CN109239784B - 一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱，包括智能控制模块、自动化采样模块、驱动模块、负载电阻调节模块及自动散热模块；所述自动化采样模块采集恒压源发射机的发射电压和总电路电流并传输至智能控制模块，所述智能控制模块根据总电路的电压和电流以及负载电阻模块接入电阻推测出电法探测对象的电阻值，通过驱动模块控制负载电阻调节模块自动匹配调节串入探测电路的电阻阻值，输出恒定电流；实现电阻的智能化操控，提高了效率；根据电流的波动通过控制芯片控制探针对负载电阻进行精密调节，形成电流反馈机制，解决了电法探测对象为非纯电阻阻值易波动的问题，实现电流的恒定输出，同时自动散热模块能够满足电法探测散热要求。

Description

一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱

技术领域

本公开涉及电法不良地质探测技术领域，特别是涉及一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱。

背景技术

电法勘探作为一类重要的地球物理勘探方法，在研究地质构造、寻找有用矿产资源，解决工程、环境、灾害等地质问题中发挥着重要的作用。电法探测过程中需要仪器能输出大小可调且稳定的电流，因此，需要设计一种可调整阻值的变阻箱。

变阻箱可分为旋钮式手动变阻箱和数字变阻箱两种。其中旋钮式手动变阻箱一般采用线圈绕制而成，会产生一定的电感，影响电法探测的测试结果，且不能精确地控制电阻值并自动调节；数字变阻箱一般根据电流和电阻之间的比例关系，采用单片机等控制若干个继电器代替手动旋转旋钮开关来选择电路所需的电阻值，其虽然能够直接设定所需要的电阻值，但是不能跟随外界负载的变化而自动调节电流。

电法探测中采用发射机为探测对象提供不同大小的稳定电流，但是由于探测对象表现为非纯电阻的性质，往往导致电路电流变化，无法保持电路电流恒定。因此传统变阻箱难以满足电法探测的需要。且传统变阻箱会引入测试电路电感，影响电法探测精度。此外，电法探测所需工作电流相对较大，一般为几十或者上百毫安，需要变阻箱有足够的额定功率和良好的散热性。

因此，如何实时反馈调整变阻箱的阻值以保持电路电流的恒定，且能压制变阻箱的电感，具有承载较大电流和良好的散热性能成为电法探测变阻箱面临的问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱，可以实现探测过程中电流的恒定输出，且不干扰探测结果。

为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱，包括智能控制模块、自动化采样模块、驱动模块、负载电阻调节模块及自动散热模块；

其中，所述智能控制模块分别连接通信模块、驱动模块和自动化采样模块，所述通信模块连接控制面板，控制面板用于设定电流值，所述驱动模块分别连接自动散热模块、负载电阻调节模块；

所述自动化采样模块采集恒压源发射机的发射电压和总电路电流并传输至智能控制模块，所述智能控制模块根据总电路的电压和电流以及负载电阻模块接入电阻推测出电法探测对象的电阻值，通过驱动模块控制负载电阻调节模块自动匹配调节串入探测电路的电阻阻值，输出恒定电流；

所述自动化采样模块还采集智能型恒流变阻箱内的温度信号并传输至智能控制模块，当数值大于设定值时，所述智能控制模块通过驱动模块控制自动散热模块工作。

所述驱动模块包括利用负载电阻调节模块进行电阻调节的步进电机驱动单元和利用自动散热模块进行温度散热的电机驱动单元，分别驱动步进电机和散热电机控制负载电阻调节和风机阵列的运行。

本公开的上述技术方案中，智能型恒流变阻箱由恒压源发射机供电，所提供的是恒定的电压源，在控制面板中设定有电流值，通过自动化采样模块可以采集总电路的电压和电流值，由已知的负载电阻调节模块串入的电阻值，可以得到探测对象的电阻值，结合设定的电流值，可以获得电路的总电阻值利用总的电阻值减去电法探测对象的电阻值即可获得负载电阻调节模块需要串入的电阻值。

