CN211955848U - 一种电法勘探发送机输出回路状态的监测装置及其发送机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电法勘探发送机输出回路状态的监测装置及其发送机，所述监测装置包括电源模块、主控制器模块、信号采集模块信号采集模块、温湿度模块、声光报警模块、实时时钟模块、存储模块、无线通信模块、显示模块；所述主控制器模块分别与信号采集模块、温湿度模块、声光报警模块、实时时钟模块、存储模块、无线通信模块、显示模块连接；所述信号采集模块与大功率电法勘探发送机连接。本实用新型能在发送机停止发送信号时自动测量大功率电法勘探发送机发送电极之间的接地电阻及其周围环境的温湿度；并能持续监测发送机输出回路状态，在回路遭到破坏时即时发出声光报警并通过无线通信手段通知勘探人员以防止发送电缆被盗或人畜触电等安全事故的发生。

Description

一种电法勘探发送机输出回路状态的监测装置及其发送机

技术领域

本实用新型属于地球物理仪器系统，特别涉及一种电法勘探发送机输出回路状态的监测装置。

背景技术

大功率电法勘探时，发送机输出功率高达数百千瓦。输出电缆通常为横截面积较大的铜芯电缆。输出电缆长达数公里，铺设工作量较大(需花费1至2 天时间)，因此野外勘探时，为提高效率，整个施工期间只在施工结束时才回收电缆。由于电缆价值较高，电缆被盗事件时有发生。当输出电缆被盗时，不仅会造成直接经济的损失以及工期的延误，更重要的是，电缆断口处裸露在地表，会造成极大地安全隐患，危及经过断口处人畜的生命安全。为防止此类事件的发生，通常的做法是指派专业人员进行不间断巡视，长时间的巡视不仅工作量太大，且仍然难以保证电缆的安全。

实用新型内容

针对上述电缆状态难以及时准确监测的严峻问题，本实用新型提供了一种电法勘探发送机输出回路状态的监测装置及其发送机，该监测装置安装于勘探发送机上并能监测到用于鉴别发送机输出回路状态的电压值，进而最终实现电缆监测。

本实用新型一方面提供一种电法勘探发送机输出回路状态的监测装置，其包括主控制器模块、电源模块、信号采集模块，所述电源模块与所述主控制器模块连接；

其中，所述信号采集模块中设有电阻R_a、电阻R_b，所述电阻R_a、电阻R_b的一端连接所述电源模块的输出端，所述电阻R_a、电阻R_b的另一端分别连接发送机输出电缆A、输出电缆B的起始端，所述输出电缆B与大地的连接处接地点与所述监测装置的电线接地端连接，且所述输出电缆A、输出电缆B与所述主控制器模块内数模转换器ADC的输入引脚连接，使所述主控制器模块得以采集输出电缆A和输出电缆B的电压V_a、V_b。

若电压V_a或V_b等于所述电源模块的输出端电压，则电压V_a或V_b对应的输出电缆A或输出电缆B处于断开状态。

进一步展开其对应关系如下：

a：电压V_a等于所述电源模块的输出端电压，电压V_b与0的差值在预设误差范围，输出电缆A断开，输出电缆B未断开；

b：电压V_a不等于所述电源模块的输出端电压且与0的差值不在预设误差范围，电压等于所述电源模块的输出端电压，输出电缆A未断开，输出电缆B 断开；

c：电压V_a和电压V_b都等于所述电源模块的输出端电压，输出电缆A和输出电缆B都断开；

d：电压V_a不等于所述电源模块的输出端电压且与0的差值不在预设误差范围，电压V_b与0的差值在预设误差范围，输出电缆A和输出电缆B都未断开。

其中，预设误差范围为经验值，其目标是检测是否约等于0。

本监测装置通过采集输出电缆A、输出电缆B的电压信号来进行电缆是否断线的诊断，解决了现有人工巡视所存在的问题。其中，其对应关系如下表1 所示：

表1

	V<sub>a</sub>电压值	V<sub>b</sub>电压值
			A断，B不断	VCC	约等于0
A不断，B断	R<sub>x</sub>×VCC/(R<sub>a</sub>+R<sub>x</sub>)	VCC
			A、B都断	VCC	VCC
A、B都不断	R<sub>x</sub>×VCC/(R<sub>a</sub>+R<sub>x</sub>)	约等于0

