CN106053944A - 一种岩石电阻率测量仪及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质勘探电子测量领域，公开了一种岩石电阻率测量仪及测量方法，包括：24路CV连接切换模块、24路可调恒流输出模块、信号调理模块、处理器和上位机分别与多路电源模块连接，24根探针与24路CV连接切换模块一一对应连接，24路CV连接切换模块与24路可调恒流输出模块一一对应连接，24路CV连接切换模块、24路可调恒流输出模块和信号调理模块分别与处理器连接，24路CV连接切换模块与信号调理模块连接，信号调理模块与处理器连接，处理器与上位机连接，这种岩石电阻率测量仪及测量方法，能够在x、y、z的三维立体空间上对内部分布结构具有非均匀各向异性的岩石样品进行数据采集分析，解决了单维度测量造成的误差较大的问题。

Description

一种岩石电阻率测量仪及测量方法

技术领域

本发明涉及地质勘探电子测量技术领域，特别涉及一种岩石电阻率测量仪及测量方法。

背景技术

传统的单维度测量方法是使用测量探针在样品的某个维度上进行数据测量以及后续的数据处理。然而岩石样品的导电性能受到其内部非均匀各向异性分布的影响。从而在单个维度上测量出来的电阻率值只能代表样品在这一个维度上的电阻率特性。

传统的单维度测量方法是使用测量探针在样品的某个维度上进行数据测量以及后续的数据处理。

一般常用的有二电极法和四电极法。

二电极法通常是用两根探针在待测样品上通上电，测量探针上的电压与流过的电流，再根据欧姆定律以及待测样品的外形尺寸来求得电阻率，该方法简单易行，但由于探针与待测样品的接触电阻的影响，使得测量的结果不够准确。

四电极法通常还分为直线四电极法和任意四电极法。

其中直线四电极法能够克服探针之间间距不等以及接触电阻等因素对测量误差带来的影响，能够较为准确的测得待测样品的电阻率。

但是直线四电极法在测量具有各向异性的体电阻率时，由于待测样品在不同方向上的电阻率分布是不一样的，而单个维度的测量只能得到待测样品在一个方向上的电阻率值，难以得到待测样品的真实电阻率值。

发明内容

本发明提供一种岩石电阻率测量仪及测量方法，能够在x、y、z的三维立体空间上对内部分布结构具有非均匀各向异性的岩石样品进行数据采集分析，解决了传统单维度测量造成的误差较大的问题。

本发明提供了一种岩石电阻率测量仪，包括：24路CV连接切换模块、24根探针、24路可调恒流输出模块、信号调理模块、处理器、多路电源模块和上位机，其中，24路CV连接切换模块、24路可调恒流输出模块、信号调理模块、处理器和上位机分别与多路电源模块连接，24根探针与24路CV连接切换模块一一对应连接，24路CV连接切换模块与24路可调恒流输出模块一一对应连接，24路CV连接切换模块、24路可调恒流输出模块和信号调理模块分别与处理器连接，24路CV连接切换模块与信号调理模块连接，信号调理模块与处理器连接，处理器与上位机连接；

24路可调恒流输出模块用于根据处理器发送的控制信号调节每一路恒流输出模块的恒定电流，为24根探针提供可调的恒定电流；

24根探针用于对待测岩石输入电流信号及感应模拟电压信号；

24路CV连接切换模块用于根据处理器发送的24路使能信号控制每一路CV连接切换模块工作与否，工作时，24路CV连接切换模块根据处理器发送的CV切换信号确定每一路CV连接切换模块连接的探针作为恒流输出或者模拟电压感应，而且传送24根探针感应的模拟电压信号给信号调理模块；

信号调理模块用于对模拟电压信号进行滤波放大及A/D转换变成数字电压信号，然后将数字电压信号传送到处理器进行处理；

处理器用于根据上位机的控制命令，发送控制信号给24路可调恒流输出模块，发送使能信号及CV切换信号给24路CV连接切换模块，以及对信号调理模块发送的数字电压信号进行滤波及电阻率各向异性的有限元分析法处理，同时将滤波及电阻率各向异性的有限元分析法处理后的数据发送到上位机；

上位机用于发送控制命令给处理器，同时对处理器处理后的数据进行存储和显示。

进一步地，所述24根探针为24根碳化钨精密探针。

进一步地，还包括信号测量保护模块，信号测量保护模块与多路电源模块连接，信号测量保护模块的输入端与24路CV连接切换模块连接，信号测量保护模块的输出端与信号调理模块连接，信号测量保护模块用于对测得的电压信号进行钳位或降幅转换，然后再传送到信号调理模块进行处理。

