CN105572754A - 地球物理探测中负载参数的自动测量装置及测量方法 - Google Patents

地球物理探测中负载参数的自动测量装置及测量方法 Download PDF

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CN105572754A CN201610035175.5A CN201610035175A CN105572754A CN 105572754 A CN105572754 A CN 105572754A CN 201610035175 A CN201610035175 A CN 201610035175A CN 105572754 A CN105572754 A CN 105572754A
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    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/38Processing data, e.g. for analysis, for interpretation, for correction

Abstract

本发明涉及一种地球物理探测中负载参数的自动测量装置及测量方法,是由蓄电池经逆变电路和过流保护模块与负载接口连接,逆变电路和负载接口分别经电压电流取样模块连接电压过零触发电路、电压幅值采样电路、电流幅值采样电路和电流过零触发电路,控制电路分别与逆变电路、电压过零触发电路、电压幅值采样电路、电流幅值采样电路和电流过零触发电路连接构成。本发明是用模数结合的电路结构,设计的负载参数测量装置,该测量装置重复利用现有的硬件资源,具有体积小、成本低、测量精度效率高、抗干扰能力强的优点;在野外使用时,除了输入调控外,不需要人员参与,可自动完成对负载的测量,因此该测量方法操作简单,使用方便。

Description

地球物理探测中负载参数的自动测量装置及测量方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种感性负载的测量设备及方法,尤其是一种应用于在地质探测中对负载参数的自动测量装置及测量方法。
背景技术
[0002] 地球物理方法在地质探测中起到了重要作用,如核磁共振(Magnetic ResonanceSounding,MRS)地下探水、长偏移距瞬变电磁(Long Offset Transient ElectromagneticMethod,LOTEMMikT低阻异常探测和可控音频大地电磁(Controlled Source Aud1-frequency Magneto-telluric ,CSAMT)探矿等。这些地球物理方法的激励方式分为磁性源激励和电性源激励,其中磁性源激励的负载是线圈,主要是由电感和电阻串联组成;电性源激励的负载是连接线和大地电极,由于连接线的作用,也可以等效为电感和电阻的串联。所以,磁性源激励的负载和电性源激励的负载都可以看作是等效电感和等效电阻的串联,如图1所示。为了调节或配置探测设备使其满足发射性能要求及确保系统正常稳定工作,在地质探测设备工作之前,需要详细了解负载的参数。因此,设计一套适合在地质探测中使用的负载测量装置至关重要。
[0003] CN103884920A公开了 “手动扫描式电感测量仪及测量方法”,该方法通过设置激发频率区间和间隔,手动改变激发频率不断发射,利用软件系统根据采集的电流值绘制一个幅频图,根据最大值点对应的频率算出电感的精确值,虽然该方法测量精度高及抗干扰能力强,但其测量过程繁琐、测量时间长且效率低;另外,此方法只能测量负载的等效电感值,而不能测量负载的等效电阻。
[0004] CN102621397A公开了 “一种电感测量仪”,该方法利用LC谐振电路测量电感,在测量过程中使用信号发生器与电压表,致使成本高、测量仪体积大,野外实验携带不方便等缺点,仅适合实验室使用。
[0005]另外,市场上也有很多国内外知名仪器测量公司研发的具有测量精度高、抗干扰能力强的LCR测量仪,但这类LCR测量仪作为通用型号,用在地质探测中负载特性测量具有成本高、体积大、携带不便等缺点。
发明内容
[0006]本发明的目的就是针对上述现有技术的不足,提供一种地球物理探测中负载参数的自动测量装置;
[0007]本发明的另一目的就是提供一种地球物理探测中负载参数的自动测量装置的测量方法。
[0008]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0009] 地球物理探测中负载参数的自动测量装置,是由12V/24V蓄电池1、DC-AC逆变模块
2、过流保护模块3、负载接口 4、电压电流取样模块5、电压过零触发电路6、电压幅值采样电路7、电流幅值采样电路8、电流过零触发电路9、MCU控制电路10和PC上位机11连接构成;其中,12V/24V蓄电池I经DC-AC逆变模块2与过流保护模块3和电压电流取样模块5连接,12V/24 V蓄电池I经MCU控制电路1与PC上位机11连接,过流保护模块3经负载接口 4与电压电流取样模块5连接,电压电流取样模块5分别与电压过零触发电路6、电压幅值采样电路7、电流幅值采样电路8和电流过零触发电路9连接,MCU控制电路10分别与DC-AC逆变模块2、电压过零触发电路6、电压幅值采样电路7、电流幅值采样电路8和电流过零触发电路9连接。
