導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電阻率，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

中圖分類號：TM247文獻標識碼： A 文章編號：

我們在檢驗時常常會發(fā)現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象，例如對60227IEC01（BV）—450/750V1× 2.5mm2 測量電阻時,環(huán)境溫度為20℃,導(dǎo)體直徑為1.78 mm，導(dǎo)體直流電阻為7.35Ω/km,完全符合GB/T3956–1997的標準要求,即不大于7.41Ω/km;如果按照這些數(shù)據(jù)計算下來,該導(dǎo)體的電阻率應(yīng)為0.018375Ω·mm2/m,這顯然不符合GB/T3953 –2009標準中要求的不大于0.017241Ω·mm2/m.。這是為什么呢？下面以生產(chǎn)60227IEC01（BV）—450/750V的電纜用軟圓銅線（TR）為例來分析一下。

電阻和電阻率

對于電線電纜來說，導(dǎo)體的電阻是指其對于電流通過的阻礙作用。導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的材料、長度、截面、溫度有關(guān)；也可以這樣說：當軟圓銅線溫度為20℃、截面為1mm2 、長度為1m時，其電阻值為0.017241Ω；電阻值越大，阻礙電流通過的能力就越大，載流量就越小。上海電纜研究所通過試驗，提出了電線電纜的載流量，可供參考。

電線電纜導(dǎo)體的電阻率有體積電阻率、質(zhì)量電阻率、單位長度電阻率。體積電阻率為單位長度和單位截面積的導(dǎo)體的電阻。國際電工委員會IEC28（125）《銅電阻國際標準》中規(guī)定：“20℃溫度時，國際退火銅體積電阻率是1/58=0.017241Ω·mm2/m”。

從以上描述中我們了解到電阻和電阻率并不是一回事。在實際操作中，無論是檢驗機構(gòu)還是企業(yè)都應(yīng)該加以區(qū)別。企業(yè)對電線電纜導(dǎo)體的原材料進廠時應(yīng)按電阻率來進行驗收考核，執(zhí)行標準為GB3952-2008《電工用銅線坯》和GB/T3953 –2009《電工圓銅線》；對于成品電線電纜導(dǎo)體是考核其電阻的，執(zhí)行標準為GB/T3956-2008《電纜的導(dǎo)體》。我國的國家標準GB/T3956-2008《電纜的導(dǎo)體》中規(guī)定了對成品導(dǎo)體電阻的要求，顯然要比對原材料導(dǎo)體體積電阻率的要求要寬容得多，這是由于長期的歷史演變所造成的結(jié)果，也是對工程上的某種特殊的考慮。

標稱電阻率和實測電阻率

我國對裸電線產(chǎn)品的電阻率的質(zhì)量分等也作出過規(guī)定。

我們在測試過程中發(fā)現(xiàn)，如果銅導(dǎo)體20℃的體積電阻率為0.01690Ω·mm2/m,則說明該銅導(dǎo)體的質(zhì)量是相當好的了；如果測得銅導(dǎo)體20℃的體積電阻率低于0.01690Ω·mm2/m，甚至更低時，我們認為這是不可能的、也是不合理的。如果出現(xiàn)這種情況，一般在測量直徑為0.3mm及以下的軟圓銅導(dǎo)線時比較多見，這也說明該銅導(dǎo)體的導(dǎo)電能力是相當強的。

不管是質(zhì)檢機構(gòu)的檢驗人員還是企業(yè)的檢驗人員都應(yīng)該具備一定的電線電纜的基礎(chǔ)知識，具有一定的判斷能力；當銅導(dǎo)體的體積電阻率過低時，首先要想到這是不可能的，其次要分析是什么原因產(chǎn)生了誤差。我們在實際工作中總結(jié)出產(chǎn)生誤差的原因可能有以下幾個方面：

1、GB/T3048.2-2007《電線電纜電性能試驗方法金屬導(dǎo)體材料電阻率試驗》中第6.1.1條規(guī)定兩種試驗方法：基準試驗方法和常規(guī)試驗方法。允許測量誤差如下表所示：

2．測量儀器精度不夠。GB/T3048.2-2007《電線電纜電性能試驗方法金屬導(dǎo)體材料電阻率試驗》中第6.2.2條規(guī)定：“電阻測量系統(tǒng)的總誤差包括：標準電阻的校準誤差、試樣和標準電阻的比較誤差、接觸電勢和熱電勢引起的誤差、測量電流引起的試樣發(fā)熱誤差”；還有其它計量器具選用精度不夠而引起的誤差。

3、未使用導(dǎo)體電阻夾具。未使用導(dǎo)體電阻夾具會造成試樣的長度不能精確到1000mm，從而引起長度上的誤差；標準規(guī)定長度應(yīng)精確到±0.05%。

4、設(shè)備的使用不符合標準試驗要求。GB/T3048.2-2007《電線電纜電性能試驗方法金屬導(dǎo)體材料電阻率試驗》中第6.2.3條規(guī)定：“四點法測量時，電位接觸點應(yīng)由相當鋒利的刀刃構(gòu)成，且互相平行，均垂直于試樣縱軸，接點也可以是銳利的針狀接點。每個電位接點與相應(yīng)的電流接點之間的距離應(yīng)不小于試樣斷面周長的1.5倍” 。第6.2.4條規(guī)定：“使用凱爾文雙臂電橋時，標準電阻和試樣間的跨線電阻應(yīng)明顯地既小于標準電阻又小于試樣電阻。否則，應(yīng)采取適當方法予以補償”。

5．試驗室的溫度計指示不準確。這樣容易造成溫度指示上的偏差，在從電阻換算到電阻率的過程中就容易造成溫度系數(shù)選用上的偏差，使導(dǎo)體電阻率換算不準確；標準規(guī)定：溫度控制精度為±0.04%,溫度引起的總誤差應(yīng)不大于±0.06%。

6、試樣溫度與測量環(huán)境溫度不一致。試樣應(yīng)在相對穩(wěn)定的試驗環(huán)境中放置足夠長的時間，在放置和試驗的過程中環(huán)境溫度的變化應(yīng)不大于±1℃。測量環(huán)境溫度時，溫度計應(yīng)離地面至少1m，離試樣應(yīng)不超過1m，且二者應(yīng)大致處于同一高度。

7、試樣受損引起的誤差。試樣表面應(yīng)光滑清潔，無裂紋和缺陷，無斑疤、灰塵和油污；如果有這些缺陷，都會容易造成電阻率的偏大。

8、人為因素引起的誤差。檢驗人員由于操作不熟練，或?qū)z驗設(shè)備性能了解不夠，對標準理解不深，對專業(yè)知識知道不多，等等，這些因素引起的誤差屬于人為誤差，可以通過進一步學(xué)習逐步減少這些誤差。

根據(jù)產(chǎn)生誤差的原因，我們要有意識地減少這些誤差，提高測量的準確度。

1、根據(jù)標準要求，選用符合標準要求精度的測量儀器，或者精度更高的測量儀器。

2、購買導(dǎo)體電阻夾具時，要配齊各種不同規(guī)格夾具刀口，以適應(yīng)測量不同規(guī)格型號的電線電纜導(dǎo)體的直流電阻；此外，在測量導(dǎo)體電阻之前，還要注意對絞合導(dǎo)體的校直，方法可以采用木制的榔頭輕輕敲打金屬導(dǎo)體，盡量減少導(dǎo)體的彎曲程度。

3、選用符合精度要求的溫度顯示器，總誤差要符合標準的要求。

4、在環(huán)境溫度相對穩(wěn)定的狀態(tài)下，試樣要在環(huán)境溫度下放置足夠長的時間，至少要保持16h以上。

5、要選用沒有外傷的金屬導(dǎo)體測量其電阻和電阻率，一般用目測和手感的方法；此外，在夾緊導(dǎo)體的時候，夾具的刀口與導(dǎo)體能充分接觸為宜，但不要夾得太緊，以免損傷導(dǎo)體試樣。

6、檢驗人員平時要多研究產(chǎn)品標準和試驗方法標準，特別是試驗方法標準，這是我們試驗的根本依據(jù)，方法不對，其結(jié)果就不對；此外，檢驗人員要多動手操作試驗儀器設(shè)備，如電橋、投影儀、卡尺等等；要做到“三多三勤”，多看、多想、多寫，勤學(xué)、勤練、勤問，爭取提高動手能力。

