一种地电场传感器系统及其电极埋设方法与流程

本发明涉及地球物理电场勘探技术领域，尤其涉及一种地电场传感器系统及其电极埋设方法。

背景技术：

目前国内使用的地电场仪器主要为zd9a型地电场仪，其电极信号经中心汇集后，未经任何信号处理直接经电缆线传输至记录室，因为电场信号为微弱信号，长距离传输损失了微弱有用信息，对地电场信息的提取不利，如记录室距离中心汇集点太近，记录室人员活动及市电等干扰也难以避免。

技术实现要素：

针对以上所述的技术缺陷，本发明的一个目的是提出一种前级与后级分体结构的地电场传感器系统，前级部分就近对电极之间的高阻抗微弱电压信号进行信号调理，有利于信号的长距离传输，提高信噪比；后级部分对前级部分长距离传输来的信号进一步信号调理，适合对数据进行采集及处理。本发明的另一个目的是提出一种电极埋设方法，保证电极能够与土壤介质的良好接触，增强电极工作的长期稳定性，有效提高地电场观测质量，有效屏蔽周围环境的电场干扰，确保测量电场信号的准确性。

本发明一种地电场传感器系统，包括前级信号调理电路和后级信号调理电路；前级信号调理电路放置在前端观测场地，后级信号调理电路放置在观测室内；所述的前级信号调理电路包括前级无源带通滤波器、前级混合仪表放大器、前级有源带通滤波器和前级单端转差分电路；公共电极与南北方位电极接入一个前级信号调理电路的前级无源带通滤波器，同时与东西方位电极接入另一个前级信号调理电路的前级无源带通滤波器；南北方位电极和公共电极，或东西方位电极和公共电极检测的地电场信号传入前级信号调理电路后，在前级信号调理电路中依次经前级无源带通滤波器滤波、前级混合仪表放大器放大、前级有源带通滤波器滤波以及前级单端转差分电路信号调理后，差分信号输出至对应的一个后级信号调理电路中；所述的后级信号调理电路包括后级无源带通滤波器、后级仪表放大器、调零电路、后级fliege陷波器、后级电压跟随及低通滤波器、后级放大及单端转差分电路、a/d转换器和控制器；前级信号调理电路输出的信号依次经后级信号调理电路的后级无源带通滤波器滤波、后级仪表放大器放大、后级fliege陷波器滤波、后级电压跟随及低通滤波器跟随与滤波、后级放大及单端转差分电路信号调理后，差分信号输出至a/d转换器，a/d转换器模数转换后传给控制器；控制器计算出调零电压值，并通过控制信号让调零电路中的d/a转换器产生调零电压，调零电压经调零电路中的后级电压跟随器后输出至后级仪表放大器的电压参考脚，实现后级仪表放大器的调零。

所述的前级无源带通滤波器包括电阻二r2、电阻三r3、电阻五r5、电容二c2、电容三c3、电容五c5、二极管一d1、电阻六r6、二极管二d2、电容八c8、电容六c6、共模扼流圈一t1、电容十二c12、电阻十三r13、电阻十五r15、电阻十七r17、电容十三c13、电容十c10、二极管三d3、电阻十四r14、二极管四d4、电容十五c15和电容十四c14；公共电极接共模扼流圈一t1中线圈一的输入端e1-，南北方位电极或东西方位电极接共模扼流圈一t1中线圈二的输入端e1+；电容十二c12的一端接共模扼流圈一t1中线圈一的输出端，电容三c3的一端接共模扼流圈一t1中线圈二的输出端；电阻二r2的一端与电阻三r3的一端连接，另一端接地；电阻三r3的另一端与电阻五r5的一端及电容三c3的另一端连接；电阻五r5的另一端与电容五c5的一端、二极管一d1的负极、电阻六r6的一端和二极管二d2的负极连接；电容五c5的另一端接地；二极管一d1的正极与电容二c2的一端连接，电容二c2的另一端接地；二极管二d2的正极与电容八c8的一端连接，电容八c8的另一端接地；电阻六r6的另一端与电容六c6的一端连接并输出信号signal+；电容六c6的另一端接地；电阻十七r17的一端接地，另一端与电阻十五r15的一端连接；电阻十五r15的另一端与电阻十三r13的一端以及电容十二c12的另一端连接；电阻十三r13的另一端与电容十三c13的一端、二极管三d3的负极、电阻十四r14的一端和二极管四d4的负极连接；电容十三c13的另一端接地；二极管三d3的正极与电容十c10的一端连接，电容十c10的另一端接地；电阻十四r14的另一端与电容十四c14的一端连接并输出信号signal-；电容十四c14的另一端接地；二极管四d4的正极与电容十五c15的一端连接，电容十五c15的另一端接地。

