專利名稱：高密度電法發(fā)射機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地球物理勘探的電法儀器，尤其是高密度電法勘探的發(fā)射裝置。
背景技術(shù)：
高密度電法測(cè)量是目前廣為應(yīng)用的一種電法勘探儀器，由于該方法是在程序控制下完成整個(gè)測(cè)量過(guò)程、加之電極極距小便使得最終的擬地電斷面圖分辨率高、實(shí)用性更強(qiáng)。 其用途主要是用于近地表電法勘探，解決諸如夯土水壩壩體病害檢測(cè)，老礦區(qū)深陷探測(cè)，工業(yè)性建筑的地質(zhì)安全性評(píng)估、尋找地下水等工程地質(zhì)問(wèn)題。但是在我們近幾年的應(yīng)用實(shí)踐中也明顯感到了它的不足之處首先是它對(duì)于來(lái)自于地下深部的弱信號(hào)抗干擾性差，尤其是在使用施侖貝格方法時(shí)這一問(wèn)題尤為突出。其次探測(cè)深度有限，幾何測(cè)深是靠增大供電電極的極間距來(lái)加大供電深度，而在城市物探中受場(chǎng)地面積的制約幾乎無(wú)法加大測(cè)線的長(zhǎng)度以達(dá)到測(cè)深的目的。再次常規(guī)的高密度方法無(wú)法得到“極化率”這一極為重要的地電參數(shù)。傳統(tǒng)的高密度電法供電電極AB和接收電極MN在同一根電纜線里面，這就導(dǎo)致測(cè)線只能是在電纜所在的這條線上進(jìn)行，這大大限制了高密度電法的應(yīng)用領(lǐng)域。這就要求一種能夠提供穩(wěn)定的多種波形可選的、可以在大范圍內(nèi)向地下供電的發(fā)射機(jī)，以適應(yīng)這種先進(jìn)的電法勘探方法。
CN 102129088公開了一種探地儀發(fā)射機(jī)，包括電源、主控電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、發(fā)射電路和監(jiān)測(cè)電路。該發(fā)射機(jī)產(chǎn)生雙極性矩形波，應(yīng)用于瞬變電磁探測(cè)，具有監(jiān)測(cè)發(fā)射信號(hào)電壓功能，但監(jiān)測(cè)電壓的目的是為了使儀器工作在發(fā)射范圍之內(nèi)，使儀器能夠穩(wěn)定的工作。
CN 102053278公開了一種電法勘探方法及測(cè)量裝置，由計(jì)算機(jī)、可編程邏輯器件、 發(fā)射機(jī)同步時(shí)鐘電路、邏輯時(shí)序發(fā)生器等組成。該儀器通過(guò)向地下發(fā)送具有偽隨機(jī)碼特性的電流信號(hào)波形通過(guò)數(shù)據(jù)處理，得到幅頻曲線和相頻曲線。發(fā)射信號(hào)核心裝置采用可編程邏輯器件，只能發(fā)射某一種用戶已知的特定編碼信號(hào)波形，沒(méi)有采集發(fā)射波形的電壓信號(hào)。
CN 1821809公開了一種電法勘探信號(hào)發(fā)送機(jī)，采用智能功率模塊IPM，搭配微控制器進(jìn)行智能控制。該發(fā)明利用多路切換開關(guān)進(jìn)行供電電壓，供電電流測(cè)量，顯然不能做到同步測(cè)量，供電電壓信號(hào)和供電電流信號(hào)在初始相位上有一個(gè)差值，在頻率域處理數(shù)據(jù)時(shí) (供電電極AB電壓和接收電極MN電壓信號(hào)作互相關(guān)處理)就得不到準(zhǔn)確的相頻特性曲線。
CN 1916661公開了一種多功能電法勘探信號(hào)發(fā)送機(jī)控制器，主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、 總線接口、波形選擇寄存器、分頻因子寄存器、石英晶體振蕩器、EPROM存儲(chǔ)器等組成，可以產(chǎn)生方波，偽隨機(jī)碼波形，以及用戶自定義波形，由上位機(jī)控制，通過(guò)上位機(jī)鍵盤輸入選擇不同的發(fā)射信號(hào)。但該發(fā)明只闡述了波形的產(chǎn)生，而沒(méi)有涉及跟發(fā)射機(jī)的連接，不具有實(shí)時(shí)監(jiān)視所產(chǎn)生編碼信號(hào)波形的功能。
