CN101498791A - 一种高密度电法仪的增强型电极转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地球物理勘探仪器中的一种高密度电法仪的增强型电极转换装置，应用于高密度电法探测领域。本发明的电极转换装置基于高密度电法仪的基本原理，在每个电极处都由一个处理器控制，其电极之间只用一条多芯电缆连接，电极之间进行串接互联，各从机采用串接的形式连接，便可覆盖整个测量剖面。本发明从机电缆连接灵活、拆装方便、系统自动为各从机编号、无需人工编号、能自动识别故障及其位置，是更加完善的分布式电极转换装置。

Description

一种高密度电法仪的增强型电极转换装置

技术领域

本发明涉及地球物理勘探仪器中的一种高密度电法仪的增强型电极转换装置，其应用于高密度电法探测领域。

背景技术

传统电法仪的供电电极A、B，测量电极M、N由各自独立的四根电线分别连接，每测量完一点，都需要人工将其搬移到下一个测量点。为了提高测量效率，有人设计了一种新的布极方式，其在一个剖面上一次性的布上几十个电极，主机和人通过电极转换器选择各个电极。为了适应高密度电法的需要，基于总线的分布式电极转换系统应求而生。

200410014020.0专利“分布式并行智能电极电位差信号采集方法和系统”和2006年3月《煤炭科学技术》“并行采集电法仪器的研制”一文中，同样介绍了一种电法仪器及其电极转换方法，仪器设计为2级单片机主从结构，由控制板主机和采集板从机组成，每块采集板带有8个可用电极，整个仪器最大可带电极为64个。其2级单片机主从结构，使得在布置电极时，相当于在各电极之间都需要布置两组连接导线，RS232串口通讯，电极最大距离受到限制，并且连线多、成本高、布置电极麻烦、效率低。

01205376.7专利“新型分布式高密度电测仪”介绍了一种电法仪器及其另外一种电极转换方法，其电极转换方法实现了少于10芯电缆连接、连接的电极数量原则上不限，但从其权利要求和附图中可看到，其电极转换部分由逻辑控制电路、驱动电路、切换开关顺序连接，没有控制信号反馈方式，这将使得每个分控器要提前设置一个编号，这势必在几百个分控器设置连接中分控器的序号不能弄错，需要严格按照各分控器的编号顺序布极，在测量中若某处出现了故障(如某处总线断开，从机失效等)都需要人工检查故障及其位置，这都使得这种方法的灵活性、智能型较差，操作麻烦。电极转换部分由逻辑控制电路、驱动电路、切换开关顺序连接，从电路原理来看，使用通用电路，不可能实现较多电极的长距离的测量。

91217557.5专利“多路电极转换器”，采用机械多路开关进行电极连接转换，可靠性高，但其连接的电极数量受到开关触点数量的限制，并且在多电极时其连线太多。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的不足，尤其是提供一种增强型分布式电极转换装置，其电极之间只用一条多芯电缆连接，电极之间进行互联，即各从机采用串接的形式连接，便可覆盖整个测量剖面，其布极时灵活方便，而且系统自动为各从机编号，系统能自动检测故障及其位置。

本发明的目的是通过以下方式实现的：本装置包括如下主要部分

a)、主机，向第一从机发出控制指令；

b)、从机，接收来自主机或上级从机的控制指令，分析和执行后再将指令转发给下级从机或反馈给主机或上级从机；

c)、电极D，与从机一一对应；

d)、主电缆，用于主机、从机和上下级从机之间的连接，包含电源线、测量线和通信线。

主机主要由计算机(或工控机)及相应的标准电法勘探仪器的电路组成。主机包括标准电法勘探仪器的通用电路以及与从机联系的接口电路，对从机发送控制命令、接收从机反馈信号等部分。

主电缆由8芯以上电线组成，主要作用是信号传输；电极连接和根据主机的命令进行电极转换和数据采集、传输。由于是一根电缆覆盖所测量的剖面，并且使用微机进行控制，使得每一个电极D都可能成为电法勘探测量的A，B，M，N极。

主机与从机、从机与从机间通过连接器插头J、K分别用多芯电缆连接。各从机对应的电极D按电法勘探测量的要求与大地相接。从机的数量至少有四个，原则上从机数量没有上限的限制。

每个从机处有一个从机处理器、两个双向串行接口、一组继电器P、一个电极D和两个电缆接口J、K及相应的电源处理电路。

从机中串行接口I连接多芯电缆的通讯信号线，接收主机或前一从机的指令信号，送给本从机处理器，从机处理器按指令信号要做的工作是，可以对本从机编号并存储、分析指令信号后送给串行接口II控制下一从机、对主机或上一从机反馈本从机测量及状态信号、或本从机给出驱动信号通过驱动电路驱动继电器组P的一个继电器导通，使得多芯电缆中A，B，M，N的一条与电极D相连接。

主机向第一从机1发出指令，第一从机分析、处理后执行反馈或将指令转发给第二从机，其后的从机依次分析、执行或转发指令，直到末尾的从机返回应答信号。这里的第一从机1、第二从机2、……第n从机n是以从机和主机之间相对位置进行的编号。

将主机和多个从机通过多芯电缆串接完后，装置先进行通信测试，若有故障则报出故障位置加以改正。若各处连接无误、所有从机工作正常后，主机先发出编号指令，依次为各从机编号后进入等待状态。

根据测量需要，若要将第某从机处电极设置为M极(或A、B、N)，则主机先向第一从机发出对应的指令，从机收到指令后先判断，若不是自己的指令则将指令转发给下级从机，直到该处从机接收到指令完成电极转换并返回应答信号。