所述的前级混合仪表放大器包括放大器一u1、电容一c1、电阻一r1、电阻七r7、电阻二十一r21、电容十六c16、放大器四u4、电阻四r4、电阻十六r16、电阻二十五r25和放大控制芯片一u2；放大器一u1和放大器四u4的型号均为ad745jr-16；放大器一u1的管脚3与电容一c1、电阻一r1和电阻七r7的一端连接；电阻四r4的一端与放大控制芯片一u2的管脚3连接，放大控制芯片一u2的型号为ina128u；放大器一u1的管脚12与电容一c1、电阻一r1和电阻四r4的另一端连接；放大器一u1的管脚6与-6v电源连接，放大器一u1的管脚13与+6v电源连接；电阻七r7的另一端与放大器四u4的管脚3、电阻二十一r21的一端和电容十六c16的一端连接；电阻二十一r21的另一端与电容十六c16的另一端、放大器四u4的管脚12和电阻十六r16的一端连接；放大器四u4的管脚13与+6v电源连接，放大器四u4的管脚6与-6v电源连接；电阻十六r16的另一端与放大控制芯片一u2的管脚2连接；电阻二十五r25的一端与放大控制芯片一u2的管脚8连接，另一端与放大控制芯片一u2的管脚1连接；放大控制芯片一u2的管脚5接地，管脚7与+6v电源连接，管脚4与-6v电源连接，管脚6输出信号signal1。放大器一u1和放大器四u4的管脚5分别接前级无源带通滤波器的输出信号正极和输出信号负极。

所述的前级有源带通滤波器包括电容九c9、电阻十r10、电阻十二r12、电阻八r8、电阻九r9、电容四c4、电容七c7、电容十一c11、放大器三u3a和电阻十一r11；放大器三u3a的型号为op2177；电容九c9的一端接前级混合仪表放大器的输出信号，另一端与电阻十r10和电阻八r8的一端连接；电阻八r8的另一端与电阻九r9、电容四c4和电容七c7的一端连接；电阻十r10的另一端与电阻十二r12的一端连接；r12的另一端接地；电阻九r9的另一端与电容十一c11的一端和放大器三u3a的管脚3连接；电容十一c11的另一端接地；放大器三u3a的管脚1与电阻十一r11的一端、电容四c4的另一端、电容七c7的另一端连接，并输出信号signal2；放大器三u3a的管脚2接电阻十一r11的另一端；放大器三u3a的管脚4接-6v电源，管脚8接+6v电源。

所述的前级单端转差分电路包括电阻二十r20、电阻十八r18、放大器五u5a、放大器六u5b、电阻十九r19、电阻二十三r23、电阻二十六r26、电阻二十二r22和电阻二十四r24；电阻二十r20的一端与电阻二十三r23的一端连接，并接前级有源带通滤波器的输出信号；电阻二十r20的另一端与放大器五u5a的管脚3连接，放大器五u5a的管脚2与电阻十八r18的一端连接，电阻十八r18的另一端与放大器五u5a的管脚1和电阻十九r19的一端连接；电阻十九r19的另一端输出信号signal3+；放大器五u5a的管脚8接+6v电源，管脚4接-6v电源；电阻二十三r23的另一端与电阻二十二r22的一端和放大器六u5b的管脚6连接，放大器六u5b的管脚5与电阻二十六r26的一端连接，电阻二十六r26的另一端接地；放大器六u5b的管脚7与电阻二十二r22的另一端和电阻二十四r24的一端连接，电阻二十四r24的另一端输出信号signal3-；放大器六u5b的管脚4和管脚8均悬空；放大器五u5a和放大器六u5b采用型号为ad822ar的集成放大器。

