CN104635272B - 一种分布式高密度电法仪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式高密度电法仪器，包括串联连接的多个电极转换器电缆，每个电极转换器电缆具有一个第二电极接线盒和多个第一电极接线盒，同一个电极转换器电缆中的第一电极接线盒和第二电极接线盒为并联，各电极转换器电缆为串联连接，主机通过连接器与其中一个电缆的第一连接头连接实现与各电极转换器电缆的通讯。由此可见，在同一个电极转换器电缆中的通讯方式为广播通讯，因此需要的电缆芯数较少，从而减小了电缆的体积，便于施工和运输；当电极较多的情况下，接力通讯方式可以方便的进行编码。通过广播通讯和接力通讯方式相结合还可以改善单一的接力通讯带来的延时问题，提高电极切换的速度。

Description

一种分布式高密度电法仪器

技术领域

本发明涉及地球物理勘探仪器技术领域，特别是涉及一种分布式高密度电法仪器。

背景技术

高密度电法仪器的基本原理与传统的电阻率法相比，是把很多个电极排列在测试线上，每个电极均和主机的发射电极和接收电极相连，通过对发射电极和接收电极自动转换器的控制，实现电极之间的自由组合，从而一次布极可获取多种地电信息。

目前的高密度电法仪器主要是以集中式为主，集中式高密度电法仪器是把每个电极通过总线电缆与电极切换器相连，电极切换器由主机控制，实现电极自动转换控制。该种仪器所需要的电缆芯数很多，如果是60道电极，就需要60芯的电缆，导致电缆笨重，不便于施工和运输。当需要扩充电极的道数时，经常受到电缆体积的限制。

由此可见，提供一种电缆芯数较少的且能够连接较多电极的高密度电法仪器是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种分布式高密度电法仪器，用于实现对多个电极的控制，从而实现地质勘探。

为解决上述技术问题，本发明提供一种分布式高密度电法仪器，包括主机，其特征在于，还包括：串联连接的多个电极转换器电缆，

所述电极转换器电缆包含电缆和间隔分布于所述电缆上的多个第一电极接线盒和一个具有第一串行转换器的第二电极接线盒，

其中，所述电缆的第一端具有第一连接头，第二端具有与所述第一连接头相匹配的第二连接头，同一个所述电极转换器电缆中的各所述第一电极接线盒和所述第二电极接线盒为并联；

所述主机通过连接器与一个所述第一连接头连接，所述第二电极接线盒设置于所述第二连接头处，所述第一串行转换器用于当所述第二电极接线盒判断出所述主机发送的绝对地址包含的偏移地址大于其偏移地址时将所述主机发送的所述绝对地址和命令传递至与其连接的电极转换器电缆。

