CN1266487C - 分布式并行智能电极电位差信号采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种分布式并行智能电极电位差信号采集方法与系统，是在一定区域内布若干组智能电极，每个智能电极由若干个工作电极组成，每个工作电极连接有信号调理测量电路；每一智能电极，对其中任意一工作电极设定为供电正极(A)、供电负极(B)、公共地(N)和采样(M)四种工作状态中的任意一种；若干组智能电极所带的所有工作电极只要3个电极工作在供电正极(A)、供电负极(B)、公共地(N)状态，剩余各工作电极同时进入电位差信号采样状态；在A、B供电过程中连续测量各个电极的自然场、一次场、二次场电位差，电位差信号经过A/D转换后，送计算机存储、处理；改变A、B、N的位置，进行下一次测量，如此循环。

Description

分布式并行智能电极电位差信号采集方法

技术领域：

本发明属于地球物理勘探技术领域，具体的说是应用于资源与环境勘探技术领域中的直流电法勘探技术。

背景技术：

早在19世纪初就开始用电法找矿以来，直流电法勘探技术发展了近200年。自20世纪80年代高密度电法技术发展以来，电法勘探技术得到迅速发展和广泛应用。直流电法勘探技术主要以高密度电法为主的四种方法：①高密度电阻率法(high density resistivity method)——它采用三电位电极系，包括温纳四极、偶极、微分三极装置，结合计算机技术，可广泛应用于场地地质调查，坝基及桥墩选址等，是目前主导电法勘探技术，但数据采集仍为串行。②高分辨地电阻率法(high resolution resistivity method)——该方法起初用于探测军事方面的洞体，后应用到探测废矿巷道、岩溶等地下洞。③激发极化法(IP)——它是应用最广和效果最好的一类电法勘探方法，在找水、找油方面取得了明显的效果。不过仪器现场测量需要长时间观测。④频谱激电法(SIP)——又称复电阻率法，在金属矿床和油气勘察方面取得了明显的找矿效果，但对激电效应和电磁效应的分离、激电异常的评价并未完全解决。

目前高密度电法仪实现了一次性布极，由电极转换装置自动实现多种电极组合串行测量方式；但是，每一对电极供电，只能有一对电极测量电压，其他电极处于空闲状态，实际数据采集过程需要大量的时间去等待依次供电测量过程的循环。现有的电极转换器没有解决阵列电法的并行采集方式(93107832.6)。

根据现有技术存在的不足，对高密度电法数据采集，希望做到二极供电，所有电极同步测量，实现电法勘探的并行、海量、高效数据采集，首先是实现一对电极供电的同时，所有电极都同步测量电压。特提出本发明：分布式并行智能电极采集系统。

发明内容：

本发明采用如下技术方案：

分布式并行智能电极电位差信号采集方法，是在一定区域内布若干组智能电极，每个智能电极由若干个工作电极组成，每个工作电极连接有信号调理测量电路；每一智能电极，对其中任意一工作电极设定为供电正极(A)、供电负极(B)、公共地(N)和采样(M)四种工作状态中的任意一种；若干组智能电极所带的所有工作电极只要3个电极工作在供电正极(A)、供电负极(B)、公共地(N)状态，剩余各工作电极同时进入电位差信号采样状态；在A、B供电过程中连续测量各个电极的自然场、一次场、二次场电位差，电位差信号经过A/D转换后，送计算机存储、处理；改变A、B、N的位置，进行下一次测量，如此循环。

所述的分布式并行智能电极电位差信号采集方法，其特征在于每个智能电极的各工作电极均接入电极状态选择开关，每个工作电极的采样状态接入信号调理，使30Hz以下的低频信号传送采样保持电路，再输入到A/D器，经A/D转换后输入到单片机存储；单片机中存储的数据采用RS-485通讯总线传送到计算机；电极状态选择开关和A/D转换电路通过单片机控制。

分布式并行智能电极电位差信号采集方法，其特征在于电极状态选择开关与采样电路的结合，工作电极为采用状态时→接入调理电路→采样保持→A/D转换，测量与公共地电极间的电位差；工作电极为非采用状态时自动与采样电路分离；智能电极的联接只需要A、B、N、工作电源线和数据通讯线等7芯电缆，与实际工作电极数无关。

