CN115932405A - 一种多通道频分同步快速测量接地电阻装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种多通道频分同步快速测量接地电阻装置。其包括主控部分和多个通道单元；其中，每个通道单元与一个待测电极Ni和一个公共电极M连接；主控部分通过串行总线与每个通道单元连接；且每个通道单元相对独立，能实现同步测量。与现有技术相比，本发明提供的多通道频分同步快速测量接地电阻装置具有以下效果：1)测量时不需要辅助电极，操作简单。2)最多同时对48个布置点进行接地电阻的测量，测量速度快。3)每个通道单元测量时使用不同的频率，避免测量时互相串扰，因此能够提高测量精度。

Description

一种多通道频分同步快速测量接地电阻装置及测量方法

技术领域

本发明属于用于裂缝监测的测量装置技术领域，特别涉及一种多通道频分同步快速测量接地电阻装置及测量方法。

背景技术

在电法勘探领域，需要通过采集大量工作点的电场数据，在实际施工时，须使每个电极的接地良好，以确保得到的电场数据的准确性。

常用的接地电阻测试方法为三极法，三极法测量一个目标电极需要两个辅助电极，由于能够自动补偿，能够很好的控制测量的精度，但是测量大量电极间接地电阻时，操作非常复杂。

目前通常的做法是先用万用表测量采集通道两个电极间的总接地电阻，在通道数量很多时，操作也比较繁琐，而且由于两电极存在电极电位，万用表测量的阻值并不准确。另一种常用方法是仪器内部发送一个信号源，仪器内部的采集单元对两个电极间的信号进行采集，计算出接地电阻，这种方式测量的单个通道间接地电阻比较准确，但是多个通道同时进行测量时，会因为发送信号源的串扰而无法进行准确测量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种多通道频分同步快速测量接地电阻装置及测量方法。

为了达到上述目的，本发明提供的多通道频分同步快速测量接地电阻装置包括：主控部分和多个通道单元；其中，每个通道单元与一个待测电极Ni和一个公共电极M连接；主控部分通过串行总线与每个通道单元连接；且每个通道单元相对独立，能实现同步测量。

所述的通道单元为数据采集通道板，具有一个发送输出端、一个接收输入端和一个公共端，包括信号源发送部分、信号调理放大部分、模数转换部分和数字信号处理部分；其中：信号源发送部分与待测电极Ni连接、信号调理放大部分分别与待测电极Ni、公共电极M和模数转换部分相连接，模数转换部分与数字信号处理部分相连接，数字信号处理部分与主控部分连接，数字信号处理部分与信号源发送部分连接。

多个通道单元的信号源发送部分的输出端分别通过发送输出端连接至多个待测电极Ni。

多个待测电极Ni分别通过接收输入端连接至多个通道单元的信号调理放大部分的输入端，信号调理放大部分的输出端连接至模数转换部分的输入端。

模数转换部分的输出端连接至数字信号处理部分的输入端；模数转换部分采用ADS131。

数字信号处理部分为以微控制器为核心的数字处理系统，采用STM32F405；多个通道单元的数字信号处理部分通过串行总线连接至主控部分。

待测电极Ni采用铜电极或者不锈钢电极并埋设于地面；每个待测电极Ni具有两个端口，分别与通道单元中的信号源发送部分的发送输出端和信号调理放大部分的接收输入端相连接。

信号源发送部分和信号调理放大部分的公共端通过通道单元的公共端与公共电极M连接。

本发明提供的利用上述多通道频分同步快速测量接地电阻装置的测量方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤1、将多个待测电极围绕井口分布在多个布置点处；设置多个通道单元分别使用不同的频率进行信号发送，采集时间设置为8s；

步骤2、选择离井口远端的对应于某一待测电极的通道单元发送信号，选择离井口近端的对应于另一待测电极Ni的通道单元不发送信号，同步开启这两个通道单元采集信号，信号采集完成后，将采集的电场数据传输至主控部分，由主控部分先计算出公共电极的接地电阻RM；

步骤3、开启多个通道单元发送信号且同步开启全部通道单元采集信号，其中每个通道单元按设定好的频率进行发送；信号采集完成后，每个通道单元得到多个电场数据，将每个通道单元采集的电场数据传输至主控部分，最终由主控部分计算出各个布置点处的接地电阻。

