对大量岩矿石标本和露头测量，和柯尔-柯尔模型对激电效应的频率特性描述，复电阻率表达式为：

[0010]

[0011] 其中:ρ0表示零频率时的电阻率，m、τ、c分别表示极化率(或充电率)、时间常数和频率相关系数。

[0012] 理论上频谱激电(SIP)要在10-3--n102Hz的广域内观测，但在实际应用中，信号源只能发射有限数量的频率点，以国内常见的V-6/V-8多功能激电仪(加拿大凤凰公司)、和GDP-32Ⅱ多功能激电仪(美国钟氏公司)为代表，频谱激电野外工作时，一般在0.0313--256Hz宽频段内选择18--27个频点发射和接收，接收机对接收的信号，先经过对工频干扰信号的陷波器处理，然后再按发射方波逻辑时序，在宽频带的范围内做信号放大和A/D采集，经过傅氏变换和DSP运算，得出零频电阻率ρs0和各个频点的电阻率ρs、充电率(激化率)ms、时间常数τs、频率相关系数cs。

[0013] 根据频谱激电的实验和野外实践，地质上金属硫化物矿和矿化为高极化、低电阻率、中等时间常数(τs=0.1--2s)、小频率相关系数(cs<0.2),致密富矿时间常数(τs=2--10s)，石墨为为低阻、高激化、大时间常数(τs>n10s)，较大频率相关系数(cs>0.3),以此作为物探解释找矿的依据，实践中取得了较好的效果，并且对区分铜、铅、锌等矿体异常和石墨干扰方法有效，解决了时间域激电的瓶颈问题，其中，时间常数τs和矿体的结晶颗粒大小相关，结晶颗粒越小越致密则τs值越大，电测深τs等值线异常的二维断面，能和矿体产状良好对应，指示效果明显。

[0014] 由于频谱激电技术复杂，仪器信号通道要求精密低漂移，信号A/D采集要求高精度，数字信号处理需要DSP运算，所以设备成本较高；而信号通道采用陷波器滤除工频干扰，不仅工频干扰压制不彻底(V-8仪器压制工频50Hz/60Hz衰减-40dB)，而且滤波会导致相近频率点出现物理相移，致使测量误差加大；扫频测量所用频点多用时长，以V-8仪器扫频25个频点为例，一个轮转数据自动采集需35分钟，加上跑极等辅助工作，完成单点测量，所用时间35--60分钟；而且接收机采集极低频信号，受大地电场和自然电位影响，电极接地条件要求比时间域激电和相位激电都严格，施工难度极大；诸多因素，导致频谱激电适合室内研究和地质详查，不适合大面积的物探普查。

[0015] （三）国内现有相位激电的现状

[0016] 柯尔理论复电阻率公式展开有实数和虚数两部分，在交变电场中，实部和虚部之间存在相位差，表现在野外激电物探中，地质体上测得的电位差△UMN较发射电流IAB有一定的相位滞后ψ，当频率一定时，激电效应越强，延迟相位ψ越大；物探测量某一频率的延迟相位，称之某频率的(绝对)相位激电测量，测量不同频率相位的相对差，称之相对相位差激电测量。

[0017] 目前国内常用的相位激电，如FX-1福相仪，测量绝对相位，WSJ-3相位激电仪,测量相对相位差，它们都使用频率相干技术，即用恒流源的形式同步脉冲发射源信号，接收机将电流的同步信号(正弦波)和同步正交信号(余弦波)分别与测量信号相乘再积分滤波，得复变量的直流实变量和直流虚变量，然后虚实分量相除再求反正切得相位，实虚变量均方根运算得复振幅，公式如下：

[0018]

[0019] FX-1型福相仪是时间域激电向频率域激电发展的一个中间典型，它连续发射频率小于0.25Hz的单频矩形波(对称方波)，因为没有了时间域激电的停电间隔，测量的时间效率有所的提高，测量参数为时间域激化率ηs、电阻率ρs，和频率域激电一个频率点的绝对相位ψs。由于FX-1在10-1Hz频段测量，所测激化率ηs和相位ψs的性质相当，有用信息提升不多，并面临和时间域激电一样的瓶颈问题，对区分硫化物矿异常和石墨干扰没有实质意义。

[0020] WSJ-3相位激电仪是目前国内比较先进的新相位激电仪，它在0.03125--8Hz范围内划分9个频点，即｛8Hz,4Hz,2Hz,1Hz,0.5Hz,0.25Hz,0.125Hz，0.0625Hz,0.03125Hz}，并划分五组，每组以相邻五个频点为一组，按伪随机顺序组合，以正负恒流方波的形式脉冲发射。接收信号通道经过对工频干扰信号的滤波后，对五频点的宽带信号，分十路做相干检波处理，其中每一个频点都有各自的同步和正交两路相干信号，经过A/D采集、虚实变量除法和反正切运算，得到五个频点的相位和振幅。WSJ相位激电的测量结果，通过高频段的相对相位差、和与低频段的相对相位差对比，可以区分硫化物异常与石墨干扰，解决了时间域激电的瓶颈问题，在野外物探中应用较好；但由于WSJ激电仪和频谱激电仪一样，要在宽频段内采集极低频等多频混叠信号，电极接地条件差和现场劳动强度大的主要缺点没有改善，而且仪器要用积分滤波消除频率相干后的交流信号，这种办法因极低频信号处理导致测量周期长，物探测量速度慢的改良空间很小，虽然仪器成本稍有降低，但对比频谱激电没有技术优势。相比时间域激电，WJS所代表的相位激电，仍然是原理复杂、抗工频干扰能力差、接地条件差、测点周期长，野外的实用性有待进一步提高。