分布式并行智能电极电位差信号采集系统，包括网络控制计算机和7芯电缆，其特征在于设有若干组智能电极，每个智能电极自带若干个工作电极，每个工作电极均接有测量电路，每个工作电极均接入电极状态选择开关，每个工作电极的采样电信号接入信号调理电路，再进入采样保持电路，采样保持电路后接多路开关、A/D转换器，各智能电极的供电电源、单片机工作电源、公共地、数据传输并联接入7芯电缆。

所述的分布式并行智能电极电位差信号采集系统，其特征在于电极状态选择开关控制每个工作电极进入四种状态：供电正极(A)、供电负极(B)、公共地(N)和采样(M)，工作电极默认状态为采样，即工作电极与A/D转换器相连。电极状态选择开关由三个常闭式普通继电器组成。

所述的分布式并行智能电极电位差信号采集系统，其特征在于所述的每个智能电极带有8个可采样的工作电极(可带电极数为1～n个)；连接电缆总是7芯线；具有分布式特点。

本发明选用MCS-51系列单片机AT89C51、A/D转换器电路为MAX1132、继电器等均为常规器件。

完整系统包括网络控制主机和7芯电缆，各智能电极之间通过A、B、N、RS-485通讯总线、电源线相互连接，并通过7芯电缆与网络控制主机相连；

所述每个智能电极包括单片机，电极状态选择开关，采样调理电路，采样保持电路，A/D转换电路，数据存储器及通讯电路；

每个智能电极自带一组工作电极P，由单片机与继电器组合构成电极状态选择开关，该开关控制工作电极P的四种工作状态：供电正极(A)、供电负极(B)、公共地(N)和采样(M)。

本发明的总体构成：其核心是智能电极，可设有若干个，它具有分布式数据采集功能。该智能电极采用单片机与开关组合控制，每个智能电极又自带一组(8个)工作电极，通过通讯总线与其它智能电极及网络控制主机相连。

本发明的技术方案：将分布式电极状态选择开关与A/D转换器电路组合在一起，电极状态选择开关控制工作电极的4种状态：A、B、N、M；工作电极的默认状态为采样(M)，即工作电极始终与A/D转换器相连，当工作电极需要处于其他3种状态时则断开与A/D的联接，直接切换到工作电极上。由于A/D下放到了每个工作电极上，因此，除在A、B、N状态外，每个工作电极都在同时测量与N的电位差，从而实现了并行电压采集。

工作程序首先由网络控制主机(PC机)通过RS-485通讯总线向所有智能电极广播，智能电极接受指令，进行各自工作电极的状态分配(A、B、N、M)，即2个电极为A、B构成人工电场，1个电极为N构成公共比较电极，其他电极均为采样状态M，测量与N的电位差。在同步命令下所有电极按已受指令各司其职，在A、B供电供电前、中、后过程中，进行自然场、一次场、二次场电位差的连续测量，数据采集后，智能电极进行数据存储，并接收网络控制主机的点名后，智能电极按照协议要求，各自将自己的工作电极采集数据返回网络控制主机，该主机接收、存储、解编、计算、实时成图。此后，网络控制主机准备进行下一次广播，如此循环。

由于智能电极的作用，相当于在每个工作电极上设计一个程控单刀4掷开关(电极状态选择开关)和一个电压表(调理电路、采样保持电路与A/D转换器的组合)，每个工作电极同时只能工作在一种状态。当电极为A、B、N状态时，开关分别掷向供电正极档A、供电负极档B、公共地N，工作电极默认状态为采样M开关掷向电压表。电压表按照通讯设定的采样时刻进行连续采样，实际上为一个时间序列，相当于地震勘探的一个地震道记录；需要的结果送到网络控制主机或室内提取自然场、一次场、二次场电压值，以供电法计算使用。电流测量为网络控制主机的工作。

为了降低成本，提高性能价格比，每个智能电极可以带多个工作电极。通过采样保持器来共用一个A/D转换器，每增加一个电极只需增加一套电极状态选择开关和一个低通调理电路，本发明所述智能电极自带8个工作电极P。

本发明特点：所述智能电极采用8位编码器就可以构成千道(1024道)以上的工程电法勘探(环境监测)仪；实现一次供电、同步采集的并行网络电法采集系统；可从自然场、一次场、二次场进行所有电极同步连续电压采集；一次采集同时完成自然电位法、高密度电阻率法、高分辨地电阻率法、激发极化法、频谱激电法和充电法的所有电法勘探方法与各种装置类型的测量；实现了并行、海量、高效数据采集的目的；为三维电法勘探、工程与环境的电法监测提供了硬件支持。

