專利名稱：微機(jī)控制多路電極轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機(jī)控制多路電極轉(zhuǎn)換器，系高密度電測裝置，屬地球物理勘探中電法勘探專用設(shè)備。
目前進(jìn)行高密度測量法時(shí)，國外一般都是采用人工操作，或用香蕉插頭插接，或用波段開關(guān)轉(zhuǎn)接來完成供電電極和測量電極的轉(zhuǎn)換，易帶來操作失誤也難以提高效率;國內(nèi)采用的多路電極轉(zhuǎn)換器是一種機(jī)電結(jié)構(gòu)裝置，步進(jìn)電機(jī)在電測儀主機(jī)的程序控制之下動作，電機(jī)軸帶動4個主觸頭移動，和60個與外電極相聯(lián)的銅觸頭互相轉(zhuǎn)接，實(shí)現(xiàn)供電電極和測量電極的轉(zhuǎn)換。受其結(jié)構(gòu)原理的限制，存在有機(jī)械加工工藝難度高，材料質(zhì)量要求嚴(yán)，機(jī)械轉(zhuǎn)動部件的磨損及緊固件的松動等問題;工作模式也受限制，比如由于無法實(shí)現(xiàn)電極同時(shí)向兩側(cè)反向延伸的轉(zhuǎn)換而不能進(jìn)行測深法;極距系數(shù)變更時(shí)還需要人工插銷重新定位，易造成人為操作失誤，勘探速度和工作效率也受影響;而且無法實(shí)現(xiàn)自身的故障檢測與報(bào)警功能。
本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，而提供一種新型多路轉(zhuǎn)換器，用單片微機(jī)作主控，送出程序編碼，經(jīng)譯碼驅(qū)動電路控制由繼電器或功率模擬開關(guān)組成的電子開關(guān)組，滿足了高密度電阻率測量方法的需要，提高了工作效率，并能進(jìn)行自身的故障檢測與報(bào)警。
本轉(zhuǎn)換器由單片微處理機(jī)CPU控制系統(tǒng)、邏輯控制接口電路、通道譯碼驅(qū)動電路以及60個電子開關(guān)組組成。主要技術(shù)特征之一是采用單片微機(jī)做主控部件，工作模式以及各種參數(shù)的選擇由面板上的“工作模式選擇開關(guān)”，“極距系數(shù)撥輪開關(guān)”進(jìn)行設(shè)定。本轉(zhuǎn)換器與電測儀主機(jī)之間通過聯(lián)接電纜，采取應(yīng)答方式進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，保證相互之間的同步控制，實(shí)現(xiàn)了通道切換和數(shù)據(jù)采集的自動控制。轉(zhuǎn)換器在單片微處理機(jī)管理之下控制60路電極輪流切換和整個系統(tǒng)的安全檢測與故障報(bào)警。而且系統(tǒng)動作全過程在面板上都有直觀的顯示。各種工作模式和操作功能都固化在EPROM程序存儲器中，按照面板上所預(yù)置的方式和參數(shù)選擇，系統(tǒng)自動執(zhí)行相應(yīng)的程序。測量時(shí)每進(jìn)行一次電極轉(zhuǎn)換動作，CPU就要送出一組程控編碼，經(jīng)邏輯控制接口電路和譯碼驅(qū)動電路得到240個具有驅(qū)動能量的狀態(tài)控制信號，60個電子開關(guān)組中共240個電子開關(guān)便按程序要求分別接通或斷開，使60個測量電極中的4個接通到供電電纜A.B.和測量電纜M.N.上，而其他電極全處于斷開狀態(tài)。