[0010]电压幅值采样电路7是由电压跟随器12、全桥整流电路13、低通滤波器电路14和ADC转换电路15连接构成;其中电压跟随器12经全桥整流电路13与低通滤波器电路14连接,全桥整流电路13经低通滤波器电路14与ADC转换电路15连接。
[0011]电流幅值采样电路8是由电压跟随器16、全桥整流电路17、低通滤波器电路18和ADC转换电路19连接构成;其中电压跟随器16经全桥整流电路17与低通滤波器电路18连接,全桥整流电路17经低通滤波器电路18与ADC转换电路19连接。
[0012] M⑶控制电路1与PC上位机11通过串口连接。
[0013] PC上位机11是基于Labview编写的上位机程序,既有调控功能又能显示测量结果。
[0014]地球物理探测中负载参数的自动测量装置的方法,包括以下步骤:
[0015] a、将负载连接到负载接口4上,待连接完成后,连接12V/24V蓄电池I,即上电;
[0016] b、使用串口线连接MCU控制电路10与PC上位机11,在PC上位机11的显示界面上输入频率值和电压幅值,点击输入按钮;
[0017] C、等待测量装置自动测量负载,MCU控制电路10将测量的相应参数通过串口上传到PC上位机11;
[0018] d、PC上位机11接收到M⑶上传得数据后自动进行下面方程组的计算
[0019] 23TfLeq/Req = tan( Δ T*2Jif)
[0020] (23TfLeq)2+Req2=(Vi/lo)2
[0021]得出计算结果,然后将计算结果显示到上位机界面上,即为等效电感量和电阻值。
[0022]有益效果:本发明与市场上通用的LCR测量仪相比,在野外测量负载时,不需要使用逆变器专门为LCR测量仪提供电力变换,仅用蓄电池供电即可,使用方便。由于电压电流幅值采样电路、电压电流过零触发电路与MCU控制电路的连接设计,对ADC采样频率要求低,占用MCU资源少,因此可选用价格低廉的MCU和ADC芯片。由于使用地球物理探测设备中的PC,充分利用现有资源,并通过PC上位机的数据计算,提高了计算精度和测量效率。由于过流保护模块的加入,可防止负载短路烧坏硬件系统。另外,本发明是根据地球物理方法激励的负载特性,结合具体的地球物理探测的硬件设备,设计的一套可嵌入到地球物理探测设备中负载参数测量装置,进一步减小了体积和成本。使用本装置测量负载时,除了输入调控夕卜,不需要人员参与,可自动完成对负载的测量,因此该测量方法简单,使用方便,在野外能够灵活地对负载参数的测量。
附图说明
[0023]图1为感性负载的等效原理图
[0024]图2为地球物理探测中负载参数的自动测量装置的总体结构框图
[0025]图3为附图2中电压幅值采样电路7的结构框图
[0026]图4为附图2中电流幅值采样电路8的结构框图
[0027]图5为PC上位机的操作和显示界面
[0028] I 12V/24V蓄电池,2 DC-AC逆变模块,3过流保护模块,4负载接口,5电压电流取样模块,6电压过零触发电路,7电压幅值采样电路,8电流幅值采样电路,9电流过零触发电路,10 M⑶控制电路,11 PC上位机,12电压跟随器,13全桥整流电路,14低通滤波器电路,15ADC转换电路,16电压跟随器,17全桥整流电路,18低通滤波器电路,19 ADC转换电路。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明:
[0030] 地球物理探测中负载参数的自动测量装置,是由12V/24V蓄电池I经DC-AC逆变电路2和过流保护模块3与负载接口 4连接,12V/24V蓄电池I经M⑶控制电路10与PC上位机11连接,DC-AC逆变电路2和负载接口 4分别经电压电流取样模块5连接电压过零触发电路6、电压幅值采样电路7、电流幅值采样电路8和电流过零触发电路9,MCU控制电路10分别与DC-AC逆变电路2、电压过零触发电路6、电压幅值采样电路7、电流幅值采样电路8和电流过零触发电路9连接构成。
[0031]电压幅值采样电路7是由电压跟随器12经全桥整流电路13和低通滤波器电路14与ADC转换电路15连接构成。
[0032]电流幅值采样电路8是由电压跟随器16经全桥整流电路17和低通滤波器电路18与ADC转换电路19连接构成。
[0033I地球物理探测中负载参数的自动测量装置的测量方法,包括以下步骤:
[0034] a、将负载连接到负载接口 4上,再连接12V/24V蓄电池1,即上电;
[0035] b、用串口线连接M⑶控制电路10与PC上位机11,在PC上位机11的显示界面上输入频率值和电压幅值,点击输入按钮;
[0036] C、等待测量装置自动测量负载,MCU控制电路10将测量的相应参数通过串口上传到PC上位机11;