本发明在一次供电的同时进行电阻率法、激电法数据采集技术方面具有独创性，改变了现代高密度电法勘探的分布式串行采集模式，一次供电并行采集所有电极的自然场、一次场、二次场的全过程，为电法反演提供了完善的数据，因此本发明对电法勘探技术发展具有深远的意义。改变了电法勘探的数据采集方式和电法勘探的完全场观测过程，该发明在资源与环境勘探领域将带来巨大的经济效益和社会效益。

附图说明：

图1，系统结构示意图。1为网络控制主机，2为多芯电缆，3为智能电极，P为智能电极3自带的一组工作电极，工作电极P编号通式：P＝8n+1～8n+8，n＝0、1、2、3、4、……。

图2，智能电极3结构图。2为多芯电缆，4为单片机，5为A/D转换器，6为多路转换开关，7为采样保持电路，8为低通滤波调理电路，9为电极状态选择开关，10为数据存储器，11为串行接口，12为电源模块，13为工作电极接口(信号输入)，14为拨码开关。

图3，电极状态选择开关9原理图。

图4，电极状态选择开关9电路图。

图5，智能电极间联接电缆截面2。AB为供电回路，G(N)公共地，P1、P2为智能电极3的24V工作电源，D1、D2为R8-485通信屏蔽电缆。

图6，A/D转换器及接口电路5

图7，通讯电路及串行接口11。

图8，信号调理电路8。

图9，采样保持电路7和多路开关6示意图。

图10，稳压电源电路12。

图11，拨码开关电路14。

图12，电极状态选择开关电器示意图。

图13，电极输入与A/D等电器示意图。

图14，电源等电器示意图。系统元件编号说明：字母表示元件名称，数字第一位表示电极号，第二位表示电极元件编号；各电极所用反向器数字第一位和第二位表示电极号(两电极共用)，第三位表示电极元件编号，各电极共用的单片机电路元件编号以字母和数字顺序编号表示。

具体实施方式：

图1，整个系统设计为网络结构，由通讯总线和多芯电缆(即七芯电缆)2将网络控制主机1与各个智能电极3连接起来，利用RS-485通讯总线完成控制和数据的读取。系统由三大部分组成：即网络控制主机1(PC机)、七芯电缆2及智能电极3。网络控制主机1由笔记本电脑和供电电源组成。其主要功能有：(1)网络控制主机1检查在线智能电极3的数量、代码；(2)主机1发布所有工作电极的工作状态、采样指令；(3)以主机1设定的幅度、频率和工作方式对供电电极进行供电；(4)发布同步采样指令；(5)接收智能电极3的上传数据；(5)存储数据；(6)处理数据。(7)提供24V直流电源，作为智能电极12的工作电源。笔记本电脑采用可视化编程软件VC程序设计语言，利用通信控件和智能电极3上单片机进行通信完成控制主机功能。

多芯电缆2(图5)实际是采用七芯电缆：其中两根用作供电回路A、B的动力电缆；两根用作供给智能电极3的24V工作电源P1、P2，可以考虑分布式电源；两根用作智能电极3和网络控制主机1的通信线D1、D2；还有一根作为公共地线G(N)。

智能电极3主要由单片机4、电极状态选择开关9、信号调理电路8、采样保持电路7、多路转换开关6、A/D转换器5、数据存储器10、通讯电路11、智能电极代码拨码开关14及电源12组成(图2)。单片机4是根据智能电极3要实现的功能，选用ATMEL公司生产的AT89C51型，是一种低功耗、高性能的8位CMOS微处理器芯片，片内带有4KB的EEPROM程序存储器，与工业标准的80C51指集、引脚分布相兼容。

电极状态选择开关9。智能电极3上的任何一个工作电极P都有四种工作状态即：A供电、B供电、公共地N、采样M。为了能按照要求设置各个工作电极P的工作状态，就必须有满足要求的电路。本发明采用三个继电器开关设计电路(图3，图4)，选择开关用于确定各工作电极的工作状态，各智能电极3根据单片机4的指令，使工作电极P工作于：A供电状态，B供电状态，公共地状态N，采样状态M。选择开关由一个常开节点a和一个常闭节点b的普通机械式继电器构成。图3即为单个工作电极P的转换开关。智能电极3的信号输入端通过三个继电器Q1，Q2，Q3的常闭节点b1，b2，b3和电极直接相连接，智能电极3的信号地和公共地电极N直接相连，即在默认状态下，电极是工作于采样状态。因为一个智能电极共有八个工作电极P，所以每个智能电极中共有八个这样转换开关电路(即图3、图4)的组合。电极状态选择电路是智能电极3的重要部件。