本轉(zhuǎn)換器具有6種工作模式，即等極距測深模式、對數(shù)極距測深模式、溫納四極模式、偶極-偶極模式、微分模式、聯(lián)合剖面模式。尤其是兩種測深模式，能取得工程測量中解決剖面測量問題時(shí)所必須的測深資料，但電極轉(zhuǎn)換很特殊，需要將電極同時(shí)向兩側(cè)反向延伸，以往機(jī)械結(jié)構(gòu)式的轉(zhuǎn)換器是無法實(shí)現(xiàn)的。工作模式的選擇由面板上模式選擇開關(guān)來設(shè)定。CPU通過工作模式輸入電路來讀入該設(shè)定并判斷，再跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序段去執(zhí)行轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明主要特征之二是電子開關(guān)組采用小型直流密封繼電器或功率模擬開關(guān)作為電極轉(zhuǎn)換的執(zhí)能部件，每個開關(guān)組包含了4個繼電器或4個功率模擬開關(guān)，每個開關(guān)組的輸入端接到一個電極上，而輸出端有4個，分別掛到A.B.M.N.四條母線上，此外每個開關(guān)組還有一個控制信號輸入端，因而每個開關(guān)組在每一步轉(zhuǎn)換時(shí)都能根據(jù)CPU送來的特定編碼，使得對應(yīng)的電極或是斷開或是接到A.B.M.N四母線的其中之一，實(shí)現(xiàn)了各種工作模式下的開關(guān)聯(lián)接陣列。
極距系數(shù)的選擇由面板上的“極距系數(shù)撥輪開關(guān)”設(shè)定，CPU通過“極距系數(shù)輸入電路”來讀入該設(shè)定。所謂極距系數(shù)則是確定極距間隔大小的一個因子(用N來表示)，比如說，N＝1時(shí)為最小極距等于相鄰兩電極的距離，N＝2時(shí)，極距是N＝1的兩倍，依次類推。
譯碼驅(qū)動電路給出開關(guān)驅(qū)動信號的同時(shí)，還給出被接通電極的指示信號，通過指示驅(qū)動電路使得面板上相應(yīng)電極號的發(fā)光二極管閃亮。
該機(jī)包含有整機(jī)硬件的監(jiān)控管理程序、故障檢測程序、6種模式的電極轉(zhuǎn)換程序。溫納四極方式下，所接通的四個電極其排序?yàn)椤癆.M.N.B.”，電極間隔是N個極距，每步各電極同向移動一個極距。偶極-偶極方式下，電極排序?yàn)椤癆.B.M.N.”;微分方式電極排序?yàn)椤癆.M.B.N.”;聯(lián)合剖面方式電極排序?yàn)椤癆.M.N....B”或“A....M.N.B”，(把B.或A.固定于無窮遠(yuǎn)點(diǎn)即大于60個電極測線總長三倍的遠(yuǎn)處)。上述各方式，每轉(zhuǎn)換一步時(shí)，電極都是同向移動。等極距測深方式及對數(shù)極距測深方式，測量從60個電極的中心位置開始，電極排序?yàn)椤癆.M.N.B.”，每步將A.M.以及N.B.分別向兩側(cè)以等極距或?qū)?shù)關(guān)系拉開?？傊诿糠N模式中每次轉(zhuǎn)換只能將60個電極中的4個電極分別接通到A.B.M.N四個公共母線輸入端，每個電極具有4種可能的接通狀態(tài)，在一步轉(zhuǎn)換中CPU必須給出240位狀態(tài)控制碼，對于每一給定的N值，完成60個電極的一次掃描測量需作(60-3×N)步電極轉(zhuǎn)換，N＝1變換到N＝16微機(jī)需給出∑(60-3×N)個控制碼位，6種工作模式，共給出794880控制碼位。
本轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)、效果及用途1.電極轉(zhuǎn)換的執(zhí)能部件采用小型直流密封繼電器組或功率模擬開關(guān)組，使得轉(zhuǎn)換器工作速度提高，每步換道動作時(shí)間小于10毫秒，觸點(diǎn)導(dǎo)通電阻小，無機(jī)械磨損問題，整機(jī)工藝結(jié)構(gòu)簡化。
2.本轉(zhuǎn)換器采用單片微處理機(jī)作主控，能適應(yīng)多種工作模式的轉(zhuǎn)換規(guī)律，增加了系統(tǒng)功能擴(kuò)展的潛力，又能進(jìn)行系統(tǒng)故障檢測與報(bào)警，工作安全可靠，適應(yīng)了地球物理勘探測量方法發(fā)展的需要。本設(shè)備應(yīng)用于地球物理勘探技術(shù)領(lǐng)域。
附圖的圖面說明

圖1.微機(jī)控制多路電極轉(zhuǎn)換器面板示意圖。