本发明的有益效果是，从机电缆连接灵活、拆装方便、无需人工编号、能自动识别故障及其位置，是更加完善的分布式电极转换装置。

附图说明

附图1为一种高密度电法仪的增强型电极转换装置结构图；

附图2为附图1从机电路框图；

附图3为附图1从机电源电路图；

附图4为附图1从机处理器电路图；

附图5为附图1从机驱动信号保护电路图；

附图6为附图1从机驱动及继电器电路图；

附图7为附图1从机通信接口电路图。

图中J、K表示多芯电缆的一对连接器插头；D表示电法勘探的探测电极；A、B表示电法勘探的供电导线，M、N表示电法勘探的探测导线；GND表示信号的地端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

图1中，主机与从机的双向通讯信号通过主机接口连接器插头J同带有从机的多芯电缆一端的连接器插头K相连，J、K为多芯连接器一对插头，对从机1发送控制命令、接收从机反馈信号。

从机1的双向通讯信号通过从机1接口连接器插头J同带有从机2的多芯电缆一端的连接器插头K相连，对从机2传送控制命令、接收从机反馈信号。

其它各从机按电法勘探测量原理如上顺序连接。各从机对应的电极D按电法勘探测量的要求与大地相接。实现了每个电极D之间只有一条多芯电缆相连。因各从机的结构及电路相同，所以可以不按从机的表面编号连接。使用时，为方便电法勘探测量电极布线，也可将多个从机先行连接组合。

各从机之间的多芯电缆由8芯及8芯以上电线组成，包含电源线、测量线和通信线。主要作用是信号传输；电极连接和根据主机的命令进行电极转换和数据采集、传输。由于是一根电缆覆盖所测量的剖面，并且使用主机进行控制，使得每一个电极D都可能成为电法勘探测量的A，B，M，N极。

图2中，从机的串行接口I连接多芯电缆的通讯信号线，接收主机或前一从机的指令信号，送给本从机处理器，从机处理器可以是单片机或数字信号处理芯片(DSP)。从机处理器按指令信号要做的工作是，对本从机编号、分析指令信号后送给串行接口II控制下一从机、对主机或上一从机反馈本从机测量及状态信号、或本从机给出驱动信号通过驱动电路驱动继电器组P的一个继电器导通，使得多芯电缆中A，B，M，N的一条与电极D相连接。

主机向第一从机1发出指令，第一从机分析、处理后执行反馈或将指令转发给第二从机，其后的从机依次分析、执行或转发指令，直到末尾的从机返回应答信号。这里的第一从机1、第二从机2、……第n从机n是以从机和主机之间相对位置进行的编号。

图3至图7是一款基于MSP430单片机、RS485双向通讯接口的具体实施电路图。

图3是从机电路框图，JP2连接到多芯电缆的12V信号线和GND线，为从机提供工作电源的+5V和+3.3V。

图4是从机处理器电路原理图，本实施例采用MSP430单片机。本发明的从机处理器不局限在仅仅使用单片机，也可使用数字信号处理芯片(DSP)来实现。

图5为本发明的从机驱动信号保护电路图，图4单片机的输出控制信号A0、A1、A2连接到图5驱动保护芯片74HC138的控制端，保护芯片74HC138的输出端信号JA、JB、JM、JN经图6的R4、R5、R6、R7送Q1、Q2、Q3、Q4四个驱动三极管，分别驱动K1、K2、K3、K4四个继电器，使得多芯电缆的A、B、M、N中最多一条与电极D相连。图5的从机驱动信号保护电路使得Q1、Q2、Q3、Q4四个驱动三极管最多一个导通。

图7为本发明的从机通信接口电路原理图，本实施例采用RS485双向通讯。本发明的双向串行通讯不局限在仅仅使用RS485方式，也可使用RS232方式来实现。

将主机和多个从机通过多芯电缆串接完后，装置先进行通信测试，若有故障则报出故障位置供以改正。若各处连接无误、所有从机工作正常后，主机先发出编号指令，依次为各从机编号后进入等待状态。

根据测量需要，若要将第某处电极设置为M极(或A、B、N)，则主机先向第一从机发出对应的指令，从机收到指令后先判断，若不是自己的指令则将指令转发给下级从机，直到该处从机接收到指令完成电极转换返回应答信号。

Claims (4)

1.一种高密度电法仪的增强型电极转换装置，由其特征在于：是由三个以上从机通过连接器J、K串行连接到高密度电法仪主机的串行接口上，且每个从机都连接有各自对应的电极D按电法勘探方法要求与大地连接，从机的数量至少有三个，原则上从机数量没有上限的限制。

2.按照权利1所述的一种高密度电法仪的增强型电极转换装置，其特征在于：从机中串行接口I连接多芯电缆的通讯信号线，接收主机或前一从机的指令信号，送给本从机处理器，从机处理器按指令信号要做的工作是，对本从机编号并存储、分析指令信号后送给串行接口II控制下一从机、对主机或上一从机反馈本从机测量及状态信号、或本从机给出驱动信号通过驱动电路驱动继电器组P的一个继电器导通，使得多芯电缆中A，B，M，N中的任一条与电极D相连接。

3.按照权利1所述的一种高密度电法仪的增强型电极转换装置，其特征在于：排布电极时，从机位置与连接顺序任意，在连接完毕后主机发出编号指令，依次为各从机进行编号。

4.按照权利1所述的一种高密度电法仪的增强型电极转换装置，其特征在于：从机电路中设有驱动保护电路，微处理器输出控制信号连接到驱动保护芯片74HC138的控制端，保护芯片74HC138的输出端信号JA、JB、JM、JN经R4、R5、R6、R7送Q1、Q2、Q3、Q4四个驱动三极管，分别驱动K1、K2、K3、K4四个继电器，使得多芯电缆的A、B、M、N中最多一条与电极D相连。

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