CN 1916662公開了一種多功能電法勘探信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器可以產(chǎn)生方波，偽隨機(jī)碼波形，以及用戶自定義波形，但采用的是由計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)波形選擇寄存器、 分頻因子寄存器，移位寄存器等邏輯器件組成，通過(guò)上位機(jī)鍵盤輸入選擇不同的信號(hào)而本發(fā)明采用的是單片機(jī)對(duì)任意編碼信號(hào)進(jìn)行盲發(fā)(即發(fā)射信號(hào)可以是用戶之前并不知道的信號(hào)，可以由系統(tǒng)自帶隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生)，實(shí)時(shí)監(jiān)視，實(shí)時(shí)對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行采集。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種高密度電法發(fā)射機(jī)，尤其是一種可以在相同數(shù)目電極下實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)用多種用戶自行設(shè)計(jì)的勘探方法進(jìn)行地質(zhì)勘探， 可以發(fā)射用戶自定義碼或者由系統(tǒng)隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生的編碼波形、以及多一路供電電極AB電壓信號(hào)采樣電路的發(fā)射機(jī)。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
高密度電法發(fā)射機(jī)，是由數(shù)據(jù)處理器12經(jīng)主控電路1發(fā)射電路供電電極AB接口 3分別連接A導(dǎo)線6、B導(dǎo)線7、發(fā)射電壓采樣電路8和發(fā)射電壓采樣電路9，發(fā)射電壓采樣電路8和發(fā)射電壓采樣電路9，分別連接高密度電法接收機(jī)10，主控電路1經(jīng)接地電阻測(cè)量切換電路13與分布式高密度從機(jī)接口 5連接，主控電路1經(jīng)分布式高密度從機(jī)接口 5與高密度電法接收機(jī)10連接，主控電路1經(jīng)分布式AB電極接口、供電電極AB接口 3與分布式高密度從機(jī)接口 5連接，主控電路1與電源及電源隔離電路連接構(gòu)成。
發(fā)射電路2是由隔離延時(shí)電路14經(jīng)橋臂驅(qū)動(dòng)電路15、H橋橋臂16與外部高壓電源17連接，浪涌電壓吸收電路18經(jīng)H橋橋臂16、過(guò)流保護(hù)采樣電路19、自啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)電路20與隔離延時(shí)電路14連接構(gòu)成。
浪涌吸收電路是由壓敏電阻連接在H橋橋臂的4個(gè)開關(guān)管上。
主控電路1為含有三個(gè)串口以上的單片機(jī)。
有益效果增設(shè)分布式AB電極接口和AB單獨(dú)各自引出一根導(dǎo)線，可實(shí)現(xiàn)在較少?gòu)臋C(jī)個(gè)數(shù)下，在大范圍內(nèi)進(jìn)行多種用戶自定義勘探方法測(cè)量，以適應(yīng)高密度這種先進(jìn)的電法勘探方法。發(fā)射電路可以發(fā)射任意由1、0、-1組成的用戶自定義編碼波形，也可以是由系統(tǒng)隨機(jī)函數(shù)所產(chǎn)生的編碼波形，用以實(shí)現(xiàn)在勘探現(xiàn)場(chǎng)選擇合適的編碼波形進(jìn)行地質(zhì)勘探工作。增設(shè)一路AB電壓采樣電路，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前所發(fā)送的編碼波形，更重要的是為后續(xù)數(shù)據(jù)處理提供了有用的信號(hào)。發(fā)射電路含有浪涌吸收電路，由壓敏電阻連接在各個(gè)橋臂兩端，使得發(fā)射波形更接近理想狀態(tài)同時(shí)對(duì)發(fā)射電路起到一定的保護(hù)作用。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)不同的是供電電極AB兩個(gè)端口分別用一根導(dǎo)線引出，增設(shè)分布式AB電極接口，可以實(shí)現(xiàn)在相同電極數(shù)目下的更大范圍內(nèi)的多種勘探方法測(cè)量，能夠得到更豐富的地電斷面參數(shù)。并且增加了一路采集AB電壓信號(hào)的采樣電路，不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)視所發(fā)射的編碼信號(hào)波形，而且在后續(xù)數(shù)據(jù)處理中要用到它，其中數(shù)據(jù)處理方法為供電電極AB電壓信號(hào)與接收電極麗電壓信號(hào)作互相關(guān)聯(lián)處理。