三、如何選擇驗收考核的方法

對電線電纜導(dǎo)體的原材料進廠時應(yīng)按電阻率來進行驗收考核，執(zhí)行標準為GB/T3953 –2009《電工圓銅線》；原則上，體積電阻率不合格的原材料導(dǎo)體不能投入生產(chǎn)。如果檢驗人員發(fā)現(xiàn)這種情況應(yīng)該及時反饋給企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)，要求對不合格的原材料采取嚴格的控制措施，如重新退火等方法。但是當原材料導(dǎo)體電阻率的不符合程度比較輕微時，仍能生產(chǎn)出合格的成品電線電纜來；當使用這種原材料時，應(yīng)該根據(jù)對不合格品控制的要求，辦理相關(guān)的讓步接受的手續(xù)。

對于成品電線電纜導(dǎo)體是考核其電阻的，執(zhí)行標準為GB/T3956-2007《電纜的導(dǎo)體》。如果企業(yè)用測量電線電纜導(dǎo)體的電阻來對原材料進行驗收，這顯然是不合理不正確的；因為導(dǎo)體的電阻合格了，只能表明這種導(dǎo)體可以使用，但并不能表明該導(dǎo)體的電阻率就一定能符合標準規(guī)定的要求；換句話說，其電阻率有可能是不合格的，象本文開頭描述的情況一樣；企業(yè)如果這樣操作，可能會帶來較大的經(jīng)濟損失。同樣，如果用考核電阻率來驗收成品電線電纜，好象過于“苛刻”了。

所以，無論是檢測單位還是企業(yè)都要選擇正確的方法，對成品電纜或原材料進行檢測把關(guān)，使企業(yè)能夠生產(chǎn)出合格的電線電纜產(chǎn)品。

參考書目：

1、GB/T3956-2007《電纜的導(dǎo)體》吳增權(quán)、朱翠珍起草，中國標準出版社2003年出版；

2、GB/T3048.2-2007《電線電纜電性能試驗方法金屬導(dǎo)體材料電阻率試驗》萬樹德等起草，中國標準出版社2007年出版；

3、GB3952-2008《電工用銅線坯》 吳增權(quán)、朱翠珍起草，中國標準出版社2008年出版

篇2

一、提出研究課題

布置實驗預(yù)習時，提出以下研究課題：

1.回憶測定金屬電阻率的原理是什么?需要測定哪些物理量，需要哪些器材，需要注意哪些問題。

2.現(xiàn)在要測定自來水的電阻率，能否借鑒測定金屬電阻率的方法?如果能，考慮可采用哪些方法，需要哪些器材;如果不能，則困難在哪里，能否想辦法解決。

3.考慮本實驗過程中可能會發(fā)生哪些故障，應(yīng)注意哪些問題，各實驗器材、儀表的使用方法是否熟練掌握。

二、討論實驗方案

提出研究課題后，學(xué)生相互探討，提出測自來水電阻率的主要困難在于它不像金屬絲一樣有固定形狀，繼而討論解決的辦法。學(xué)生一致認為用直玻璃管盛入自來水，使之成為水柱，即可解決問題。經(jīng)進一步的討論，學(xué)生提出多種實驗方案，經(jīng)教師適當?shù)丶右砸龑?dǎo)和歸納，得到較典型的兩種實驗方案。

方案一：伏安法

把自來水盛在長直玻璃管中，兩端用橡皮塞堵住，并插入硬電極，將其接入電路，用伏安法測出水柱兩端的電壓U和通過的電流I，則據(jù)歐姆定律R=U/I可求出水柱電阻。用米尺測出水柱的實際長度l，用游標卡尺測出玻璃管的內(nèi)徑r，通過S=πr2算出S的大小，由公式R=ρl/S即可求出ρ值的大小。電路如圖1所示，由于自來水電阻值很大，故電路采用內(nèi)接法。

方案二：萬用電表直接測量法

玻璃管中水柱的電阻也可用萬用電表歐姆擋直接測出，其他步驟和方案一相同，電路如圖2所示。

三、探索實驗方法

由學(xué)生自由地選擇方案，確定實驗器材，分組實驗。學(xué)生大致按以下實驗步驟進行操作：

①用游標卡尺測出玻璃管的內(nèi)徑r;

②將玻璃管盛水，兩端用橡皮塞堵住，用米尺測出水柱的實際長度l;

③在橡皮塞上插入硬電極，按事先設(shè)計的方案連接好電路，測出水柱的電阻R或一組U、I的值;

④改變水柱的實際長度，重做上述實驗三次。

以上各步中所測得的數(shù)據(jù)均應(yīng)填入事先設(shè)計的表格中，算出每組所測出的電阻率，取平均值。

學(xué)生在實驗過程中出現(xiàn)了以下一些問題：

①選擇方案一的實驗組中絕大部分選擇安培表作為電路中電流表使用，結(jié)果指針幾乎不動，經(jīng)研究討論后，才陸續(xù)將安培表換作毫安表，實驗結(jié)果較好。

②算出結(jié)果后，各實驗小組相互比較所測得的電阻率的數(shù)值，發(fā)現(xiàn)差別較大，其中最大的為84.36Ω·m，最小的為68.23Ω·m。教師提問：為什么會有如此大的差別?能否找出原因?學(xué)生仔細觀察分析后，整理下列四種可能原因：一是偶然誤差;二是各組所用儀表不準或不一致;三是各組所用自來水本身有差別;四是各組所采用的電極形狀大小與水柱接觸面不同，電極插入水中的深度不同。進一步分析得出，最后一種原因可能是主要原因。教師建議：換用不同形狀、大小的電極再做實驗，并討論采用怎樣的電極最為合理。

③幾乎沒有人注意到溫度對電阻率的影響而主動提出對自來水溫度的測定，教師建議：請同學(xué)們換用熱水重做幾組實驗，看測量結(jié)果和冷水是否相同。這說明大家的實驗步驟中忽略了什么?

四、撰寫實驗報告

實驗結(jié)束后，教師指導(dǎo)學(xué)生撰寫實驗報告，實驗報告包括以下幾點：

①所設(shè)計實驗的原理、實驗條件;

②實驗所用的器材及簡單電路圖;

③所設(shè)計實驗的詳細操作步驟;

④列出實驗數(shù)據(jù)記錄表格，算出實驗結(jié)果，得出實驗結(jié)論。

五、布置課外實驗

①若用金屬管或橡膠管進行裝水實驗，對實驗結(jié)果是否有影響?

②若在自來水中分別加入食鹽、酒精或洗衣粉，其電阻率有變化嗎?

篇3

關(guān)鍵詞: 高密度電阻率法 裝置 比較

一、高密度電法簡介

高密度電阻率法是在常規(guī)電法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型物探方法，其工作原理與常規(guī)電法一致，以巖土介質(zhì)的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究人工建立的地下穩(wěn)定電流場的分布規(guī)律從而來解決地下地質(zhì)問題。高密度電阻率法實際上是一種陣列勘探方法，野外測量時只需將全部電極(幾十至上百根)置于測點上，然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機工程電測儀便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動采集。當測量結(jié)果送入微機后,還可對數(shù)據(jù)進行處理并給出關(guān)于地電斷面分布的各種物理解釋的結(jié)果。顯然，高密度電阻率勘探技術(shù)的運用與發(fā)展,使電法勘探的智能化程度大大向前邁進了一步。

二、高密度電阻率法采用的裝置

高密度電阻率法裝置從是否帶有無窮遠極來看可分為兩大類：（1）不帶有無窮遠極的裝置，主要有溫納裝置，斯隆貝爾裝置，偶極-偶極裝置，微分裝置，溫納-斯隆貝爾裝置;(2)帶有無窮遠極的裝置，主要有聯(lián)剖裝置，三極裝置（包括單邊三極連續(xù)滾動式測深裝置，三極連續(xù)滾動式測深裝置、雙邊三極斜測深），二極裝置（包括普通二極法，平行四邊形二極法，環(huán)形二極法）。

三、高密度電阻率法裝置比較

本文對所建模型（簡單三層模型、低阻直立二度體模型、高阻直立二度體模型、低阻橫向二度體模型、高阻橫向二度體模型五種模型）進行正演,再利用高密度電阻率數(shù)據(jù)2維反演軟件RES2DINV對電阻率數(shù)據(jù)進行反演得出其相應(yīng)的反演電阻率剖面圖并進行適當?shù)姆治鼋忉?。由于篇幅限制，沒有給出正演圖和其它四種模型的反演圖。