电极工作状态切换过程如下：①A供电状态：继电器Q1吸合，K1与a1相接，供电电源正极线POWERA接通电极POLE，智能电极3信号输入端和电极POLE断开，电极工作于A供电状态。②B供电状态：继电器Q2吸合，K2与a2相接，供电电源负极线POWERB接通电极PLOE，智能电极3信号输入端和电极PLOE断开，电极工作于B供电状态。③公共地状态：继电器Q3吸合，K3与a3相接，公共地线COM N接通电极PLOE，智能电极3信号输入端和电极POLE断开，电极工作于N公共地状态。④M采样状态：继电器Q1，Q2，Q3均未吸合，即K1与b1，K2与b2、K3与b3同时相连接(默认常闭状态)，此时智能电极3信号输入端和电极POLE相连，电极工作于采样状态(M)。

信号调理电路(图8)实际是低通滤波电路8，该信号调理电路设计了两级低通滤波电路，先经过50Hz的低通滤波，然后再通过一级30Hz低通滤波电路，剩下30Hz以下的低频信号；可有效抑制工频干扰，克服测试中出现的“粗大”误差(大数现象)。调理电路中放大器[U501A～U501D]选用LF444运算放大器，它与单片机4电路具有较好的适应性。为保证电路具有较强的共模抑制能力，必须保证电阻具有良好的匹配性和一致性，因此选用误差优于1％的金属膜电阻，在电源引脚上搭接优质的CBB电容或钽电容，同时尽可能保征正、负电源的稳定性和对称性，这是保证放大电路性能的关键。

采样保持7与多路开关6(图9)实际上是多路模拟量转换器，通常有N个模拟量输入通道和一个公共地的模拟量输出端，并通过地址线上不同的地址信号把N个通道中任一通道输入的模拟信号从公共输出端输出，实现有N线到一线的接通功能。采样保持器7选用LF392器件，多路转换开关6选取用DG508A模块，图中CH6为外接保持电容。多路转换开关6的通道选择A0，A1，A2由A/D转换器5的可编程输出口P0，P1，P2控制。采样保持器7由单片机4的P1.3口发信号控制同步采样保持。

A/D转换器电路5(图6)、本发明的每个智能电极3上设计带有八个工作电极P，由一个A/D转换器5完成对八路模拟量的转换。由于系统要求采样时所有工作电极P在同一时刻进行，即A/D转换器5转换的模拟量必须是同一时刻的模拟量，但A/D转换器5只能一个一个电极进行转换，所以要在A/D转换器5前端的各个工作电极P上加上采样保持电路7，并在A/D转换器5与采样保持电路7之间加多路开关电路6。智能电极3在工作时，八个工作电极P通道同时采样，而A/D转换器5只能转换一路通道，在未进入A/D转换器5之前，各个工作电极P通道上的值(数据)应保持不变，所以要用采样保持器7对信号进行采样保持。当一个通道采样完成后，其它通道上保持的值等待多路开关6选中通道后进入A/D转换器5进行转换。

智能电极3的工作过程：智能电极有两种工作方式：(一)由网络控制主机1指定所有智能电极3组成单独系统进行采样。在这种情况下，网络主机1指定两个电极为供电电极，但并不指定公共地，而是由智能电极3来指定八个工作电极P中的某一个工作电极为公共地。(1)对于有一个电极为供电电极的智能电极，它指定其余七个工作电极中的某一个电极为公共地，其余六个为采样电极。在同一时刻由六路信号进入智能电极3，智能电极3采集这六路信号，同时记录公共地电极的值为0，而供电电极的值FFFFH。当各工作电极数据采集完毕，由智能电极3另指定一个工作电极为公共地，并采集六路信号，同时记录此电极的数据为0，供电电极的值FFFFH，如此循环，使七个电极均为公共地一次，智能电极3数据采集结束。(2)对于没有电极为供电电极的智能电极，它指定八个工作电极P中某一个电极为公共地，其余七个电极为采样电极，在同一时刻共有七路信号进入智能电极3，智能电极采集这七路信号同时记录公共地电极数据为0，当各工作电极所有数据采集完毕，由智能电极3另指定一个电极为公共地，并采集七路信号，同时记录此电极的数据为0，如此循环，使八个工作电极均为公共地一次，智能电极数据采集结束。(二)由网络控制主机1指定两个电极为供电电极，同时指定某一电极为公共地：(1)对于没有供电电极或公共地电极的智能电极3，将采样电极和智能电极信号输入端相连，公共地和智能电极的信号地相连，进行正常的数据采集。(2)对于有供电电极或公共地电极的智能电极3，除作为供电电极和公共地电极的电极外，其余采样电极和智能电极信号输入端相连，公共地和智能电极的信号地相连，进行正常的数据采集，同时记录公共地电极的值为0，供电电极的值为FFFFH。(3)当上述一次数据采集完毕经后再由网络主机1指定另一电极为公共地，进行上述数据采集过程，直到所有电极循环完毕。智能电极工作方式(二)为主要工作方式。

