CN109633755B - 一种电缆组合式高密度电法仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电缆组合式高密度电法仪，包括控制器、电缆、笔记本电脑、电源和电极，所述控制器由电源供电，并通过数据线与笔记本电脑连接；所述电缆分为两种，一种为普通多芯电缆，一种为带电极接口的多芯电缆；所述带电极接口的多芯电缆，是在普通多芯电缆的基础上，将电缆中的每一芯电线挑出来，用于与电极连接；电缆与控制器之间，以及电缆与电缆之间通过航空插头连接。解决了常规高密度电法仪电极个数超过电缆芯数时无法测量的问题，实现了超长测线探测；与常规集中式高密度电法仪相比大幅减少了电缆使用量，降低了仪器成本，减轻了仪器重量，提高了施工和运输效率。
Description
技术领域
本发明涉及地质与勘探地球物理领域，尤其涉及一种电缆组合式高密度电法仪。
背景技术
高密度电法是一种常用的地球物理勘探方法。对大地进行供电和测量，可以得到大地的电阻率。整体横向移动供电和测量电极位置，可以得到横向大地电阻率分布情况，即电剖面法；逐步增大供电和测量电极间距，可以得到纵向大地电阻率分布情况，即电测深法。高密度电法是电剖面法和电测深法的组合。高密度电法仪通过自动选取不同位置电极作为供电和测量电极，实现高密度电法探测。
目前的高密度电法仪分为集中式和分布式两种。集中式高密度电法仪是把每个电极通过总线电缆与电极选取装置相连，电极选取装置与主机为一体。分布式高密度电法仪把电极选取装置分布到电缆上，由主机通过信号线进行远程控制。常规集中式高密度电法仪相比分布式高密度电法仪具有电极选取稳定，电缆结构简单，适合于大规模生产，成本低、便于维护等优点，同时常规高密度电法仪存在如下缺点：
（1）所需要的电缆芯数很多，如果是60道电极，就需要60芯的电缆，导致电缆笨重，不便于施工和运输。
（2）电缆芯数是固定的，当需要进行超长测线探测，电极道数超过电缆芯数时，无法进行测量。
（3）主机通常由单片机控制，软件编制和更新困难，难以实现任意不规则观测系统数据采集。
发明内容
针对上述现有高密度电法仪的不足，本发明提供一种电缆组合式高密度电法仪，属于一种改进的集中式高密度电法仪。以实现任意电极道数和任意不规则观测系统探测，大幅减少电缆使用量，降低仪器成本，减轻仪器重量，提高施工和运输效率。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种电缆组合式高密度电法仪，包括控制器、电缆、笔记本电脑、电源和电极，所述控制器由电源供电，并通过数据线与笔记本电脑连接；所述电缆分为两种，一种为普通多芯电缆，一种为带电极接口的多芯电缆；所述带电极接口的多芯电缆，是在普通多芯电缆的基础上，将电缆中的每一芯电线挑出来，用于与电极连接；电缆与控制器之间，以及电缆与电缆之间通过航空插头连接。
进一步的，所述电缆的两端分别距离端部5m挑出一电缆芯，中间每间隔10m挑出一电缆芯，将挑出的电缆芯与电极连接。
进一步的，所述控制器包括多路继电器控制板、电压模块、电流模块、航空插头、RS232接口和电源接口，所述电源接口在仪器内部形成供电端口A和B，所述电压模块的测量端口为M和N，所述电流模块串联在电源接口和供电端口A之间；所述多路继电器控制板上的继电器分为四组，每一组的公共端分别与A、B、M、N端口连接，每一组中的第1个继电器常开端通过电缆与1#电极连接，每一组中的第2个继电器常开端通过电缆与2#电极连接，依次类推；每一个继电器有独立的物理地址，通过笔记本电脑控制任意电极与A、B、M或N端口连接，任意电极自由选择作为供电电极或测量电极，实现任意不规则观测系统数据采集。
更进一步的，所述电压模块为普通电压测量模块，电压分辨率≤1mv，量程0-100v。
更进一步的，所述电流模块为普通电流测量模块，电流分辨率≤10uA，量程0-5A。
更进一步的，所述电源接口为普通电源接口，为外部电源接口。
