專利名稱：地震前兆交變電信息接收儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于預報地震，監測短臨前兆交變電信息的超低頻接收儀。
地震界發現，孕震過程中，未來震源區會產生電磁異常輻射。這種電磁異常會沿巖石土體傳播，為獲取這種電信息。較為流行的是用微安表觀測或直接將地電電極接在電位差計上記錄，以獲取全地電信息，從中分離出于預報有用的地電異常信息。但由于受地形、電極埋設環境和氣候等影響，這種有用信息往往被各種干擾信號掩蓋或混淆，極難分辨，因而這兩種方式都曾遭到非議，認為根本不能用于地震預報。
世界地震譯叢1988年2期“低頻段淺源地震電磁輻射的觀測”一文中報道了另一種地震預報方法和裝置。以無線電接收機作為傳感器，在低頻段進行連續觀測，并以163KHZ作為監測頻率。用這種方式曾觀測到內陸或淺海區淺源地震前后的異常低頻噪聲。但對沿巖石土體傳播的電磁波無能為力。
發明人經十多年觀測研究發現，臨震前地電會出現一些頻率甚低的交變電信號(景天貴，1984年樂山地區學術會議交流文件)。世界地震譯叢在1987年2期37頁也說到短臨階段可以產生強度可觀的交變電信息。其中高頻部份很快衰減掉，超低頻部份則可傳播很遠，但很微弱。
本發明的目的在于克服上述現有技術抗干擾力差、異常信號不易識別、適用范圍有限的缺點，提供一種地震前兆交變電信息接收儀，用連續記錄超低頻交變電信息頻率和場強圖譜的方法來監測短臨前兆異常。
本發明通過下述技術方案來完成。它用低噪聲、低溫漂前置級將電極探頭檢拾來的各種地電信號放大，再經通帶很窄的有源組合帶通濾波器除去干擾成份并進一步放大后，一路送入比較整形器規范化為方波，再通過頻率一電壓變換器將此方波頻率線性轉換為電壓，輸入雙筆長圖記錄器，以獲得連續的電壓曲線;另一路經線性檢波并濾除紋波后亦送入記錄器，獲得交變信息輻度的圖譜。如此，短臨前兆信息中極其重要的兩個指標交變信息的頻率和場強(也即交變信息輻度)就能有效地捕獲并易于識別。本方案的特征在于它能放大和篩選電極探頭檢拾的各種交變電信息，最后輸出兩個單一的、易于識別和分析的物理量-超低頻電磁波頻率和場強。為此，它的有源組合帶通濾波器，通帶選在0.01～30HZ范圍內;它的比較整形器具有無過零干擾、閾值適中(0.7V)且穩定的特點，能大大改善本儀器超低頻狀態下工作的信噪比;它的F/V變換器時間常數在30～100秒范圍內選擇，以排除那些無記錄價值的單脈沖或持續時間短的干擾脈沖;為了排除單脈沖對場強分量圖譜的嚴重干擾和濾除檢波后的紋波，在檢波器后加了一級二階有源低通濾波器。本方案中直流箝位器向記錄器提供的設定直流電壓信號，其電源由本機正電源供給，無需另設化學直流電源。同時它被兩只正向串聯的二極管穩壓，確保了設定直流電壓的穩定，避免了因化學電源衰耗引起記錄筆工作基線不穩。
圖1為本信息接收儀電原理圖。
圖2為前置放大器。
圖3A為二階有源低通濾波器電原理。
圖3B為二階有源高通濾波器電原理。
圖3C為組合帶通濾波器特性。
圖4A為比較整形器。
圖4B為比較整形器工作原理圖。
圖4C(1)為零交比較器整形基線(2)為新型比較器基線。
圖5A為頻率-電壓(F/V)轉換器。
圖5B為F/V轉換器實測曲線。
圖6為線性檢波器。
圖7為直流箝位器。
圖1也是本發明的最佳實施例。下面結合圖1詳細說明本發明的技術方案。其中運放集成塊A1-A12均采用LM324。各元件參數值在圖中標明，不再贅述。
1、前置級(見圖2)。A1接成電位跟隨器，A2接成反相器，兩者搭接成反相電壓放大器，本級放大倍數選取在20～50倍。
2、組合帶通濾波器。它由低通-高通-低通-高通-高通串聯成，其中的低通都采用二階有源低通濾波器，它們的結構和參數完全相同，具體電路見圖3A;高通都采用二階有源高通濾波器，結構和參數也完全相同，具體電路見圖3B。本例中組合帶通濾波器的通帶設計為0.25～10HZ，增益設計在10000倍，其濾波特性見圖3C。
3、比較整形器(見圖4A)。該電路的特點是輸入信號Vi通過R1加在A1的反相端，同相端用兩只快恢復開關二極管(D1、D2)反相并聯后接地，參考電壓由正反饋電阻R2產生。VR的符號隨VO的符號改變而改變。圖4B示出了比較整形器的工作原理。當Vi＞｜VR｜時，A7才會翻轉，否則A7輸出狀態不變。｜VR｜即本電路的閾值，等于二極管導通壓降，本例中為0.7V，是個定值，它使前一級電路噪聲(其輻值＜＜｜VR｜)不被整形，大大改善了儀器的信噪比。圖4C示出了零交比較器與本新型比較器的基線頻譜對比。