所述的后级无源带通滤波器包括电阻二十七r27、共模扼流圈二t2、电阻二十九r29、电阻三十r30、电阻二十八r28、电容十七c17、电容十八c18和电容十九c19；共模扼流圈二t2中线圈一的输入端接前级信号调理电路的输出信号负极，共模扼流圈二t2中线圈二的输入端接前级信号调理电路的输出信号正极；电阻二十七r27的一端接地，另一端与电阻二十九r29的一端以及共模扼流圈二t2中线圈二的输出端连接；电阻二十九r29的另一端与电容十七c17和电容十八c18的一端连接，电容十七c17的另一端接地；电阻二十八r28的一端接地，另一端与电阻三十r30的一端以及共模扼流圈二t2中线圈一的输出端连接；电阻三十r30的另一端与电容十八c18的另一端和电容十九c19的一端连接，电容十九c19的另一端接地；所述的后级仪表放大器包括电阻三十一r31和放大控制芯片二u6；放大控制芯片二u6采用型号为ina128u的芯片；放大控制芯片二u6的管脚1与电阻三十一r31的一端连接，放大控制芯片二u6的管脚8与电阻三十一r31的另一端连接；放大控制芯片二u6的管脚4接-6v电源，放大控制芯片二u6的管脚7接+6v电源；放大控制芯片二u6的管脚2接电容十七c17与电容十八c18的连接端；放大控制芯片二u6的管脚3接电容十八c18与电容十九c19的连接端；放大控制芯片二u6的管脚6输出信号signal4；所述的调零电路包调零电路包括d/a转换器和后级电压跟随器；所述的d/a转换器包括放大控制芯片三u7、电阻三十二r32和电阻三十三r33；所述的后级电压跟随器包括电阻三十四r34、电阻三十五r35和放大器二u10b；放大控制芯片三u7采用型号为ad5312armz的芯片；控制器采用型号为saf-c167cs-l16m的芯片；放大器二u10b的型号为op2177；放大控制芯片三u7的管脚2与+6v电源连接，管脚1和管脚10均接地，管脚5与电阻三十二r32的一端连接，管脚6与电阻三十三r33的一端连接；放大控制芯片三u7的管脚3和4均与基准电压+2.5vref连接；控制器的管脚p3.3接放大控制芯片三u7的管脚7，控制器的管脚txd接放大控制芯片三u7的管脚8，控制器的管脚rxd接放大控制芯片三u7的管脚9；在控制器的管脚p3.3置低时，控制器与放大控制芯片三u7的通信开始；电阻三十二r32的另一端与电阻三十三r33的另一端、电阻三十四r34的一端、电阻三十五r35的一端和放大器二u10b的管脚5连接；电阻三十四r34的另一端与基准电压-2.5vref连接，电阻三十五r35的另一端接地；放大器二u10b的管脚4与-6v电源连接，管脚8与+6v电源连接；放大器二u10b的管脚6与放大器二u10b的管脚7连接，并接放大控制芯片二u6的管脚5。

所述的后级fliege陷波器包括电容二十c20、电容二十一c21、电阻三十六r36、滑动变阻器一r39、滑动变阻器二r37、电阻三十八r38、电阻四十r40、电容二十二c22、电容二十三c23、放大器七u8a、放大器八u8b、电阻四十一r41、电阻四十二r42和电阻四十三r43；电容二十c20、电容二十一c21、电阻三十六r36和电阻四十三r43的一端均接后级仪表放大器的输出信号；电容二十c20的另一端与滑动变阻器二r37的活动端、电容二十一c21的另一端、滑动变阻器一r39的一个固定端、滑动变阻器一r39的活动端和放大器七u8a的管脚3连接；电阻三十六r36的另一端与滑动变阻器二r37的一个固定端连接；滑动变阻器二r37的另一个固定端与电阻三十八r38的一端连接，电阻三十八r38的另一端接地；滑动变阻器一r39的另一个固定端与电阻四十r40的一端连接，电阻四十r40的另一端与放大器八u8b的管脚7、电容二十二c22和电容二十三c23的一端连接；放大器八u8b的管脚6与放大器七u8a的管脚2、电阻四十一r41的一端、电容二十二c22的另一端和电容二十三c23的另一端连接；放大器八u8b的管脚5与电阻四十二r42的一端和电阻四十三r43的另一端连接；放大器七u8a的管脚4接-6v电源，管脚8接+6v电源；放大器八u8b的管脚4和管脚8均悬空；放大器七u8a的管脚1与电阻四十二r42和电阻四十一r41的另一端连接，并输出信号signal5；放大器七u8a和放大器八u8b采用型号为ad822ar的集成放大器。

