專利名稱：全自動多通道多電極電法數據采集系統及其采集方法
技術領域：
本發(fā)明涉及地球物理勘探技術，尤其涉及一種在進行地球物理勘探時使用的全自動多通道多電極電法數據采集系統及其采集方法。
背景技術：
電法勘探是地球物理勘探中的一種傳統的勘探方法。它是根據地下各種物質電阻率的不同而造成地面的電場和電勢的變化來間接的探測地下地質構造的一種方法。傳統的電法數據采集方法有，圖7所示的Wenner數據采集方式；Schlumberger數據采集方式；圖8所示的偶極—偶極數據采集方式以及三極，二極數據采集方式等等。這些方法都有它固定的不可改變的數據采集規(guī)定。如在圖7的Wenner數據采集方式中，電流極AB間的距離必須等于3倍的電勢間(MN)的距離，而且MN必須在AB的正中間；又如在圖8所示的偶極—偶極數據采集方式中，電流極AB間的距離必須等于電勢極MN間的距離。如不按照它的格式采集數據，采集的數據將很難使用和解釋。
所有這些方法都還有另一個特點，那就是在任何時間用兩個電極(AB)給大地供電時，僅測量一對電極(MN)間的電壓差。即確定一對AB電流極，要挨個順序地測一組MN。對一對AB電極如有3個MN電壓差要測(如圖9所示)，就要通過對此對AB電極給大地供3次電，第1次測出M1N1間的電壓，第2次測出M2N2間的電壓，最后一次測出M3N3間的電壓。因此數據采集速度較慢。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對傳統數據采集方法存在的固定數據采集模式，數據采集速度慢，數據采集不全面等缺陷而提出的一種全自動多電極多通道電法數據采集系統及其測量方法。使用本發(fā)明的全自動多電極多通道電法數據采集系統及其測量方法，可實現32×32＝1024個AB電流極對，可同時進行62個MN間的電勢值采集并可得到32×32×62個不同電壓信號數據，大大多于現行的傳統采集方式所可以得到的電流極對數，使得數據采集的效率提高了60倍。
本發(fā)明采用以下技術方案來實現其發(fā)明目的。
本發(fā)明的全自動多通道多電極電法數據采集系統，包括計算機，DC電源，電纜和電極，其特征在于還包括數據采集控制器，該數據采集控制器同時與計算機、DC電源、電纜和電極相連接；其中數據采集控制器進行電壓和電流信號數據的采集和控制，然后將該數據傳輸給計算機。
所說的數據采集控制器包括Rs232接口、直流高壓開關及極性變換器、微控制器、自檢電路、電流采樣電路、模數轉換器、參考電極、32選1輸入信號選取電路1和2，32選1電流輸出電極控制電路1和2。
數據采集控制器的一路控制為采集系統的計算機通過Rs232接口與微控制器連接，微控制器同時連接并控制直流高壓開關及極性變換器、自檢電路、模數轉換器、32選1輸入信號選取電路1和2的工作；自檢電路通過模數轉換器來檢測各工作電壓的工作是否正常；模數轉換器同時與電流采樣電路、參考電極和32選1輸入信號選取電路1及2連接，并通過32選1輸入信號選取電路1和2與電纜連接。
數據采集控制器的另一路控制為由DC電源來的直流高壓通過直流高壓開關及極性變換器并經過電流采樣電路進入32選1電流輸出電極的控制電路1和2，此控制電路將只選中一個電流極并將電流注入大地。
計算機用來控制數據采集的全過程和存儲，顯示及處理所采集到的數據；DC電源將電池的電壓升至高壓，然后將該電壓通過數據采集控制器注入大地；電纜和電極將大地各點的電壓信號輸送給數據采集控制器。
本發(fā)明所說的32選1輸入信號選取電路1和2各由多個放大器與兩個16選1多路選擇器連接，同時這兩個16選1多路選擇器相連；該電路1或2首先由將輸入的多路電壓信號通過放大器放大，然后送入其中一個16選1多路選擇器。
本發(fā)明所說的32選1電流輸出電極控制電路1和2各由多個繼電器并通過多個驅動電路與一個16選1多路控制器連接組成；驅動電路控制繼電器工作并通過其中一個電極將高壓電流注入大地。
所說的32選1輸入信號選取電路1和2各由32個放大器與兩個16選1多路選擇器連接，同時選取電路1和2的兩個16選1多路選擇器相連；在選取電路1和2的兩個16選1多路選擇器中，任何時間只允許其中一個工作。