一种岩石电阻率测量仪的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将待测岩石内部按照三维立体空间分为X1表示左侧；X2表示右侧；Y1表示上侧；Y2表示下侧；Z1表示前侧；Z2表示后侧；将24根探针分成6组，安装在待测岩石的X1、X2、Y1、Y2、Z1、Z2六个方向上，每个方向一组，每组四根探针；

步骤二：接通电源，多路电源模块开启24路CV连接切换模块、24路可调恒流输出模块、信号调理模块、处理器和上位机，上位机发送控制命令给处理器，处理器发送24路使能信号及CV切换信号给24路CV连接切换模块，24路使能信号控制每一路CV连接切换模块工作与否，工作时，CV切换信号确定每一路CV连接切换模块连接的探针作为恒流输出或者模拟电压感应，处理器发送控制信号给24路可调恒流输出模块，24路可调恒流输出模块根据控制信号调节每一路恒流输出模块的恒定电流，对24根探针进行分组探测控制，每个方向上的四根探针进行测量时，分布在外侧的两根探针向待测岩石注入恒流电流，中间两根探针感应检测到的模拟电压信号；

步骤三：检测到的模拟电压信号通过24路CV连接切换模块传送给信号调理模块，信号调理模块对模拟电压信号进行滤波放大及A/D转换变成数字电压信号，然后将数字电压信号传送到处理器进行处理；

步骤四：处理器对接收到的数字电压信号进行滤波及电阻率各向异性的有限元分析法处理，然后将处理后的数据进行存储，同时发送到上位机；

步骤五：上位机对处理后的数据进行存储和显示。

进一步地，步骤三还包括：检测到的模拟电压信号通过24路CV连接切换模块传送给信号测量保护模块，信号测量保护模块对测得的电压信号进行钳位或降幅转换，然后再传送到信号调理模块进行处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

通过在x、y、z的三维立体空间结构上放置大量的测量探针，并通过处理器按照一定规律控制不同探针在设计的算法控制下进行分组组合测量，能够在不同维度上测得样品的全维度电阻率数据，再经过设计的数据处理算法进行后期数据处理，可以使得最终测得的电阻率值非常接近样品的真实电阻率值，明显改善了单维度测量方式数据的片面性和失真性，解决了传统单维度测量造成的误差较大的问题。

附图说明

图1为本发明提供的待测岩石的结构示意图。

图2为本发明提供的一种岩石电阻率测量仪的电路结构示意图。

图3为本发明提供的一种岩石电阻率测量仪的电路原理框图。

图4为本发明提供的一种岩石电阻率测量仪中24路CV连接切换模块的电路原理图。

附图标记说明：

1-上位机，2-处理器，3-多路电源模块，4-24路可调恒流输出模块，5-24路CV连接切换模块，6-24根探针，7-信号调理模块，8-信号测量保护模块。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图2、图3和图4所示，本发明实施例提供的一种岩石电阻率测量仪，包括：24路CV连接切换模块5、24根探针6、24路可调恒流输出模块4、信号调理模块7、处理器2、多路电源模块3和上位机1，其中，24路CV连接切换模块5、24路可调恒流输出模块4、信号调理模块7、处理器2和上位机1分别与多路电源模块3连接，24根探针6与24路CV连接切换模块5一一对应连接，24路CV连接切换模块5与24路可调恒流输出模块4一一对应连接，24路CV连接切换模块5、24路可调恒流输出模块4和信号调理模块7分别与处理器2连接，24路CV连接切换模块5与信号调理模块7连接，信号调理模块7与处理器2连接，处理器2与上位机1连接；

24路可调恒流输出模块4用于根据处理器2发送的控制信号调节每一路恒流输出模块的恒定电流，为24根探针6提供可调的恒定电流；

24根探针6用于对待测岩石输入电流信号及感应模拟电压信号；

24路CV连接切换模块5用于根据处理器2发送的24路使能信号控制每一路CV连接切换模块工作与否，工作时，24路CV连接切换模块5根据处理器2发送的CV切换信号确定每一路CV连接切换模块连接的探针作为恒流输出或者模拟电压感应，而且传送24根探针6感应的模拟电压信号给信号调理模块7；