圖2.本轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖。
圖3.本轉(zhuǎn)換器電測系統(tǒng)野外施工聯(lián)接示意圖。
圖4.電極與電纜聯(lián)接部分放大圖。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)，由以下實(shí)施例結(jié)合附圖作進(jìn)一步描述。
見圖1.所示的多路轉(zhuǎn)換器面板示意圖。圖中，(1)(2)(3)(4)(5)為電纜聯(lián)接插頭座，每根電纜有十二個芯線分別與外電極相接。它們分別對應(yīng)0～11;12～23;24～35;36～47;48～59號電極共五只插頭座，各電極有帶鍔魚夾短線與電纜相聯(lián)。組成有60個電極的測線排列。(6)為控制信號聯(lián)接插頭座，(7)為MN聯(lián)線，(8)為AB聯(lián)線(此3根電纜均與電測主機(jī)相聯(lián))。CPU給出系統(tǒng)檢測碼，通過報(bào)警檢測指示電路(33)，來檢查供電電纜和測量電纜間是否短路，如存在短路故障，面板上的報(bào)警指示燈(9)，(10)，(11)，便閃亮進(jìn)行報(bào)警，而且系統(tǒng)程序自動停止，等待操作員檢查和排除故障。(12)為本機(jī)電源開關(guān)。(13)為60道電極聯(lián)接狀態(tài)指示燈(0道到59道)。(14)為撥輪開關(guān)用作選擇極距系數(shù)(N＝1～16)。(15)為工作模式選擇開關(guān)共有7個位置第一檔位是閑置待機(jī)檔、依次為測深1(等極距測深)、測深2(對數(shù)極距測深)、溫納四極、偶極-偶極、微分、聯(lián)合剖面。工作模式選擇開關(guān)(15)的設(shè)定，視勘探方法需要而定。(16)為復(fù)位按鈕開關(guān)，用作整機(jī)復(fù)位(系統(tǒng)初始化)之用。
本發(fā)明的線路結(jié)構(gòu)見圖2.所示的系統(tǒng)原理框圖。上部(17)為系統(tǒng)面板插頭與外電極接線。(18)為電子開關(guān)組。它受微機(jī)控制系統(tǒng)及接口電路(20)～(27)的控制而動作，每開關(guān)組包含四只開關(guān)，分別聯(lián)通供電電極A.B.以及測量電極M.N.。電子開關(guān)組印刷線路板涂復(fù)醇酸烘干絕緣漆。(20)為各道開關(guān)的分組譯碼驅(qū)動電路。(19)為電極被選通的指示電路，以便操作員在面板上直觀醒目地監(jiān)視電測工作的進(jìn)行。(21)為邏輯控制接口電路。(22)是微機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、地址、控制三總線。(23)是工作模式輸入電路。(24)為極距系數(shù)(N)輸入電路。當(dāng)N＝00時(shí)，即為全極距自動掃描測量(N依次＝1，2，3…直到16，自動循環(huán)變換);如果0＜N≤16，則只按該給定的極距間隔進(jìn)行電極轉(zhuǎn)換;如果N＞16，則作其他特殊功能處理。(25)為隨機(jī)存儲器RAM。(26)為微機(jī)中央處理單元CPU。(27)為程序存儲器EPROM，固化著監(jiān)控、檢測及測量等功能程序。(28)為與電測主機(jī)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)的接口電路。CPU通過主機(jī)接口電路(28)向電測儀主機(jī)發(fā)出“正在轉(zhuǎn)換電極”和“電極轉(zhuǎn)換完畢”信號，CPU又從該接口電路讀入電測儀送來的“正在采集”和“采集完畢”信號，達(dá)到整個系統(tǒng)“電極轉(zhuǎn)換”和“數(shù)據(jù)采集”動作的正常同步關(guān)系。(29)、(30)、(31)、(32)為與主機(jī)A.B.供電電纜插頭，M.N.測量電纜插頭聯(lián)接的插頭。即從主機(jī)供出電流，通過A.B兩端送入某一對選定電極，然后將M.N.輸入線與相應(yīng)的測量電極相聯(lián)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。(33)為報(bào)警檢測指示電路。
