CN102540259A - 高密度电法发射机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高密度电法发射机。是由数据处理器经主控电路发射电路供电电极AB接口分别连接A导线、B导线、发射电压采样电路连接高密度电法接收机，主控电路经接地电阻测量切换电路与分布式高密度从机接口连接，主控电路经分布式高密度从机接口与高密度电法接收机连接构成。实现了在较少从机个数下，在大范围内进行多种用户自定义勘探方法测量。发射电路可以发射任意由1、0、-1组成的用户自定义编码波形，由系统随机函数所产生的编码波形，用以实现在勘探现场选择合适的编码波形进行地质勘探。

Description

高密度电法发射机

技术领域：

本发明涉及一种地球物理勘探的电法仪器，尤其是高密度电法勘探的发射装置。

背景技术：

高密度电法测量是目前广为应用的一种电法勘探仪器，由于该方法是在程序控制下完成整个测量过程、加之电极极距小便使得最终的拟地电断面图分辨率高、实用性更强。其用途主要是用于近地表电法勘探，解决诸如夯土水坝坝体病害检测，老矿区深陷探测，工业性建筑的地质安全性评估、寻找地下水等工程地质问题。但是在我们近几年的应用实践中也明显感到了它的不足之处：首先是它对于来自于地下深部的弱信号抗干扰性差，尤其是在使用施仑贝格方法时这一问题尤为突出。其次探测深度有限，几何测深是靠增大供电电极的极间距来加大供电深度，而在城市物探中受场地面积的制约几乎无法加大测线的长度以达到测深的目的。再次常规的高密度方法无法得到“极化率”这一极为重要的地电参数。传统的高密度电法供电电极AB和接收电极MN在同一根电缆线里面，这就导致测线只能是在电缆所在的这条线上进行，这大大限制了高密度电法的应用领域。这就要求一种能够提供稳定的多种波形可选的、可以在大范围内向地下供电的发射机，以适应这种先进的电法勘探方法。

CN 102129088公开了一种探地仪发射机，包括电源、主控电路、数模转换电路、发射电路和监测电路。该发射机产生双极性矩形波，应用于瞬变电磁探测，具有监测发射信号电压功能，但监测电压的目的是为了使仪器工作在发射范围之内，使仪器能够稳定的工作。

CN 102053278公开了一种电法勘探方法及测量装置，由计算机、可编程逻辑器件、发射机同步时钟电路、逻辑时序发生器等组成。该仪器通过向地下发送具有伪随机码特性的电流信号波形通过数据处理，得到幅频曲线和相频曲线。发射信号核心装置采用可编程逻辑器件，只能发射某一种用户已知的特定编码信号波形，没有采集发射波形的电压信号。

CN 1821809公开了一种电法勘探信号发送机，采用智能功率模块IPM，搭配微控制器进行智能控制。该发明利用多路切换开关进行供电电压，供电电流测量，显然不能做到同步测量，供电电压信号和供电电流信号在初始相位上有一个差值，在频率域处理数据时(供电电极AB电压和接收电极MN电压信号作互相关处理)就得不到准确的相频特性曲线。

CN 1916661公开了一种多功能电法勘探信号发送机控制器，主要由计算机系统、总线接口、波形选择寄存器、分频因子寄存器、石英晶体振荡器、EPROM存储器等组成，可以产生方波，伪随机码波形，以及用户自定义波形，由上位机控制，通过上位机键盘输入选择不同的发射信号。但该发明只阐述了波形的产生，而没有涉及跟发射机的连接，不具有实时监视所产生编码信号波形的功能。

CN 1916662公开了一种多功能电法勘探信号发生器，该信号发生器可以产生方波，伪随机码波形，以及用户自定义波形，但采用的是由计算机控制，通过波形选择寄存器、分频因子寄存器，移位寄存器等逻辑器件组成，通过上位机键盘输入选择不同的信号而本发明采用的是单片机对任意编码信号进行盲发(即发射信号可以是用户之前并不知道的信号，可以由系统自带随机函数产生)，实时监视，实时对多路信号进行采集。

发明内容：

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种高密度电法发射机，尤其是一种可以在相同数目电极下实现大范围内用多种用户自行设计的勘探方法进行地质勘探，可以发射用户自定义码或者由系统随机函数产生的编码波形、以及多一路供电电极AB电压信号采样电路的发射机。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

高密度电法发射机，是由数据处理器12经主控电路1发射电路供电电极AB接口3分别连接A导线6、B导线7、发射电压采样电路8和发射电压采样电路9，发射电压采样电路8和发射电压采样电路9，分别连接高密度电法接收机10，主控电路1经接地电阻测量切换电路13与分布式高密度从机接口5连接，主控电路1经分布式高密度从机接口5与高密度电法接收机10连接，主控电路1经分布式AB电极接口、供电电极AB接口3与分布式高密度从机接口5连接，主控电路1与电源及电源隔离电路连接构成。