圖1為高密度電法發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)框圖
圖2為附圖1中發(fā)射電路2的連接框圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的一種高密度電法發(fā)射機(jī)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但不是對(duì)本發(fā)明的限定。
參照?qǐng)D1和圖2，高密度電法發(fā)射機(jī)是由數(shù)據(jù)處理器12經(jīng)主控電路1發(fā)射電路供電電極AB接口 3分別連接A導(dǎo)線6、B導(dǎo)線7、發(fā)射電壓采樣電路8和發(fā)射電壓采樣電路9， 發(fā)射電壓采樣電路8和發(fā)射電壓采樣電路9，分別連接高密度電法接收機(jī)10，主控電路1經(jīng)接地電阻測(cè)量切換電路13與分布式高密度從機(jī)接口 5連接，主控電路1經(jīng)分布式高密度從機(jī)接口 5與高密度電法接收機(jī)10連接，主控電路1經(jīng)分布式AB電極接口、供電電極AB接口 3與分布式高密度從機(jī)接口 5連接，主控電路1與電源及電源隔離電路連接構(gòu)成。
發(fā)射電路2是由隔離延時(shí)電路14經(jīng)橋臂驅(qū)動(dòng)電路15、H橋橋臂16與外部高壓電源17連接，浪涌電壓吸收電路18經(jīng)H橋橋臂16、過(guò)流保護(hù)采樣電路19、自啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)電路20與隔離延時(shí)電路14連接構(gòu)成。
浪涌吸收電路是由壓敏電阻連接在H橋橋臂的4個(gè)開關(guān)管上。
主控電路1為含有三個(gè)串口以上的單片機(jī)。
分布式AB電極接口 4與一根多芯電纜連接，所述多芯電纜理論上可以連接任意多個(gè)從機(jī)電極。該接口還與主控電路1連接。
A導(dǎo)線6，就是一根與供電電極A相連的一根導(dǎo)線。
B導(dǎo)線7，就是一根與供電電極B相連的一根導(dǎo)線，當(dāng)用戶選擇自定義供電方式的時(shí)候，分布式AB電極接口 4、A導(dǎo)線6、B導(dǎo)線7將處于工作狀態(tài)。
主控電路1由單片機(jī)系統(tǒng)組成，主控電路1與數(shù)據(jù)處理器12雙向連接，主控電路1 與分布式高密度從機(jī)接口 5雙向連接，主控電路1與分布式AB電極接口 3雙向連接，主控電路1與發(fā)射電路2連接，主控電路1與接地電阻測(cè)量切換電路13連接。主控電路1要實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)處理器12通信，與分布式高密度從機(jī)接口 5通信以及和分布式AB電極接口 3進(jìn)行通信；主控電路1提供兩路信號(hào)給發(fā)射電路2中的隔離延時(shí)電路的輸入端；主控電路1還提供一路信號(hào)給接地電阻測(cè)量切換電路13的輸入端，完成接地電阻的測(cè)量。
發(fā)射電路2由隔離延時(shí)電路14、橋臂驅(qū)動(dòng)電路15、H橋橋臂16、浪涌電壓吸收電路 18、自啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)電路20、采樣電路19和外部高壓電源17組成。其中隔離延時(shí)電路14、 橋臂驅(qū)動(dòng)電路15、H橋橋臂16和外部高壓電源17順次連接。采樣電路19 一端與H橋橋臂 16連接，另一端與自啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)電路20連接，自啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)20的另一端跟隔離延時(shí)電路14的輸入端連接。浪涌電壓吸收電路18由壓敏電阻連接在各個(gè)橋臂兩端，與H橋橋臂 16連接，使得發(fā)射波形更接近理想狀態(tài)，同時(shí)對(duì)發(fā)射電路起到一定的保護(hù)作用。用戶在數(shù)據(jù)處理器12的軟件上選擇所要發(fā)射的編碼波形，由主控電路1傳出所要發(fā)射信號(hào)的信息，發(fā)射電路按照橋臂驅(qū)動(dòng)電路15的信號(hào)信息發(fā)送用戶所選擇的波形。