[0021] （四）国外相位激电仪的借鉴

[0022] 目前国内有使用进口仪器做相位激电测量的，如V-8和GDP-32Ⅱ多功能电法仪，实际上它们虽然做相位激电测量，但仍称之为CR(复电阻率)或SIP(频谱激电)测量，因为不管是测量ψs的相位激电，或是测量ρ、m、τ、c的频谱激电，其数据采集方式和数据处理是一样的，输出频谱激电或相位激电，仅因为软件的输出方式不同而已，在设备成本和工程造价上没有区别，例如V-8仪器，最快单测一个频点1Hz的相位需时间1分钟，实际使用时要测多个频点，累计总耗时和频谱激电一样，所以使用进口型号的多功能电法仪做地质普查性质的相位激电测量，从经济上很不划算。

[0023] 上个世纪60年代，前苏联最早研制相位激电仪器，“哈萨克地球物理仪器”厂曾经研制出ИНφA3 BЛ车载基站，和BЛ-Ф轻便基站，前者可以完成电场和磁场的绝对相位测量、和两种频率的相对相位测量，后者只能完成两种频率的相对相位测量。

[0024] 苏联人的激电发射采用可控硅单频脉冲方波发射，测量中使用方波的一次和三次谐波，不管是车载基站的测量装置，或是BЛ-Ф便携接收机(外挂便携式选频振荡器)，都有两个信号通道，同时滤波选频两个频率点，一个选频发射方波的基频并压制方波的三次谐波，另一个选频三次谐波并压制基频。选频的结果信号，用手动开关，可分别接入检波电路(如二极管整流和滤波)，用模拟指针表显示和读数，可用于信号监视和计算电阻率。

[0025] 测量相对相位差时，苏联人使用了一种近似计算的方法，在基频余弦值近似等于1、和基频正弦值与频率弦角近似相等的条件下，以一种特殊的手段，计算三次谐波与一次基频谐波的相对相位差，两个选频信号先各自整形为方波，之后相互比较各自方波边沿的时序，在石英振荡器和脉冲模拟计数的条件下测量相对相位；相对相位差测量时，不需要发射同步基准。车载基站进行绝对相位测量时，每次测量一个频点，针对方波基频或三次谐波，无线发射的同步逻辑，在发射基站经过对发射电流采样的选频处理；接收机在测量绝对相位时，先将无线同步导入接收通道，将选频输出与同步信号对比，测出相位底数，然后再将测点信号导入接收通道，测出经过底数补偿的绝对相位。

[0026] 苏联人的相位激电测量，使用的方法本着石英晶体振荡器模拟计数，和机械手动开关繁琐切换，在那个年代的电子技术条件下，做出了比较先进的设备，在野外进行了大量成功的实践，并在相位激电的发射和接收、的多种供电测量装置方法上，进行了系统的研究，A.B.库里科夫和E.A.舍米亚金合著《相位激发极化法》，对我国相位激电的发展，起了重要推动做用。苏联人相位激电的原理清楚、方法简单、设备笨重、测量以经验公式为先导，使用非常落后的电子技术，由于时代的不同，比现行的时间域激电还落后，放在现在已经完全不适应；但方法简单的特点，和正弦波相位激电的思想一致，其野外实践的结果，对正弦波相位激电有重要借鉴作用。

[0027] （五）查新结论

[0028] “正弦波相位激电的技术方案”，除发明人本人新投稿‘物探与化探’期刊一篇介绍“正弦波相位激电”之外，其它文献未见相关报导。

[0029] “正弦波相位激电的技术方案”，包括‘正弦波发射与单通道相位激电仪接收’子方案，和‘对称方波发射与三通道正弦波相位激电仪接收’子方案，前苏联相位激电的方法，与本发明的第二个子方案有相仿，与第一个子方案无交集。苏联人的方法是通过双信号对比近似处理，本发明是单片机频率锁定精确刻读，前者只能处理两路相对信号，一次测量只能得到一个相位参数，后者可同时处理三路信号，一次测量得到三个绝对相位参数；前者既没有窄带滤波大分贝衰减干扰信号的重要特征，也没有‘正弦波相位激电’这个的概念，后者本着先进成熟的电子技术，系统性的提出了正弦波相位激电的测量方式，以单频正弦波为主要特征，特别是正弦波发射接收第一子方案的特征明显；“正弦波相位激电的技术方案”是针对目前国内的频率域激电应用，在快速测量和便利应用方面发明的改进和完善措施，属新技术开发，和前苏联的技术区别非常明显。