所說的32選1電流輸出電極控制電路1和2各由32個繼電器并通過32個驅動電路與兩個16選1多路控制器連接組成； 在控制電路1和2的兩個16選1多路控制器中，任何時間只允許其中一個工作。
本發(fā)明的全自動多通道多電極電法數據采集方法采用以下步驟進行a、選用多條多芯電纜；可以是四條16芯電纜；b、將每條電纜各自連接到多個電極上；每條電纜連接到最多16個電極上；
c、將每兩條電纜編為一組，得到A組和B組兩組電纜；d、將A組電纜上的電極用做A電流極，B組電纜上的電極用做B電流極；e、使每一個在A組電纜上的電極都和每一個在B組電纜上的電極相組合而形成多個AB電流極對，并將其置于需勘測的范圍；f、將電池電壓升至高壓，然后將此電壓注入需勘測范圍的大地，以產生一大地電場；g、同時進行多個MN間的電壓值的采集；可以同時進行最多62個MN間的電壓值的采集；h、最后將數據采集控制器所采集到的電壓信號輸送到計算機系統進行存儲，顯示和處理。


以下根據附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
圖1為全自動多通道多電極電法數據采集系統連接2為數據采集控制器的組成框3為32選1輸入信號選取電路示意4為32選1電流輸出電極控制電路示意5為數據采集控制器控制流程框6為計算機控制數據采集控制流程框7為傳統數據采集方法Wenner的數據采集方式圖解圖8為傳統數據采集方法偶極-偶極的數據采集方式圖解圖9為傳統數據采集方法單道數據測量方式圖解圖10為電極在地表的平面布置圖
具體實施例方式
參照附圖1的全自動多通道多電極電法數據采集系統連接圖，以及參照圖6的計算機控制數據采集控制流程框圖，本發(fā)明的全自動多通道多電極電法數據采集系統組成和功能如下本發(fā)明的全自動多通道多電極電法數據采集系統是由數據采集控制器同時連接了計算機、DC電源、電纜和電極而組成。其中DC/DC供電電源將12V電池電壓升高到直流80V或200V，用于向大地注入電流，同時該電源還具有過流和電池欠壓保護等功能。
電纜和電極是用4根16芯電纜將64個電極連接到數據采集控制器，為數據采集控制器接收大地的電勢及電壓信號。
數據采集控制器在數據采集過程中，首先根據計算機指令選定AB電流電極，按要求指定的時序開啟或關閉輸出電流并測量電流值，(一般給大地的供電是一個正方波和一個等壓的負方波)，并同時測量其他62個電極間的電勢，這些電流值和電壓值被送到計算機中。
在計算機上安裝有控制軟件。采集系統首先讀取數據采集控制文件，用來指定如何完成數據采集。如指定輸出電壓的大小、頻率和重復次數，要使用哪些AB電流極等。然后控制軟件檢測數據采集控制器是否工作正常。同時檢查電極的接地是否良好；接下來按控制文件指定的參數，命令數據采集控制器控制一個AB電流極對，一個AB電流對的數據采集，同時在計算機上顯示數據采集過程和數據，以便實時監(jiān)視數據采集過程和數據的質量。最后將數據存到硬盤，以供下一步處理。
參照附圖2數據采集控制器的組成框圖和附圖5的數據采集控制器控制流程框圖。數據采集控制器進行電壓和電流信號數據的采集和控制，然后將該數據傳輸給計算機。該數據采集控制器有兩路控制方式，一路控制方式為采集系統的計算機通過Rs232接口與微控制器連接并接受微控制器的控制，微控制器同時連接并控制直流高壓開關及極性變換器，自檢電路，模數轉換器，32選1輸入信號選取電路1和2的工作；自檢電路通過模數轉換器來檢測各工作電壓的工作是否正常；模數轉換器同時與電流采樣電路、參考電極和32選1輸入信號選取電路1及2。其中32選1輸入信號選取電路1和32選1電流輸出電極控制電路1連接有電纜1和2；32選1輸入信號選取電路2和32選1電流輸出電極控制電路2與電纜3和4連接。數據采集控制器的另一路控制為由DC電源輸入的直流高壓進入直流高壓開關及極性變換器，經過電流采樣電路進入32選1電流輸出電極的控制電路1和2，該控制電路將選中其中一個電流極并將電流注入大地。