A/D转换器5(图6)，选用MAXIM公司生产的MAX1132型模块，它是单电源、低功耗、16位、单/双极性转换的高精度串行逐次逼近型ADC。其内部具有跟踪/保待及校准电路，可使用内部或外部参考电压及时钟。采样速率最高可达到200ksps，最低耗电量7.5mA。若工作于关闭模式，电流可降低到2.5微安。该ADC可用于工业过程控制、数据采集系统、便携式数据记录、医疗或掌上设备、系统检测等领域。MAX1132需要由时钟将控制字节从串行数据输入端(DIN)打入其内部移位寄存器来决定其工作模式并启动转换。当CS变低或一次转换(或校准)结束以后，DIN端收到的第一个逻辑“1”被定义为控制字节的开始位(MSB)，在该位到达前由时钟打入DIN的逻辑“0”均无效，DIN的每位数据在每个SCLK的上升沿打入MAX1132内部移位寄存器。值得注意的是：如果在当前的转换完成以前，一个新的开始位被时钟打入的话，当前的转换就会被中断并开始新的输入信号采集。

MAX1132可用外部或内部时钟完成逐次逼近转换，但两种模式下均用外部时钟对器件移入或移出数据。外部时钟模式下，数据的移入移出和转换的步骤均由外部时钟控制。内部时钟模式下的转换时钟，由MAX1132内部时钟发生器产生，速率最高可达到8MHz。一般要求完成一次转换的周期是8个SCLK的整数倍，MAX1132就具有短采集模式(24SCLK)和长采集模式(32SCLK)两种工作模式。单极性输入时，直接输出二进制数；双极性输入时，输出的是二进制补码。MAX1132具有三个用户可编程的输出口(P0、P1、P2)，它们是推挽式CMOS输出，可用来驱动多路转换开关或PGA。该三个编程口在缺省状态下输出为零，并且在硬件或软件关闭模式期间均保持不变，在上电置位时，均被置零。本发明采用MAX1132与单片机4进行接口的电路(图6)，是将CS与P1.0脚相连，MAX1132片选端由单片机4经P1.0脚发信号选取通；控制字节由单片机4的P1.1脚输出到ADC的DIN端；转换结束由P1.2脚从ADC的DOUT端读入单片机4，读取转换数据的时钟SCLK由P1.4脚依次发出高低电平构成；P1.3脚接到表示MAX1132工作状态的串行选通输出SSTRB，单片机4通过P1.3脚查询ADC的工作状态；P0、P1、P2三个输出端连接到多路转换开关6，控制转换通道的切换，进行逐次逼近转换的时钟由MAX1132内部时钟发生器产生。

通讯电路：本发明用了n个单片机4(n表示所用智能电极3的数目)，对n×8个工作电极P进行测量和控制，网络控制主机1采用笔记本电脑(PC机)对各单片机4进行管理，从而形成分布式网络系统，实行测量的最优控制。网络控制主机1与单片机4之间采用RS-485总线以串行通信方式交换信息。一般要求通信距离为几十米至上千米。RS-485收/发器采用平衡驱动和差分接收，具有抑制共模干扰的能力。RS-485接收器灵敏度可达±200mV，大大延长了通信距离。在高达100kbps速率下，电缆长度可达1200M；如果通信距离缩短，最大速率可达10Mbps。RS-485总线上允许带多个驱动器和接收器，可用于构建多点通信网络。RS-485组网具有设备简单、价格低廉、能进行长距离通信的特点。故在工程项目中得到广泛应用。本发明选用MAX3088芯片作为串行接口(图7)，允许256个收/发器同时在线。