（一）簡單三層模型的反演成圖

圖1：簡單三層模型（mod-1）的模型圖

在圖1中可以看到，表層是大約2.2m的黑土覆蓋層，其電阻率大約為190Ω?m，在它下面是厚度約為8米的灰?guī)r層，電阻率約為300Ω?m，第三層是基巖層，假設(shè)它是花崗巖，那么它的電阻率大約就是10000Ω?m。這就是模型的大概情況。

（二）溫納陣列的反演成圖

圖2：mod-1溫納陣列的反演圖

從圖2中可以看到，在60個電極，一米電極距的條件下，這個陣列的勘測深度大約為7.7m，完全不能探測到基巖層，而對于一，二層的劃分則比較好。

（三）偶極--偶極陣列的反演成圖

圖3：mod-1模型偶極--偶極陣列反演圖

圖3就是偶極--偶極陣列的反演圖，從圖中可以看到，同樣是60個電極，1m電極距，此陣列的勘測深度就比溫納陣列的測量深度要淺（大約只有4.0m，（同樣沒有探測到第三層），但是在劃分地層上與溫納陣列相近。

（四）溫納--斯隆貝爾陣列的反演圖

圖4：mod-1模型溫納-斯隆貝爾陣列反演圖

圖4中看到這個陣列在地層的劃分上有非常好的分辨率，且較前面兩種方法都要好。但在相同電極數(shù)和電極距的情況下，其勘探深度只有大概3米的范圍。

（五）單極--單極陣列的反演圖

圖5：mod-1模型單極--單極陣列反演圖

圖5中可以看到單極--單極陣列較前面的三種陣列，它具有更廣泛的探測距離（大約探測到13m的深度）。然而它的分辨率卻是最低的，在地層的劃分上，該陣列的影像模糊且變形較大。

四、小結(jié)

1.若是用來為地下介質(zhì)劃分層次的話，上述四種陣列方法都可用，并且以偶極--偶極陣列方法和溫--斯陣列方法為上。

2.面對橫向上電性差異較大的地質(zhì)情況時（如高阻、低阻直立二度體模型時），四種陣列方法里對地下介質(zhì)狀況刻畫效果最好的是偶極--偶極陣列方法，其次是溫納、溫--斯陣列方法，單極--單極陣列方法最差；面對縱向上電性差異較大的地質(zhì)情況時（如高阻、低阻橫向二度體模型時），四種陣列方法里對地下介質(zhì)狀況刻畫效果最好的是偶極--偶極陣列方法，其次是溫納、溫--斯陣列方法，單極--單極陣列方法最差。

3.需要注意的是，雖然在面對地下高阻異常時單極--單極陣列方法也有不錯的勘探效果，但這是在一定條件下（圍巖電阻率為300Ω?m，異常體電阻率為50000Ω?m）的特定效果，當圍巖電阻率不變，異常體電阻率變?yōu)?90Ω?m時，單極--單極陣列方法的勘探效果就變得很差。即只有當電阻率差異達到一定水平后，單極--單極陣列方法的勘探效果才能有所體現(xiàn)。

4.當調(diào)查地區(qū)地質(zhì)條件較好，工作要求有較高水平分辨率和較豐富的數(shù)據(jù)時，建議使用偶極--偶極陣列。當電極設(shè)備有限，測量極距較小，需要較深的數(shù)據(jù)覆蓋時，建議使用單極--單極陣列。當調(diào)查地區(qū)地質(zhì)條件未知，或同時要求較高的水平和垂直分辨率，建議用溫納--斯隆貝爾裝置的水平數(shù)據(jù)重疊測量（變斷面連續(xù)滾動掃描測量）。

5.溫納裝置在垂向變化率上具有較高的分辨率（水平構(gòu)造），而溫納--斯隆貝爾陣列在橫向和縱向結(jié)構(gòu)都有較好的分辨率。偶極-偶極裝置對電阻率的水平、垂向變化較敏感，單極―單極裝置的分辨率是最低的。

6.在同類裝置中，溫納裝置具有最高的信號強度，但是溫納陣列探測深度較淺。而溫納--斯隆貝爾陣列測深分辨率較高，到深部電壓信號比較大，抗干擾能力強。單極--單極裝置具有廣泛的橫向數(shù)據(jù)采集范圍和最深距離的測量。

[參考文獻]

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[2]羅延鐘，王傳雷，董浩斌――《高密度電阻率法的電極裝置選擇》――《地質(zhì)與勘探》,2005年10月

[3]志飛，劉鴻福，葉章，楊建軍――《高密度電法不同裝置的勘探效果對比》――《物探裝備》――2009年2月

[4]郭君科，田紹義,呂紹龍――《高密度電阻率法技術(shù)與應(yīng)用》――《黑龍江水利科技》――2005年第1期

[5]劉國興――《電法勘探原理與方法》――地質(zhì)出版社――2005.1.63--69

[6]馬志飛,劉鴻福,葉章,楊建軍――《高密度電法不同跑極方式的對比及效果分析》――太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院――山西太原030024

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實驗通過AIXTRON公司的TS300型MOCVD設(shè)備，在c面(0001)藍寶石襯底上生長GaN樣品。三甲基鎵(TMGa)與NH3作為反應(yīng)源，高純H2作為載氣。正式生長前，在1010℃、H2氣氛下對藍寶石晶片進行表面清理。生長過程中，首先在560℃下生長20nm的低溫形核層，隨后對其進行退火處理。之后升溫至1070℃(GaN生長溫度)，在其上生長2μm厚的GaN層，生長溫度與生長壓力在生長過程中保持恒定。本實驗通過改變形核層退火壓力獲得3組樣品，樣品A、B、C對應(yīng)的退火壓力分別為10000，21330，54200Pa。利用帶有HL5580緩沖放大器的Ac-centHL5500霍爾儀測量GaN的表面電阻率(測量范圍為0～1011Ω/)。利用Bruker公司的D8Discover型HR-XRD對樣品進行對稱面(0002)與非對稱面(1012)搖擺曲線ω掃描，以此來表征GaN薄膜鑲嵌結(jié)構(gòu)的傾轉(zhuǎn)(Tilt)與扭轉(zhuǎn)(Twist)值。利用SPA-300HV原子力顯微鏡(AFM)表征GaN薄膜的表面形貌。利用TEM在160kV電壓條件下獲得樣品的透射電鏡俯視圖與橫截面圖，研究樣品的微觀結(jié)構(gòu)。TEM試樣制備首先通過常規(guī)的機械拋光，其后借助Gatan691型精密離子減薄儀進行Ar離子減薄。透射電鏡的型號為JEM2010。

2結(jié)果與討論

圖1為不同成核層退火壓力對GaN外延層方塊電阻的影響。樣品A的方塊電阻大于1．0×1011Ω/，超過了霍爾儀可測量的最大值。樣品B和樣品C的方塊電阻分別為2．0×107Ω/和8．5×104Ω/。從圖1中可以看到，當退火壓力從54200Pa降低到10000Pa時，GaN的方塊電阻隨著退火壓力的降低而明顯升高，其改變量高達7個數(shù)量級。這表明可以通過降低成核層退火壓力的方法成功獲得HR-GaN外延薄膜。同時，我們利用AFM對HR-GaN樣品進行測量來觀察該外延薄膜的表面情況，其平均表面粗糙度只有0．15nm，說明獲得的高阻樣品具有非常平整的表面。表1為3個樣品的生長條件與霍爾測量值和XRD測量值之間的關(guān)系，其中包括成核層的退火壓力、搖擺曲線的半峰寬(FWHM)、位錯密度和方塊電阻。根據(jù)Srikant等［19］提出的方法，我們計算得出3個樣品的位錯密度。(0002)的搖擺曲線FWHM值反應(yīng)了螺型穿透位錯和混合型位錯中的位錯密度，而(1012)的搖擺曲線FWHM值反應(yīng)了刃型穿透位錯和混合型位錯中的位錯密度［19-22］。

3結(jié)論

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關(guān)鍵詞：粉末電阻率 粉末粒度 施加壓力 電流強度