[0037] d、PC上位机11接收到M⑶上传得数据后进行计算,然后将计算结果显示到上位机界面上,即为等效电感量和电阻值。
[0038] 如图2所示,一种地球物理探测中负载参数的自动测量装置,是由12V/24V蓄电池
1、DC-AC逆变模块2、过流保护模块3、负载接口 4、电压电流取样模块5、电压过零触发电路6、电压幅值采样电路7、电流幅值采样电路8、电流过零触发电路9、MCU控制电路1和PC上位机11连接构成;其中,12V/24V蓄电池I经DC-AC逆变模块2与过流保护模块3和电压电流取样模块5连接,12V/24V蓄电池I经MCU控制电路10与PC上位机11连接,过流保护模块3经负载接口4与电压电流取样模块5连接,电压电流取样模块5分别与电压过零触发电路6、电压幅值采样电路7、电流幅值采样电路8和电流过零触发电路9连接,MCU控制电路1分别与DC-AC逆变模块2、电压过零触发电路6、电压幅值采样电路7、电流幅值采样电路8和电流过零触发电路9连接。
[0039] 如图3所示,电压幅值采样电路7是由电压跟随器12、全桥整流电路13、低通滤波器电路14和ADC转换电路15连接构成;其中电压跟随器12经全桥整流电路13与低通滤波器电路14连接,全桥整流电路13经低通滤波器电路14与ADC转换电路15连接。
[0040] 如图4所示,电流幅值采样电路8是由电压跟随器16、全桥整流电路17、低通滤波器电路18和ADC转换电路19连接构成;其中电压跟随器16经全桥整流电路17与低通滤波器电路18连接,全桥整流电路17经低通滤波器电路18与ADC转换电路19连接。电压过零触发电路6启动MCU定时器,电流过零触发电路9停止MCU定时器,得出电压电流相位差时间;MCU控制ADC转换电路15和ADC转换电路19对电压幅值和电流幅值采样,然后通过串口把电压电流相位差时间、电压幅值和电流幅值三个参量通过串口上传到PC上位机11,PC上位机经过计算方程组
[0041 ] 23TfLeq/Req = tan( Δ T*2Jif)
[0042] (23TfLeq)2+Req2=(Vi/lo)2
[0043] 得出测量结果。PC上位机11是基于Labview编写的上位机程序,既有调控功能又能显示测量结果。图5为PC上位机11的调控显示界面。
[0044] 一种地质探测中负载参数自动测量的方法,包括以下步骤:
[0045] a、将负载连接到负载接口4上,待连接完成后,连接12V/24V蓄电池I,即上电;
[0046] b、使用串口线连接MCU控制电路10与PC上位机11,在PC上位机11的显示界面上输入频率值和电压幅值,点击输入按钮;
[0047] C、等待测量装置自动测量负载,MCU控制电路10将测量的相应参数通过串口上传到PC上位机11;
[0048] d、PC上位机11接收到M⑶上传得数据后自动进行计算方程组
[0049] 23TfLeq/Req = tan( Δ T*2Jif)
[0050] (23TfLeq)2+Req2=(Vi/lo)2
[0051]得出计算结果,然后将计算结果显示到上位机界面上,即为等效电感量和电阻值。
[0052] 实施例1
[0053]在长春烧锅镇,以核磁共振地下探水为例,核磁共振地下探水的激励负载为100m*10m线圈,即磁性源激励模式,对地质探测中负载参数的自动测量装置和测量方法的应用进行说明,包括以下步骤:
[0054] a、将负载连接到负载接口4上,待连接完成后,连接12V/24V蓄电池I,即上电;
[0055] b、使用串口线连接MCU控制电路10与PC上位机11,在PC上位机11的显示界面上输入频率2329Hz和电压9V,点击输入按钮;
[0056] C、等待测量装置自动测量负载,MCU控制电路10将测量的相应参数通过串口上传到PC上位机11;
[0057] d、PC上位机11接收到M⑶上传得数据后自动进行计算方程组
[0058] 23TfLeq/Req = tan( Δ T*2Jif)
[0059] (23TfLeq)2+Req2=(Vi/lo)2
[0060] PC上位机界面显示等效电感量0.81mH和电阻值0.83 Ω。
[0061 ] 实施例2
[0062]在吉林大学朝阳校区草坪,该地点电力线干扰严重,以大地负载为例,两电极距离为50m,使用最短连接线激励,S卩50m连接线,对地质探测中负载参数的自动测量装置和测量方法的应用进行说明,包括以下步骤:
[0063] a、将负载连接到负载接口4上,待连接完成后,连接12V/24V蓄电池I,即上电;
[0064] b、使用串口线连接MCU控制电路10与PC上位机11,在PC上位机11的显示界面上输入频率2kHz和电压36V,点击输入按钮;
[0065] C、等待测量装置自动测量负载,MCU控制电路10将测量的相应参数通过串口上传到PC上位机11;
[0066] d、PC上位机11接收到M⑶上传得数据后自动进行计算方程组
[0067] 23TfLeq/Req = tan( Δ T*2Jif)
[0068] (23TfLeq)2+Req2=(Vi/lo)2
[0069] PC上位机界面显示等效电感量0.18mH和电阻值18.6 Ω。