与现有技术相比，本发明提供的多通道频分同步快速测量接地电阻装置及测量方法具有以下效果：

1)测量时不需要辅助电极，操作简单。

2)最多同时对48个布置点进行接地电阻的测量，测量速度快。

3)每个通道单元测量时使用不同的频率，避免测量时互相串扰，因此能够提高测量精度。

附图说明

图1为本发明提供的多通道频分同步快速测量接地电阻装置结构示意图。

图2为信号源发送部分电路图。

图3为电极围绕井口的平面布置图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的多通道频分同步快速测量接地电阻装置及测量方法进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的多通道频分同步快速测量接地电阻装置包括：主控部分50和多个通道单元60；其中，每个通道单元60与一个待测电极Ni和一个公共电极M连接；主控部分50通过串行总线与每个通道单元60连接；且每个通道单元60相对独立，能实现同步测量。

所述的主控部分50为以微处理器为核心的具有浮点运算功能的测控终端控制器，用于控制多个通道单元60的测量开始与停止；获取多个通道单元60所采集的电场数据，将电场数据进行处理、显示与保存；进行待测电极Ni和公共电极M的接地电阻值计算。

所述的通道单元60为数据采集通道板，其具有一个发送输出端、一个接收输入端和一个公共端；其发送预设频率的信号至待测电极Ni，在待测电极Ni的接地电阻上产生待测信号，然后将待测信号进行信号滤波、放大、模数转换、信号采样、数字滤波以及离散傅里叶变换在内的处理，最终得到电场数据，并将电场数据上传给主控部分50。

所述的通道单元60包括信号源发送部分10、信号调理放大部分20、模数转换部分30和数字信号处理部分40；其中：信号源发送部分10与待测电极Ni连接、信号调理放大部分20分别与待测电极Ni、公共电极M和模数转换部分30相连接，模数转换部分30与数字信号处理部分40相连接，数字信号处理部分40与主控部分50连接，数字信号处理部分40与信号源发送部分10连接。

如图2所示，所述的信号源发送部分10用于产生信号并输出，为了减小同时测量产生的串扰，多个通道单元60产生的信号频率各不相同；多个通道单元60的信号源发送部分10的输出端分别通过发送输出端连接至多个待测电极Ni。

所述的信号调理放大部分20一方面用于对待测信号进行滤波，包括滤除直流成分和工频成分，另一方面对待测信号进行适当的放大或者衰减，压制待测信号中可能存在的干扰成分，提高待测信号信噪比。多个待测电极Ni分别通过接收输入端连接至多个通道单元60的信号调理放大部分20的输入端，信号调理放大部分20的输出端连接至模数转换部分30的输入端。

所述的模数转换部分30用于对接收的信号进行采样并转换为数字信号；模数转换部分30的输出端连接至数字信号处理部分40的输入端；模数转换部分30采用ADS131。

所述的数字信号处理部分40为以微控制器为核心的数字处理系统，采用STM32F405，功能为对数字信号进行滤波以及离散傅里叶变换；多个通道单元60的数字信号处理部分40通过串行总线连接至主控部分50。

在本发明中，所述的待测电极Ni的数量为四十八个，即待测电极N1～待测电极N48，采用铜电极或者不锈钢电极并埋设于地面；每个待测电极Ni具有两个端口，分别与通道单元60中的信号源发送部分10的发送输出端和信号调理放大部分20的接收输入端相连接。

所述的公共电极M为连接本装置公共端的电极，用于为本装置提供参考电位，信号源发送部分10和信号调理放大部分20的公共端通过通道单元60的公共端与公共电极M连接；在实际实施时，本装置公共端一般连接在正在压裂的井口上，此时井口即为公共电极M。

下面以油田压裂监测案例来简要描述本装置的测量方法：

图3为电极围绕井口的平面布置图，其中公共电极M为井口，N1-N48共48个待测电极分布在48个布置点处，设48个通道单元60为通道1-通道48，公共电极M连接到所有通道的公共电极，N1-N48分别连至通道1-48。

步骤1、将48个待测电极N1-N48围绕井口分布在48个布置点处；设置通道1-48分别使用6Hz、6.25Hz、6.5Hz、…、17.75Hz的频率进行信号发送，采集时间设置为8s；