优选的，所述第一电极接线盒具体包括：

与串行通讯线连接的第二串行转换器，用于所述主机和与其所在的所述电极转换器电缆进行广播通讯；

与电源线连接的开关降压器，用于转换电压；

其中，所述开关降压器具有第一输出端和第二输出端；

与所述第二串行转换器和所述开关降压器的第一输出端连接的第一微控制器；

与所述开关降压器的第二输出端连接的继电器；

其中，所述继电器的4个开关的一端分别与供电电极A、供电电极B、接收电极M和接收电极N连接，另一端均与电极连接；

与所述第一微控制器连接的继电器驱动器。

优选的，所述第二电极接线盒具体包括：所述第二串行转换器、所述开关降压器、所述第一微控制器、所述继电器、所述继电器驱动器和所述第一串行转换器，

其中，所述第一串行转换器与所述第一微控制器和所述开关降压器连接。

优选的，所述主机具体包括：

用于产生高压恒流发射信号的发射器，所述发射器与高压电源、供电电极A和供电电极B连接；

用于测量所述发射器的电流信号以及获取接收电极M和接收电极N的电压信号的接收器，所述接收器与所述发射器、接收电极M和接收电极N连接；

用于产生高压直流电源和串行通讯信号的辅助电路；

用于控制所述发射器、所述接收器和所述辅助电路的控制电路。

优选的，所述发射器具体包括：

与所述控制电路连接的全桥驱动电路；

与所述全桥驱动电路和所述高压电源连接的全桥电路；

与所述全桥电路连接的电流采样电路；

与所述全桥电路连接的过压过流保护电路。

优选的，所述接收器具体包括：

与所述电流采样电路连接的电流隔离放大电路；

与所述电流隔离放大电路连接的第一低通滤波器；

与所述第一低通滤波器连接的第一工频陷波器；

与所述第一工频陷波器连接的第一A/D转换器；

与接收电极M和接收电极N连接的阻抗匹配电路；

与所述阻抗匹配电路连接的第二低通滤波器；

与所述第二低通滤波器连接的第二工频陷波器；

与所述第二工频陷波器连接的第二A/D转换器。

优选的，所述辅助电路具体包括：

用于供电的升压电路，所述升压电路与锂电池连接；

用于将所述控制电路发送的信号转换为串行通讯信号的第三串行转换器；

用于对所述锂电池监控管理的电源管理电路。

优选的，所述升压电路的升压范围为：60V-150V。

优选的，所述控制电路具体包括：

与所述发射器、所述接收器和所述辅助电路连接的第二微控制器；

与所述第二微控制器连接的USB接口；

与所述第二微控制器连接的人机接口。

优选的，所述人机接口包括：键盘和显示屏。

本发明所提供的分布式高密度电法仪器，包括串联连接的多个电极转换器电缆，每个电极转换器电缆具有一个第二电极接线盒和多个第一电极接线盒，由于同一个电极转换器电缆中的第一电极接线盒和第二电极接线盒为并联，由此可见，在同一个电极转换器电缆中的通讯方式为广播通讯因此需要的电缆芯数较少，从而减小了电缆的体积，便于施工和运输。主机通过连接器与其中一个电缆的第一连接头连接实现与各电极转换器电缆的通讯，由于各电极转换器电缆为串联连接，且在上一个第二电极接线盒判断出主机发送的绝对地址包含的偏移地址大于其偏移地址时，通过第一串行转换器将主机发送的绝对地址和命令传递至下一个电极转换器电缆，由此可见，各电极转换器电缆为接力通讯，因此当电极较多的情况下，可以方便的进行编码。通过广播通讯和接力通讯方式相结合还可以改善单一的接力通讯带来的延时问题，提高电极切换的速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种分布式高密度电法仪器的结构图；

图2为本发明提供的一种电极转换器电缆的结构图；

图3为本发明提供的一种主机的结构图；

图4为本发明提供的另一种主机的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种分布式高密度电法仪器。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

一种分布式高密度电法仪器，包括主机，还包括：串联连接的多个电极转换器电缆。

所述电极转换器电缆包含电缆和间隔分布于所述电缆上的多个第一电极接线盒和一个具有第一串行转换器的第二电极接线盒，

其中，所述电缆的第一端具有第一连接头，第二端具有与所述第一连接头相匹配的第二连接头，同一个所述电极转换器电缆中的各所述第一电极接线盒和所述第二电极接线盒为并联；

所述主机通过连接器与一个所述第一连接头连接，所述第二电极接线盒设置于所述第二连接头处，所述第一串行转换器用于当所述第二电极接线盒判断出所述主机发送的绝对地址包含的偏移地址大于其偏移地址时将所述主机发送的所述绝对地址传递至与其连接的电极转换器电缆；

其中，同一个所述电极转换器电缆中的通讯方式为广播通讯；串联连接的所述电极转换器电缆之间的通讯方式为接力通讯。

图1为本发明提供的一种分布式高密度电法仪器的结构图。多个电极转换器电缆10之间采用串联的形式。每个电极转换器电缆10均包括多个第一电极接线盒11和一个第二电极接线盒12，多个第一电极接线盒11和第二电极接线盒12之间通过电缆13连接。电缆13的第一端具有第一连接头14、第二端具有第二连接头15。电极转换器电缆10之间串联连接的具体形式为：通过前一个电缆13的第二连接头15和后一个电缆13的第一连接头14连接，以上述方式连接后，通过连接器16将空余(距主机17距离最近)的第一连接头14与主机17连接。

第二电极接线盒12具有第一串行转换器18，当主机17通过串行通讯线发送信号时，与主机17距离最近的电极转换器电缆10的所有第一电极接线盒11和第二电极接线盒12同时收到信号，即进行广播通讯。第一串行转换器18可以将主机17发送的信号传输至下一个电极转换器电缆10中，即进行接力通讯，则下一个电极转换器电缆10的所有第一电极接线盒11和第二电极接线盒12同时收到信号，即接力通讯。每个第一电极接线盒11和第二电极接线盒12都与电极连接，进行数据采集工作。