接地電阻測(cè)量切換電路13由繼電器、三極管、電阻等組成，其中三極管與主控電路1連接，接地電阻測(cè)量切換電路13還與分布式高密度從機(jī)接口 5連接。
數(shù)據(jù)處理器12由筆記本電腦組成，與主控電路1雙向連接，發(fā)射編碼波形由用戶通過(guò)筆記本電腦上的軟件進(jìn)行選擇，該編碼可以是系統(tǒng)自帶的編碼波形，也可由系統(tǒng)隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生，還可以由用戶自行輸入由1、0、-1組成的任意編碼存入.txt文檔然后調(diào)用該文檔，所選擇信號(hào)由數(shù)據(jù)處理器12通過(guò)串口通信傳送給主控電路1。
發(fā)射電壓采樣電路8由0. 1歐姆的精密采樣電阻和兩個(gè)大電阻串聯(lián)組成，發(fā)射電壓采樣電路8跟供電電極AB并聯(lián)。
發(fā)射電流采樣電路9由0. 1歐姆的精密采樣電阻組成，其中一端串接在H橋橋臂16的一個(gè)橋臂上，另一端與供電電極A連接3。
供電電極AB接口 3分別連接一根電極。
分布式高密度從機(jī)接口 5由8芯以上電纜接頭組成，連接一根理論上可以串接任意多個(gè)從機(jī)電極的電纜線，與主控電路1雙向連接，與高密度電法接收機(jī)10連接，與供電電極AB接口 3連接，與接地電阻測(cè)量切換電路13的輸出端連接。
高密度電法接收機(jī)10由可編程邏輯器件、3路M位高速高精度AD、信號(hào)前端調(diào)理電路等組成。
本系統(tǒng)的工作過(guò)程首先由用戶在數(shù)據(jù)處理器12上的軟件上選擇接地電阻測(cè)量， 確保接地正常后，由用戶選擇所要發(fā)射的編碼波形，發(fā)射編碼波形通過(guò)數(shù)據(jù)處理器12上的軟件進(jìn)行選擇，該編碼可以是系統(tǒng)自帶的編碼波形，也可由系統(tǒng)隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生，還可以由用戶自行輸入1、0、_1組成的任意編碼存入.txt文檔然后調(diào)用該文檔。而后進(jìn)行供電方式選擇，包括常規(guī)高密度供電和自定義高密度供電，若選擇常規(guī)高密度供電，則供電電極AB、接收電極MN將會(huì)在跟分布式高密度從機(jī)接口 5相連的電纜線上進(jìn)行選擇；若選擇自定義高密度供電，則供電電極AB將會(huì)在A導(dǎo)線6、B導(dǎo)線7、分布式AB電極接口 4中進(jìn)行選擇，接收電極MN仍舊在跟分布式高密度從機(jī)接口 5相連的電纜線上進(jìn)行選擇(具體跑極方式，由數(shù)據(jù)處理器12中的上位機(jī)程序設(shè)定)。
所述高密度從機(jī)接口由8芯以上電纜接頭組成，與主控電路雙向連接，與高密度電法接收機(jī)連接，與供電電極AB連接。
所述高密度電法接收機(jī)由可編程邏輯器件、3路M位高速高精度AD、信號(hào)前端調(diào)理電路等組成。
所述分布式AB電極接口與一根多芯電纜連接，所述多芯電纜理論上可以連接任意多個(gè)電極。該接口還與主控電路連接。
所述主控電路由含三個(gè)以上串口的單片機(jī)系統(tǒng)組成，所述單片機(jī)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理器雙向連接，所述單片機(jī)系統(tǒng)與分布式高密度從機(jī)接口雙向連接，所述單片機(jī)系統(tǒng)與分布式AB電極接口連接，所述單片機(jī)系統(tǒng)與發(fā)射電路連接，所述單片機(jī)系統(tǒng)與接地電阻測(cè)量切換電路連接。