[0030] 三、专利发明的内容

[0031] 根据目前频谱激电和相位激电的现状，“正弦波相位激电的技术方案”要解决的问题是：<1>简化测量原理、降低设备成本，<2>降低物探的劳动强度，提高生产效率，<3>挖掘相位激电的相位谱变化规律，寻找以最小投入获得更多的物探信息，<4>开拓相位激电的应用范围，增加方案应用潜在的经济效益。

[0032] 目前频谱激电和相位激电的不足点很多，但矛盾的焦点主要体现在‘极低频信号测量’，因为极低频，导致：①大量的干扰信号无法排除(包括大地电场、自然电位、工业游散直流干扰、电极激化不均匀等)，②接地条件差，布置电极需要深挖坑浇盐水，劳动强度大，③仪器操作测量周期长，④要求仪器精密低漂移，成本高。因此频率研究是本发明的工作重点。

[0033] 根据前人的研究，复电阻率ρ随着交变电场的频率f增大而减小，而延迟相位ψ在低频和高频时趋近与零，在频率的对数坐标上，随着不同地质体结晶颗粒形状的不同，其τ值和c值都不同，对应延迟相位峰值ψmax的频率fc不同，峰值两边，相位数值变化似正态分布；根据矿石标本测试统计，松散侵染状黄铁矿的fc大于10Hz，细脉或块状侵染硫化物矿体的fc范围大概在1Hz--10Hz之间，块状硫化物矿的fc在1Hz左右，致密块状硫化物富矿体的fc在0.5Hz左，而石墨相位峰值fc的频率＜10-2Hz，在激电可用的频率段中，石墨的相位总是随着频率的增大而减小，当频率在10-1Hz附近，石墨和其它金属硫化物矿体的相位大小区别不大，当≥1Hz时，石墨的相位有显著的比例减小。因此，根据找矿目标不同，野外的实际物探就可以有针对性，相位激电测量的频率点可以在相应的目标地质体的fc附近工作，现场可以大幅度减少其它频率点的测量，特别是避开极低频率的频点测量，不但可以提高工作效率，还可以降低仪器成本，并降低电极的接地条件，减少野外工作的劳动强度，这是改善目前频谱激电和相位激电存在不足的突破方向。

[0034] 根据中南工业大学的理论计算和实验，见附图，其中图2为某硫化物矿的理论计算频谱曲线，图3为石墨的理论计算频谱曲线，图4为某黄铁矿硫化物的试验频谱曲线，图5为石墨的试验频谱曲线，在32Hz以下频率段，金属硫化矿体激化频谱延迟相位的绝对值随着频率的增加而增大，而石墨的延迟相位绝对值随频率的增大而减小，在频率为0.1Hz左右，二者近乎相等，当频率大于10Hz时，反差巨大；以往常规的时间域激电，使用等间隔的脉冲方波正反向供电，宽度分别为2S、4S、10S，由于方波中基频的幅度占主体，这些基频在0.1Hz左右，物探的结果不能有效区分硫化物矿体和石墨碳质非矿，其结果也和图2、图3、图4、图5显示一致。

[0035] 因此，在要求避免石墨干扰和减少野外物探劳动强度的情况下，相位激电的测量频率段宜在1Hz--50Hz之间，在这之间，频率越低，测量信号幅度越大信噪比越高，但野外工作效率会越低；频率越高，测量中的电磁干扰越大。“正弦波相位激电的技术方案”，所选频段为1Hz--12.5Hz，满足理论需求，符合野外物探实际。虽然相位激电选择频率趋向预测目标的fc，但不一定就是fc，根据找矿目标、地质环境、和工作效率综合确定；较低的频率，适合寻找块状金属硫化物，但过低的频率，会降低工作效率，并增加劳动强度，频率高一点，适合寻找侵染状硫化物和与黄铁矿伴生的金银等贵金属；根据激电相位谱的分布规律，通过接近目标fc的三个以上频点的相位测量，通过数学手段室内计算fc和ψmax，可以用最少工作量和最省力的方式，实现逼近频谱激电的物探效果。

[0036] 目前我国尚没有简单可靠的绝对相位激电测量仪器，除了传统的相干技术原理复杂以外，其实还有一个关键的问题，就是宽频带测量，没有解决和处理好‘既要降低50Hz的工频干扰、又要避免滤波引起信号物理相移’的矛盾问题，为了安全降低工频干扰，相位激电只能工作在较低的频率范围。正弦波相位激电的核心，是信号采集通道认准单频正弦波，采用窄带滤波技术，可以大分贝衰减其它无用信号，而单频率信号，在滤波通道参数固定不变的情况下，在通道内产生的物理相移也是固定不变和可以补偿排除，因此，使用正弦波相位激电的方案，彻底解决了信号通道物理相移和大分贝降低工频干扰的矛盾问题，在这个基础上，相位激电的工作频率可以根据地质需要和野外施工需要自由设计。