信号调理模块7用于对模拟电压信号进行滤波放大及A/D转换变成数字电压信号，然后将数字电压信号传送到处理器2进行处理；

处理器2用于根据上位机1的控制命令，发送控制信号给24路可调恒流输出模块4，发送使能信号及CV切换信号给24路CV连接切换模块5，以及对信号调理模块7发送的数字电压信号进行滤波及电阻率各向异性的有限元分析法处理，同时将滤波及电阻率各向异性的有限元分析法处理后的数据发送到上位机1；

上位机1用于发送控制命令给处理器2，同时对处理器2处理后的数据进行存储和显示。

进一步地，所述24根探针6为24根碳化钨精密探针。

碳化钨精密探针提高测量精度，24根碳化钨精密探针一端与24路CV连接切换模块5一一对应连接，24根碳化钨精密探针另一端在三维立体方向上分成X1、X2、Y1、Y2、Z1和Z2共六组，每组4根探针，与待测岩石进行电阻率参数测量，处理器2通过24路CV连接切换模块5和24路可调恒流输出模块4对24根探针6进行分组探测控制，每个方向上的四根探针进行测量时，分布在外侧的两根探针向待测岩石注入恒流电流，中间的两根探针感应检测到的电压，检测到的模拟电压信号通过24路CV连接切换模块5与信号调理模块7连接，信号调理模块7对模拟电压信号进行滤波放大及A/D转换变成数字电压信号，然后将数字电压信号传送到处理器2，处理器2对接收到的数字信号进行滤波及电阻率各向异性的有限元分析法处理，然后将处理后的数据存储到对应探针的数据库中，由岩石电阻率各项异性算法进行综合运算处理，并得到最终的待测岩石电阻率，在岩石电阻率各向异性条件下真实体的电阻率，最终处理器2通过串口传送到上位机1的PC端，并保存归档，这种岩石电阻率测量仪能够在x、y、z的三维立体空间上对内部分布结构具有非均匀各向异性的岩石样品进行数据采集分析，解决了传统单维度测量造成的误差较大的问题，通过在x、y、z的三维立体空间结构上放置大量的测量探针，并通过处理器按照一定规律控制不同探针在24路CV连接切换模块5控制下进行分组组合测量，能够在不同维度上测得样品的全维度电阻率数据，再经过电阻率各向异性的有限元分析法进行后期数据处理，可以使得最终测得的电阻率值非常接近样品的真实电阻率值。

进一步地，还包括信号测量保护模块8，信号测量保护模块8与多路电源模块3连接，信号测量保护模块8的输入端与24路CV连接切换模块5连接，信号测量保护模块8的输出端与信号调理模块7连接，信号测量保护8用于对测得的电压信号进行钳位或降幅转换，然后再传送到信号调理模块7进行处理。

信号测量保护模块8对测得的电压信号进行钳位或降幅转换，对高于5V的电压信号钳位到5V电压信号，避免较高电压的信号导致信号调理模块7中的A/D模块损坏。

一种岩石电阻率测量仪的测量方法，包括以下步骤：

如图1和图3所示，步骤一：将待测岩石内部按照三维立体空间分为X1表示左侧；X2表示右侧；Y1表示上侧；Y2表示下侧；Z1表示前侧；Z2表示后侧；将24根探针6分成6组，安装在待测岩石的X1、X2、Y1、Y2、Z1、Z2六个方向上，每个方向一组，每组四根探针；

步骤二：接通电源，多路电源模块3开启24路CV连接切换模块5、24路可调恒流输出模块4、信号调理模块7、处理器2和上位机1，上位机1发送控制命令给处理器2，处理器2发送24路使能信号及CV切换信号给24路CV连接切换模块5，24路使能信号控制每一路CV连接切换模块工作与否，工作时，CV切换信号确定每一路CV连接切换模块连接的探针作为恒流输出或者模拟电压感应，处理器发送控制信号给24路可调恒流输出模块4，24路可调恒流输出模块4根据控制信号调节每一路恒流输出模块的恒定电流，对24根探针进行分组探测控制，每个方向上的四根探针进行测量时，分布在外侧的两根探针向待测岩石注入恒流电流，中间两根探针感应检测到的模拟电压信号；

步骤三：检测到的模拟电压信号通过24路CV连接切换模块5传送给信号调理模块7进行处理，信号调理模块7对模拟电压信号进行滤波放大及A/D转换变成数字电压信号，然后将数字电压信号传送到处理器2；

步骤四：处理器2对接收到的数字电压信号进行滤波及电阻率各向异性的有限元分析法处理，然后将处理后的数据发送到上位机1；

步骤五：上位机1对处理后的数据进行存储和显示。

进一步地，步骤三还包括：检测到的模拟电压信号通过24路CV连接切换模块5传送给信号测量保护模块8，信号测量保护模块8对测得的电压信号进行钳位或转换，然后再传送到信号调理模块7进行处理。