一、概要

粉末電阻率，或稱粉末電阻系數(shù)，也稱為比電阻。原料粉末電阻的大小，它是影響制品（或炭石墨材料）的電氣性能的重要因素之一。測量粉末的電阻系數(shù)，可以研究炭素原料的煅燒質(zhì)量、表面性質(zhì)、雜質(zhì)含量及粉末的微觀性質(zhì)。

生產(chǎn)陽極主要有兩種原料，一種是石油焦，一種是瀝青。

一般石油焦的用量要占到整個陽極原材料的55%-65%左右（15%-30%的是回收殘極和15%的改質(zhì)瀝青），是炭陽極的骨架，導(dǎo)電的主要部分，對陽極的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。如果石油焦的電阻率高，那么，整個陽極的電阻率很難達到生產(chǎn)要求，不能保證產(chǎn)品質(zhì)量。因此，各個炭素廠都會對煅后焦的電阻率有嚴格的規(guī)定。為了保證質(zhì)量的穩(wěn)定，要求電阻率在一定的范圍內(nèi)，過高、過低生產(chǎn)過程中都會作相應(yīng)的調(diào)整，過高不符合質(zhì)量要求，過低增加成本，對爐子的壽命也會有影響。

瀝青在生產(chǎn)陽極的過程中主要是起粘結(jié)劑的作用。瀝青焦化主要在焙燒工序，石油焦的變化主要在煅燒工序。確保陽極質(zhì)量的穩(wěn)定和成品率，要求石油焦煅燒溫度變化必須高于陽極炭塊焙燒溫度。在煅燒階段除去所有的可揮發(fā)物質(zhì)，讓石油焦充分收縮，使結(jié)構(gòu)更加致密，不會在焙燒階段進行二次揮發(fā)和收縮，在原材料相同的情況下，電阻率可以作為判定煅燒效果的指標之一。

二、實驗部分

1.粉末電阻率的測定原理

煅后焦粉末電阻率的測定是用來衡量石油焦煅燒程度的一項指標。

煅后石油焦是由各種石油焦顆粒組成，不但顆粒的大小不同，而且顆粒間的密度也不同。因此，同樣溫度煅燒出來，它們之間的電阻率也會完全相同。直接測定石油焦的電阻率相對復(fù)雜。為了更好地測定整批煅后焦的電阻率水平，炭素系統(tǒng)引入了粉末電阻率這個概念。

石油焦的微晶結(jié)構(gòu)隨著溫度的升高逐漸趨于整齊，材料的電阻率是隨著溫度的升高而下降的。因此，可以用電阻率測定石油焦在回轉(zhuǎn)窯中的煅燒程度。煅燒后石油焦的電阻率決定著陽極炭塊的電阻率，只有低電阻率的煅后焦指標才能生產(chǎn)出低電阻率的陽極炭塊。

測定粉末電阻率是將煅后焦試樣制備成一定的粒級，置入一個圓柱形的試樣筒中，該筒上下部有兩個電極片，在試樣兩端施加一定的壓力，確保試樣與電極片接觸良好，并通上直流電流，測出顆粒柱的電壓降和顆粒的高度，計算整個試樣筒中的平均電阻率值。

2.粉末電阻率的測定方法

2.1 試樣

稱取4.5g試樣。

2.2 測定次數(shù)

獨立地進行五次測定，取其平均值。

2.3 測定

在試樣筒中加入試樣。將帶活塞的試樣筒置于試樣機內(nèi)，然后施加百分表讀數(shù)3.52mm所對應(yīng)的壓力。裝好長度測量裝置，測量樣品長度h。連好電線并接通電源，調(diào)整穩(wěn)壓電源電流，使通過試料的電流為2A，然后測定試樣電壓降。測定五次以上，每次使用新的粉末試樣進行測試。

三、結(jié)果與討論

1.煅后石油焦粒度的影響

2.壓力大小的影響

3.電流大小的影響

固定煅后石油焦粒度（0.38mm-0.25mm）、壓力百分表讀數(shù)3.52mm，采用電流2A、3A、4A、5A的煅后石油焦各4.5g，分別測定粉末電阻率。實驗結(jié)果見表 4、圖3。

結(jié)果表明，煅后石油焦粒度、施加壓力不變的前提下，通過電流越大，粉末電阻率越大，并成正比關(guān)系。標準選用電流為2A。

四、結(jié)論

影響煅后石油焦粉末電阻率的因素主要有粒度、施加的壓力、通過的電流，因此，必須按照嚴格的國標要求操作。粉末電阻率的最佳試驗條件：粒級在0.38mm-0.25mm之間，百分表讀數(shù)3.52mm所對應(yīng)的壓力，電流在2A。否則，實驗結(jié)果沒有可比性。

參考文獻

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篇6

【關(guān)鍵詞】隨鉆電阻率；存儲單元；數(shù)據(jù)管理；測井

1.前言

隨鉆測井領(lǐng)域，隨鉆電磁波電阻率測井儀是隨鉆測井儀器中的重要裝置，其采用電磁波工作方式，適用于各種導(dǎo)電和不導(dǎo)電類型的鉆井液，能夠測量地層隨著深度變化的視電阻率曲線。然而在現(xiàn)場作業(yè)中，限于泥漿傳輸速率的制約，只有少數(shù)重要的數(shù)據(jù)能實時傳至地面系統(tǒng)[1]，用于現(xiàn)場分析并指導(dǎo)鉆井的鉆進工作，大量的數(shù)據(jù)需要存儲在儀器的存儲單元中，待儀器從井底提出后，再讀出存儲單元中的數(shù)據(jù)并加以解釋應(yīng)用。所以對于隨鉆電阻率測井儀來說，數(shù)據(jù)的存儲是其重要的功能，而存儲單元的設(shè)計也就成為研究的重點之一。

2.隨鉆電阻率測井儀的存儲單元設(shè)計

在隨鉆電阻率測井儀電路系統(tǒng)的設(shè)計中，主控電路是其控制通訊核心部分，負責該儀器對外的通訊，以及對該儀器內(nèi)部邏輯的控制以及測量數(shù)據(jù)的存儲。

整個主控系統(tǒng)的電路設(shè)計（如圖1）分為實時時鐘電路設(shè)計，溫度采集電路設(shè)計，DSP單元設(shè)計，存儲單元電路設(shè)計，隨鉆總線通信單元設(shè)計，隨鉆總線接口電路設(shè)計，電源單元設(shè)計七個部分，存儲單元電路設(shè)計是主控單元電路設(shè)計的重點。

存儲器模塊主要包括三種類型的存儲器芯片，SRAM，EEPROM和大容量FLASH。DSP與SRAM、EEPROM、FLASH以及FPGA之間，通過直接尋址式外擴并行總線進行通信，外擴并行總線主要包括16位寬數(shù)據(jù)線XD0-XD15，19位寬地址線XA0-XA19，以及寫使能引腳XWE，讀使能引腳XRD，片選引腳CS0，CS2，CS6引出。

而在本系統(tǒng)中，具有三個存儲器外設(shè)以及一個FPGA芯片，因而需要使用額外的片選控制引腳，在本設(shè)計中使用通用IO口來實現(xiàn)。圖2為存儲器接口電路設(shè)計圖。

各類型存儲器的容量大小選擇由系統(tǒng)需求決定。

RAM芯片在主控板中的作用是作為程序運行緩存、通信收發(fā)緩存及軟件程序更新緩存的作用。該芯片采用直接并行總線尋址的方式進行存取，設(shè)計中使用DSP的Zone6空間對該芯片進行地址映射，DSP的CS6引腳連接SRAM芯片的片選引腳，DSP的讀寫使能引腳WR、RD分別與SRAM的讀寫使能引腳連接。

EEPROM在主控電路中，用于存儲校正刻度參數(shù)，存儲儀器運行參數(shù)，以及大容量存儲器管理映射表。由于EEPROM讀寫壽命有限，為保證數(shù)據(jù)的有效性，在容量選擇上留有冗余，用于某些單元損壞時，重新分配存儲地址。

在主控板的大容量存儲芯片選擇中，選用NAND FLASH存儲芯片。芯片的容量由系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集需求決定，按照指標要求，系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲容量應(yīng)大于32MByte，考慮到FLASH存儲芯片的易失效性，和數(shù)據(jù)存儲的高可靠性，進行冗余設(shè)計。