[0037] 正弦波相位激电发明的主要内容，其逻辑关系示意图见附图1说明，其中，受AB电极之间的大地感性负载的影响、和供电长导线电感影响、以及受A、B电极接地条件变化的影响，AB供电回路中电流信号IAB和供电电压信号VAB之间有相位延迟ψAB，测点MN电位差△UMN和供电电流IAB之间的激电相位ψs，通过以单片机锁定IAB同步信号为基准，再锁定△UMN信号，ψs参数在单片机上用时间计数器可以直接刻读，信号振幅可以在锁定频率信号的正弦波波峰处，定位A/D采集。‘正弦波相位激电’，既不是宽频带傅里叶转换的DSP运算，也不是同步相干检波加反正切运算，其振幅采集也不是实虚变量的均方根运算，因此属于简单直接的原理方案。

[0038] 正弦波相位激电信号发射与接收的方案设计，分正弦波逆变发射与单通道接收、和对称方波发射与三通道同时接收两种子方案。为了降低发射设备成本，同时也为了减少系统产生的电磁干扰辐射，和其它频谱激电和相位激电不同，正弦波相位激电的信号发射，是以稳压源的形式发射，实际发射电流的大小和信号同步，通过发射机实际测量得出。正弦波波形信号发射时，不产生任何高频信号，对称方波发射时，发射机不刻意要求各谐波的电流信号一致同步，发射机对1/3/5/三谐波电流信号的同步分别测量，并通过多种渠道向接收机传递；因为没有采取其它激电的恒流源方式脉冲发射，在脉冲的电压方向改变时，因电流突变导致的电压尖峰辐射、和辐射引起的电磁干扰显著减小。

[0039] 正弦波相位激电的特点是：

[0040] ① 接收信号通道适应单频正弦波，由于频带很窄，系统对强工频干扰、和强游散直流干扰采取了大分贝滤波衰减，通道滤波导致单频正弦波发生的物理相移可补偿，激电仪对经过本通道的其它频率不关心，也不受影响。

[0041] ② 正弦波相位激电仪，其绝对相位和频幅是通过单片机频率锁定后直接测量的，原理上简单快捷。

[0042] ③ 正弦波相位激电接收，有配合正弦波发射的单通道相位激电仪、和配合对称方波发射的三通道正弦波相位激电仪，共两种子方案型号，前者串行接收单频点或多频点正弦波信号，使用公共的信号滤波通道；后者并行同时采集三个频率点的信号，每个频点各有自己的信号滤波，各通道信号处理的方式和单通道接收仪的方式完全一样。

[0043] ④ 正弦波逆变发射，发射机发射标准正弦波，可以是单频率连续发射，也可是多频率组合顺序循环发射。对称方波连续发射时，根据方波傅里叶变换展开，发射机同时合成发射了基频信号1/3/5次谐波的正弦波，满足三通道正弦波相位激电仪可同时完成三个频点的绝对相位和频幅测量。

[0044] ⑤ 正弦波相位激电的工作频率，在分析符合激电目标、降低现场操作难度、和减少设备成本的基础上，设计在1Hz--12.5Hz的范围内，单点多频测量的时间可在数秒之间完成。

[0045] ⑥ 根据激电相位频谱的分布规律，通过三个以上频点的相位ψs测量，通过数学手段(高斯正态曲线反演或简单一元二次方程反演)近似计算fc和ψmax，可以用最少工作量和最省力的方式，实现逼近频谱激电的物探效果。

[0046] ⑦ 正弦波相位激电仪，抗工频干扰和抗游散直流干扰的能力强，特别适合开展矿山(区)物探，并能在深部坑道操作和现场指挥采矿生产。

[0047] 四、正弦波相位激电实施的原理

[0048] （一）正弦波相位激电的物探信号发射

[0049] 正弦波相位激电的信号发射有两种形式，一种是标准正弦波波形发射，可以单频率连续发射，也可以多频率顺序循环发射，可用频率范围1Hz--12.5Hz，顺序发射时每频点连续发射3个周期，例如1248四频正弦波发射为：1Hz,1Hz,1Hz,2Hz,2Hz,2Hz,4Hz,4Hz,4Hz，8Hz,8Hz,8Hz,1Hz,1Hz....，各周期在360°和0°之间衔接无间隔。 另一种是固定频率对称方波连续发射，方波基频1Hz—2.5Hz。

[0050] 正弦波波形发射的激电发射机原理框图，见附图6， 其中发射机组成分前后两级开关电源，前级为输入输出高频变压器隔离升压式，控制着正弦波的输出电压幅度，后级开关电源负责正弦波波形的逆变，为四管桥式，其中开关管{S1,S1’}同时开关，{S2,S2’}同时开关，开关占空比变化见附图7，正弦波逆变中，开关管{S1,S1’}和{S2,S2’}交替开关，0--180°时{S1,S1’}开{S2,S2’}关，{S2,S2’}管集成的反向二极管续流，180°--360°时{S2,S2’}开{S1,S1’}关，{S1,S1’}管集成的反向二极管续流。后级开关电源输出经两级LC滤波，把开关电源的高频开关信号滤除，变成低频正弦波。