數據采集控制器接受計算機傳輸的指令，完成儀器的檢查或電極的檢查，或數據的這采集工作，并將這些工作結果送回計算機。該數據采集控制器在數據采集過程中，首先根據計算機指令選定AB電流電極，按要求指定的時序開啟或關閉輸出電流并測量電流值(一般給大地的供電是一個正方波和一個等壓的負方波)，同時測量其他62個電極間的電勢。這些電流值和電勢值被送到計算機中。模數轉換器可采用常規(guī)模數轉換器，本發(fā)明的模數轉換器是由晶振Oscilatorl，集成電路模塊AD677和74HC175組成；晶振Oscilatorl和74HC175是用來給模數轉換模塊AD677提供工作頻率的，模數轉換模塊AD677用來完成模數的轉換，并將模數轉換結果通過SPI串口送給微控制器。
參照附圖3的32選1輸入信號選取電路示意圖，數據采集控制器的兩個32選1輸入信號選取電路1和2各由32個放大器與兩個16選1多路選擇器相連接，同時選取電路中的兩個16選1多路選擇器輸出相連；32選1輸入信號選取電路用來從32路輸入信號中選擇其中一個。該選取電路首先將輸入的32路輸入信號通過放大器放大，然后送入其中一個16選1多路選擇器，該多路選擇器的集成模塊選用DG406。當選取電路的兩個16選1多路選擇器在工作時，只允許其中一個工作。因此在任何時間僅有一個16選1多路選擇器在工作，所以32路信號中也只有一路可被送到模數轉換器中。
參照附圖4的32選1電流輸出電極控制電路示意圖，數據采集控制器的32選1電流輸出電極控制電路1和2是各由32個繼電器并通過32個驅動電路與兩個16選1多路控制器(該多路控制器選用集成模塊CD4514)連接組成；32個驅動電路(選用型號ULN2803)控制32個繼電器工作并通過其中一個電極將高壓電流注入大地。在控制電路的兩個16選1多路控制器中，只允許其中一個工作。由于兩個16選1多路控制器(CD4514)在微控制器的控制下在任一時間都只有一個在工作，所以就達到了32選1的目的。在選中一路電極后，驅動電路(ULN2803)將此信號放大以控制繼電器的工作，在繼電器吸合后，高壓電流通過一個電極被注入大地。
參照附圖10電極在地表的平面布置圖，本發(fā)明的全自動多通道多電極電法數據采集方法采用以下步驟進行A、首先選用四條16芯的電纜，B、每條電纜連接16個電極，C、然后將每兩條電纜編為一組，共得到A組和B組兩組電纜，D、將A組電纜上的電極只用做A電流極，B組電纜上的電極只用做B電流極。
E、將每一個在A組電纜上的電極都和每一個在B組電纜上的電極相組合，而形成一個AB電流極對。
F、由DC/DC供電電源將12V電池電壓升高到直流80V或200V，用于向大地注入電流，然后將此電壓注入需勘測范圍的大地，以產生一大地電場；
G、同時進行62個MN間的電壓值的采集。如此共可得到32×32×62個不同電壓信號數據；H、最后將數據采集控制器所采集到的電壓信號輸送到計算機系統進行存儲，顯示和處理。
由于本發(fā)明的數據采集方法對A、B電極的位置沒有附加要求，所以本發(fā)明的采集方法采用了全組合的方式。這樣就可以得到32×32＝1024個AB電流極對。該數字大大多于傳統采集方式僅可以從64個電極所得到的電流極對數。在背景技術中所提到的所有電法數據采集方法都是對每一對AB電流極每次只采集一個MN間的電勢值。而本發(fā)明同時可測得62個MN間的電勢值，即本發(fā)明所說的多通道采集和測量方法。它使數據采集效率提高了60倍。如此大量的數據由本發(fā)明的反演程序處理得出一個真電阻率剖面。該真電阻率剖面的可靠性要遠遠大于傳統的視電阻率剖面和用由傳統方法所得數據進行反演的真電阻率剖面圖的可靠性。
權利要求
1.一種全自動多通道多電極電法數據采集系統，包括計算機，DC電源，電纜和電極，其特征在于還包括數據采集控制器，該數據采集控制器同時與計算機、DC電源、電纜和電極相連接；其中A、數據采集控制器進行電壓和電流信號數據的采集和控制，然后將該數據傳輸給計算機；所說的數據采集控制器包括Rs232接口、直流高壓開關及極性變換器、微控制器、自檢電路、電流采樣電路、模數轉換器、參考電極、32選1輸入信號選取電路(1)和(2)，32選1電流輸出電極控制電路(1)和(2)；數據采集控制器的一路控制為采集系統的計算機通過Rs232接口與微控制器連接，微控制器同時連接并控制直流高壓開關及極性變換器、自檢電路、模數轉換器、32選1輸入信號選取電路(1)和(2)的工作；自檢電路