采用本發(fā)明的電測系統(tǒng)在野外實(shí)際測量時(shí)的系統(tǒng)聯(lián)接示意圖見圖3圖4，本轉(zhuǎn)換器(44)與電測儀主機(jī)(45)之間的聯(lián)接電纜共三條AB電纜(46);MN電纜(47);控制電纜(48)。聯(lián)接60個電極的聯(lián)接電纜(34)有五條(每條100米)按一定間隔抽頭，抽頭在電纜表面有裸露金屬物(39)以便與電極(43)相聯(lián)，電極上焊接了一短導(dǎo)線(42)，短導(dǎo)線另一端有鍔魚夾(41)，可與電纜抽頭的金屬裸露部分鉗住，電纜另一端為插頭。儀器放于[3]線中段位置，[3]線直接與本轉(zhuǎn)換器相連;[1]線通過黃色加長線(35)與轉(zhuǎn)換器相連;[2]線通過白色加長線(36)與轉(zhuǎn)換器相連;[4]線通過綠色加長線(37)與轉(zhuǎn)換器相連;[5]線通過紅色加長線(38)與轉(zhuǎn)換器相連。
當(dāng)某一測量剖面一次布線不能復(fù)蓋時(shí)，就需要延長測線，延長方向如圖3.中箭頭(49)所示向[5]線方向延伸，即儀器移至[4]線中段位置，原[1]線移至原[5]線右側(cè)，依次接續(xù)延伸。則原[2]線為新[1]線，原[4]線為新[3]線，原[5]線為新[4]線，原原[1]線為新[5]線。同前所述，又將加長線依次與新的[1]線接黃色加長線，[2]線接白色加長線，[4]線接綠色加長線，[5]線接紅色加長線。(→表示延長線連結(jié)處)。
工作時(shí)，視勘探方法要求，通過工作模式開關(guān)選擇測量方式，并配合撥輪開關(guān)，確定極距變換系數(shù)，然后按復(fù)位鍵，就可啟動本轉(zhuǎn)換器展開工作。各種測量方式，均可以在面板的顯示器上直觀地觀察測量全過程。
本轉(zhuǎn)換器具有自檢功能，一旦出現(xiàn)故障及危險(xiǎn)情況，(如測量線與供電線相短路時(shí))，系統(tǒng)便會自動報(bào)警，整機(jī)工作立即中斷，并將全部輸入輸出懸掛，以保障系統(tǒng)工作安全。
權(quán)利要求
1.微機(jī)控制多路電極轉(zhuǎn)換器，系高密度電測裝置，屬地球物理勘探中電法勘探專用設(shè)備；由單片微處理機(jī)CPU控制系統(tǒng)、邏輯控制接口電路、電極序號譯碼驅(qū)動電路及60個電子開關(guān)組組成；其特征是a.采用單片微機(jī)作主控部件，各種工作模式和操作功能都固化在程序存儲器EPROM(27)中，工作模式以及各種參數(shù)的選擇由面板上的“工作模式選擇開關(guān)”，“極距系數(shù)撥輪開關(guān)”進(jìn)行設(shè)定；測量中每進(jìn)行一次電極轉(zhuǎn)換動作，CPU送出一組程控編碼，經(jīng)邏輯控制接口電路(21)和譯碼驅(qū)動電路(20)，得到240個具有驅(qū)動能量的狀態(tài)控制信號，60個電子開關(guān)組(18)中共240個電子開關(guān)按程序要求分別接通或斷開，使60個測量電極中的4個接通到供電電纜A.B.和測量電纜M.N.，而其他電極全處于斷開狀態(tài)；b.電子開關(guān)組(18)采用小型直流密封繼電器或功率模擬開關(guān)，作為電極轉(zhuǎn)換的執(zhí)能部件；每個開關(guān)組的輸入端接至一個電極上，而輸出端有4個，分別掛到A.B.M.N.四條母線上，還有一個控制信號輸入端；在微機(jī)控制下使得該電極或是斷開或是接到A.B.M.N.四母線的其中之一上去，實(shí)現(xiàn)了各種工作模式的開關(guān)聯(lián)接陣列；c.