[0051] 发射机逆变正弦波，其波形校正由单片机控制完成。逆变的正弦波输出，经过无感电阻分压采样，和ISO122运放隔离，然后与单片机的A/D信号输入端相连，单片机采集数据后，与标准正弦波的信号比对，根据比对结果，随时改变和控制后级开关电源逆变输出的占空比，以达到和保持输出的正弦波信号完整不变形。

[0052] 发射机输出电流的同步信号，采用分流计电流采样，经过隔离运算放大器变成正弦波电压形小信号后，一方面经过大电流运放驱动，输出到同步小电缆上，另一方面经过零比较，得到发射电流的方波逻辑脉冲，该脉冲送无线发射同步，送电流信号的绝对值转换器，也送单片机，并通过单片机控制A/D对发射电流信号的幅值进行采集，根据实测的电流大小，与系统设置的输出电流对比，实时反馈控制和调整前级开关电源的输出电压，保持逆变输出的电流稳定，同时，单片机不断地通过过零脉冲与GPS授时校对，调整输出正弦波起始相位，实时保证输出电流同步与GPS授时一致。

[0053] 对称方波发射的激电发射机原理框图，见图8，由于这种发射机一般为大功率，可达几十千瓦，输出大于电压±1000V，因此从系统散热和方便维护和降低成本的角度考虑，前级开关电源可采用两个0--600V直流稳压输出的通用型商用产品的开关电源串联，其输出电压的大小均受单片机输出的二进制12位PWM信号控制。对称方波输出的后级，为一般IGBT全桥倒相，倒相开关频率1Hz--2.5Hz，受单片机控制。

[0054] 对称方波激电发射的无线同步或GPS同步，是和发射机输出的脉冲电压信号同步对应；而小电缆输出，是发射机输出电流信号的分流计测量、和隔离运放驱动输出的电流同步信号。

[0055] （二）正弦波相位激电的信号接收

[0056] 甲、接收正弦波发射信号的单通道正弦波相位激电仪接收机：

[0057] 单通道正弦波相位激电接收机，其核心是一款高速低功耗的16位或32 位单片机，比如dsPIC30Fxxxx系列、STM32F103xx系列等，要求具有I2C/SPI/USART/USB等接口，具备高速的宽脉冲上下边沿定位的捕捉能力，可以准确捕获过零比较器的相位时间，具备正弦波波峰定位做A/D采样的能力，A/D分辨率不小于二进制12位，具备32/32或32/16硬件除法指令，可以即时计算复杂的物探装置下各测点的电阻率、相位等参数。正弦波相位激电的工作频率可以用键盘手动输入，也可以根据发射频率在测量同步时实际测定，接收机测量的参数为视电阻率ρs(Ωm)和绝对相位ψs(mrad),MN接口输入阻抗10MΩ,△UMN接收信号范围±0.01mV--±2000mV(峰值)，其中允许最大叠加工频干扰超过±1000mV，相位测量量程0--±
1500mrad，相位分辨率小于0.01mrad。

[0058] 为了保证接收机在野外各种恶劣的环境下能够正常工作，对接收机电路各元器件的温度指标，选型符合汽车级的标准，即在-40℃--+125℃温度下工作时各参数性能不改变，实际使用时，各参数最低条件必须达到在工业级-40℃--+85℃的温度要求，包括各个芯片、电阻、电容、石英晶体等，以及使用的印制板和焊锡，而且其中的元器件在焊装之前要经过参数筛选和老化处理，所有器件在焊装之前的库存中，要密封和恒温保存；这样可保证最终仪器产品的工作参数在使用中不受环境温度影响而发生变化。

[0059] 单通道相位激电接收机的电路原理，如附图9所示，测量电极M、N的差分信号ΔUMN，在接入接收机信号引入端时，首先经过C0和R0，入口将1Hz以下直流信号阻挡在外，进入第一级运放U0A时，有一个2倍的固定增益，然后经过线性数字电位计RW1分压，再进入第二级固定增益运放U0B，数字电位计RW1由单片机通过I2C总线控制，分256级变化，和固定增益运放一起组成程控自动增益的前级控制。系统分前、后两处程控增益，后级程控增益由数字电位计RW2和固定增益运放U4B组成，方式和前级的一样，目的是在工频干扰幅度较小时，尽可能在前级提高增益，以保证有足够的信噪比，但如果工频干扰幅度偏大，以至于前级信号阻塞，那么U5比较器判断其信号幅度，当大于3.3V时，给单片机CPU提供一个下降沿的脉冲信号，CPU根据这个信号逐级降低前级增益，使前级放大的总信号幅度小于3.3V;如果前级放大后的总信号里，含有较高幅度的工频干扰，那么在后面的低通滤波中会尽数衰减，低通滤波器通道，对50Hz以上频率衰减-147dB(分贝)；之后有用信号的幅度减小，再经后级程控增益提高。单片机根据A/D转换的结果，做总的自动增益控制，当A/D转换结果大于3.8V(Vref=4V)时使电位计线性减档，当A/D结果小于3.0V时，使电位计线性加档。经过程控增益和低通滤波输出的信号，经过隔直校零和精密运放A2驱动，之后与电子开关SWA、并与高速过零比较器A3相连，相位激电仪测量的正弦波信号通过过零比较后，输出和正弦波0---180°相对应的高电平方波，该方波在正弦波180°---360°时为零电平，这个方波直接和CPU的脉冲信号捕捉的输入接口相连，然后方波脉冲的上升沿和下降沿的精确时间都会被CPU捕捉；同时，过零比较器输出方波的反相电平控制SWA电子开关，联合差分输入的精密运放A5，将A2输出的交流正弦波做绝对值转换成单向直流信号，再送入单片机的A/D输入接口。