所述的后级电压跟随及低通滤波器包括放大器九u9a、电阻四十四r44、电阻四十五r45、电容二十六c26、放大器十u9b、电容二十四c24、电容二十五c25、电阻四十六r46、电阻四十七r47、电阻四十八r48、电容二十九c29、电阻四十九r49、电容二十七c27、电容二十八c28和放大器十一u10a；放大器九u9a的管脚3接后级fliege陷波器的输出信号；放大器九u9a的管脚1与放大器九u9a的管脚2和电阻四十四r44的一端连接，管脚4接-6v电源，管脚8接+6v电源；电阻四十四r44的另一端与电容二十四c24、电容二十五c25和电阻四十五r45的一端连接，电阻四十五r45的另一端与放大器十u9b的管脚5和电容二十六c26的一端连接，电容二十六c26的另一端接地；放大器十u9b的管脚6与电阻四十六r46的一端连接，放大器十u9b的管脚7与电阻四十七r47的一端、电容二十四c24的另一端、电容二十五c25的另一端和电阻四十六r46的另一端连接；放大器十u9b的管脚4和8均悬空；放大器九u9a和放大器十u9b采用型号为op2177的集成放大器；电阻四十七r47的另一端与电容二十七c27、电容二十八c28和电阻四十八r48的一端连接，电阻四十八r48的另一端与放大器十一u10a的管脚3和电容二十九c29的一端连接，电容二十九c29的另一端接地；放大器十一u10a的管脚2与电阻四十九r49的一端连接；放大器十一u10a的管脚1与电容二十七c27、电容二十八c28和电阻四十九r49的另一端连接，并输出信号signal6；放大器十一u10a的管脚4接-6v电源，管脚8接+6v电源；放大器十一u10a的型号为op2177。

所述的后级放大及单端转差分电路包括电阻五十r50、电阻五十一r51、放大控制芯片四u11、电阻五十三r53、电阻五十六r56、电阻五十七r57、电阻五十二r52、电阻五十五r55、放大器十二u12a、放大器十三u12b、电阻五十四r54、电阻五十八r58、电容三十c30和电容三十一c31；放大控制芯片四u11采用型号为ina118u的芯片；放大控制芯片四u11的管脚1与电阻五十r50的一端连接，电阻五十r50的另一端与放大控制芯片四u11的管脚8连接；放大控制芯片四u11的管脚2与电阻五十一r51的一端连接，电阻五十一r51的另一端接地；放大控制芯片四u11的管脚3接后级电压跟随及低通滤波器的输出信号，管脚4接-6v电源，管脚7接+6v电源，管脚5与电阻五十七r57的一端连接并接基准电压+2.5vref，管脚6与电阻五十三r53和电阻五十六r56的一端连接；电阻五十三r53的另一端与放大器十二u12a的管脚3连接；放大器十二u12a的管脚2与电阻五十二r52的一端连接，管脚1与电阻五十二r52的另一端和电阻五十四r54的一端连接；放大器十二u12a的管脚4接地，管脚8接+6v电源；电阻五十四r54的另一端与电容三十c30的一端连接并输出信号ch1+；放大器十三u12b的管脚6与电阻五十六r56的另一端和电阻五十五r55的一端连接，管脚5与电阻五十七r57的另一端连接，管脚7与电阻五十五r55的另一端和电阻五十八r58的一端连接；放大器十三u12b的管脚4和管脚8均悬空；放大器十二u12a和放大器十三u12b采用型号为op296gs的集成放大器；电阻五十八r58的另一端与电容三十一c31的一端连接并输出信号ch1-；电容三十一c31和电容三十c30的另一端均接地。

本发明一种地电场传感器系统的电极埋设方法，具体如下：

步骤一、钻井孔，井孔深度大于3m，井孔内径为136mm；

步骤二、南北方位电极、东西方位电极和公共电极分别用绳拴牢，然后分别放入一个井孔底部；公共电极、南北方位电极以及东西方位电极与前级信号调理电路的连接线位于地下部分均置于套管内，前级信号调理电路置于安放公共电极的井孔上方；每个井孔的顶部开设检测孔；连接线采用整根多股铜芯绝缘导线，或单根连接线不够长时，将多根连接线通过接头进行焊接，做好绝缘和防腐处理后再将接头埋入焊接处开设的检测孔内；南北方位电极或东西方位电极的连接线接前级信号调理电路的那端有一段位于安放公共电极的井孔外的检测孔内；