进一步的技术方案，恒压源发射机的发射信号通过接线端子连接限流熔断器的一端，限流熔断器的另一端连接负载电阻调节模块。

本公开的上述技术方案中，恒压源发射机通过连接限流熔断器接入负载电阻调节模块，限流熔断器的目的是为了保护整个电路的正常工作。

进一步的技术方案，所述电法探测对象与保护模块相并联。保护模块可以为几兆欧的负载电阻，用于电法探测对象起到保护作用。

进一步的技术方案，所述自动化采样模块包括电流采样模块、电压采样模块、温度采样模块，所述自动化采样模块由智能控制模块控制进行采样，所述电流采样模块采集的为总电路电流，所述电压采样模块用于电路的总电压，电流采样模块及电压采样模块所采集的数据分别传输至智能控制模块，智能控制模块根据采集的电流值及电压值估计电法探测对象的电阻值。

进一步的技术方案，所述自动散热模块包括散热电机、风机阵列、散热片，所述散热电机与风机阵列串联，散热片设置在箱体内，当温度采样模块检测到的箱体内温度高于设定值时，智能控制模块通过驱动模块驱动散热电机控制风机阵列开启，检测的温度越高，风机的转速越大。

进一步的技术方案，所述智能型恒流变阻箱包括箱体，所述箱体内设置有上述智能控制模块、自动化采样模块、驱动模块、负载电阻调节模块及自动散热模块，箱体内设置有若干散热片。

进一步的技术方案，所述负载电阻调节模块包括步进电机和负载电阻单元；所述负载电阻单元可采用具有多触点的金属膜电阻，它以圆柱形高热传导瓷心为骨架，骨架表面镀有一层导电金属膜层，金属膜层表面涂上环氧树脂密封，金属膜电阻由内部引出多个恒间距密集触点，触点一端连接导电金属膜层，另一端与探针相连接；

步进电机上固定有圆筒形槽，圆筒形槽中设置有探针，探针内有纵向贯穿的低阻导线，低阻导线与电阻导线连接，步进电机控制探针在导轨上水平运动，探针顶端时刻接触触点，相邻触点间的阻值恒定，探针上有可承受纵向拉力的水平凸起。

进一步的技术方案，所述负载电阻单元包括粗调负载电阻和细调负载电阻，由驱动模块分别驱动两个不同电机控制电阻阻值调节；粗调负载电阻和细调负载电阻的结构组成相同。

进一步的技术方案，所述粗调电阻可调阻值范围大于细调电阻可调阻值范围，相邻触点间的电阻大于细调电阻相邻触点间的电阻值，电阻的初始状态在阻值最大的一端。

本公开还提供了一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱的恒流调节方法，包括：

利用自动化采样模块采集电路的总电压值及电流值并传输至智能控制模块；

智能控制模块根据采集的信号驱动负载电阻调节模块自动匹配调节串入探测电路的电阻阻值，输出恒定电流；

其中，所述智能控制模块首先采集电路的总电压值、电流值和设定的电流值推测负载电阻模块所需串入电路的电阻，通过驱动模块控制步进电机调节粗调电阻阻值；

当实测电流与设定电流差距小于一定值时，智能控制模块通过驱动模块控制步进电机调节细调电阻阻值进行精细调节，直至输出恒定电流；

还包括温度调节步骤，具体为：采集箱体内的温度信号并传输至智能控制系统模块，所述智能控制系统模块通过驱动模块驱动散热电机控制自动散热模块中的风机阵列工作；

在恒压源发射机的发射信号处于断电的周期间隔时，所述智能控制模块不再通过驱动模块驱动负载电阻调节模块的探针移动，所述探针停留在原处。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

