本發(fā)明涉及地球物理電磁法勘測領(lǐng)域，特別涉及一種電極接地電阻的測量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在進(jìn)行野外的電磁法勘探過程中，每臺電磁法勘探信號接收機(jī)(以下簡稱“接收機(jī)”)需要連接多個不極化電極，例如：采用可控源音頻大地電磁法(CSAMT)進(jìn)行電磁法勘探時，以測量9個通道電場為例，東西方向各需要連接5個不極化電極，則共需要連接10個；采用大地電磁測深法(MT)或音頻大地電磁法(AMT)時，需要在東南西北四個方向各連接1個電極，則共需要4個。

進(jìn)行野外電磁法勘探的地理環(huán)境不同，電極間的接地電阻差別會很大，正常要求電極接地電阻在幾十歐姆至幾千歐姆之間。通過測量電極間的接地電阻可以判斷出電極是否與大地正常接觸，電極間的地電阻不能太大，大于3～4千歐時說明電極與大地的接觸不良好，需要采取一定的措施，例如在電極周圍澆灌一定濃度的鹽水，以降低電極的接地電阻；同時測量電極間的接地電阻還可以判斷出電極是否正常連接到電磁法接收機(jī)，如果接地電阻值特別大(幾十千歐或更大)，顯然說明電極與接收機(jī)是斷開的，需要檢查電極線是否正常連接。如果接地電阻特別小(幾十歐姆或更小)，則說明電極間很可能發(fā)生了短路，需要檢查電極線是否正常連接到接收機(jī)。因此，在進(jìn)行電磁法勘探時，首先要測量埋入大地的電極間的接地電阻。適用于野外的電磁法勘探，并且能與電磁法接收機(jī)相配套的電極接地電阻自動測量系統(tǒng)需要具有的特點有：(1)能夠準(zhǔn)確測量電阻阻值；(2)對于多個電極，能夠?qū)崿F(xiàn)自動測量；(3)直接測試，不需要再另埋電極；(4)能與電磁法接收機(jī)兼容，測得的電阻值能被電磁法接收機(jī)直接使用。

現(xiàn)有的測量電極接地電阻的方法大致分為兩類，第一類是在連接好電極及測量電路后，用手持式萬用表依次測量電極間的電阻值，這種方法測量結(jié)果準(zhǔn)確度不高，并且操作繁瑣，效率低。第二類方法是采用專業(yè)測量大地接地電阻的測試儀器(參考專利201310032847.3)，但是這類儀器需要另外使用金屬電極，不能兼容電磁法野外測試常用的不極化電極，無法自動測量一條測線上的多個電極間的電阻。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實施例提供了一種電極接地電阻的測量系統(tǒng)及方法。

一種電極接地電阻的測量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生電壓信號的電源輸入電路、電阻電路、通道選擇電路、信號處理電路、中央處理單元以及埋入大地的用于電磁法勘探的不極化電極組，所述電源輸入電路的輸入端與所述中央處理單元的輸出端連接，所述電源輸入電路的輸出端與所述電阻電路的輸入端連接，所述電阻電路的輸出端與所述通道選擇電路的一端連接，所述通道選擇電路與所述不極化電極組連接使得所述不極化電極組與所述電阻電路形成串聯(lián)分壓電路，所述中央處理單元與所述通道選擇電路的控制端連接，所述信號處理單路的一端與所述不極化電極組串聯(lián)，所述信號處理單路的另一端與所述中央處理單元的串聯(lián)，所述通道選擇電路與大地之間設(shè)有用于測量電極接地電阻時將所述系統(tǒng)與所述大地之間斷開的模擬開關(guān)。

可選地，所述不極化電極組包括的不極化電極的數(shù)量為正偶數(shù)。

可選地，所述不極化電極組包括的不極化電極的數(shù)量為4個。

可選地，所述信號處理電路包括濾波電路，放大電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路，所述濾波電路、所述放大電路以所述A/D轉(zhuǎn)換電路依次串聯(lián)。

可選地，所述通道選擇電路包含模擬開關(guān)的個數(shù)與所述不極化電極的數(shù)量相同。

可選地，所述中央處理單元為單片機(jī)、FPGA或ARM芯片。一種電極接地電阻的測量方法，應(yīng)用于上述的電極接地電阻的測量系統(tǒng)，所述測量方法包括：

所述電源輸入電路產(chǎn)生電壓信號Vin；

可選地，所述電源輸入電路產(chǎn)生的電壓信號為直流電壓信號，或者正弦波、方波、三角波、梯形波等幅度恒定的周期性電壓信號。

所述中央處理單元控制所述通道選擇電路進(jìn)行通斷以測量所述不極化電極組中不極化電極間的電壓Vk；

可選地，所述中央處理單元根據(jù)所述不極化電極組中不極化電極間的電壓Vk和所述電壓信號Vin計算出電極接地電阻Rx，包括：

采用以下公式計算得到所述電極接地電阻Rx：

其中，Vin為電壓信號發(fā)生器生成，Rk為所述電阻電路的電阻阻值，Ro為所述通道選擇電路的模擬開關(guān)的電阻阻值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，測試方法容易操作，可以集成于電磁法接收機(jī)中，實現(xiàn)電極接地電阻的自動測量，并且測量的準(zhǔn)確性高，測量速度快。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的電極接地電阻的測量系統(tǒng)的一種實施例的電路圖；