更进一步的，所述RS232接口可直接与笔记本电脑RS232接口连接，或通过RS232转USB连接线与笔记本电脑USB接口连接；功能是将笔记本电脑发送的控制信号输出给多路继电器控制板，并将电压模块测量的电压信号和电流模块测量的电流信号输送回笔记本电脑。
进一步的，所述笔记本电脑为带RS232接口或USB接口的普通笔记本电脑。
进一步的，所述电源为普通直流电源，如锂离子电池，电源电压范围12-240v。
进一步的，所述电极为普通不锈钢电极，顶端直径2cm，底端为尖头，长度30cm。
与现有常规集中式高密度电法仪相比，本发明高密度电法仪具有的优点如下：
（1）采用普通多芯电缆和带电极接口多芯电缆组合连接方式，解决了常规高密度电法仪电极个数超过电缆芯数时无法测量的问题，实现了超长测线探测。
（2）采用普通多芯电缆和带电极接口多芯电缆组合连接方式，与常规集中式高密度电法仪相比大幅减少了电缆使用量，降低了仪器成本，减轻了仪器重量，提高了施工和运输效率。
（3）实现电极任意自由选择，有利于数据采集软件的编制和更新升级，并实现任意不规则观测系统的数据采集。
附图说明
图1为仪器结构示意图。
图2为控制器结构示意图。
图3为多路继电器控制板中继电器与电缆连线方式示意图。
图4为常规集中式高密度电法仪与本发明高密度电法仪进行3D测量时观测系统图。
具体实施方式
如图1所示，一种电缆组合式高密度电法仪，包括控制器1、电缆2、笔记本电脑3、电源4和电极5，所述控制器1由电源4供电，并通过数据线与笔记本电脑3连接；所述电缆2分为两种，一种为普通多芯电缆2-1，一种为带电极接口的多芯电缆2-2；所述带电极接口的多芯电缆2-2，是在普通多芯电缆的基础上，将电缆中的每一芯电线挑出来，用于与电极5连接；例如100m长的10芯电缆，在电缆5m处挑出第1芯，之后每隔10m挑出1芯，在电缆95m处挑出第10芯，则每隔10m有1芯电缆可与电极连接。电缆2与控制器1之间，以及电缆2与电缆2之间通过航空插头连接。
如图2所示，所述控制器1包括多路继电器控制板1-1、电压模块1-2、电流模块1-3、航空插头1-4、RS232接口1-5和电源接口1-6，所述电源接口1-6为外部电源接口，在仪器内部形成供电端口A和B，所述电压模块1-2的测量端口为M和N，所述电流模块1-3串联在电源接口1-6和供电端口A之间。
如图3所示，所述多路继电器控制板1-1上的继电器分为四组，每一组的公共端分别与A、B、M、N端口连接，每一组中的第1个继电器常开端通过电缆3与1#电极连接，每一组中的第2个继电器常开端通过电缆2与2#电极连接，依次类推；每一个继电器有独立的物理地址，通过笔记本电脑3控制任意电极与A、B、M或N端口连接，任意电极自由选择作为供电电极或测量电极，实现任意不规则观测系统数据采集。
所述电压模块1-2为普通电压测量模块，电压分辨率≤1mv，量程0-100v。
所述电流模块1-3为普通电流测量模块，电流分辨率≤10uA，量程0-5A。
所述电源接口1-6为普通电源接口，为外部电源接口。
所述RS232接口1-5直接与笔记本电脑RS232接口连接，或通过RS232转USB连接线与笔记本电脑USB接口连接;功能是将笔记本电脑3发送的控制信号输出给多路继电器控制板1-1，并将电压模块1-2测量的电压信号和电流模块1-3测量的电流信号输送回笔记本电脑3。
所述笔记本电脑3为带RS232接口1-5或USB接口的普通笔记本电脑。
所述电源4为普通直流电源，如锂离子电池，电源电压范围12-240v。
所述电极5为普通不锈钢电极，顶端直径2cm，底端为尖头，长度30cm。
以下对比常规集中式高密度电法仪：经典的60芯电缆式和本发明高密度电法仪：10芯电缆组合式的探测能力和电缆使用量，以说明本发明电法仪在提高探测能力和减少电缆使用量方面的优势。