NANDFLASH存儲芯片，由于其存儲器結(jié)構(gòu)特點，采用非直接位尋址的結(jié)構(gòu)，因而，在與DSP的接口設(shè)計中，F(xiàn)LASH的8位線寬數(shù)據(jù)輸入輸出IO口與DSP的數(shù)據(jù)總線的低8位進行連接，利用總線操作命令，對FLASH進行數(shù)據(jù)讀寫。同時，使用DSP的通用IO口連接FLASH片選引腳CE、寫入保護引腳WP、地址鎖存引腳ALE，和命令鎖存引腳CLE。

3.存儲單元的管理

對于隨鉆測井，測井數(shù)據(jù)存儲是其重要功能，可靠性要求高，同時需便于管理，要求讀取速度高[2]。存儲器管理的目的是為系統(tǒng)提供一個結(jié)構(gòu)化的存儲器系統(tǒng)，能夠便于測井程序的設(shè)計，便于測井數(shù)據(jù)存儲，存儲器有效性的驗證，以及數(shù)據(jù)的上傳加載等。

存儲器管理設(shè)計從功能上可以分為參數(shù)表存儲器管理，測井數(shù)據(jù)存儲管理兩大部分。參數(shù)表包括系統(tǒng)參數(shù)表，如刻度表、設(shè)備參數(shù)表，設(shè)備狀態(tài)服務(wù)表等。測井數(shù)據(jù)存儲管理包括存儲器映射表，F(xiàn)LASH存儲區(qū)，以及SRAM緩存區(qū)。

在隨鉆電阻率測井儀中，大多數(shù)需要存儲的數(shù)據(jù)類型和大小是固定的，所有的數(shù)據(jù)長度是可預(yù)知的，因而在本設(shè)計中，采用的是靜態(tài)分配方法。

對于EEPROM內(nèi)的存儲數(shù)據(jù)，按照固定不等長分區(qū)的方法進行劃分。SRAM存儲器內(nèi)按照固定不等長劃分。FLASH存儲器內(nèi)按照固定等長劃分。

圖3為本研究中設(shè)計的主控板存儲器存儲器分配結(jié)果。

4.測井數(shù)據(jù)存儲程序設(shè)計

主控板在接收完一次測井周期所產(chǎn)生的測井數(shù)據(jù)后，直接將數(shù)據(jù)存儲于FLASH中。本設(shè)計中選用的FLASH芯片支持任意地址的續(xù)存，在一次擦除后，允許多次向非重復(fù)的地址寫入數(shù)據(jù)。因而，從硬件上支持這樣操作。

測井數(shù)據(jù)程序按照上文介紹的存儲器結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。測井數(shù)據(jù)包括存儲器格式化和測井數(shù)據(jù)寫入兩個步驟。

存儲器格式化主要包括EEPROM內(nèi)索引表，存儲器映射表的初始化和FLASH存儲器的片內(nèi)存儲器有效性驗證及內(nèi)存擦除。內(nèi)存索引表的初始化按照EEPROM內(nèi)索引表定義依次進行初始化，存儲器映射表的初始化實際上就是對FLASH存儲器內(nèi)存儲單元進行驗證的過程。

測井數(shù)據(jù)寫入程序主要在隨鉆總線通信中進行調(diào)用，在主控板接收到測控板發(fā)送的一次測井數(shù)據(jù)包后，對測井數(shù)據(jù)包進行二次封裝并存儲。

二次封裝過程在測井數(shù)據(jù)存儲程序中完成。封裝過程包括在幀頭加上實時時鐘數(shù)據(jù)和儀器溫度數(shù)據(jù)，在幀尾添加總和校驗數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)下載后對測井數(shù)據(jù)有效性的驗證。

測井數(shù)據(jù)存儲程序的運行流程如圖4所示。

在隨鉆電阻率測井儀中，存儲器的可靠性和數(shù)據(jù)的有效性，是設(shè)計的關(guān)鍵，在存儲器軟硬件設(shè)計上，要進行充分的考慮。

5.存儲器可靠性分析

影響存儲器可靠性的因素主要有硬件的可靠性和軟件的可靠性兩個因素。存儲器管理在硬件設(shè)計中，綜合考慮了SRAM、EEPROM、NAND FLASH三種存儲器的特性。影響數(shù)據(jù)存取可靠性的因素主要有突發(fā)的斷電，隨機干擾，以及存儲器損壞。對于EEPROM，在本設(shè)計中，采用了加密寫入的方法，保證其內(nèi)部數(shù)據(jù)不受上電復(fù)位等的影響，同時，在程序設(shè)計中，盡量避免對其頻繁的操作，具體的，對存儲器映射表采用無效置位，有效不操作的方式進行存儲器映射表的更新。設(shè)計中，采用了讀寫壽命較長的SRAM作為緩存，保證了在頻繁數(shù)據(jù)緩存的過程中，存儲器不易受損壞。

存儲器管理中進行了冗余設(shè)計，SRAM和EEPROM的容量大于程序中使用容量的四至五倍，在某些字節(jié)損壞的情況下，可以將存儲字段整體搬移，以增強存儲器使用壽命。

本存儲器設(shè)計中引入了壞塊管理機制，包括壞處映射，動態(tài)壞塊檢測和失效檢測。在測井數(shù)據(jù)存儲程序中，采用多重寫入有效驗證，對于每一幀數(shù)據(jù)的寫入，嚴格保證其寫入的有效性，當發(fā)生寫入無效時，利用SRAM緩存區(qū)，對當前區(qū)段的歷史數(shù)據(jù)進行整體搬移到有效區(qū)段，以保證在新數(shù)據(jù)的寫入中，歷史數(shù)據(jù)不受到破壞，同時新寫入的數(shù)據(jù)有效存儲。

6.小結(jié)

本文重點介紹了一種自主設(shè)計的混合式大容量存儲器管理結(jié)構(gòu)和相關(guān)程序設(shè)計，同時結(jié)合了SRAM、EEPROM、FLASH三種存儲器的優(yōu)點，以動態(tài)與靜態(tài)結(jié)合的方式分配存儲器空間。所設(shè)計的存儲器管理結(jié)構(gòu)分為參數(shù)表管理和大容量測井數(shù)據(jù)存儲管理兩個類型。參數(shù)表管理以索引表和參數(shù)表格構(gòu)成文件系統(tǒng)，可在儀器運行時動態(tài)加載和更新。測井數(shù)據(jù)管理以存儲器映射表、測井數(shù)據(jù)收發(fā)緩存和FLASH存儲器固定塊分區(qū)為核心構(gòu)成，有效的保證數(shù)據(jù)存儲的有效性。采用該結(jié)構(gòu)，極大的方便了測井管理程序設(shè)計，上位機可方便的查看存儲器信息，包括存儲器有效空間總量，存儲器壞道情況，測井數(shù)據(jù)存儲情況等。

本設(shè)計應(yīng)用在中海油服隨鉆電磁波電阻率測井儀的研制中，通過試驗得到了良好的效果，可為相關(guān)設(shè)備的設(shè)計及研發(fā)提供支持。

參考文獻

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篇7

（安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，安徽 淮南 232001）

【摘　要】針對傳統(tǒng)的電阻率探管存在體積較大、笨重、不便于攜帶等問題導(dǎo)致在很多特殊地形無法測量，限制儀器的使用范圍。本文提出了一種微型一體化電阻率探管的設(shè)計方案，適用于復(fù)雜環(huán)境下礦井工礦的測量。

關(guān)鍵詞 微型；一體化；電阻率

0　引言

測井儀是在煤礦勘探和開發(fā)過程中進行測量、記錄、分析井下巖層與地質(zhì)或流體的物理特性，并對井下油氣煤進行評價與檢測的一種技術(shù)裝置[1-2]。測井儀主要針對井下各種情況的參數(shù)進行探測。本文設(shè)計的井下電阻率探管，即對井下的礦井介質(zhì)實現(xiàn)采集，傳輸，存儲等功能。

傳統(tǒng)的電阻率探管，由于體積較大、笨重、不便于攜帶等一些問題，導(dǎo)致在很多特殊地形無法測量，而且功能單一，僅采取數(shù)據(jù)，無法立即對數(shù)據(jù)進行分析，能耗高。本文提出了一種小型一體化電阻率探管，以STM32F103單片機為核心，內(nèi)置32k到128k的閃存，速度快，性能強，外設(shè)多，實現(xiàn)了高性能、低成本、低功耗的目標。同時采用集成電路，整體電路符合本安電路設(shè)計要求，讓系統(tǒng)更加小型化[3-4]。在數(shù)據(jù)傳輸方面采用了CAN總線數(shù)據(jù)傳輸方式，使得數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定，高效，快速。很好的減輕了工作負擔，縮短了工作時間，同時降低了工作成本。