[0060] 在接收机正常测量之前，接收机首先要捕捉AB供电的发射同步。当接收机工作在捕捉发射同步模式时，同步的正弦波信号经过滤波器和过零比较器变成对称方波信号之后，接入CPU的外中断接口，CPU采集脉冲电平的上升和下降时间，计算出实际发射正弦波的频率及发射时刻，然后CPU通过修改片内定时器周期数，保持着和AB发射的正弦波时钟同步(频率锁定)，而这个周期数的大小，是32位二进制，周期数的个数单位，是单片机指令周期，一般都能达到高频的数十MHz,所以对正弦波相位的分辨率很高。由于单片机时钟是耐高温的石英晶体振荡器，稳定度和精确度都很高，只要AB供电的时钟不变化，只要AB电流的相移ψAB稳定不变，只要单片机运行不关机，那么单片机就和AB的发射信号稳定地保持着同步锁定。

[0061] 单片机捕捉锁定同步之后，在接收机转入一般物探测量时，通过键盘，将接收机调到正常测量模式。在测量模式，MN接入的信号经滤波和高速过零比较器，一方面以方波的形式接入CPU外中断，CPU通过捕捉与AB发射同步锁定的定时器的计数值，刻读出激电相位；同时，根据捕捉的相位时间，延时¼发射周期，等到正弦波信号从0°变化到90°时，打开单片机的A/D采样，取得ΔUMN信号的正向峰值电压，根据捕捉的相位时间，延时¾发射周期，等到正弦波信号变化到270°时，再打开单片机的A/D采样，取得ΔUMN信号的负向峰值电压，取得A/D采样正负峰值平均值后，与物探装置系数相乘，再除以AB发射供电电流，就得到当前测点的视电阻率。由于在正弦波的波峰处定位A/D采集，信号幅度大，不需要交流信号绝对值转换后的平均滤波，电阻率采集无延迟，信噪比高且速度快。见图10、图11。

[0062] 单通道接收机信号滤波通道，电路仿真的频率衰减曲线图见图12，1Hz--12.5Hz范围信号增益-0.4dB--+2.4dB，工频50Hz以上频率衰减大于-147.4dB，小于0.1Hz的低频信号衰减大于-79.4dB；因滤波的关系，测量信号的波形要滞后，仿真物理相移曲线见图13，因为接收机电路选用抗温度变化的元器件，经过老化处理后，滤波电路的各项参数不会随环境温度变化而改变，那么固定的频率，其物理相移也是固定的；而正弦波相位激电仪，其滤波通道的信号只有固定频率的正弦波，而且测量同步和小电缆同步获得的发射同步信号，和在各测点测量的是同频信号，并都经过了一个公共的滤波通道，其物理相移相同，在单片机上自动补偿抵消；因此，这种通道滤波不会对测点激电相位的测量结果产生影响，这是正弦波相位激电接收机的特点。

[0063] 乙、接收对称方波发射信号的三通道正弦波相位激电仪接收机：

[0064] 对称方波发射的频率为1Hz—2.5Hz，比如1.5Hz/2Hz，其傅里叶级数展开，有基频1.5Hz/2Hz、三倍频4.5Hz/6Hz、五倍频7.5H/10Hz、七倍频10.5H/14Hz、.....，等多次谐波的正弦波，但除了一三五倍频信号的幅值较大以外，其它高次谐波的幅度占发射机输出功率很小一部分，可以忽略。三通道正弦波相位激电仪，利用发射机发射的一三五倍频的正弦波信号进行测量，可同时得到三个频点的视电阻率ρs、视绝对相位ψs 、不同频率的相对相位差△ψs。

[0065] 三通道正弦波相位激电仪采集三个频点的信号，分别通过三个专用的十阶巴特沃兹窄带滤波通道，如接收发射1.5Hz的方波时，设计第一通道滤波通带( -3dB at 0.7Hz)，阻带(-40dB at1.8Hz)，大于4.5Hz的信号衰减大于-75dB，小于0.35Hz时衰减大于-95dB，0.9Hz--2Hz范围信号增益1.7dB±1dB；第二通滤波器通带(-3dB at 0.7Hz)，阻带(-45dB at 2.6Hz)，中心4.5Hz信号增益3V/V倍，4.5Hz±0.3Hz范围增益+9.0dB--+9.6dB，对频率小于2.8Hz和大于7.2Hz的信号衰减均大于-70dB；第三通道滤波通带(-3dB at 1Hz)，阻带(-
40dB at 2.6Hz)，中心7.5Hz增益5V/V倍，对频率小于4.5Hz的信号衰减大于-73.38dB,对
10Hz的信号衰减大于-44dB，大于12Hz的衰减大于-68dB。三个滤波通道的频率衰减和通道物理相移的仿真曲线图，见附图14、图15、图16、图17、图18、图19，三通道正弦波相位激电仪接收机的整机电路简图见附图20。