进行2D高密度电法测量，测线长度600m，电极距10m，共60道电极。使用常规集中式高密度电法仪，需要60芯带电极接口电缆600m，按单芯长度计算为36000m。使用本发明高密度电法仪，需要10芯带电极接口的多芯电缆2-2 600m，以及10芯常规电缆1500m，按单芯长度计算为21000m。电缆使用量约减少一半。
进行2D高密度电法测量，测线长度1000m，电极距10m，共100道电极。常规集中式高密度电法仪芯数不够，无法进行测量。使用本发明高密度电法仪，需要10芯带电极接口的多芯电缆2-2 1000m，以及10芯常规电缆4500m，可以进行测量。
进行2D高密度电法测量，测线长度100m，电极距10m，共10道电极。使用常规集中式高密度电法仪，需要60芯带电极接口电缆100m，按单芯长度计算为6000m。使用本发明高密度电法仪，需要10芯带电极接口的多芯电缆2-2 100m，按单芯长度计算为1000m。本发明高密度电法仪电缆使用量只有常规集中式高密度电法仪的六分之一。
如图4所示，进行3D高密度电法测量，100m测线6条，电极距10m，测线间距10m，共60道电极。使用常规集中式高密度电法仪，需要60芯带电极接口电缆650m，按单芯长度计算为39000m。使用本发明高密度电法仪，需要10芯带电极接口的多芯电缆2-2 600m，以及10芯普通电缆2-1 150m，按单芯长度计算为7500m。电缆使用量不到常规集中式高密度电法仪的五分之一。
Claims (8)
1.一种电缆组合式高密度电法仪，其特征在于，包括控制器、电缆、笔记本电脑、电源和电极，所述控制器由电源供电，并通过数据线与笔记本电脑连接；所述电缆分为两种，一种为普通多芯电缆，一种为带电极接口的多芯电缆；所述带电极接口的多芯电缆，是在普通多芯电缆的基础上，将电缆中的每一芯电线挑出来，用于与电极连接；电缆与控制器之间，以及电缆与电缆之间通过航空插头连接；所述控制器包括多路继电器控制板、电压模块、电流模块、航空插头、RS232接口和电源接口，所述电源接口为外部电源接口，在仪器内部形成供电端口A和B，所述电压模块的测量端口为M和N，所述电流模块串联在电源接口和供电端口A之间；所述多路继电器控制板上的继电器分为四组，每一组的公共端分别与A、B、M、N端口连接，每一组中的第1个继电器常开端通过电缆与1#电极连接，每一组中的第2个继电器常开端通过电缆与2#电极连接，依次类推；每一个继电器有独立的物理地址，通过笔记本电脑控制任意电极与A、B、M或N端口连接，任意电极自由选择作为供电电极或测量电极，实现任意不规则观测系统数据采集。
2.根据权利要求1所述的一种电缆组合式高密度电法仪，其特征在于，所述电缆的两端分别距离端部5m挑出一电缆芯，中间每间隔10m挑出一电缆芯，将挑出的电缆芯与电极连接。
3.根据权利要求1所述的一种电缆组合式高密度电法仪，其特征在于，所述电压模块为普通电压测量模块，电压分辨率≤1mv，量程0-100v，测量端口为M和N。
4.根据权利要求1所述的一种电缆组合式高密度电法仪，其特征在于，所述电流模块为普通电流测量模块，电流分辨率≤10uA，量程0-5A。
5.根据权利要求1所述的一种电缆组合式高密度电法仪，其特征在于，所述RS232接口可直接与笔记本电脑RS232接口连接，或通过RS232转USB连接线与笔记本电脑USB接口连接，将笔记本电脑发送的控制信号输出给多路继电器控制板，并将电压模块测量的电压信号和电流模块测量的电流信号输送回笔记本电脑。
6.根据权利要求1所述的一种电缆组合式高密度电法仪，其特征在于，所述笔记本电脑为带RS232接口或USB接口的普通笔记本电脑。
7.根据权利要求1所述的一种电缆组合式高密度电法仪，其特征在于，所述电源为普通直流电源，电源电压范围12-240v。
8.根据权利要求1所述的一种电缆组合式高密度电法仪，其特征在于，所述电极为普通不锈钢电极，顶端直径2cm，底端为尖头，长度30cm。
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