基于上述表1中的对应关系，本发明的监测装置利用主控制器模块采集的电压V_a、V_b来判断是否断线。

此外，基于上述监测装置的电路连接关系，该监测装置还可以利用主控制器模块采集的电压V_a计算出发送机发送电极之间的接地电阻，解决了现有电法勘探发送机通常不具备接地电阻测量的功能的弊端，尤其是针对现有测量接地电阻时，通常需要将输出电缆断开，然后利用蓄电池、万用表等设备进行间接测量，操作麻烦且精度不高的缺陷，本监测装置测量过程更加便捷以及测量结果更加准确。应当理解，在主控制器模块中载入对应的计算公式进行参数计算的技术为本领域常规的技术手段，且主控制器模块内的芯片兼具计算功能也是本领域的公知常识，因此，利用主控制器模块完成接地电阻的计算对本领域人员而言是可以实现的。

其中，电缆状态诊断以及接地电阻测量原理下文有具体描述。

进一步优选，该监测装置还包括与所述主控制器模块连接的GSM通信模块。

进一步优选，所述电源模块包括第一降压转换芯片和第二降压转换芯片，所述第一降压转换芯片一端连接外部电压，另一端连接所述第二降压转换芯片，所述第一降压转换芯片与所述第二降压转换芯片的输出端电压不等。

进一步优选，所述第一降压转换芯片为MP2359 DC-DC降压转换芯片，所述第二降压转换芯片为AMS1117-3.3DC-DC降压转换芯片。

若外部电压为12V，所述第一降压转换芯片的输出端电压为+5V，所述第二降压转换芯片的输出端电压为+3.3V，所述电阻R_a、电阻R_b均与+3.3V电压端电性连接。

进一步优选，该监测装置还包括与所述主控制器模块以及电源模块均连接的温湿度模块。

所述温湿度模块为DHT11温湿度模块，DHT11温湿度模块的2号引脚以数字信号输出温湿度信息给主控制器模块，当监测到温度不符合工作条件或者湿度过大时，可及时通知工作人员。

进一步优选，该监测装置还包括与所述主控制器模块以及电源模块均连接的报警模块。

其中，报警模块为声光报警模块，并包括闪光灯和蜂鸣器。当检测到电缆断线或者温湿度异常时，声光报警模块启动报警。

进一步优选，该监测装置还包括与所述主控制器模块以及电源模块均连接的实时时钟模块。

实时时钟模块用于记录故障或事件发生的时间，譬如，选用DS1302实时时钟模块，其DS1302芯片通过IIC总线与STM32主控制器芯片相连。

进一步优选，该监测装置还包括与所述主控制器模块以及电源模块均连接的存储模块。

存储模块用于存储故障或者事件的代号及其发生的时间等信息。譬如，选用AT24C02存储模块，其AT24C02芯片通过IIC总线与STM32主控制器芯片相连。

进一步优选，该监测装置还包括与所述主控制器模块以及电源模块均连接的显示模块。

显示模块用于显示发送机输出回路状态、接地电阻阻值、发送机周围环境状况、时间等信息，譬如选用TFT LCD显示模块，其通过FSMC总线与STM32 主控制器芯片相连，以提高显示屏的刷新速率。

此外，本实用新型还提供一种基于所述监测装置的发送机，该发送机上设有所述监测装置，所述发送机的输出电缆A、输出电缆B与所述监测装置连接。

有益效果

本实用新型提供的所述监测装置实现了监测发送机的输出电缆的状态，提高了故障检测效率以及准确率，以便及时发现电缆断线事故，保证电缆及周边人畜的安全。

此外，现有的电法勘探发送机通常不具备接地电阻测量的功能，测量接地电阻时，通常需要将输出电缆断开，然后利用蓄电池、万用表等设备进行间接测量，操作麻烦且精度不高。而本实用新型提供的监测装置利用主控制器模块内芯片的计算功能能自动测量出发送机发送电极之间的接地电阻。