轉(zhuǎn)換器具有6種工作模式，即等極距測探模式、對數(shù)極距測深模式、溫納四極模式、偶極一偶極模式、微分模式、聯(lián)合剖面模式；工作模式的選擇由面板上的工作模式選擇開關(guān)(15)來設(shè)定，CPU通過工作模式輸入電路(23)來讀入該設(shè)定并判斷，再路轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序段去執(zhí)行轉(zhuǎn)換；d.轉(zhuǎn)換極距系數(shù)的選擇由面板上的“極距系數(shù)撥輪開關(guān)”(14)來設(shè)定，CPU通過極距系數(shù)輸入電路(24)來讀入該設(shè)定，并確定轉(zhuǎn)換極距的間隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征是該機(jī)包含有整機(jī)硬件的監(jiān)控管理程序、故障檢測程序、6種模式的電極轉(zhuǎn)換程序;每種工作模式都有特定的電極排序規(guī)定和轉(zhuǎn)換規(guī)律，測量中的每一步轉(zhuǎn)換動作，只能將60個電極中的4個電極分別接通到A.B.M.N.四個公共母線輸入端，每個電極都具有4種可能的接通狀態(tài)，在一步轉(zhuǎn)換中CPU必須給出240位狀態(tài)控制碼，對于每一給定的N值，完成60個電極的一次掃描測量需作(60-3×N)電極轉(zhuǎn)換，N＝1變換到N＝16微機(jī)需給出∑(60-3×N)個控制碼位，6種工作模式共給出794880個控制碼位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征是譯碼驅(qū)動電路給出開關(guān)驅(qū)動信號的同時(shí)，還給出被接通電極的指示信號，通過指示驅(qū)動電路(19)使得面板上相應(yīng)電極號的發(fā)光二極管(13)閃亮。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的轉(zhuǎn)換器，其特征是CPU給出系統(tǒng)檢測碼，通過報(bào)警檢測指示電路(33)，來檢查供電電纜和測量電纜間是否短路，如存在短路故障，面板上的報(bào)警指示燈(9)、(10)、(11)便閃亮。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的轉(zhuǎn)換器，其特征是CPU通過主機(jī)接口電路(28)向電測主機(jī)發(fā)出“正在轉(zhuǎn)換電極”和“電極轉(zhuǎn)換完畢”的信號，CPU又從該接口電路讀入電測儀送來的“正在采集”和“采集完畢”的信號，達(dá)到整個系統(tǒng)“電極轉(zhuǎn)換”和“數(shù)據(jù)采集”動作的正常同步關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征是電子開關(guān)組印刷線路板涂復(fù)醇酸烘干絕緣漆材料。
全文摘要
微機(jī)控制多路電極轉(zhuǎn)換器為地球物理電法勘探專用設(shè)備；采用單片微機(jī)作主控，送出程控編碼，驅(qū)動后控制電子開關(guān)組，將60個電極按6種工作模式轉(zhuǎn)換到電測儀主機(jī)的供電電纜A.B.和測量電纜M.N.上。自動變換極距(極距系數(shù)N＝1～16)與電測主機(jī)相配合采集數(shù)據(jù)；面板上有工作狀態(tài)及自動報(bào)警顯示。解決了過去轉(zhuǎn)換器機(jī)械加工難度高，部件易磨損，變更極距系數(shù)時(shí)需人工插銷定位，無故障檢測等問題。提高了工作效率，可應(yīng)用于地球物理勘探技術(shù)。
文檔編號G05B15/02GK1073780SQ9211352
公開日1993年6月30日 申請日期1992年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月5日
發(fā)明者李志武, 周燕云, 王磊 申請人:地質(zhì)礦產(chǎn)部機(jī)械電子研究所