1　系統(tǒng)總體設(shè)計

該系統(tǒng)總體設(shè)計主要為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。軟件系統(tǒng)由初始化模塊、在線模式、離線模式、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。該電阻率探管的主要功能就是測量鉆孔中巖石，礦石的電阻率。在測量電阻率時，要給巖層供入電流，并測量巖層在不同位置上因供入電流而產(chǎn)生的電位差，從而計算出視電阻率。同時通過CAN數(shù)據(jù)采集卡，與PC機相連。測量得到的數(shù)據(jù)，可以經(jīng)過運算處理得到最終的測量結(jié)果，同時可以對結(jié)果進行存儲與傳輸?shù)忍幚怼?/p>

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計

電阻率探管整體由單片機控制模塊、發(fā)射模塊、接收模塊、存儲模塊、通訊模塊、電源模塊構(gòu)成。單片機控制模塊用于對用戶命令的響應(yīng)并對采集到的多組數(shù)據(jù)進行算法上的處理，進行處理篩選符合條件的數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的測量精度，同時對其他模塊進行控制。發(fā)射模塊實現(xiàn)了對測量信號的發(fā)射處理。接收模塊用于對發(fā)射后的測量信號進行接收并通訊于存儲模塊。存儲模塊對控制模塊處理篩選后的信號進行存儲。通訊模塊可以與含有CAN模塊的設(shè)備或具有數(shù)據(jù)采集卡的PC通訊。電源模塊向整個系統(tǒng)進行供電保證系統(tǒng)的正常運行。整體硬件電路參考了本安防爆規(guī)范：GB3836.4-2000?？紤]到本安防爆對設(shè)備耗電流的規(guī)定，所以盡量選取了低功耗的芯片，使電阻率探管整體耗電量降低到10mA。

2.1　單片機控制模塊

核心芯片采用了100針引腳基于cortex-M3處理內(nèi)核的新一代ARM芯片STM32F103。該芯片自帶了CAN通訊模塊，只需外接CAN收發(fā)器即可實現(xiàn)CAN總線通訊，簡化了電路設(shè)計，縮小了電路板體積，具有優(yōu)異的實時性能與杰出的功耗控制，最大限度的控制了該測井儀的能耗。在最大程度的集成整合的基礎(chǔ)上縮小了產(chǎn)品的體積，從而使得儀器輕便易攜帶。其豐富的IO口及各種外設(shè)資源更多是能夠滿足各種嵌入式控制領(lǐng)域的需求。考慮到性價比我們選用這款芯片。

2.2　發(fā)射模塊

在常規(guī)直流電法勘探中，僅存在2個回路，其中一個為供電回路（稱為AB回路），另一個為測量回路（稱為MN回路）。ABMN在空間上組成某一種測量裝置。測量電阻率只需精確測量MN兩端的電壓與AB回路中的電流，并將所測參數(shù)進行轉(zhuǎn)換即可。

2.3　接收模塊

采集部分主要分為采集前置電路與AD采樣部分。由于地電信號非常的微弱，故而必須將其放大同時對噪聲進行處理濾波，減少干擾，因此需要采集前置電路部分，它主要由四個部分組成，分別是：低通濾波部分、儀表放大器部分，差分放大部分和跟隨器部分。為了避免周邊環(huán)境例如雷電等產(chǎn)生的高頻干擾，需要在最前端添加低通濾波電路。之后為了降低信號的共模干擾同時對信號進行增益放大接入由兩個運放TLV2402組成的儀表放大器電路。再此后將雙端輸入信號通過一個差分放大電路，更好的抑制共模比，進一步增益信號，同時轉(zhuǎn)換成單端信號給跟隨器，通過跟隨器提升輸入阻抗。

2.4　存儲模塊

用SD卡進行存儲,考慮到成本沒有采用文件管理芯片,而是采用了軟件的方式通過STM32F103直接操控SD卡的讀寫,同時通過移植FATFS文件管理系統(tǒng)實現(xiàn)對SD卡文件的管理。

2.5　通訊模塊

由于采集節(jié)點在礦井下，故向下通訊必須考慮到礦井下通訊的特殊性：距離遠、干擾大、充滿易爆氣體、潮濕等。綜合以上因素，選擇了CAN總線來實現(xiàn)向下通信。CAN總線具有傳輸距離遠抗干擾能力強的特點，滿足礦井內(nèi)使用的要求。同時核心芯片STM32F103自帶的CAN模塊，僅需要在外面集成一個收發(fā)器即可完成。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計

在硬件電路的基礎(chǔ)上，需要對芯片STM32F103進行軟件程序的編寫，使得電阻率探管按照指定的方式工作，完成對數(shù)據(jù)的采集、初步處理以及對數(shù)據(jù)的傳輸?shù)裙δ?。軟件系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊。并可分為在線模式與離線模式。

具體主程序流程圖如圖2所示，程序首先進行初始化，設(shè)置芯片STM32F103內(nèi)部各個工作寄存器的內(nèi)容，以及其他電路的初始狀態(tài)。其中初始化主要包括單片機、SPI、CAN總線、CH376、串口以及時鐘初始化。

電阻率探管通過向測試介質(zhì)中供入方波，測量方波的電流（AB）和電壓（MN），以獲得介質(zhì)的視電阻率和視極化率。電阻率探管離線或在線啟動探管后，進入發(fā)射、采樣和計算數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)傳輸。對AB回路發(fā)射雙極性電流脈沖要求：脈沖類型固定：雙極性脈沖。脈沖寬度固定：占空比1:1，脈寬500ms，每次發(fā)射時長共2500ms。

4　結(jié)語

本文提出的電阻率探管，經(jīng)過實驗驗證，不僅適應(yīng)各種復(fù)雜地形，擴大了儀器的使用范圍；在結(jié)構(gòu)上進一步優(yōu)化，使得整體輕便，易于攜帶；降低了功耗，延長了工作時間；采用CAN總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，提高了傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與實時性。實驗證明本系統(tǒng)具有良好的性能，能夠很好的滿足礦下探測的需要。

參考文獻

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［3］孔測井系統(tǒng)[J].工礦自動化,2013,39(3):88-91.

篇8

【關(guān)鍵詞】高密度電阻率法；探測；視電阻率；等值線；斷層；地質(zhì)表現(xiàn)形式；電性特征

【Abstract】With the rapid development of modern technology， the field of geophysical methods in geological engineering are widely used， high density electrical method plays an increasingly important role in solving the corresponding engineering geological problems， the high-density electrical method is electrical sounding and electrical profiling two combination of methods， and on the device and can be arranged in a two-dimensional aspect to complete the exploration process， both to reveal the changes in the level of underground rock of a certain depth and can provide longitudinal changes in lithology. The method used in the field of earthquake geology， although there is a certain advantage， since the interpretation of the survey data， mainly based on changes in electrical characteristics based on geological body， so we must be investigated to detect object detection zone analysis， master concealed geological characteristics and electrical manifestations fault； while working to avoid a variety of factors in order to make more reasonable real detection results. In this paper， Wenner device as an example， the application of high-density electrical method in seismic and geologic exploration.