除此之外，在监测装置的功能扩展中，通过增设温湿度检测模块以及GSM 通信模块等，扩展了监测装置的功能，可以实现周围环境的实时监测，尤其是通过GSM通信模块，使得监测装置能在检测到发送机输出回路遭到破坏时，实时呼叫并发信息通知勘探人员，以防止在发送机停止工作时电缆被盗造成勘探不便和经济损失，同时防止因电缆破损造成次日施工时发生安全事故。

附图说明

图1为本实用新型实施例的总体系统结构框图；

图2为本实用新型实施例的电源模块的电路原理图；

图3为本实用新型实施例的主控制器模块的电路原理图；

图4和图5为本实用新型实施例的信号采集模块的电路原理图；

图6为本实用新型实施例的DHT11温湿度模块的电路原理图；

图7为本实用新型实施例的声光报警模块的电路原理图；

图8为本实用新型实施例的DS1302实时时钟模块的电路原理图；

图9为本实用新型实施例的AT24C02存储模块的电路原理图；

图10a至图10f为本实用新型实施例的GSM通信模块的电路原理图，其中，图10a为SIM800C芯片封装模块及其外围电路示意图；图10b为本GSM 通信模块的独立供电电路示意图；图10c为本GSM通信模块的串口通信电路示意图；图10d为RS232和模块开关机选择接口示意图；图10e为Micro SIM 卡座电路示意图；图10f为SMF05C ESD保护芯片及其外围电路示意图；

图11为本实用新型实施例的TFT LCD显示模块的电路原理图；

图12为与主控制器模块相连的串口通信模块的电路原理图；

图13为本实用新型实施例的JTAG程序下载模块的电路原理图；

图14为本实施例的USB转串口模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的描述。

实施例1：

本实施例中，监测装置安装于大功率电法勘探发送机上，参见图1，为本实施例中监测装置的总体框图。本实施例中，监测装置包括主控制器模块1、信号采集模块2、温湿度模块3、声光报警模块4、实时时钟模块5、存储模块 6、无线通信模块7、显示模块8以及给整个系统提供电源电压的电源模块(框图中未画出)。如图1所示，信号采集模块2、温湿度模块3、声光报警模块4、实时时钟模块5、存储模块6、无线通信模块7、显示模块8均与主控制器模块 1连接，信号采集模块2与大功率电法勘探发送机连接。本实施例中，监测装置不但具备电缆状态监测功能，还兼具接地电阻测量功能。在其他可行的实施例中，监测装置是具有电缆状态监测功能，本实用新型对此不进行具体的限定。同时，在其他可行的实施例中，监测至少包括主控制器模块、电源模块以及信号采集模块，至于本实施例中其他功能的模块，可以选择性增加或删除，其根据用户需求功能进行设定，本实用新型对此不进行具体的限定。

基于上述架构，监测装置的工作过程是：当大功率电法勘探发送机的激励发送任务完成，发送机断电停机后便可以由勘探人员启动本实用新型监测装置。本实用新型监测装置启动后便开始持续不断地监测发送机输出回路状态和发送机发送电极间的接地电阻，同时还将实时监测发送机周边环境状况。当检测到发送机输出回路遭到破坏而断线时，本实用新型监测装置将实时呼叫勘探人员并将所监测到的信息发送到勘探人员的手机上，通知勘探人员相关状况，以及时消除事故隐患或防止输出回路电缆被盗给野外勘探带来不便和经济损失。

参见图2，为本实施例的电源模块的电路原理图。电源模块包括第一降压转换芯片U1和第二降压转换芯片U2，本实施例中，第一降压转换芯片U1为 MP2359 DC-DC降压转换芯片，U2为AMS1117-3.3DC-DC降压转换芯片。由外部12V电源适配器输入的12V电源经U1降压转换得到+5V电压，用于TFT LCD显示模块的背光电源，同时此+5V还与USB转串口通信电路的USB的 VCC相连，使其便于通过现今流行的充电宝等便携USB供电设备供电。经U1 得到的+5V在经过U2降压转换得到+3.3V，用于主控制器模块的供电和其他除GSM通信模块以外的其他模块的供电。