为了使本领域技术人员更加理解本发明提供的分布式高密度电法仪器的工作原理，下面给出具体的工作方式。

在具体实施中，主机和每个第一电极接线盒和每个第二电极接线盒均有独立的绝对地址。该绝对地址由相对地址和偏移地址组成，可以设置主机的绝对地址为0。相对地址是电缆出厂前固化在电极接线盒内的微控制器的地址，如果有3个电极转换器电缆，每个电极转换器电缆有10个电极接线盒，按照排列顺序标记的话，则每个电极转换器电缆中的第一个电极接线盒(第一电极接线盒)的相对地址为1，第二个电极接线盒的相对地址为2，依次类推，最后一个电极接线盒(第二电极接线盒)的相对地址为10。偏移地址是根据每个电极转换器电缆与主机的距离动态编码，距主机距离最近的电极转换器电缆的偏移地址为1，依次为2和3。

供电电极A、供电电极B、接收电极M和接收电极N的选择流程是，主机以广播的形式发送所需选中的电极的绝对地址和命令，首先距主机最近的电极转换器电缆中的各个电极接线盒判断是否为与其连接的电极的绝对地址，如果是，则响应该命令，控制切换继电器，并发送结束信息。对于所有的第一电极接线盒，如果判断不是各自电极的绝对地址，不做任何处理，而对于第二电极接线盒，则需要判断绝对地址包含的偏移地址是否大于该电极转换器电缆中的偏移地址，如果是，则往下一个电极转换器电缆传递该命令。依次类推，所有的电极转换器电缆中的第一电极接线盒和第二电极接线盒均按照上述方式判断，直到最后一个电极转换器电缆。

由此可见，本发明提供的分布式高密度电法仪器，同一个电极转换器电缆中为广播通讯方式，需要的电缆芯数较少，因此减小了电缆的体积，便于施工和运输。通过多个电极转换器电缆串联的形式，实现接力通讯，当电极较多的情况下，可以方便的进行编码。此外，通过广播通讯方式和接力通讯方式相结合还可以改善单一的接力通讯带来的延时问题，提高电极切换的速度。

需要说明的是，本实施例中描述的编码方式只是为了更加清楚的说明本发明提供的分布式高密度电法仪器，并不代表编码方式只有这一种。

作为一种优选的实施方式，所述第一电极接线盒具体包括：

与串行通讯线连接的第二串行转换器，用于所述主机和与其所在的所述电极转换器电缆进行广播通讯；

与电源线连接的开关降压器，用于转换电压；

其中，所述开关降压器具有第一输出端和第二输出端；

与所述第二串行转换器和所述开关降压器的第一输出端连接的第一微控制器；

与所述开关降压器的第二输出端连接的继电器；

其中，所述继电器的4个开关的一端分别与供电电极A、供电电极B、接收电极M和接收电极N连接，另一端均与电极连接；

与所述第一微控制器连接的继电器驱动器。

图2为本发明提供的一种电极转换器电缆的结构图。如图2所示，每个第一电极接线盒11均包括：第二串行转换器20、开关降压器21、第一微控制器22、继电器驱动器23和继电器24的4个开关。第二串行转换器20与串行通讯线25连接，开关降压模块21与电源线26连接，继电器24的4个开关分别与供电电极A、供电电极B、接收电极M和接收电极N连接，继电器24的4个开关均与电极连接。

其中，开关降压器21将电源线上的电压进行转换，为第一微控制器22和继电器24供电。例如，开关降压器21的第一输出端可以输出5V电压，第二输出端可以输出3.3V电压。通过串行通讯线25和第二串行转换器20，第一微控制器22可以判断出主机发送的绝对地址是否为本测试线上的绝对地址(广播通讯)，如果是，则控制继电器24的开关进行切换；如果不是本测试线上的绝对地址，则第二电极接线盒12的第一串行转换器18将主机发送的绝对地址和命令传递至与其连接的电极转换器电缆(接力通讯)。

作为一种优选的实施方式，所述第二电极接线盒具体包括：所述第二串行转换器、所述开关降压器、所述第一微控制器、所述继电器、所述继电器驱动器和所述第一串行转换器，

其中，所述第一串行转换器与所述第一微控制器和所述开关降压器连接。

如图2所示，第二电极接线盒12也包括如第一电极接线盒11包含的第二串行转换器20、开关降压器21、第一微控制器22、继电器驱动器23和继电器24的4个开关。与第一电极接线盒11不同的是第二电极接线盒12还包括第一串行转换器18。