本公开的所述的一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱，与数字变阻箱相比，能实时自动地反馈调整变阻箱的阻值以保持电路电流的恒定。本发明通过智能控制模块对其他模块的驱动控制，实现智能化操控，提高了效率；根据电流的波动通过控制芯片控制探针对负载电阻进行精密调节，形成电流反馈机制，解决了电法探测对象为非纯电阻阻值易波动的问题，实现电流的恒定输出，且具有承载大电流的能力；同时自动散热模块能够满足散热要求，具有良好的散热效果。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开一些实施例子的工作原理图；

图2为本公开一些实施例子的电流和温度反馈调节流程图；

图3为本公开一些实施例子的负载电阻调节系统工作示意图；

其中，1.电源模块；2.限流熔断器；3.负载电阻调节模块；4.电流采样模块；5.智能控制模块6.驱动模块；7.温度采样模块；8.电压采样模块；9.自动散热模块；10.通信模块；11.控制面板；12.保护模块13.电法探测对象14..低阻导线；15.圆筒形槽；16.探针；17.触点；18.导轨；19.负载电阻单元。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本申请提供的一种典型的实施例子中，如图1-2所示，一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱，包括智能控制模块5、自动化采样模块、驱动模块6、负载电阻调节模块3、自动散热模块9、电源模块1。

恒压源发射机的发射信号通过接线端子连接限流熔断器2，目的是为了保护整个电路的正常工作，限流熔断器2的另一端连接负载电阻调节模块3，负载电阻调节模块连接电流采样模块；智能控制模块5分别连接通信模块10、驱动模块6和自动化采样模块，驱动模块6分别连接自动散热模块9、负载电阻调节模块3，所述通信模块10连接控制面板11，控制面板包括键盘、液晶显示屏、控制开关，所述键盘用来设定电流值。

在具体实施例子中，上述智能型恒流变阻箱包括箱体，所述箱体内放置上述智能控制模块5、自动化采样模块、驱动模块6、负载电阻调节模块3、自动散热模块9、电源模块1等。

其中，电源模块1主要负责将市电转换成智能变阻箱的所需的工作电压，驱动单片机、信号调理单元、散热模块等的正常工作。

智能控制模块5包括单片机、信号调理单元和数据处理程序模块，其中信号调理单元主要负责对信号的模数转换、滤波、放大等处理，数据处理程序模块主要涉及数据的判断、控制命令的形成等。智能控制模块根据采集的信号通过驱动模块控制负载电阻调节模块自动匹配调节串入探测电路的电阻阻值，输出恒定电流。

在具体实施例子中，自动化采样模块包括电流采样模块、电压采样模块、温度采样模块，分别采集总电路电流，电路总电压，散热片散布在箱体内的温度并将采集的信号传输至智能控制模块；所述智能控制模块通过驱动模块分别控制负载电阻调节模块和自动散热模块调节负载电阻和控制风机阵列工作。

在具体实施时，电流采样模块可以为电流表，电压采样模块可以为电压表，温度采样模块可以为温度传感器，驱动模块包括利用负载电阻调节模块进行电阻调节的步进电机驱动单元和利用自动散热模块进行温度散热的电机驱动单元，分别驱动步进电机和散热电机控制负载电阻调节和风机阵列的运行。

在具体实施例子中，自动散热模块9包括散热电机、风机阵列、散热片，散热片设置在箱体内，可以为若干个，所述散热电机与风机阵列串联，当温度采样模块检测到的温度的最高值高于设定值时，散热电机控制风机阵列开启，检测的温度越高，风机的转速越大。

在具体实施例子中，保护模块12为几兆欧的负载电阻，其与电法探测对象11并联。对电法探测对象13起到保护的作用。由于保护模块的电阻较大，因此，在该支路上流过的电流可以忽略。

本公开的实施例子中的电阻调节机制为智能控制模块发送信号控制步进电机运行以改变电流电阻值。

如图3所示，负载电阻调节模块包括步进电机和负载电阻单元19；所述负载电阻单元可采用具有多触点的金属膜电阻，它以圆柱形高热传导瓷心为骨架，骨架表面镀有一层导电金属膜层，金属膜层表面涂上环氧树脂密封，金属膜电阻由内部引出多个恒间距密集触点，触点17一端连接导电金属膜层，另一端与探针16相连接。