参见图3，为本实施例的主控制器模块的电路原理图。本实施例中主控制器模块为STM32系列嵌入式微处理器STM32F103ZET6，其中，第41-42引脚用于连接信号采集模块；126引脚用于连接DHT11温湿度模块；139引脚用于连接声光报警模块；69-70引脚用于连接DS1302实时时钟模块；136-137引脚用于连接AT24C02存储模块；36-37引脚用于连接RS232串口通信电路，使其能通过串口与GSM模块通信；114、115、118、119、77-79、85、86、46-48、127、21、22、49、58-60、63-68用于与TFT LCD显示模块相连；101、102 用于与USB转串口模块相连；105、109、110、133、134用于连接JTAG程序下载电路。

参见图4和图5，为本实施例的信号采集模块的电路原理图。其中图4为模拟信号输入通道；图5为本信号采集模块的等效电路原理图，其中R_a、R_b为已知阻值的高精度电阻，R_x为极间接地电阻。其中，连接关系如下：

将本系统的+3.3V电源分别通过电阻R_a和R_b连接到发送机的输出电缆A 和输出电缆B，同时输出电缆A和输出电缆B分别连接到STM32F103ZET6 主控制器的PA5、PA6引脚，利用主控制器内部ADC实现电压测量，输出电缆B与大地的连接处接地点B通过导线连接到本监测装置的GND端。通过测量并分析输出端A和输出端B的电压值V_a和V_b，获得极间接地电阻R_x并监测发送机输出电缆A、B的状态。应当理解，主控制器模块是高性能集成电路，内部带有数模转换器，将需要测量的位置与ADC模拟输入引脚相连便可测量出电压，以便用户可以根据电压值来人为鉴别输出电缆A、B的状态，或者是在主控制器中载入鉴别规则以及计算公式，自动鉴别输出电缆A、B的状态以及自动计算出极间接地电阻R_x。

当忽略输出电缆自身电阻时，极间接地电阻R_x的求取公式为：

发送电缆A、B的状态判断见上表1。

表中V_a测得值的求取为：

参见图6，为本实施例的DHT11温湿度模块的电路原理图。本实施例中，温湿度模块为DHT11温湿度模块，其2号引脚直接以数字信号输出温湿度信息给主控制器分析。当监测到温度不符合工作条件或者湿度过大时，及时报警并发信息通知工作人员。

参见图7，为本实施例的声光报警模块的电路原理图。STM32主控制器芯片通过NPN三极管间接控制闪光灯与蜂鸣器，以增强其带负载能力，图中， ALARM连接STM32主控制器芯片。当电缆被剪断或温湿度异常时，报警器启动工作。

参见图8，为本实施例的DS1302实时时钟模块的电路原理图。本实施例中，实时时钟模块为DS1302实时时钟模块，其DS1302芯片通过IIC总线与 STM32主控制器芯片相连。通过该时钟芯片可以记录故障或事件发生的时间。

参见图9，为本实施例的AT24C02存储模块的电路原理图。本实施例中，存储模块为AT24C02存储模块，其AT24C02芯片通过IIC总线与STM32主控制器芯片相连。该存储模块用于存储故障或者事件的代号及其发生的时间。

参见图10a到图10f，为本实施例的GSM通信模块的电路原理图。其中，图10a为SIM800C芯片封装模块及其外围电路；图10b为本GSM通信模块的独立供电电路，MP2303 DC-DC转换芯片将外接电源适配器输入的12V电源转换为可为模块供电和为外接可充电锂电池充电的+4V电源；图10c为本GSM通信模块的串口通信电路，采用的电平转换芯片为SP3232；图10d为RS232和模块开关机选择接口；图10e为Micro SIM卡座电路；图10f为SMF05C ESD保护芯片及其外围电路。