通過模數轉換器來檢測各工作電壓的工作是否正常；模數轉換器同時與電流采樣電路、參考電極和32選1輸入信號選取電路(1)及(2)連接，并通過32選1輸入信號選取電路(1)和(2)與電纜連接；數據采集控制器的另一路控制為由DC電源來的直流高壓通過直流高壓開關及極性變換器并經過電流采樣電路進入32選1電流輸出電極的控制電路(1)和(2)，此控制電路將只選中一個電流極并將電流注入大地；B、計算機用來控制數據采集的全過程和存儲，顯示及處理所采集到的數據；C、DC電源將電池的電壓升至高壓，然后將該電壓通過數據采集控制器注入大地，D、電纜和電極將大地各點的電壓信號輸送給數據采集控制器。
2.根據權利要求1所述的全自動多通道多電極電法數據采集系統，其特征在于所說的32選1輸入信號選取電路(1)和(2)各由多個放大器與兩個16選1多路選擇器連接，同時這兩個16選1多路選擇器相連；該電路(1)或(2)首先由將輸入的多路電壓信號通過放大器放大，然后送入其中一個16選1多路選擇器。
3.根據權利要求1所述的全自動多通道多電極電法數據采集系統，其特征在于所說的32選1電流輸出電極控制電路(1)和(2)各由多個繼電器并通過多個驅動電路與一個16選1多路控制器連接組成；驅動電路控制繼電器工作并通過其中一個電極將高壓電流注入大地。
4.根據權利要求2所述的全自動多通道多電極電法數據采集系統，其特征在于所說的32選1輸入信號選取電路(1)和(2)各由32個放大器與兩個16選1多路選擇器連接，同時選取電路(1)和(2)的兩個16選1多路選擇器相連；在選取電路(1)和(2)的兩個16選1多路選擇器中，任何時間只允許其中一個工作。
5.根據權利要求3所述的全自動多通道多電極電法數據采集系統，其特征在于所說的32選1電流輸出電極控制電路(1)和(2)各由32個繼電器并通過32個驅動電路與兩個16選1多路控制器連接組成；在控制電路(1)和(2)的兩個16選1多路控制器中，任何時間只允許其中一個工作。
6.一種全自動多通道多電極電法數據采集方法，其特征在于采用以下步驟進行a、選用多條多芯電纜；b、將每條電纜各自連接到多個電極上；c、將每兩條電纜編為一組，得到A組和B組兩組電纜；d、將A組電纜上的電極用做A電流極，B組電纜上的電極用做B電流極；e、使每一個在A組電纜上的電極都和每一個在B組電纜上的電極相組合而形成多個AB電流極對，并將其置于需勘測的范圍；f、將電池電壓升至高壓，然后將此電壓注入需勘測范圍的大地，以產生一大地電場；g、同時進行多個MN間的電壓值的采集。h、最后將數據采集控制器所采集到的電壓信號輸送到計算機系統進行存儲，顯示和處理。
7.根據權利要求6所述的全自動多通道多電極電法數據采集方法，其特征在于所述的多條多芯可以是四條16芯電纜。
8.根據權利要求6所述的全自動多通道多電極電法數據采集方法，其特征在于所述的多個電極是將每條電纜連接到最多16個電極上。
9.根據權利要求6所述的全自動多通道多電極電法數據采集方法，其特征在于所述的同時進行多個MN間的電壓值的采集可以同時進行最多62個MN間的電壓值的采集。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在進行地球物理勘探時使用的全自動多通道多電極電法數據采集系統及其采集方法，本發(fā)明的采集系統包括計算機，DC電源，電纜和電極和數據采集控制器；本發(fā)明的采集方法包括選用四條16芯的電纜，每條電纜連接16個電極，將每兩條電纜編為A組和B組兩組電纜，采用全組合方式可得到32×32個AB電流極對，由DC電源將電池電壓升至高壓并向大地注入電流以產生一大地電場，同時進行62個MN間的電壓值的采集，可得到32×32×62個不同電壓信號數據，將該數據輸入計算機系統存儲，顯示和處理。采用本發(fā)明的多通道多電極電法數據采集系統及其采集方法，同時可測得62個MN間的電勢值，使數據采集效率提高了60倍。
文檔編號G08C19/30GK1851775SQ20061004268
公開日2006年10月25日 申請日期2006年4月14日 優(yōu)先權日2006年4月14日
發(fā)明者折京平 申請人:西安澳立華勘探技術開發(fā)有限公司