其它电路：①稳压电源电路(图10)。整个智能电极3的工作用电，都是来自于网络控制主机1的24V电源，通过七芯电缆2(图5)为智能电极3供电。单片机系统4使用+5V电源，模拟电路部分使用±15V电源；所以电源选用三端稳压模块：MC78L15，MC79L15，MC78L05。②存储电路：单片机4(AT89C51)内部只有128KB的RAM，而系统采集的数据远远超过这个数值，智能电极3又必须具备数据暂存的功能，所以要扩展数据存储器。选用HM62256芯片作为扩展存储器，它是一种32K×8位的高集成的随机存贮器。该芯片引脚：A14～A0(15条)为输入地址线，用于传送CPU送来的地址编码信号。D7～D0(8条)为双向数据线，D7为最高位，D0为最低位，正常工作时，D7～D0用来传送HM62256芯片的读写数据。控制线(3条)：OE是允许输出线，CS为片选输入线，WE是读写命令线。有2条电源线，Vcc为+5V电源线，GND为接地线。③锁存电路：数字电路中常需要对二值信号进行算术运算或逻辑运算，而且经常需要将这些信号和运算结果保存起来，需要使用具有记忆功能的逻辑单元，即是触发器，共有R-S、J-K、D型和T型四种触发器，在单片机测控系统中常用到D型触发器和T型锁存器及移位寄存器，本系统选用三个74HC377芯片作为锁存器(D型触发器)，由它们控制电极工作状态的转换；74HC377是8D触发器，AD输出。CP是送触发脉冲输入端，上升沿触发关数，低电平锁存。74HC377芯片的引脚：D0～D7为数据输入；Q0～Q7为数据输出；CS为片选，低电平有效。④3-8译码电路：智能电极3因单片机4外围扩展器件多，单片机芯片AT89C51的控制口不够用，故选用74HC138芯片作为译码器。该译码器有两组输入信号：一组是地址输入端A0、A1、A2；另一组是输入选通端S1、S2、S3；还有一组输出端Y0～Y7。在同一时间内只有一个输出端被选中(为低电平)，改变地址输入端可选中不同的输出端。单片机AT89C51的P2.4、P2.5、P2.6分别接至译码芯片74HC138的地址输入端A、B、C。E1和E2接地，E3接+5V，使该芯片时刻处于工作状态。它的输出端Y0作为A/D芯片MAX1132的片选；Y1作为锁存芯片74HC377A的片选；Y2作为74HC377B的片选；Y3作为74HC377C的片选，Y0～Y3输出均为低电平。当单片机AT89C51地址线P2.4、P2.5、P2.6为“001”时，Y1口输出为低电平使74HC377A有效，同理，当P2.4、P2.5、P2.6为“011”时，Y3为低电平。⑤拨码开关电路(图11)：由网络控制主机1通讯的需要，必须为每一个(台)智能电极3编码加以区别，其方法就是使用拨码开关。它的优点在于每一次勘探时，能使各从机的地址固定，使用户很容易识别哪个单片机正在工作以及它的具体位置。而且当减少从机数目测量时，可对现有的智能电极进行有序编号，从而使主从机通讯顺畅。拨码开关与单片机通过总线收发器74HC245连接。

Claims (2)

1、分布式并行智能电极电位差信号采集方法，是在一定区域内布若干组智能电极，每个智能电极由若干个工作电极组成，每个工作电极连接有信号调理测量电路，每一组智能电极，对其中任意一工作电极设定为供电正极A、供电负极B、公共地N、和采样M四种工作状态中的任意一种；每组智能电极所带的所有工作电极只有3个电极分别工作在供电正极A、供电负极B、公共地N状态，剩余各工作电极同时进入电位差信号采样状态；如此，供电正极A、供电负极B构成人工电场，电极N构成公共比较电极，剩余各电极均为采样状态，同时测量与公共地N的电位差；在供电正极A、供电负极B供电的前、中、后过程中，各采样状态的电极进行自然场、一次场、二次场电位差的连续测量；电位差信号经过A/D转换后，送计算机存储、处理；改变供电正极A、供电负极B、公共地N的位置，进行下一次测量，如此循环。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于每个采样状态的电极的采样电位差信号先接入信号调理电路，使30HZ以下的低频电位差信号传送到采样保持电路，使得各采样电位差信号保持不变，再依次输入到A/D转换器，经A/D转换后输入到单片机存储；单片机中存储的数据采用RS-485通讯总线传送到计算机存储、处理。

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