【Key words】High density resistivity method；Detection；Apparent resistivity；Contour； fault；Geological manifestations；Electrical characteristics

1. 高密度電法探測原理

（1）高密度電法的物理前提是地下介質(zhì)的導(dǎo)電性差異。它通過AB電極向地下供電流I，然后在MN極間測量電位差ΔV，從而求得該記錄點的視電阻率值ρs=KΔV/I，根據(jù)實測的視電阻率剖面進行計算、處理、分析，便可獲得地層中電阻率的分布情況，從而可以劃分地層、圈閉異常。對于固定斷面掃描測量，適用方法是α-排列（溫納裝置），示意圖如圖1。

（2）測試前先將電極打入地下，再布設(shè)測線，測量時，AM=MN=NB，為一個電極間距，A、B、M、N逐點同時向右移動，得到第一條剖面線，接著AM、MN、NB增大一個電極間距，A、B、M、N逐點同時向右移動，得到另一條剖面線，這樣不斷測量掃描下去，得到倒梯形斷面。

2. 成果解釋

由圖2可見，各測線的視電阻率等值線圖及其反演結(jié)果。其對應(yīng)斷面的電性變化具有明顯的規(guī)律性，垂向電性分層特征明顯，分層輪廓清晰，從上向下阻值增大，低阻區(qū)對應(yīng)土層，高阻區(qū)對應(yīng)基巖，基巖面清晰平緩，電性分布穩(wěn)定，可以初步判斷測線范圍內(nèi)有溶洞等地質(zhì)異常的可能性小。但能否表明在測線探測范圍內(nèi)無斷層通過？筆者認為還需要做進一步分析（高密度電法測線測量參數(shù)表見表1）。

3. 隱伏斷層的地質(zhì)表現(xiàn)形式與電性特征

（1）斷層的總體特征是二維板狀體，向下延伸很深，相對于圍巖介質(zhì)的電阻率，斷層可表現(xiàn)為低阻斷層或高阻斷層，這決定于斷層的性質(zhì)、破碎帶寬度、膠結(jié)程度、含水特征、巖脈侵入等特性及圍巖電阻率特性。一般來說，新活動斷層電阻率值較低，斷層越老，膠結(jié)程度越強電阻率值越高；斷層破碎帶越寬月破碎，電阻率相對較小；地下水和地表水越豐富電阻率越小；壓性斷層少水，則為高阻，張性斷層富水，則為低阻；有巖脈順斷層侵入，多為高阻。

（2）根據(jù)斷層的發(fā)育情況及其與兩側(cè)巖層的電性差異，斷層的電性特征主要有如下幾種表現(xiàn)：當斷層破碎帶寬，斷層電阻率與兩側(cè)巖層電阻率差異明顯時，斷層表現(xiàn)為高阻或低租板狀體。當斷層帶不發(fā)育或斷層電阻率與兩側(cè)巖層電阻率差異不明顯時，如果斷層兩側(cè)巖性不同，斷層將表現(xiàn)為巖性分界面；如果斷層兩側(cè)巖性相同且與斷層的電阻率差異不大時，高密度電阻率法探測將很難有明顯反映。

4. 影響因素

（1）探測場區(qū)的地形影響。

在數(shù)據(jù)的采集過程中，采集儀所測得的視電阻率值（電位值）不僅和地下構(gòu)造分布有關(guān)，還受地形變化的影響，一般來說，凸地形情況和平坦地形相比，測得的電阻率值偏大；凹地形情況下電阻率值偏小。而高密度電阻率法所測得的結(jié)果，是探測范圍內(nèi)地電介質(zhì)的分布情況和地下構(gòu)造以及地形起伏雙重影響下的視電阻率二維斷面圖。

（2）人工構(gòu)造物的影響。

鐵路、地下埋設(shè)金屬管線、高壓電線、鋼筋混凝土建筑物、金屬堆積物等人工構(gòu)造物對電法測量的精度影響較大，這些構(gòu)造物和周圍介質(zhì)相比表現(xiàn)為低阻特征，從而吸引電流集中流向這里，真實反映測量地層的實際視電阻率（電位值）變得困難。

5. 結(jié)論

由于高密度電阻率法的資料解釋主要依據(jù)就是所探測范圍內(nèi)地質(zhì)體的電性特征，在探測前，首先排除各種影響因素；認真分析研究整個工作區(qū)地質(zhì)地球物理特征，探查對象構(gòu)成物質(zhì)的顆粒電阻率、孔隙度、含水飽和度、孔隙水電阻率、溫度等。另外，地層巖體的生成年代不同，生成后是否經(jīng)歷構(gòu)造運動，熱水變質(zhì)作用，風化作用等因素也影響了電阻率值的大小。確認探查對象的電阻率和周圍介質(zhì)的差異。對可能存在的隱伏斷層的電性結(jié)構(gòu)表現(xiàn)形式有充分認識，同時收集地質(zhì)踏勘資料，鉆孔資料，測井資料，室內(nèi)巖土實驗資料等，結(jié)合多種手段探測結(jié)果進行綜合解釋，才能對隱伏斷層的有無及其性質(zhì)做出準確判定。

篇9

[關(guān)鍵詞]水平井 相鄰泥巖 串聯(lián)導(dǎo)電 有效介質(zhì)對稱導(dǎo)電理論 電阻率模型

中圖分類號：P631.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）02-0345-02

引言

水平井技術(shù)[1]是在1928年提出的，1940年已成為一個非常有前途的油氣田開發(fā)、提高采收率的重要技術(shù)，80年代，在美國、加拿大、法國和其他國家的工業(yè)領(lǐng)域里廣泛應(yīng)用，從而形成一個研究與應(yīng)用水平井技術(shù)的。一口水平井的成本為同樣井深直井的2.5-3.5倍，但其產(chǎn)油量可增加1.4-9.2倍。因此水平井技術(shù)得到石油工程界的普遍重視。為提高電阻率測井資料確定含油飽和度的精度，必須深入研究電阻率測井解釋模型。

1 水平井分散泥質(zhì)砂巖與相鄰泥巖之間導(dǎo)電方程的建立

所謂水平井，一般是指井斜角達到或接近90°，井身沿著水平方向鉆進一定長度的井。

在水平井條件下，混合泥質(zhì)砂巖巖樣導(dǎo)電機理如下，電流方向垂直于分散泥質(zhì)砂巖和相鄰泥巖，因此可以利用串聯(lián)導(dǎo)電理論，建立分散泥質(zhì)砂巖與相鄰泥巖之間的導(dǎo)電方程。

設(shè)相鄰泥巖的電導(dǎo)率為，分散泥質(zhì)砂巖的電導(dǎo)率為，相鄰泥巖的電阻率為，分散泥質(zhì)砂巖的電阻率為，巖樣中層狀泥質(zhì)的長度為，分散泥質(zhì)砂巖的長度根據(jù)串聯(lián)導(dǎo)電理論得： （1-1）

2 水平井泥質(zhì)有效介質(zhì)對稱電阻率模型

2.1 水平井分散泥質(zhì)砂巖有效介質(zhì)對稱電阻率模型的建立

首先利用有效介質(zhì)對稱導(dǎo)電理論，考慮泥質(zhì)附加導(dǎo)電、水導(dǎo)電對于巖石導(dǎo)電規(guī)律的影響，建立分散泥質(zhì)砂巖的有效介質(zhì)對稱電阻率模型。認為分散泥質(zhì)砂巖由導(dǎo)電的骨架顆粒、不導(dǎo)電的油氣、粘土顆粒、水4種成分組成，其體積物理模型見表2-1。

，

（2-2）為水平井泥質(zhì)砂巖有效介質(zhì)對稱電阻率模型。

2.2 水平井泥質(zhì)砂巖有效介質(zhì)對稱電阻率模型的影響因素分析

模型中各個因素的變化都會對模型導(dǎo)電規(guī)律產(chǎn)生一定的影響，這里主要討論不同的參數(shù)變化對泥質(zhì)砂巖有效介質(zhì)對稱電阻率模型導(dǎo)電規(guī)律的影響，即骨架電導(dǎo)率、粘土顆粒電阻率、粘土含量等的變化對模型的影響。

2.2.1 骨架的電導(dǎo)率變化對模型的影響

為了研究不同的砂巖顆粒電導(dǎo)率變化對模型的影響，假設(shè)=0.2（Ω?m），=0.25，=1.0，=1.0，=1.0，=3.0，=0.2，=0.5（Ω?m），=0.08，=3.0。圖中給出了的值分別取0.1，0.2，0.3，0.4（S/m）時的和交會圖，從圖3-2和圖3-3中可以看出，不同，I和關(guān)系曲線的曲率不同，I值隨的增大而減小，與關(guān)系曲線的曲率也不同，電阻率值隨的增大而減小。

2.2.2 粘土顆粒電阻率變化對模型的影響

為了研究不同的粘土顆粒電阻率的變化對模型的影響，同以上假設(shè)圖中給出了粘土顆粒電阻率的值分別取1.0，3.0，6.0，10.0時的和交會圖，從圖2-8和圖2-9中可以看出，不同，I和關(guān)系曲線的曲率不同但變化很小，I值隨著的增大而減小，與關(guān)系曲線的曲率不同，電阻率值隨的增大而增大。