参见图11，为本实施例的TFT LCD显示模块的电路原理图。本实施例中，显示模块为TFT LCD显示模块，TFT LCD显示模块用来显示发送机输出回路状态、接地电阻阻值、发送机周围环境温湿度状况、实时时间等信息。该模块通过FSMC总线与STM32主控制器芯片相连，以提高显示屏的刷新速率。

参见图12，为本实施例中与主控制器模块相连的串口通信模块的电路原理图。本模块用于主控制器模块与GSM通信模块之间的通信连接。

参见图13，为本实施例的JTAG程序下载模块的电路原理图。本模块可实现程序下载与在线调试。

参见图14，为本实施例的USB转串口模块的电路原理图。本模块可实现 USB供电、程序一键自动下载。

此外，应当理解，本实施例中该监测装置安装于发送机上，发送机的输出电缆与监测装置连接。

本监测装置采用ARM高性能微处理器STM32F103ZET6作为主控制器，通过GSM远程无线通信方式，实现一种大功率电法勘探发送机输出回路状态监测装置。其能够实时监测极间接地电阻，为是否需要对电极进行维护提供依据(接地电阻是电法勘探的关键指标之一，接地电阻大小决定了输出信号的强度，输出信号越强，抗干扰能力越强。施工过程中，接地电阻根据维护情况以及天气状况有所变化，例如勘探时间过长时，接地电阻可能会增大，天气太干燥时，接地电阻也会增大，如果接地电阻增大较明显，则需要采取措施以降低接地电阻，例如浇灌盐水等)；此外，还能实时监测输出电缆的连接状态。当输出电缆被盗时，不仅会造成直接的经济损失以及工期的延误，最重要的是，电缆断口处裸露在地表，会造成极大地安全隐患，危及断口处人畜的生命安全。进而，本监测装置可以减轻看守人员的工作强度，提高监控有效性。适当修改后，本监测装置还可以用于其他许多监测场合。

上述实施方式仅用于说明本实用新型的工作原理及功能，并不限制本实用新型。

Claims (10)

1.一种电法勘探发送机输出回路状态的监测装置，其特征在于：包括主控制器模块、电源模块、信号采集模块，所述电源模块与所述主控制器模块连接；

其中，所述信号采集模块中设有电阻R_a、电阻R_b，所述电阻R_a、电阻R_b的一端均连接所述电源模块的输出端，所述电阻R_a、电阻R_b的另一端分别连接发送机输出电缆A、输出电缆B的起始端，所述输出电缆B与大地的连接处接地点与所述监测装置的电线接地端连接，且所述输出电缆A、输出电缆B与所述主控制器模块内数模转换器的输入引脚连接，使所述主控制器模块得以采集输出电缆A和输出电缆B的电压V_a、V_b。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：还包括与所述主控制器模块连接的GSM通信模块。

3.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述电源模块包括第一降压转换芯片和第二降压转换芯片，所述第一降压转换芯片一端连接外部电压，另一端连接所述第二降压转换芯片，所述第一降压转换芯片与所述第二降压转换芯片的输出端电压不等。

4.根据权利要求3所述的监测装置，其特征在于：所述第一降压转换芯片为MP2359 DC-DC降压转换芯片，所述第二降压转换芯片为AMS1117-3.3DC-DC降压转换芯片；

若外部电压为12V，所述第一降压转换芯片的输出端电压为+5V，所述第二降压转换芯片的输出端电压为+3.3V，所述电阻R_a、电阻R_b均与+3.3V电压端电性连接。

5.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：还包括与所述主控制器模块以及电源模块均连接的温湿度模块。

6.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：还包括与所述主控制器模块以及电源模块均连接的报警模块。

7.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：还包括与所述主控制器模块以及电源模块均连接的实时时钟模块。

8.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：还包括与所述主控制器模块以及电源模块均连接的存储模块。

9.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：还包括与所述主控制器模块以及电源模块均连接的显示模块。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述监测装置的发送机，其特征在于：所述发送机上设有所述监测装置，所述发送机的输出电缆A、输出电缆B与所述监测装置连接。

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