其中，负载电阻单元包括粗调负载电阻和细调负载电阻，由驱动模块分别驱动两个不同电机控制电阻阻值调节；粗调、细调负载电阻的组成相同，粗调或细调负载电阻的结构组成为：步进电机上固定有圆筒形槽15，圆筒形槽中设置有探针，探针内有纵向贯穿的低阻导线14，低阻导线14与电阻左端导线连接，步进电机控制探针在导轨18上水平运动，探针16顶端时刻接触触点17，相邻触点间的阻值恒定，探针上有可承受纵向拉力的水平凸起。

具体的，所述粗调电阻可调阻值为0Ω-50000Ω，粗调电阻通过触点平均划分为500份，相邻触点间的电阻恒为100Ω；所述细调电阻可调阻值为0Ω-250Ω，细调电阻平均划分500份，相邻触点间的电阻恒为0.5Ω，电阻的初始状态在阻值最大的一端。

本公开具体实施例子中温度和电流自动反馈模式如下：首先通过控制面板上的键盘手动设定电流值，其电流数据通过通讯模块传输到智能控制模块5；智能控制模块通过驱动模块6分别控制负载电阻调节模块3和自动散热模块9调节负载电阻阻值和开关风机阵列，随后智能控制模块分别控制电流采样模块和温度采样模块采集电流数据和温度数据，成为进一步调节电阻和风机阵列的判据，整体形成了电流和温度的反馈调节机制；电流采样模块采集的电流数据通过通信模块将实时电流值显示在液晶显示屏上，所述风机阵列开启的温度是60℃。

用于电法探测的智能型恒流电阻设备的温度调节步骤，具体为：采集设备内的温度信号并传输至智能控制系统模块，所述智能控制系统模块通过驱动模块控制自动散热模块中的风机阵列工作。

本公开实施例子中所公开的一种用于电法探测的智能型恒流电阻设备的电流调节方法，包括：恒压源发射机为电路提供发射电压；智能控制模块根据采集的电流信号、电压信号驱动负载电阻调节模块自动匹配调节串入探测电路的电阻阻值，输出恒定电流。

其中，所述智能控制模块首先根据采集的电压和电流之间的关系，通过驱动模块控制步进电机调节粗调电阻阻值；当实测电流与设定电流差距小于一定值时，通过驱动模块控制步进电机调节细调电阻阻值进行精细调节；在所述恒压源发射机的发射信号处于断电的周期间隔时，所述智能控制模块不再通过驱动模块驱动探针移动，所述探针停留在原处。

综上所述，本公开的技术方案中所述的一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱，能实时自动地反馈调整变阻箱的阻值以保持电路电流的恒定。本公开通过智能控制模块对其他模块的驱动控制，实现智能化操控，提高了效率；根据电流的波动通过控制芯片控制探针对负载电阻进行精密调节，形成电流反馈机制，解决了电法探测对象为非纯电阻阻值易波动的问题，实现电流的恒定输出，且具有承载大电流的能力；同时自动散热模块能够满足散热要求，具有良好的散热效果。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱，其特征是，包括智能控制模块、自动化采样模块、驱动模块、负载电阻调节模块及自动散热模块；

其中，所述智能控制模块分别连接通信模块、驱动模块和自动化采样模块，所述通信模块连接控制面板，控制面板用于设定电流值，所述驱动模块分别连接自动散热模块、负载电阻调节模块；

所述自动化采样模块采集恒压源发射机的发射电压和总电路电流并传输至智能控制模块，所述智能控制模块根据总电路的电压和电流以及负载电阻调节模块接入电阻推测出电法探测对象的电阻值，通过驱动模块控制负载电阻调节模块自动匹配调节串入探测电路的电阻阻值，输出恒定电流；