由于检测到的电压信号经常有较高的电压，可能会导致信号调理模块7中的A/D模块损坏，因此要对测得电压信号进行钳位或降幅转换。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种岩石电阻率测量仪，其特征在于，包括：24路CV连接切换模块、24根探针、24路可调恒流输出模块、信号调理模块、处理器、多路电源模块和上位机，其中，24路CV连接切换模块、24路可调恒流输出模块、信号调理模块、处理器和上位机分别与多路电源模块连接，24根探针与24路CV连接切换模块一一对应连接，24路CV连接切换模块与24路可调恒流输出模块一一对应连接，24路CV连接切换模块、24路可调恒流输出模块和信号调理模块分别与处理器连接，24路CV连接切换模块与信号调理模块连接，处理器与上位机连接；

24路可调恒流输出模块用于根据处理器发送的控制信号调节每一路恒流输出模块的恒定电流，为24根探针提供可调的恒定电流；

24根探针用于对待测岩石输入电流信号及感应模拟电压信号；

24路CV连接切换模块用于根据处理器发送的24路使能信号控制每一路CV连接切换模块工作与否，工作时，24路CV连接切换模块根据处理器发送的CV切换信号确定每一路CV连接切换模块连接的探针作为恒流输出或者模拟电压感应，而且传送24根探针感应的模拟电压信号给信号调理模块；

信号调理模块用于对模拟电压信号进行滤波放大及A/D转换变成数字电压信号，然后将数字电压信号传送到处理器进行处理；

处理器用于根据上位机的控制命令，发送控制信号给24路可调恒流输出模块，发送使能信号及CV切换信号给24路CV连接切换模块，以及对信号调理模块发送的数字电压信号进行滤波及电阻率各向异性的有限元分析法处理，同时将滤波及电阻率各向异性的有限元分析法处理后的数据发送到上位机；

上位机用于发送控制命令给处理器，同时对处理器处理后的数据进行存储和显示。

2.如权利要求1所述的岩石电阻率测量仪，其特征在于，所述24根探针为24根碳化钨精密探针。

3.如权利要求1所述的岩石电阻率测量仪，其特征在于，还包括信号测量保护模块，信号测量保护模块与多路电源模块连接，信号测量保护模块的输入端与24路CV连接切换模块连接，信号测量保护模块的输出端与信号调理模块连接，信号测量保护模块用于对测得的电压信号进行钳位或降幅转换，然后再传送到信号调理模块进行处理。

4.如权利要求1所述的岩石电阻率测量仪的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将待测岩石内部按照三维立体空间分为X1表示左侧；X2表示右侧；Y1表示上侧；Y2表示下侧；Z1表示前侧；Z2表示后侧；将24根探针分成6组，安装在待测岩石的X1、X2、Y1、Y2、Z1、Z2六个方向上，每个方向一组，每组四根探针；

步骤二：接通电源，多路电源模块开启24路CV连接切换模块、24路可调恒流输出模块、信号调理模块、处理器和上位机，上位机发送控制命令给处理器，处理器发送24路使能信号及CV切换信号给24路CV连接切换模块，24路使能信号控制每一路CV连接切换模块工作与否，工作时，CV切换信号确定每一路CV连接切换模块连接的探针作为恒流输出或者模拟电压感应，处理器发送控制信号给24路可调恒流输出模块，24路可调恒流输出模块根据控制信号调节每一路恒流输出模块的恒定电流，对24根探针进行分组探测控制，每个方向上的四根探针进行测量时，分布在外侧的两根探针向待测岩石注入恒流电流，中间两根探针感应检测到的模拟电压信号；

步骤三：检测到的模拟电压信号通过24路CV连接切换模块传送给信号调理模块进行处理，信号调理模块对模拟电压信号进行滤波放大及A/D转换变成数字电压信号，然后将数字电压信号传送到处理器；

步骤四：处理器对接收到的数字电压信号进行滤波及电阻率各向异性的有限元分析法处理，然后将处理后的数据发送到上位机；

步骤五：上位机对处理后的数据进行存储和显示。

5.如权利要求4所述的岩石电阻率测量仪，其特征在于，步骤三还包括：检测到的模拟电压信号通过24路CV连接切换模块传送给信号测量保护模块，信号测量保护模块对测得的电压信号进行钳位或降幅转换，然后再传送到信号调理模块进行处理。