4、頻率一電壓(F/V)轉換器，見圖5A。它將脈沖頻率變換為連續電壓，使前兆異常的頻譜特征將較易識別。其中電路參數特別是R1C2值的選擇很重要。過小，一些單次干擾脈沖會被記錄，過大會使前兆異常信號的圖譜達不到應有的高度，以致不易判別。本例中選取R1C2＝50秒，即R1＝1MΩ，C2＝50μf。
5、線性檢波器，見圖6。本級用以將前級送來的交變信息檢波，獲取信息中的場強分量E(也即交變信息的輻度)，再輸往記錄器便可得到交變信息輻度圖譜。
6、二階有源低通濾波器。電路結構同圖3A。本例中其通帶上限定在0.01HZ，時間常數取在200秒。如此既可避免單次脈沖干擾信號進入，造成圖譜零亂，又不致儀器靈敏度降低。
7、輸出衰減器。為配合量程不同的長圖記錄器而設置，本例中使用了一個1×10位波段開關，適用于5～100mV量程的各種電子電位差計(記錄器)。
8、直流箝位電路，見圖7。采用雙筆記錄時，為避免兩路記錄筆“打架”，設置本電路以向記錄器提供設定直流電壓(或稱記錄器工作基線)。與已有的直流箝位電路相別的特征在于，它的電源是本機正電源供給，且由二只二極管正向串聯穩壓。在本例中，二極管選用2CK，兩管串聯后的導通壓降為1.4伏。
9、電源，本機電源采用±15V。本例以220伏交流市電經整流穩壓后作電源。
本發明與已有地震短臨前兆電信息接收裝置比有以下突出優點。1)它用接收和連續記錄超低頻交變電信息頻率和場強圖譜的方法來監測短臨前兆信息。2)它提供的地震前兆交變電信息接收儀信噪比高、抗干擾力強，能接收和分別連續記錄超低頻前兆信息頻率F和場強E的圖譜，異常信號容易識別。3)將記錄到的頻率和場強圖譜，配以相應的分析方法(將另案申請發明專利)，能指示前兆異常的大致方向和對未來震級、震中距及發震時間進行半定量短臨預報。
權利要求
1.一種用于監測短臨前兆的交變電信息接收儀，由前置級、有源組合帶通濾波器、比較整形器、頻率一電壓變換器、線性檢波器、二階有源低通濾波器、輸出衰減器、直流箝位器和穩壓電源組成，其特征是1)采用接收和記錄未來震源區電磁異常輻射的頻率F和場強E來監測地震短臨前兆異常，2)它監測的頻率范圍選定在0.01～30HZ.3)有源組合帶通濾波器的通帶選在0.01～30HZ范圍內，4)比較整形器無過零干擾，其閾值為硅開關二極管的導通壓降，5)頻率一電壓變換器的時間常數在30～100秒內選擇，6)檢波后的子性吹屯瞬ㄆ韉耐ù舷尬 .05HZ，7)直流箝位器的電源直接由本機正電源供給并用二只正向串聯的二極管穩壓。
2.根據權利要求1所述的短臨前兆交變電信息接收儀，其特征是1)其組合帶通濾波器由低通-高通-低通-高通-高通串聯組成，每級低通都采用結構和參數完全相同的二階有源低通濾波器電路，每級高通采用結構和參數完全相同的二階有源高通濾波器電路，2)本組合帶通濾波器的最佳帶寬為0.25～10HZ。
3.根據權利要求1所述的短臨前兆交變電信息接收儀，其特征是比較整形器A7的同相端用兩只快恢復開關二極管反向并聯后接地，其閾值為0.7V。
4.根據權利要求1所述的短臨前兆交變電信息接收儀，其特征是其頻率一電壓轉換器的最佳時間常數R1C2＝50秒，即R1＝1MΩ，C2＝50μf。
5.根據權利要求1所述的短臨前兆交變電信息接收儀，其特征是檢波后的二階有源低通濾波器的通帶上限最佳值為0.01HZ。
全文摘要
本發明提供了一種短臨前兆交變電信息的監測方案，以克服現有技術抗干擾力差、異常信號不易識別、適用范圍有限的缺點。其主要技術特征在于采用了接收和連續記錄超低頻交變電信息頻率和場強的方法并為此設計了一種超低頻電信息頻率和場強的接收儀。用本方案記錄到的頻率和場強圖譜，配以相應的分析方法，能指示前兆異常的大致方向和對未來震級、震中距及發震時間作出半定量的短臨預報。
文檔編號G01V1/18GK1032240SQ88105930
公開日1989年4月5日 申請日期1988年7月28日 優先權日1988年7月28日
發明者郭學文, 景天貴, 黃子波 申請人:四川省地質礦產局二○七地質隊, 四川省地震局科技監測處
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