所述發(fā)射電路由隔離延時(shí)電路、橋臂驅(qū)動(dòng)電路、H橋橋臂、浪涌電壓吸收電路、自啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)電路、采樣電路和外部高壓電源組成。其中隔離延時(shí)電路、橋臂驅(qū)動(dòng)電路、H橋橋臂和外部高壓電源順次連接。過(guò)流保護(hù)采樣電路一端與H橋橋臂連接，另一端與自啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)電路連接，自啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)的另一端跟隔離延時(shí)電路的輸入端連接。浪涌電壓吸收電路與H橋橋臂連接。
所述接地電阻測(cè)量切換電路由繼電器、三極管、電阻等組成，其中三極管與主控電路連接，所述接地電阻測(cè)量切換電路還與分布式高密度從機(jī)接口連接。
所述數(shù)據(jù)采集器由筆記本電腦組成，與主控電路雙向連接，發(fā)射編碼波形通過(guò)筆記本電腦的上位機(jī)軟件進(jìn)行選擇。
所述發(fā)射電壓采樣電路由0. 1歐姆的精密采樣電阻和兩個(gè)大電阻串聯(lián)組成，跟AB并聯(lián)。
所述發(fā)射電流采樣電路由0. 1歐姆的精密采樣電阻組成，其中一端串接在H橋橋臂的一個(gè)橋臂上，另一端與供電電極A連接。
所述供電電極AB由兩根電極組成。
權(quán)利要求
1.一種高密度電法發(fā)射機(jī)，其特征在于，是由數(shù)據(jù)處理器(1 經(jīng)主控電路(1)發(fā)射電路供電電極AB接口(3)分別連接A導(dǎo)線(6)、B導(dǎo)線(7)、發(fā)射電壓采樣電路⑶和發(fā)射電壓采樣電路(9)，發(fā)射電壓采樣電路(8)和發(fā)射電壓采樣電路(9)，分別連接高密度電法接收機(jī)(10)，主控電路(1)經(jīng)接地電阻測(cè)量切換電路(1 與分布式高密度從機(jī)接口(5)連接，主控電路(1)經(jīng)分布式高密度從機(jī)接口( 與高密度電法接收機(jī)(10)連接，主控電路 ⑴經(jīng)分布式AB電極接口、供電電極AB接口(3)與分布式高密度從機(jī)接口(5)連接，主控電路(1)與電源及電源隔離電路連接構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的高密度電法發(fā)射機(jī)，其特征在于，發(fā)射電路(2)是由隔離延時(shí)電路(14)經(jīng)橋臂驅(qū)動(dòng)電路(15)、H橋橋臂(16)與外部高壓電源(17)連接，浪涌電壓吸收電路(18)經(jīng)H橋橋臂(16)、過(guò)流保護(hù)采樣電路(19)、自啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)電路00)與隔離延時(shí)電路(14)連接構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求2所述的高密度電法發(fā)射機(jī)，其特征在于，浪涌吸收電路(18)是由壓敏電阻連接在H橋橋臂(16)的4個(gè)開關(guān)管上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高密度電法發(fā)射機(jī)。是由數(shù)據(jù)處理器經(jīng)主控電路發(fā)射電路供電電極AB接口分別連接A導(dǎo)線、B導(dǎo)線、發(fā)射電壓采樣電路連接高密度電法接收機(jī)，主控電路經(jīng)接地電阻測(cè)量切換電路與分布式高密度從機(jī)接口連接，主控電路經(jīng)分布式高密度從機(jī)接口與高密度電法接收機(jī)連接構(gòu)成。實(shí)現(xiàn)了在較少?gòu)臋C(jī)個(gè)數(shù)下，在大范圍內(nèi)進(jìn)行多種用戶自定義勘探方法測(cè)量。發(fā)射電路可以發(fā)射任意由1、0、-1組成的用戶自定義編碼波形，由系統(tǒng)隨機(jī)函數(shù)所產(chǎn)生的編碼波形，用以實(shí)現(xiàn)在勘探現(xiàn)場(chǎng)選擇合適的編碼波形進(jìn)行地質(zhì)勘探。
文檔編號(hào)G01V3/00GK102540259SQ20111043303
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者何剛, 宗發(fā)保, 張碧勇, 朱士, 李龍, 王一, 王君, 秦佩, 趙靜 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)