步骤三、每个井孔填入1米以上的细粒土压实，随后用井孔钻出的土填满整个井孔并夯实；每个检测孔顶部设置盖板。

本发明具有的有益效果：

1、前级电路采用混合仪表放大器，具有高输入阻抗、低噪声、低失调的优点。

2、前级与后级的分体结构有效解决微弱信号在传输过程中的信号衰减。

3、后级电路采用灵活的调零方式。

4、前、后级的差分信号传输有效降低了共模干扰。

5、地电场电极的埋设方式和地电场外线路架设方式保证电极能够与土壤介质的良好接触，增强电极工作的长期稳定性，有效提高地电场观测质量，有效屏蔽周围环境的电场干扰。

附图说明

图1为本发明地电场传感器系统的结构框图；

图2为本发明中前级信号调理电路的结构框图；

图3为本发明中前级无源带通滤波器和前级混合仪表放大器的电路图；

图4为本发明中前级有源带通滤波器的电路图；

图5为本发明中前级单端转差分电路的电路图；

图6为本发明中后级信号调理电路的结构框图；

图7为本发明中后级无源带通滤波器、后级仪表放大器以及调零电路的电路图；

图8为本发明中控制器与调零电路的串行通信接口示意图；

图9为本发明中后级fliege陷波器的电路图；

图10为本发明中后级电压跟随及低通滤波器的电路图；

图11为本发明中后级放大及单端转差分电路的电路图；

图12为本发明中电极的埋设示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2和6所示，一种地电场传感器系统，包括前级信号调理电路1和后级信号调理电路2；前级信号调理电路放置在前端观测场地，后级信号调理电路放置在观测室内；前级信号调理电路1包括前级无源带通滤波器1-1、前级混合仪表放大器1-2、前级有源带通滤波器1-3和前级单端转差分电路1-4；公共电极o与南北方位电极sn接入一个前级信号调理电路的前级无源带通滤波器，同时与东西方位电极ew接入另一个前级信号调理电路的前级无源带通滤波器；南北方位电极sn和公共电极o或东西方位电极ew和公共电极o检测的地电场信号q传入前级信号调理电路后，在前级信号调理电路中依次经前级无源带通滤波器滤波、前级混合仪表放大器放大、前级有源带通滤波器滤波以及前级单端转差分电路信号调理后，差分信号输出至对应的一个后级信号调理电路中；后级信号调理电路2包括后级无源带通滤波器2-1、后级仪表放大器2-2、调零电路2-3、后级fliege陷波器2-4、后级电压跟随及低通滤波器2-5、后级放大及单端转差分电路2-6、a/d转换器2-7和控制器2-8；前级信号调理电路输出的信号依次经后级信号调理电路的后级无源带通滤波器滤波、后级仪表放大器放大、后级fliege陷波器滤波、后级电压跟随及低通滤波器跟随与滤波、后级放大及单端转差分电路信号调理后，差分信号输出至a/d转换器，a/d转换器模数转换后传给控制器；控制器计算出调零电压值，并通过控制信号让调零电路2-3中的d/a转换器产生调零电压，调零电压经调零电路中的后级电压跟随器后输出至后级仪表放大器的电压参考脚，实现后级仪表放大器的调零；a/d转换器2-7采用型号为ads1254e的芯片；控制器采用型号为saf-c167cs-l16m的芯片。

如图3所示，前级无源带通滤波器包括电阻二r2、电阻三r3、电阻五r5、电容二c2、电容三c3、电容五c5、二极管一d1、电阻六r6、二极管二d2、电容八c8、电容六c6、共模扼流圈一t1、电容十二c12、电阻十三r13、电阻十五r15、电阻十七r17、电容十三c13、电容十c10、二极管三d3、电阻十四r14、二极管四d4、电容十五c15和电容十四c14；公共电极o接共模扼流圈一t1中线圈一的输入端e1-，南北方位电极sn或东西方位电极ew接共模扼流圈一t1中线圈二的输入端e1+；电容十二c12的一端接共模扼流圈一t1中线圈一的输出端，电容三c3的一端接共模扼流圈一t1中线圈二的输出端；电阻二r2的一端与电阻三r3的一端连接，另一端接地；电阻三r3的另一端与电阻五r5的一端及电容三c3的另一端连接；电阻五r5的另一端与电容五c5的一端、二极管一d1的负极、电阻六r6的一端和二极管二d2的负极连接；电容五c5的另一端接地；二极管一d1的正极与电容二c2的一端连接，电容二c2的另一端接地；二极管二d2的正极与电容八c8的一端连接，电容八c8的另一端接地；电阻六r6的另一端与电容六c6的一端连接并输出信号signal+；电容六c6的另一端接地；电阻十七r17的一端接地，另一端与电阻十五r15的一端连接；电阻十五r15的另一端与电阻十三r13的一端以及电容十二c12的另一端连接；电阻十三r13的另一端与电容十三c13的一端、二极管三d3的负极、电阻十四r14的一端和二极管四d4的负极连接；电容十三c13的另一端接地；二极管三d3的正极与电容十c10的一端连接，电容十c10的另一端接地；电阻十四r14的另一端与电容十四c14的一端连接并输出信号signal-；电容十四c14的另一端接地；二极管四d4的正极与电容十五c15的一端连接，电容十五c15的另一端接地。