发射电路2是由隔离延时电路14经桥臂驱动电路15、H桥桥臂16与外部高压电源17连接，浪涌电压吸收电路18经H桥桥臂16、过流保护采样电路19、自启动过流保护电路20与隔离延时电路14连接构成。

浪涌吸收电路是由压敏电阻连接在H桥桥臂的4个开关管上。

主控电路1为含有三个串口以上的单片机。

有益效果：增设分布式AB电极接口和AB单独各自引出一根导线，可实现在较少从机个数下，在大范围内进行多种用户自定义勘探方法测量，以适应高密度这种先进的电法勘探方法。发射电路可以发射任意由1、0、-1组成的用户自定义编码波形，也可以是由系统随机函数所产生的编码波形，用以实现在勘探现场选择合适的编码波形进行地质勘探工作。增设一路AB电压采样电路，可以实时监测当前所发送的编码波形，更重要的是为后续数据处理提供了有用的信号。发射电路含有浪涌吸收电路，由压敏电阻连接在各个桥臂两端，使得发射波形更接近理想状态同时对发射电路起到一定的保护作用。

本发明与现有技术不同的是：供电电极AB两个端口分别用一根导线引出，增设分布式AB电极接口，可以实现在相同电极数目下的更大范围内的多种勘探方法测量，能够得到更丰富的地电断面参数。并且增加了一路采集AB电压信号的采样电路，不仅可以实时监视所发射的编码信号波形，而且在后续数据处理中要用到它，其中数据处理方法为供电电极AB电压信号与接收电极MN电压信号作互相关联处理。

附图说明：

图1为高密度电法发射机结构框图

图2为附图1中发射电路2的连接框图

具体实施方式：

下面结合实施例和附图对本发明的一种高密度电法发射机进行详细说明，但不是对本发明的限定。

参照图1和图2，高密度电法发射机是由数据处理器12经主控电路1发射电路供电电极AB接口3分别连接A导线6、B导线7、发射电压采样电路8和发射电压采样电路9，发射电压采样电路8和发射电压采样电路9，分别连接高密度电法接收机10，主控电路1经接地电阻测量切换电路13与分布式高密度从机接口5连接，主控电路1经分布式高密度从机接口5与高密度电法接收机10连接，主控电路1经分布式AB电极接口、供电电极AB接口3与分布式高密度从机接口5连接，主控电路1与电源及电源隔离电路连接构成。

发射电路2是由隔离延时电路14经桥臂驱动电路15、H桥桥臂16与外部高压电源17连接，浪涌电压吸收电路18经H桥桥臂16、过流保护采样电路19、自启动过流保护电路20与隔离延时电路14连接构成。

浪涌吸收电路是由压敏电阻连接在H桥桥臂的4个开关管上。

主控电路1为含有三个串口以上的单片机。

分布式AB电极接口4与一根多芯电缆连接，所述多芯电缆理论上可以连接任意多个从机电极。该接口还与主控电路1连接。

A导线6，就是一根与供电电极A相连的一根导线。

B导线7，就是一根与供电电极B相连的一根导线，当用户选择自定义供电方式的时候，分布式AB电极接口4、A导线6、B导线7将处于工作状态。

主控电路1由单片机系统组成，主控电路1与数据处理器12双向连接，主控电路1与分布式高密度从机接口5双向连接，主控电路1与分布式AB电极接口3双向连接，主控电路1与发射电路2连接，主控电路1与接地电阻测量切换电路13连接。主控电路1要实现与数据处理器12通信，与分布式高密度从机接口5通信以及和分布式AB电极接口3进行通信；主控电路1提供两路信号给发射电路2中的隔离延时电路的输入端；主控电路1还提供一路信号给接地电阻测量切换电路13的输入端，完成接地电阻的测量。

发射电路2由隔离延时电路14、桥臂驱动电路15、H桥桥臂16、浪涌电压吸收电路18、自启动过流保护电路20、采样电路19和外部高压电源17组成。其中隔离延时电路14、桥臂驱动电路15、H桥桥臂16和外部高压电源17顺次连接。采样电路19一端与H桥桥臂16连接，另一端与自启动过流保护电路20连接，自启动过流保护20的另一端跟隔离延时电路14的输入端连接。浪涌电压吸收电路18由压敏电阻连接在各个桥臂两端，与H桥桥臂16连接，使得发射波形更接近理想状态，同时对发射电路起到一定的保护作用。用户在数据处理器12的软件上选择所要发射的编码波形，由主控电路1传出所要发射信号的信息，发射电路按照桥臂驱动电路15的信号信息发送用户所选择的波形。

接地电阻测量切换电路13由继电器、三极管、电阻等组成，其中三极管与主控电路1连接，接地电阻测量切换电路13还与分布式高密度从机接口5连接。

数据处理器12由笔记本电脑组成，与主控电路1双向连接，发射编码波形由用户通过笔记本电脑上的软件进行选择，该编码可以是系统自带的编码波形，也可由系统随机函数产生，还可以由用户自行输入由1、0、-1组成的任意编码存入.txt文档然后调用该文档，所选择信号由数据处理器12通过串口通信传送给主控电路1。