所述自动化采样模块还采集智能型恒流变阻箱内的温度信号并传输至智能控制模块，当数值大于设定值时，所述智能控制模块通过驱动模块控制自动散热模块工作。

2.如权利要求1所述的一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱，其特征是，恒压源发射机的发射信号通过接线端子连接限流熔断器的一端，限流熔断器的另一端连接负载电阻调节模块。

3.如权利要求1所述的一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱，其特征是，所述电法探测对象与保护模块相并联。

4.如权利要求1所述的一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱，其特征是，所述自动化采样模块包括电流采样模块、电压采样模块、温度采样模块，所述自动化采样模块由智能控制模块控制进行采样，所述电流采样模块采集的为总电路电流，所述电压采样模块用于电路的总电压，电流采样模块及电压采样模块所采集的数据分别传输至智能控制模块，智能控制模块根据采集的电流值及电压值估计电法探测对象的电阻值。

5.如权利要求1所述的一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱，其特征是，所述自动散热模块包括散热电机、风机阵列、散热片，所述散热电机与风机阵列串联，散热片设置在箱体内，当温度采样模块检测到的箱体内温度高于设定值时，智能控制模块通过驱动模块驱动散热电机控制风机阵列开启，检测的温度越高，风机的转速越大。

6.如权利要求1-5任一所述的一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱，其特征是，所述智能型恒流变阻箱包括箱体，所述箱体内设置有上述智能控制模块、自动化采样模块、驱动模块、负载电阻调节模块及自动散热模块，箱体内设置有若干散热片。

7.如权利要求1所述的一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱，其特征是，所述负载电阻调节模块包括步进电机和负载电阻单元；所述负载电阻单元可采用具有多触点的金属膜电阻，它以圆柱形高热传导瓷心为骨架，骨架表面镀有一层导电金属膜层，金属膜层表面涂上环氧树脂密封，金属膜电阻由内部引出多个恒间距密集触点，触点一端连接导电金属膜层，另一端与探针相连接；

步进电机上固定有圆筒形槽，圆筒形槽中设置有探针，探针内有纵向贯穿的低阻导线，低阻导线与电阻导线连接，步进电机控制探针在导轨上水平运动，探针顶端时刻接触触点，相邻触点间的阻值恒定，探针上有可承受纵向拉力的水平凸起。

8.如权利要求7所述的一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱，其特征是，所述负载电阻单元包括粗调负载电阻和细调负载电阻，由驱动模块分别驱动两个不同电机控制电阻阻值调节；粗调负载电阻和细调负载电阻的结构组成相同。

9.如权利要求8所述的一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱，其特征是，所述粗调负载电阻可调阻值范围大于细调负载电阻可调阻值范围，相邻触点间的电阻大于细调电阻相邻触点间的电阻值，电阻的初始状态在阻值最大的一端。

10.一种用于电法探测的智能型恒流变阻箱的恒流调节方法，其特征是，包括：

利用自动化采样模块采集电路的总电压值及电流值并传输至智能控制模块；

智能控制模块根据采集的信号驱动负载电阻调节模块自动匹配调节串入探测电路的电阻阻值，输出恒定电流；

其中，所述智能控制模块首先采集电路的总电压值、电流值，结合设定的电流值推测负载电阻调节模块所需串入电路的电阻，通过驱动模块控制步进电机调节粗调负载电阻阻值；

当实测电流与设定电流差距小于一定值时，智能控制模块通过驱动模块控制步进电机调节细调负载电阻阻值进行精细调节，直至输出恒定电流；

还包括温度调节步骤，具体为：采集箱体内的温度信号并传输至智能控制系统模块，所述智能控制系统模块通过驱动模块驱动散热电机控制自动散热模块中的风机阵列工作；

在恒压源发射机的发射信号处于断电的周期间隔时，所述智能控制模块不再通过驱动模块驱动负载电阻调节模块的探针移动，所述探针停留在原处。