前级混合仪表放大器包括放大器一u1、电容一c1、电阻一r1、电阻七r7、电阻二十一r21、电容十六c16、放大器四u4、电阻四r4、电阻十六r16、电阻二十五r25和放大控制芯片一u2；放大器一u1和放大器四u4的型号均为ad745jr-16；放大器一u1的管脚3与电容一c1、电阻一r1和电阻七r7的一端连接；电阻四r4的一端与放大控制芯片一u2的管脚3连接，放大控制芯片一u2的型号为ina128u；放大器一u1的管脚12与电容一c1、电阻一r1和电阻四r4的另一端连接；放大器一u1的管脚6与-6v电源连接，放大器一u1的管脚13与+6v电源连接；电阻七r7的另一端与放大器四u4的管脚3、电阻二十一r21的一端和电容十六c16的一端连接；电阻二十一r21的另一端与电容十六c16的另一端、放大器四u4的管脚12和电阻十六r16的一端连接；放大器四u4的管脚13与+6v电源连接，放大器四u4的管脚6与-6v电源连接；电阻十六r16的另一端与放大控制芯片一u2的管脚2连接；电阻二十五r25的一端与放大控制芯片一u2的管脚8连接，另一端与放大控制芯片一u2的管脚1连接；放大控制芯片一u2的管脚5接地，管脚7与+6v电源连接，管脚4与-6v电源连接，管脚6输出信号signal1。放大器一u1和放大器四u4的管脚5分别接前级无源带通滤波器的输出信号signal+和输出信号signal-。

如图4所示，前级有源带通滤波器包括电容九c9、电阻十r10、电阻十二r12、电阻八r8、电阻九r9、电容四c4、电容七c7、电容十一c11、放大器三u3a和电阻十一r11；放大器三u3a的型号为op2177；电容九c9的一端接前级混合仪表放大器的输出信号signal1，另一端与电阻十r10和电阻八r8的一端连接；电阻八r8的另一端与电阻九r9、电容四c4和电容七c7的一端连接；电阻十r10的另一端与电阻十二r12的一端连接；r12的另一端接地；电阻九r9的另一端与电容十一c11的一端和放大器三u3a的管脚3连接；电容十一c11的另一端接地；放大器三u3a的管脚1与电阻十一r11的一端、电容四c4的另一端、电容七c7的另一端连接，并输出信号signal2；放大器三u3a的管脚2接电阻十一r11的另一端；放大器三u3a的管脚4接-6v电源，管脚8接+6v电源。

如图5所示，前级单端转差分电路包括电阻二十r20、电阻十八r18、放大器五u5a、放大器六u5b、电阻十九r19、电阻二十三r23、电阻二十六r26、电阻二十二r22和电阻二十四r24；电阻二十r20的一端与电阻二十三r23的一端连接，并接前级有源带通滤波器的输出信号signal2；电阻二十r20的另一端与放大器五u5a的管脚3连接，放大器五u5a的管脚2与电阻十八r18的一端连接，电阻十八r18的另一端与放大器五u5a的管脚1和电阻十九r19的一端连接；电阻十九r19的另一端输出信号signal3+；放大器五u5a的管脚8接+6v电源，管脚4接-6v电源；电阻二十三r23的另一端与电阻二十二r22的一端和放大器六u5b的管脚6连接，放大器六u5b的管脚5与电阻二十六r26的一端连接，电阻二十六r26的另一端接地；放大器六u5b的管脚7与电阻二十二r22的另一端和电阻二十四r24的一端连接，电阻二十四r24的另一端输出信号signal3-；放大器六u5b的管脚4和管脚8均悬空；放大器五u5a和放大器六u5b采用型号为ad822ar的集成放大器。

如图7所示，后级无源带通滤波器包括电阻二十七r27、共模扼流圈二t2、电阻二十九r29、电阻三十r30、电阻二十八r28、电容十七c17、电容十八c18和电容十九c19；共模扼流圈二t2中线圈一的输入端接前级信号调理电路的输出信号signal3-，共模扼流圈二t2中线圈二的输入端接前级信号调理电路的输出信号signal3+；电阻二十七r27的一端接地，另一端与电阻二十九r29的一端以及共模扼流圈二t2中线圈二的输出端连接；电阻二十九r29的另一端与电容十七c17和电容十八c18的一端连接，电容十七c17的另一端接地；电阻二十八r28的一端接地，另一端与电阻三十r30的一端以及共模扼流圈二t2中线圈一的输出端连接；电阻三十r30的另一端与电容十八c18的另一端和电容十九c19的一端连接，电容十九c19的另一端接地。