[0066] 三通道正弦波相位激电仪，对独立的三个信号通道，分别各自同步，分别做信号滤波，分别进行程控自动增益，分别进行正弦波信号高速过零比较，分别做用电子开关倒相来完成交流变直流的绝对值转换，并分别在各自正弦波90°和270°角时进行A/D转换，三个通道三个频点的激电相位和振幅的数据采集方式，和单通道正弦波相位激电仪的完全一样。

[0067] （三）正弦波相位激电的信号同步

[0068] 正弦波相位激电接收机有四种方式获得发射源的同步信号，按优选顺序选择，分别是接收无线发射信号的无线同步、接收GPS同步、接入小电缆同步、测量同步，前两种为数字脉冲信号，与单片机的脉冲接口直接相连，后两种为模拟信号，通过MN端口和系统信号滤波通道输入。其中，测量同步是在其它同步方式都不方便使用的情况下，现场简易处置的一种特殊方式，其操作，是将接收机设置成测量同步的模式，在强场源区公共的物探背景异常点，通过MN电极接地测量获得的发射同步。小电缆同步是系统的基本同步方式，其测量方式也是在测量同步模式下，但MN输入的是发射机端引出的小电缆信号；小电缆信号，是发射机采样和隔离输出的发射电流波形信号，信号的大小为峰峰值1V--2V，小电缆的末端，有一个100Ω的匹配电阻。无线发射同步和GPS同步可保接收机的同步随时更新，比如在测量跑极和移动基站的过程中接收机自动联系同步，不影响正常的测量时间，但这两种同步，使用前必须经过用小电缆做物理相移刻度，刻度数值被单片机掉电保存，相位激电测量中，单片机将无线同步或GPS同步接收到的逻辑时刻与刻度的物理相移相加，然后再与各测点不同频率的正弦波过零比较信号的逻辑时序比较，得到各测点不同频率的绝对位相位。

[0069] 在相位激电测量过程中，如果AB供电电极接地较好，相移ψAB稳定不变，那么接收机获得同步后，只要发射机和接收机都不关停，那么后续的测量中，发射机和接收机，都通过石英钟保持频率锁定和同步一致，接收机无需再寻找同步，石英钟经过出厂调校，其同步误差在许可范畴。如果使用无线同步或GPS同步，即便是局部因为山谷地形等影响无线同步的信号传递，或因密林、因坑道等遮挡原因影响GPS的接收，也不会影响激电测量的正常进行。测量中，如果在每一个测点都做小电缆同步或无线发射同步，可使正弦波相位激电在AB电极接地条件稍差、和ψAB相位漂移不稳定的情况下，也能够正常工作。如果ψAB相位漂移不稳定，同时又不方便做无线同步和GPS同步和小电缆同步，那么可以用某一台接收机，在发射机附近实时监控测量ψAB参数(小电缆信号的ψs测量)，根据时间轴记录，可以对其它接收机采集的相位参数进行室内改正处理，这样正弦波相位激电仍然能够正常开展。

[0070] 三通道正弦波相位激电仪的小电缆同步，和无线同步及GPS同步，其要求和操作与单通道相位激电仪一样。但是，对称方波发射的无线同步和GPS同步，是发射脉冲的电压VAB信号同步，而正弦波波形发射的无线同步和GPS同步是电流IAB信号同步，所以三通道正弦波相位激电仪的无线同步和GPS同步的刻度数据包含有ψAB变量，而ψAB随AB供电电极接地不同而不同，所以每次AB电极接地改变后，三通道相位激电接收机要重新做小电缆刻度，综合校订三频点的(ψAB+物理相移)；或者，在每一台三通道接收机已有的刻度目标都一致的条件下，新的发射供电电极接地改变后，需要用某一台接收机对新的小电缆信号做1/3/5三频点的ψs测量，测出AB电极接地改变后三个频率点的△ψAB变化量，所有接收机可以正常使用已有的刻度参数进行测量，最后对采集的ψs参数做偏移量修正即可；如果接收机台数富余，可以用一台接收机专职实时检测ψAB，那么其它接收机正常测量，可以不受ψAB漂移变化的影响。

[0071] 五、正弦波相位激电的优点：

[0072] 1. 正弦波相位激电，具有原理简单快捷、设备经济实用、仪器轻便、数据采样速度快的特点。由于AB电极发射频率较高，物探单点测量可以在数秒内完成，比较其它激电仪，至少提高10倍以上的工作效率。