2.2.3 粘土含量的變化對模型的影響

為了研究不同的粘土含量的變化對模型的影響，同以上假設(shè)給出了粘土含量的值分別取0.06，0.09，0.12，0.15時的和交會圖，從圖中可以看出，不同，I和關(guān)系曲線曲率變化很小，I值隨的增大變化很小，與關(guān)系曲線的曲率不同，電阻率值隨的增大而減小。

3 結(jié)論

1、對于側(cè)向測井，水平井的分散泥質(zhì)砂巖和相鄰泥巖表現(xiàn)為串聯(lián)導(dǎo)電關(guān)系，必須用串聯(lián)導(dǎo)電理論來描述水平井的分散泥質(zhì)砂巖和相鄰泥巖之間的電阻率關(guān)系。

2、分散泥質(zhì)砂巖可認為是由骨架顆粒、粘土顆粒、油和水四部分組成，可以利用有效介質(zhì)對稱導(dǎo)電理論理論，建立分散泥質(zhì)砂巖有效介質(zhì)對稱電阻率模型。綜合上述兩個方程建立了水平井混合泥質(zhì)砂巖有效介質(zhì)對稱電阻率模型。

3、通過對有效介質(zhì)對稱電阻率模型的影響因素分析，發(fā)現(xiàn)不同參數(shù)對模型有不同的影響：隨著骨架電導(dǎo)率的增大，地層電阻增大系數(shù)I值減小，電阻率值減小；隨著粘土電阻率增大，地層電阻增大系數(shù)I值減小，電阻率值增大。隨著粘土含量增加，電阻率值減小。

參考文獻

[1] 羅明才.水平井開采技術(shù)在油田開發(fā)中的應(yīng)用[J].，1997，21（6）：380-384.

[2] 宋延杰.混合泥質(zhì)砂巖通用電阻率模型綜合研究[M].黑龍江：黑龍江工業(yè)出版社，2004.

[3] Berg C R. A comparison of SATORI and HB effective-medium conductivity models[J].The Log Analyst，September-October，1998：34-39.

篇10

【關(guān)鍵詞】電阻率CT；RES2DMOD正演；RES2DINV反演；分辨率

0 引言

本研究利用Loke的二維正反演軟件包，對溫納（Wenner）、二極（pole-pole）、偶極（dipole-dipole）、三極（pole-dipole）裝置在縱向水平產(chǎn)狀模型對比分析，總結(jié)出了不同裝置電極排列的優(yōu)缺點和適用性。正演模擬采用的數(shù)值方法為二維有限元法，正演模擬的響應(yīng)視電阻率用做反演的輸入數(shù)據(jù)，建立的正演模型均具有電阻率突變界面的性質(zhì)，采用的反演方法為圓滑約束最小二乘法。

1 二維電阻率層析成像的正反演計算

1.1 二維電阻率法的理論基礎(chǔ)

電阻率層析成像的理論基礎(chǔ)是歐姆定律和電流連續(xù)性方程。歐姆定律：

J=■E=-■■U（1）

電流連續(xù)性方程：divJ=0（2）

求解位場分布不同邊界條件下的拉普拉斯方程：

div gradU=■2U=0（3）

式中：J為電流密度（A/m2）；ρ為電阻率（Ω?m2）電場強度（v/m）；U為電位（V）。

1.2 電阻率層析成像的有限元算法

有限單元法是一種以變分原理和剖分插值為基礎(chǔ)的數(shù)值計算方法。首先要利用變分原理將給定邊值條件下求解電位U的微分方程問題；其次，離散化連續(xù)的求解區(qū)；第三，在各單元上近似地將變分方程離散化，導(dǎo)出以各節(jié)點電位值為變量的高階線性方程組；最后解此方程組算出各節(jié)點的電位值，得到空間場的分布[4-5]。

1.3 層析成像的圓滑約束最小二乘法

RES2DINV 高密度電阻率二維反演程序是基于圓滑約束最小二乘法的反演計算程序，采用了準牛頓最優(yōu)化非線性最小二乘法（Loke and Barker 1996），使得大量數(shù)據(jù)下的計算速度較常規(guī)最小二乘法快10倍以上且占用內(nèi)存較少。圓滑約束最小二乘法基于以下方程：

J′J+uF=J′g（4）

其中F=fxfxT+fzfzT；fx=水平平滑濾波系數(shù)矩陣；fz=垂直平滑濾波系數(shù)矩陣；J=偏導(dǎo)數(shù)矩陣；J′=J的轉(zhuǎn)置矩陣；u=阻尼系數(shù)；d=模型參數(shù)修改矢量；g=殘差矢量。

2 電阻率CT數(shù)值模擬

本文利用RES2D正反演軟件，研究了不同裝置類型在縱向水平產(chǎn)狀組合模型的異常響應(yīng)特征，分析了不同裝置在兩種理論模型上的分辨率。

2.1 單一低阻、高阻模型

模型目標區(qū)長100m，深度為16m，視電阻率的背景值為100Ω?m。低阻體和高阻體的厚度、寬度均相同，為1m、11m。模型參數(shù)設(shè)置如表1，模型如圖1。

表1 模型1參數(shù)

圖1 單一低阻、高阻模型

在溫納排列、二極排列、偶極排列和三極排列裝置中進行正演，得到的視電阻率擬斷面圖，如圖2（按照從上到下順序依次為：溫納、正向三極、二極、反向三極、偶極）。

圖2 單一模型正演擬斷面圖

從上述幾種裝置正演斷面圖可得出以下結(jié)論：

（1）各模型均能反應(yīng)左側(cè)為低阻特征，右側(cè)為高阻特征。

（2）二極和偶極裝置斷面圖低阻異常均表現(xiàn)為類拋物線特征，區(qū)別在于對高阻體的響應(yīng)上，二極高阻異常為半圓形，偶極高阻異常仍為類似于低阻的拋物線形。

（3）正、反向三極裝置對低高阻異常的響應(yīng)呈現(xiàn)出鏡像對稱性，形狀亦類似于拋物線。

（4）溫納排列顯現(xiàn)為分別以低、高阻體為中心的發(fā)散狀。

據(jù)此，要想準確定位斷面中存在的兩個高阻體和兩個低阻體是十分困難的。所以，通過進行反演模擬看能否達到比較好的效果。

通過分析可知：溫納和二極裝置只能反映上部異常體，對于下部異常體不能做出準確的響應(yīng)；偶極和三極裝置均能夠反映出上、下異常體，但偶極裝置的分辨率較三極裝置低。

2.2 低、高阻混合模型

各個參數(shù)的設(shè)置和單一模型相似，只是改變了下部異常體的類型。通過對比分析得出以下結(jié)論：

（1）溫納和二極裝置的響應(yīng)同單一模型在形狀上沒有什么差別，只是下部視電阻率值的差異較單一模型增大了。

（2）偶極裝置所示斷面圖能夠反映出上、下不同地質(zhì)異常體的存在，同樣呈現(xiàn)拋物線類型。

（3）正、反三極裝置還是鏡像對稱，但能夠較偶極裝置更好的反映出上、下不同地質(zhì)體的交互。

存在的共同問題是均不能準確定位交互異常地質(zhì)體的位置。同樣進行反演模擬，看出，二極裝置只能較為準確的反映出上部異常體，下部異常體的響應(yīng)和實際模型偏離很大，存在嚴重的錯位；溫納裝置對交互地質(zhì)異體有顯著地響應(yīng)，優(yōu)于二極裝置，但對異常體4下部低阻體的反映存在錯位現(xiàn)象；偶極裝置和正、反向三極裝置均能較為準確的反映出異常地質(zhì)體的特征，唯一存在的區(qū)別是偶極裝置對異常體3下部高阻體的分辨率較三極裝置差。

3 結(jié)論

3.1 對于電阻率層析成像，不同裝置的勘探深度和分辨率不同，其在同一模型上的視電阻率斷面圖有很大差異；

3.2 四種裝置對上高阻體下低阻體的分辨能力最高，然后依次為上下均為低阻體、上低阻下高阻體、上下都為高阻體；

3.3 四種裝置分辨率從高到低依次為：三極裝置、偶極裝置、溫納裝置、二極裝置；

3.4 在實際二維電法勘探中，首選三極裝置，其次是偶極裝置。

【參考文獻】