后级仪表放大器包括电阻三十一r31和放大控制芯片二u6；放大控制芯片二u6采用型号为ina128u的芯片；放大控制芯片二u6的管脚1与电阻三十一r31的一端连接，放大控制芯片二u6的管脚8与电阻三十一r31的另一端连接；放大控制芯片二u6的管脚4接-6v电源，放大控制芯片二u6的管脚7接+6v电源；放大控制芯片二u6的管脚2接电容十七c17与电容十八c18的连接端；放大控制芯片二u6的管脚3接电容十八c18与电容十九c19的连接端；放大控制芯片二u6的管脚6输出信号signal4。

如图7和8所示，调零电路包括d/a转换器和后级电压跟随器；d/a转换器包括放大控制芯片三u7、电阻三十二r32和电阻三十三r33；后级电压跟随器包括电阻三十四r34、电阻三十五r35和放大器二u10b；放大控制芯片三u7采用型号为ad5312armz的芯片；放大器二u10b的型号为op2177；放大控制芯片三u7的管脚2与+6v电源连接，管脚1和管脚10均接地，管脚5与电阻三十二r32的一端连接，管脚6与电阻三十三r33的一端连接；放大控制芯片三u7的管脚3和4均与基准电压+2.5vref连接；控制器的管脚p3.3接放大控制芯片三u7的管脚7，控制器的管脚txd接放大控制芯片三u7的管脚8，控制器的管脚rxd接放大控制芯片三u7的管脚9；在控制器的管脚p3.3置低时，控制器与放大控制芯片三u7的通信开始；电阻三十二r32的另一端与电阻三十三r33的另一端、电阻三十四r34的一端、电阻三十五r35的一端和放大器二u10b的管脚5连接；电阻三十四r34的另一端与基准电压-2.5vref连接，电阻三十五r35的另一端接地；放大器二u10b的管脚4与-6v电源连接，管脚8与+6v电源连接；放大器二u10b的管脚6与放大器二u10b的管脚7连接，并接放大控制芯片二u6的管脚5。

如图9所示，后级fliege陷波器包括电容二十c20、电容二十一c21、电阻三十六r36、滑动变阻器一r39、滑动变阻器二r37、电阻三十八r38、电阻四十r40、电容二十二c22、电容二十三c23、放大器七u8a、放大器八u8b、电阻四十一r41、电阻四十二r42和电阻四十三r43；电容二十c20、电容二十一c21、电阻三十六r36和电阻四十三r43的一端均接后级仪表放大器的输出信号signal4；电容二十c20的另一端与滑动变阻器二r37的活动端、电容二十一c21的另一端、滑动变阻器一r39的一个固定端、滑动变阻器一r39的活动端和放大器七u8a的管脚3连接；电阻三十六r36的另一端与滑动变阻器二r37的一个固定端连接；滑动变阻器二r37的另一个固定端与电阻三十八r38的一端连接，电阻三十八r38的另一端接地；滑动变阻器一r39的另一个固定端与电阻四十r40的一端连接，电阻四十r40的另一端与放大器八u8b的管脚7、电容二十二c22和电容二十三c23的一端连接；放大器八u8b的管脚6与放大器七u8a的管脚2、电阻四十一r41的一端、电容二十二c22的另一端和电容二十三c23的另一端连接；放大器八u8b的管脚5与电阻四十二r42的一端和电阻四十三r43的另一端连接；放大器七u8a的管脚4接-6v电源，管脚8接+6v电源；放大器八u8b的管脚4和管脚8均悬空；放大器七u8a的管脚1与电阻四十二r42和电阻四十一r41的另一端连接，并输出信号signal5；放大器七u8a和放大器八u8b采用型号为ad822ar的集成放大器。

如图10所示，后级电压跟随及低通滤波器包括放大器九u9a、电阻四十四r44、电阻四十五r45、电容二十六c26、放大器十u9b、电容二十四c24、电容二十五c25、电阻四十六r46、电阻四十七r47、电阻四十八r48、电容二十九c29、电阻四十九r49、电容二十七c27、电容二十八c28和放大器十一u10a；放大器九u9a的管脚3接后级fliege陷波器的输出信号signal5；放大器九u9a的管脚1与放大器九u9a的管脚2和电阻四十四r44的一端连接，管脚4接-6v电源，管脚8接+6v电源；电阻四十四r44的另一端与电容二十四c24、电容二十五c25和电阻四十五r45的一端连接，电阻四十五r45的另一端与放大器十u9b的管脚5和电容二十六c26的一端连接，电容二十六c26的另一端接地；放大器十u9b的管脚6与电阻四十六r46的一端连接，放大器十u9b的管脚7与电阻四十七r47的一端、电容二十四c24的另一端、电容二十五c25的另一端和电阻四十六r46的另一端连接；放大器十u9b的管脚4和8均悬空；放大器九u9a和放大器十u9b采用型号为op2177的集成放大器；电阻四十七r47的另一端与电容二十七c27、电容二十八c28和电阻四十八r48的一端连接，电阻四十八r48的另一端与放大器十一u10a的管脚3和电容二十九c29的一端连接，电容二十九c29的另一端接地；放大器十一u10a的管脚2与电阻四十九r49的一端连接；放大器十一u10a的管脚1与电容二十七c27、电容二十八c28和电阻四十九r49的另一端连接，并输出信号signal6；放大器十一u10a的管脚4接-6v电源，管脚8接+6v电源；放大器十一u10a的型号为op2177。