圖2是本發(fā)明提供的電極接地電阻的測量方法的一種實施例的流程圖。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分的實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的實施例能夠以除了在這里圖示或描述的內(nèi)容以外的順序?qū)嵤?。此外，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供的電極接地電阻的測量系統(tǒng)的一種實施例，所述系統(tǒng)包括用于生成電壓信號的電源輸入電路、電阻電路、通道選擇電路、信號處理電路、中央處理單元以及埋入大地的用于電磁法勘探的不極化電極組，所述電源輸入電路的輸入端與所述中央處理單元的輸出端連接，所述電源輸入電路的輸出端與所述電阻電路的輸入端連接，所述電阻電路的輸出端與所述通道選擇電路的一端連接，所述通道選擇電路與所述不極化電極組連接使得所述不極化電極組與所述電阻電路形成串聯(lián)分壓電路，所述中央處理單元與所述通道選擇電路的控制端連接，所述信號處理單路的一端與所述不極化電極組串聯(lián)，所述信號處理單路的另一端與所述中央處理單元的串聯(lián)，所述通道選擇電路與大地之間設(shè)有用于測量電極接地電阻時將所述系統(tǒng)與所述大地之間斷開的模擬開關(guān)。

由電源輸入電路提供電壓信號，不極化電極組與所述電阻電路形成串聯(lián)分壓電路，比較電阻電路的電阻值和不極化電極組的電極接地電阻上的電壓值，可以計算出電極接地電阻值。中央處理單元通過控制通道選擇電路來實現(xiàn)多通道電極的接地電阻的依次測量，信號處理電路可以將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由中央處理單元進(jìn)行自動計算。

可選地，電阻電路為一系列已知阻值的高精度電阻Rk，假設(shè)埋入大地的不極化電極數(shù)量為n，則電阻電路中電阻的數(shù)量為n/2，在電磁法勘探中，電極的數(shù)量一般為偶數(shù)個,所述不極化電極組包括的不極化電極的數(shù)量為正偶數(shù)，不極化電極的數(shù)量為4個，此處不進(jìn)行限定。

可選地，所述信號處理電路包括濾波電路，放大電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路，所述濾波電路、所述放大電路以所述A/D轉(zhuǎn)換電路依次串聯(lián)。

可選地，通道選擇電路中包括多個模擬開關(guān)，通過接受中央處理單元的控制信號進(jìn)行電路的通斷，所述通道選擇電路包含模擬開關(guān)的個數(shù)與所述不極化電極的數(shù)量相同。

可選地，所述中央處理單元為單片機(jī)、FPGA或ARM芯片。

結(jié)合圖1所示，中央處理單元控制電源輸入單元產(chǎn)生電壓信號來作為系統(tǒng)的輸入信號，同時，中央處理單元通過控制通道選擇電路的開關(guān)來選擇要測量的電極接地電阻。如圖1所示，要測量電極E1與E2之間的電阻值Rx1，中央處理單元需要閉合模擬開關(guān)K2與模擬開關(guān)K4，同時斷開模擬開關(guān)K1與模擬開關(guān)K3，測量其它的電極接地電阻則依次類推，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以了解，具體不進(jìn)行贅述。

在測量電極接地電阻時，必須將接收機(jī)電路與大地之間的模擬開關(guān)斷開，即控制模擬開關(guān)K0斷開。信號處理電路包括濾波電路，放大電路以及AD轉(zhuǎn)換電路，它的主要功能為對電極接地電阻上的模擬電壓信號進(jìn)行放大，濾波并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，上傳給中央處理單元進(jìn)行最后的計算。

以進(jìn)行大地電磁測深法(MT)或音頻大地電磁法(AMT)進(jìn)行電磁法勘探為例，需要在大地中埋入4個不極化電極，因此通道選擇電路包括4個模擬開關(guān)，電阻電路包括2個電阻為Rk，電阻Rk可以選擇1千歐的高精度電阻，將模擬開關(guān)與大地進(jìn)行連接，中央處理單元控制模擬開關(guān)Kx的開斷來依次測量不極化電極接地電阻上的電壓值，將這個電壓值進(jìn)行信號處理后，根據(jù)電阻值Rk就可以自動計算出電極接地電阻，在測量過程中，要保持模擬開關(guān)K0斷開。

結(jié)合圖2所示，本發(fā)明的電極接地電阻的測量方法的一種實施例，應(yīng)用于前面提到的電極接地電阻的測量系統(tǒng)，所述測量方法包括：

S201、所述電源輸入電路產(chǎn)生電壓信號Vin。

埋入大地的用于電磁法勘探的不極化電極組與電阻電路、通道選擇電路構(gòu)成一個完整的電路，輸入電壓為電源輸入電路產(chǎn)生電壓信號Vin。

S202、所述中央處理單元控制所述通道選擇電路進(jìn)行通斷以測量所述不極化電極組中不極化電極間的電壓Vk。

S203、所述中央處理單元根據(jù)所述不極化電極組中不極化電極間的電壓Vk和所述方波電壓信號Vin計算出電極接地電阻Rx。

具體采用以下公式計算得到電極接地電阻Rx：

其中，Vin為電壓信號發(fā)生器生成，Rk為電阻電路的電阻阻值，這個Rk是一個定值，Ro為通道選擇電路的模擬開關(guān)的電阻阻值，Ro也為定值，可以通過查詢得到，通過公式的變化可以得到電極接地電阻Rx的阻值，這里電極接地電阻Rx中的x表示不同的不極化電極的接地電阻，x可以為1、2、或3，例如，圖1中虛線標(biāo)注的R1、R2、以及R3。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，測試方法簡單，可以集成于電磁法接收機(jī)中，實現(xiàn)電極接地電阻的自動測量，并且測量的準(zhǔn)確性高，測量速度快。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于一計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括：只讀存儲器(ROM，Read Only Memory)、隨機(jī)存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁盤或光盤等。

以上對本發(fā)明所提供的一種電極接地電阻的測量系統(tǒng)及方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。