由于第二电极接线盒12与第一电极接线盒11的结构类似，只是多了一个第一串行转换器18，具体的描述请参见上文。

作为一种优选的实施方式，所述主机具体包括：

用于产生高压恒流发射信号的发射器，所述发射器与高压电源、供电电极A和供电电极B连接；

用于测量所述发射器的电流信号以及获取接收电极M和接收电极N的电压信号的接收器，所述接收器与所述发射器、接收电极M和接收电极N连接；

用于产生高压直流电源和串行通讯信号的辅助电路；

用于控制所述发射器、所述接收器和所述辅助电路的控制电路。

图3为本发明提供的一种主机的结构图。如图3所示，主机17包括：发射器30、接收器31、辅助电路32和控制电路33。发射器30与高压电源34、供电电极A和供电电极B连接，将高压电源34输出的电信号转换为高压恒流发射信号。接收器31与发射器30、接收电极M和接收电极N连接，将接收到的发射器30的电流信号进行测量并发送至控制电路33，将接收电极M和接收电极N接收到的电压信号发送至控制电路33。辅助电路32为供电核心，通过电源线26为各个电极接线盒供电，辅助电路32还可以将控制电路33发送的信号转换为串行通讯信号并通过串行通讯线25传递至电极转换器电缆。控制电路33根据接收器31和辅助电路32反馈的信号控制发射器30、接收器31和辅助电路32。

作为一种优选的实施方式，所述发射器具体包括：

与所述控制电路连接的全桥驱动电路；

与所述全桥驱动电路和所述高压电源连接的全桥电路；

与所述全桥电路连接的电流采样电路；

与所述全桥电路连接的过压过流保护电路。

图4为本发明提供的另一种主机的结构图。如图4所示，发射器包括：全桥驱动电路40、全桥电路41、电流采样电路42、过压过流保护电路43。全桥驱动电路与控制电路连接，根据控制电路的控制为全桥电路41提供驱动信号。全桥电路41与全桥驱动电路40和高压电源34连接，当全桥驱动电路40提供驱动信号后，全桥电路41将高压电源34输出的电信号进行转换。电流采样电路42和过流保护电路43均与全桥电路41连接，电流采样电路42对全桥电路41输出的信号进行采样，过流保护电路43对全桥电路41进行电压和电流的检测，如果电压或电流超出阈值，则对全桥电路41进行控制。

作为一种优选的实施方式，所述接收器具体包括：

与所述电流采样电路连接的电流隔离放大电路；

与所述电流隔离放大电路连接的第一低通滤波器；

与所述第一低通滤波器连接的第一工频陷波器；

与所述第一工频陷波器连接的第一A/D转换器；

与接收电极M和接收电极N连接的阻抗匹配电路；

与所述阻抗匹配电路连接的第二低通滤波器；

与所述第二低通滤波器连接的第二工频陷波器；

与所述第二工频陷波器连接的第二A/D转换器。

如图4所示，接收器包括：电流隔离放大电路50、第一低通滤波器51、第一工频陷波器52、第一A/D转换器53、阻抗匹配电路54、第二低通滤波器55、第二工频陷波器56和第二A/D转换器57。其中，电流隔离放大电路50与电流采样电路42连接，依次通过第一低通滤波器51、第一工频陷波器52、第一A/D转换器53将采样结果传输至控制电路中。接收电极M和接收电极N将接收到的信号依次通过阻抗匹配电路54、第二低通滤波器55、第二工频陷波器56和第二A/D转换器57传输至控制电路中。

作为一种优选的实施方式，所述辅助电路具体包括：

用于供电的升压电路，所述升压电路与锂电池连接；

用于将所述控制电路发送的信号转换为串行通讯信号的第三串行转换器；

用于对所述锂电池监控管理的电源管理电路。

如图4所示，辅助电路具体包括：升压电路60、第三串行转换器61和电源管理电路62。其中，升压电路60与锂电池63连接，将锂电池输出的电压进行升压，并通过电源线26为各电极接线盒供电，通过采用升压电路60可以降低电能在电缆上的损耗。第三串行转换器61与控制电路通讯，通过串行通讯线25与各个电极接线盒通讯。电源管理电路62与锂电池63连接，用于对锂电池63输出的电信号进行监控管理，例如监控锂电池63输出的电流值、电压值等。

作为一种优选的实施方式，所述升压电路的升压范围为：60V-150V。

升压电路60将锂电池63输出的电压进行升压，并通过电源线26为各电极接线盒供电，如果升压过大，则电缆上的电压值过大，如果升压过低，则电能在电缆上的损耗比较大，因此本发明选取的升压范围为60V-150V。