如图11所示，后级放大及单端转差分电路包括电阻五十r50、电阻五十一r51、放大控制芯片四u11、电阻五十三r53、电阻五十六r56、电阻五十七r57、电阻五十二r52、电阻五十五r55、放大器十二u12a、放大器十三u12b、电阻五十四r54、电阻五十八r58、电容三十c30和电容三十一c31；放大控制芯片四u11采用型号为ina118u的芯片；放大控制芯片四u11的管脚1与电阻五十r50的一端连接，电阻五十r50的另一端与放大控制芯片四u11的管脚8连接；放大控制芯片四u11的管脚2与电阻五十一r51的一端连接，电阻五十一r51的另一端接地；放大控制芯片四u11的管脚3接后级电压跟随及低通滤波器的输出信号signal6，管脚4接-6v电源，管脚7接+6v电源，管脚5与电阻五十七r57的一端连接并接基准电压+2.5vref，管脚6与电阻五十三r53和电阻五十六r56的一端连接；电阻五十三r53的另一端与放大器十二u12a的管脚3连接；放大器十二u12a的管脚2与电阻五十二r52的一端连接，管脚1与电阻五十二r52的另一端和电阻五十四r54的一端连接；放大器十二u12a的管脚4接地，管脚8接+6v电源；电阻五十四r54的另一端与电容三十c30的一端连接并输出信号ch1+；放大器十三u12b的管脚6与电阻五十六r56的另一端和电阻五十五r55的一端连接，管脚5与电阻五十七r57的另一端连接，管脚7与电阻五十五r55的另一端和电阻五十八r58的一端连接；放大器十三u12b的管脚4和管脚8均悬空；放大器十二u12a和放大器十三u12b采用型号为op296gs的集成放大器；电阻五十八r58的另一端与电容三十一c31的一端连接并输出信号ch1-；电容三十一c31和电容三十c30的另一端均接地。

针对地电场观测应用要求：1、地电场观测源阻抗较大；2、传感器的电压源变动范围较大(10uv-1mv)，如果有强外界干扰可能会达到几百mv，所以前端不宜放大倍数过高。本发明测量电极(南北方位电极sn、公共电极o和东西方位电极ew)采用pb-pbcl2固体不极化电极；前级信号调理电路针对地电场信号微弱及高阻抗特点，进行信号调理，有利于信号的远距离传输。前级信号调理电路中采用包含2个ad745jr-16放大器和ina128u仪表放大器的前级混合仪表放大器，具有低噪声、低漂移、低失调和高速特性，对于地电观测高阻抗信号源，由于ad745jr-16的jfet输入偏置电流极低，是本发明地电场传感器系统的理想选择。本发明后级信号调理电路对前级信号调理电路传输来的信号，进一步进行处理，适合a/d芯片进行数据采集。

如图12所示，为保证电极能够与土壤介质的良好接触，和增强电极工作的长期稳定性，在充分考虑电极埋设点的地形地貌、岩性条件、干扰源等环境条件后，本发明优化了电极埋设方法，具体如下：

步骤一、钻井孔，井孔深度大于3m，井孔内径为136mm。

步骤二、南北方位电极sn、东西方位电极ew和公共电极o分别用绳拴牢，然后分别放入一个井孔底部；为降低环境的干扰，保证线路的连接可靠性和对地绝缘性，公共电极o、南北方位电极sn以及东西方位电极ew与前级信号调理电路的连接线位于地下部分均置于套管内，前级信号调理电路置于安放公共电极o的井孔上方；每个井孔的顶部开设检测孔；连接线采用整根多股铜芯绝缘导线；如果遇到单根连接线不够长的情况，也可将多根连接线通过接头进行焊接，做好绝缘和防腐处理后再将接头埋入焊接处开设的检测孔内。南北方位电极sn或东西方位电极ew的连接线接前级信号调理电路的那端有一段位于安放公共电极o的井孔外的检测孔内。

步骤三、每个井孔填入1米以上的清洁细粒土压实，随后用井孔钻出的土填满整个井孔并夯实；每个检测孔顶部设置盖板。