发射电压采样电路8由0.1欧姆的精密采样电阻和两个大电阻串联组成，发射电压采样电路8跟供电电极AB并联。

发射电流采样电路9由0.1欧姆的精密采样电阻组成，其中一端串接在H桥桥臂16的一个桥臂上，另一端与供电电极A连接3。

供电电极AB接口3分别连接一根电极。

分布式高密度从机接口5由8芯以上电缆接头组成，连接一根理论上可以串接任意多个从机电极的电缆线，与主控电路1双向连接，与高密度电法接收机10连接，与供电电极AB接口3连接，与接地电阻测量切换电路13的输出端连接。

高密度电法接收机10由可编程逻辑器件、3路24位高速高精度AD、信号前端调理电路等组成。

本系统的工作过程：首先由用户在数据处理器12上的软件上选择接地电阻测量，确保接地正常后，由用户选择所要发射的编码波形，发射编码波形通过数据处理器12上的软件进行选择，该编码可以是系统自带的编码波形，也可由系统随机函数产生，还可以由用户自行输入1、0、-1组成的任意编码存入.txt文档然后调用该文档。而后进行供电方式选择，包括常规高密度供电和自定义高密度供电，若选择常规高密度供电，则供电电极AB、接收电极MN将会在跟分布式高密度从机接口5相连的电缆线上进行选择；若选择自定义高密度供电，则供电电极AB将会在A导线6、B导线7、分布式AB电极接口4中进行选择，接收电极MN仍旧在跟分布式高密度从机接口5相连的电缆线上进行选择(具体跑极方式，由数据处理器12中的上位机程序设定)。

所述高密度从机接口由8芯以上电缆接头组成，与主控电路双向连接，与高密度电法接收机连接，与供电电极AB连接。

所述高密度电法接收机由可编程逻辑器件、3路24位高速高精度AD、信号前端调理电路等组成。

所述分布式AB电极接口与一根多芯电缆连接，所述多芯电缆理论上可以连接任意多个电极。该接口还与主控电路连接。

所述主控电路由含三个以上串口的单片机系统组成，所述单片机系统与数据处理器双向连接，所述单片机系统与分布式高密度从机接口双向连接，所述单片机系统与分布式AB电极接口连接，所述单片机系统与发射电路连接，所述单片机系统与接地电阻测量切换电路连接。

所述发射电路由隔离延时电路、桥臂驱动电路、H桥桥臂、浪涌电压吸收电路、自启动过流保护电路、采样电路和外部高压电源组成。其中隔离延时电路、桥臂驱动电路、H桥桥臂和外部高压电源顺次连接。过流保护采样电路一端与H桥桥臂连接，另一端与自启动过流保护电路连接，自启动过流保护的另一端跟隔离延时电路的输入端连接。浪涌电压吸收电路与H桥桥臂连接。

所述接地电阻测量切换电路由继电器、三极管、电阻等组成，其中三极管与主控电路连接，所述接地电阻测量切换电路还与分布式高密度从机接口连接。

所述数据采集器由笔记本电脑组成，与主控电路双向连接，发射编码波形通过笔记本电脑的上位机软件进行选择。

所述发射电压采样电路由0.1欧姆的精密采样电阻和两个大电阻串联组成，跟AB并联。

所述发射电流采样电路由0.1欧姆的精密采样电阻组成，其中一端串接在H桥桥臂的一个桥臂上，另一端与供电电极A连接。

所述供电电极AB由两根电极组成。

Claims (3)

1.一种高密度电法发射机，其特征在于，是由数据处理器(12)经主控电路(1)发射电路供电电极AB接口(3)分别连接A导线(6)、B导线(7)、发射电压采样电路(8)和发射电压采样电路(9)，发射电压采样电路(8)和发射电压采样电路(9)，分别连接高密度电法接收机(10)，主控电路(1)经接地电阻测量切换电路(13)与分布式高密度从机接口(5)连接，主控电路(1)经分布式高密度从机接口(5)与高密度电法接收机(10)连接，主控电路(1)经分布式AB电极接口、供电电极AB接口(3)与分布式高密度从机接口(5)连接，主控电路(1)与电源及电源隔离电路连接构成。

2.按照权利要求1所述的高密度电法发射机，其特征在于，发射电路(2)是由隔离延时电路(14)经桥臂驱动电路(15)、H桥桥臂(16)与外部高压电源(17)连接，浪涌电压吸收电路(18)经H桥桥臂(16)、过流保护采样电路(19)、自启动过流保护电路(20)与隔离延时电路(14)连接构成。

3.按照权利要求2所述的高密度电法发射机，其特征在于，浪涌吸收电路(18)是由压敏电阻连接在H桥桥臂(16)的4个开关管上。

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