步骤2、选择离井口远端的对应于待测电极N1的通道1发送信号，选择离井口近端的对应于待测电极N37的通道37不发送信号，同步开启通道1与通道37采集信号，信号采集完成后，将采集的电场数据传输至主控部分50，由主控部分50先计算出公共电极M的接地电阻RM；

步骤3、开启通道1-48发送信号且同步开启全部通道采集信号，其中每个通道单元60按设定好的频率进行发送，共48个频率。信号采集完成后，每个通道单元60得到48个电场数据，将每个通道单元60采集的电场数据传输至主控部分50，最终由主控部分50计算出各个布置点处的接地电阻RN1-RN48。

Claims (9)

1.一种多通道频分同步快速测量接地电阻装置，其特征在于：所述的多通道频分同步快速测量接地电阻装置包括：主控部分(50)和多个通道单元(60)；其中，每个通道单元(60)与一个待测电极Ni和一个公共电极M连接；主控部分(50)通过串行总线与每个通道单元(60)连接；且每个通道单元(60)相对独立，能实现同步测量。

2.根据权利要求1所述的多通道频分同步快速测量接地电阻装置，其特征在于：所述的通道单元(60)为数据采集通道板，具有一个发送输出端、一个接收输入端和一个公共端，包括信号源发送部分(10)、信号调理放大部分(20)、模数转换部分(30)和数字信号处理部分(40)；其中：信号源发送部分(10)与待测电极Ni连接、信号调理放大部分(20)分别与待测电极Ni、公共电极M和模数转换部分(30)相连接，模数转换部分(30)与数字信号处理部分(40)相连接，数字信号处理部分(40)与主控部分(50)连接，数字信号处理部分(40)与信号源发送部分(10)连接。

3.根据权利要求2所述的多通道频分同步快速测量接地电阻装置，其特征在于：多个通道单元(60)的信号源发送部分(10)的输出端分别通过发送输出端连接至多个待测电极Ni。

4.根据权利要求2所述的多通道频分同步快速测量接地电阻装置，其特征在于：多个待测电极Ni分别通过接收输入端连接至多个通道单元(60)的信号调理放大部分(20)的输入端，信号调理放大部分(20)的输出端连接至模数转换部分(30)的输入端。

5.根据权利要求2所述的多通道频分同步快速测量接地电阻装置，其特征在于：模数转换部分(30)的输出端连接至数字信号处理部分(40)的输入端；模数转换部分(30)采用ADS131。

6.根据权利要求2所述的多通道频分同步快速测量接地电阻装置，其特征在于：数字信号处理部分(40)为以微控制器为核心的数字处理系统，采用STM32F405；多个通道单元(60)的数字信号处理部分(40)通过串行总线连接至主控部分(50)。

7.根据权利要求1所述的多通道频分同步快速测量接地电阻装置，其特征在于：待测电极Ni采用铜电极或者不锈钢电极并埋设于地面；每个待测电极Ni具有两个端口，分别与通道单元(60)中的信号源发送部分(10)的发送输出端和信号调理放大部分(20)的接收输入端相连接。

8.根据权利要求1所述的多通道频分同步快速测量接地电阻装置，其特征在于：信号源发送部分(10)和信号调理放大部分(20)的公共端通过通道单元(60)的公共端与公共电极M连接。

9.一种利用权利要求1至8中任一项所述多通道频分同步快速测量接地电阻装置的测量方法，其特征在于：所述的测量方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤1、将多个待测电极Ni围绕井口分布在多个布置点处；设置多个通道单元(60)分别使用不同的频率进行信号发送，采集时间设置为8s；

步骤2、选择离井口远端的对应于某一待测电极Ni的通道单元(60)发送信号，选择离井口近端的对应于另一待测电极Ni的通道单元(60)不发送信号，同步开启这两个通道单元(60)采集信号，信号采集完成后，将采集的电场数据传输至主控部分(50)，由主控部分(50)先计算出公共电极M的接地电阻RM；

步骤3、开启多个通道单元(60)发送信号且同步开启全部通道单元(60)采集信号，其中每个通道单元(60)按设定好的频率进行发送；信号采集完成后，每个通道单元(60)得到多个电场数据，将每个通道单元(60)采集的电场数据传输至主控部分(50)，最终由主控部分(50)计算出各个布置点处的接地电阻RNi。

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