[0073] 2. 正弦波相位激电，发射频率大于1Hz，可有效排除石墨碳质干扰，对金属硫化物矿体相位反应灵敏。

[0074] 3. 正弦波相位激电，接收机的相位采集不受通道滤波影响，数据采集准确可靠。

[0075] 4. 和其它频谱激电和相位激电不同，正弦波相位激电的信号发射，是以稳压源的方式发射的。正弦波发射不存在任何高频信号，对称方波发射，因为没有采用其它激电采用的恒流源方式，在脉冲方向改变时，因电流突变导致的电压尖脉冲辐射、和辐射引起的电磁干扰显著减小。正弦波相位激电，接收信号的频率，在1Hz--12.5Hz之间，其它信号不被关注，也不受影响，可避开任何高频尖脉冲辐射的影响，所以正弦波相位激电不仅绿色环保，而且对电磁干扰的抗噪和适应能力强，能在强工频干扰、和强游散直流干扰地区正常工作，适合矿山物探。

[0076] 5. 正弦波相位激电，其信号发射与接收的同步方式，比其它频谱激电和相位激电的都灵活，而且无线同步和GPS同步的方式，受外界条件的变化影响小，对各种环境的适应能力强。

[0077] 6. 正弦波相位激电在AB发射电极接地条件稍差、和ψAB相位漂移不稳定的情况下，也能够正常工作；由于采用全交流信号，接收机自动排除了直流和极低频不稳定因素的影响，MN接收电极的接地条件也比其它激电的要求低，现场操作速度快质量好，因此和其它激电相比，正弦波相位激电对现场的地质适应能力较强。

[0078] 7. 对称方波激电的发射原理简单，设备成本低功率大，方便做大面积和大极距深度物探。

[0079] 六、本发明前景

[0080] “正弦波相位激电的技术方案”，作为一种物探新方法新技术的研究，是在总结现有频谱激电和相位激电的基础上，本着便宜操作的需求，成功发明的一种新方法，本方案解决了时间域激电的瓶颈问题，解决了频谱激电和现有相位激电的高成本低效益的缺点，测量速度比频谱激电、现有相位激电、和时间域激电的速度都快，接地条件相对要求最低，具有简单快捷、经济高效的特点，可作为频谱激电和相位激电技术应用方法的重要补充，成为激电技术推广的快速和便利手段，为地质普查和详查的找矿服务。

[0081] 正弦波相位激电特别适合矿山(区)物探，在应用上超越时间域激电、和其它频率域激电，将会成为有色金属等矿产企业、在矿山生产和找矿中使用的重要手段。现有的频谱激电和相位激电，只能在矿山(区)停止工业用电的‘午休时间’开展地面物探，而正弦波相位激电，在工业电网、轨道交通、升降电梯、电磁起重的环境中，在任何时候，都可以开展激电工作，不仅能做地面物探，也可以在不可能停止工业用电的深部坑道开展井下相位激电，现场指示储矿空间，引导坑道生产。因此，正弦波相位激电的未来用户，不仅有地质院校、国土资源勘查的地矿部门、黄金部队、还有众多的矿山国有企业、私企小矿主等，预期经济效益可观。

[0082]

[0083] 七、附图说明

[0084] 图1：正弦波波形对应绝对相位ψs及其主供电VAB、IAB的逻辑关系图；

[0085] 图2：某硫化物矿物的理论计算频谱曲线，摘自中南工大硕士论文“夏训银.多频激电相对相位法数值模拟和物理模拟研究”；

[0086] 图3：石墨的理论计算频谱曲线，摘自中南工大硕士论文“夏训银.多频激电相对相位法数值模拟和物理模拟研究”；

[0087] 图4：某黄铁矿硫化物矿物的实验频谱曲线，摘自中南工大硕士论文“夏训银.多频激电相对相位法数值模拟和物理模拟研究”；

[0088] 图5：石墨的实验频谱曲线，摘自中南工大硕士论文“夏训银.多频激电相对相位法数值模拟和物理模拟研究”；

[0089] 图6：正弦波波形逆变发射的激电发射机原理简图；

[0090] 图7：正弦波波形逆变发射的后级开关电源占空比变化图；

[0091] 图8：对称方波发射的激电发射机原理简图；

[0092] 图9：单通道正弦波相位激电仪接收机原理简图；

[0093] 图10：正弦波相位激电的绝对(延迟)相位和振幅的采集原理图；

[0094] 图11：正弦波相位激电的绝对(超前)相位和振幅的采集原理图；

[0095] 图12：单通道正弦波相位激电仪滤波通道仿真频率衰减曲线图；

[0096] 图13：单通道正弦波相位激电仪滤波通道仿真频率物理相移曲线图；

[0097] 图14：三通道正弦波相位激电仪1.5Hz窄带滤波仿真频率衰减曲线图；

[0098] 图15：三通道正弦波相位激电仪1.5Hz窄带滤波仿真频率物理相移曲线图；

[0099] 图16：三通道正弦波相位激电仪4.5Hz窄带滤波仿真频率衰减曲线图；

[0100] 图17：三通道正弦波相位激电仪4.5Hz窄带滤波仿真频率物理相移曲线图；

[0101] 图18：三通道正弦波相位激电仪7.5Hz窄带滤波仿真频率衰减曲线图；

[0102] 图19：三通道正弦波相位激电仪7.5Hz窄带滤波仿真频率物理相移曲线图；

[0103] 图20：三通道正弦波相位激电仪接收机原理简图。