需要说明的是，该升压范围只是一个具体的应用场景，并不代表只能是这一个范围。

作为一种优选的实施方式，所述控制电路具体包括：

与所述发射器、所述接收器和所述辅助电路连接的第二微控制器；

与所述第二微控制器连接的USB接口；

与所述第二微控制器连接的人机接口。

如图3所示，控制电路包括：第二微控制器70、USB接口71和人机接口72。第二微控制器70是主机的控制中心，用于对第一A/D转换器53和第二A/D转换器57的转换时序进行控制，还对全桥电路41的时序进行控制。USB接口71可以是配合第二微控制器70自带的USB管理器，当主机与其它电脑连接时，主机可以作为免驱动设备直接与电脑进行数据传输。

作为一种优选的实施方式，所述人机接口包括：键盘和显示屏。

以上对本发明所提供的分布式高密度电法仪器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种分布式高密度电法仪器，包括主机，其特征在于，还包括：串联连接的多个电极转换器电缆，

所述电极转换器电缆包含电缆和间隔分布于所述电缆上的多个第一电极接线盒和一个具有第一串行转换器的第二电极接线盒，

其中，所述电缆的第一端具有第一连接头，第二端具有与所述第一连接头相匹配的第二连接头，同一个所述电极转换器电缆中的各所述第一电极接线盒和所述第二电极接线盒为并联；

所述主机通过连接器与一个所述第一连接头连接，所述第二电极接线盒设置于所述第二连接头处，所述第一串行转换器用于当所述第二电极接线盒判断出所述主机发送的绝对地址包含的偏移地址大于其偏移地址时将所述主机发送的所述绝对地址和命令传递至与其连接的电极转换器电缆；

所述第一电极接线盒具体包括：

与串行通讯线连接的第二串行转换器，用于所述主机和与其所在的所述电极转换器电缆进行广播通讯；

与电源线连接的开关降压器，用于转换电压；

其中，所述开关降压器具有第一输出端和第二输出端；

与所述第二串行转换器和所述开关降压器的第一输出端连接的第一微控制器；

与所述开关降压器的第二输出端连接的继电器；

其中，所述继电器的4个开关的一端分别与供电电极A、供电电极B、接收电极M和接收电极N连接，另一端均与电极连接；

与所述第一微控制器连接的继电器驱动器。

2.根据权利要求1所述的分布式高密度电法仪器，其特征在于，所述第二电极接线盒具体包括：所述第二串行转换器、所述开关降压器、所述第一微控制器、所述继电器、所述继电器驱动器和所述第一串行转换器，

其中，所述第一串行转换器与所述第一微控制器和所述开关降压器连接。

3.根据权利要求1所述的分布式高密度电法仪器，其特征在于，所述主机具体包括：

用于产生高压恒流发射信号的发射器，所述发射器与高压电源、供电电极A和供电电极B连接；

用于测量所述发射器的电流信号以及获取接收电极M和接收电极N的电压信号的接收器，所述接收器与所述发射器、接收电极M和接收电极N连接；

用于产生高压直流电源和串行通讯信号的辅助电路；

用于控制所述发射器、所述接收器和所述辅助电路的控制电路。

4.根据权利要求3所述的分布式高密度电法仪器，其特征在于，所述发射器具体包括：

与所述控制电路连接的全桥驱动电路；

与所述全桥驱动电路和所述高压电源连接的全桥电路；

与所述全桥电路连接的电流采样电路；

与所述全桥电路连接的过压过流保护电路。

5.根据权利要求3所述的分布式高密度电法仪器，其特征在于，所述接收器具体包括：

与所述电流采样电路连接的电流隔离放大电路；

与所述电流隔离放大电路连接的第一低通滤波器；

与所述第一低通滤波器连接的第一工频陷波器；

与所述第一工频陷波器连接的第一A/D转换器；

与接收电极M和接收电极N连接的阻抗匹配电路；

与所述阻抗匹配电路连接的第二低通滤波器；

与所述第二低通滤波器连接的第二工频陷波器；

与所述第二工频陷波器连接的第二A/D转换器。

6.根据权利要求3所述的分布式高密度电法仪器，其特征在于，所述辅助电路具体包括：

用于供电的升压电路，所述升压电路与锂电池连接；

用于将所述控制电路发送的信号转换为串行通讯信号的第三串行转换器；

用于对所述锂电池监控管理的电源管理电路。

7.根据权利要求6所述的分布式高密度电法仪器，其特征在于，所述升压电路的升压范围为：60V-150V。

8.根据权利要求3所述的分布式高密度电法仪器，其特征在于，所述控制电路具体包括：

与所述发射器、所述接收器和所述辅助电路连接的第二微控制器；

与所述第二微控制器连接的USB接口；

与所述第二微控制器连接的人机接口。

9.根据权利要求8所述的分布式高密度电法仪器，其特征在于，所述人机接口包括：键盘和显示屏。