Claims (4)

1.一种地球物理探测中负载参数的自动测量装置,其特征在于,是由12V/24V蓄电池I经DC-AC逆变电路2和过流保护模块3与负载接口 4连接,12V/24V蓄电池I经M⑶控制电路10与PC上位机11连接,DC-AC逆变电路2和负载接口 4分别经电压电流取样模块5连接电压过零触发电路6、电压幅值采样电路7、电流幅值采样电路8和电流过零触发电路9,MCU控制电路1分别与DC-AC逆变电路2、电压过零触发电路6、电压幅值采样电路7、电流幅值采样电路8和电流过零触发电路9连接构成。
2.按照权利要求1所述的地球物理探测中负载参数的自动测量装置,其特征在于,电压幅值采样电路7是由电压跟随器12经全桥整流电路13和低通滤波器电路14与ADC转换电路15连接构成。
3.按照权利要求1所述的地球物理探测中负载参数的自动测量装置,其特征在于,电流幅值采样电路8是由电压跟随器16经全桥整流电路17和低通滤波器电路18与ADC转换电路19连接构成。
4.按照权利要求1所述的地球物理探测中负载参数的自动测量装置的测量方法,其特征在于,包括以下步骤: a、将负载连接到负载接口4上,再连接12V/24V蓄电池I,即上电; b、用串口线连接M⑶控制电路10与PC上位机11,在PC上位机11的显示界面上输入频率值和电压幅值,点击输入按钮; C、等待测量装置自动测量负载,MCU控制电路10将测量的相应参数通过串口上传到PC上位机11; d、PC上位机11接收到MCU上传得数据后自动进行下面方程组的计算 23ifLeq/Req = tan( Δ T*2irf) (23TfLeq)2+Req2=(Vi/lo)2 得出计算结果,然后将计算结果显示到上位机界面上,即为等效电感量和电阻值。
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