一种多路地面自然电位连续采集系统的制作方法

本发明属于建筑地基施工过程中地层电位与地下水层渗漏关系综合评价的专用仪器技术领域，许多测量系统中需要知道地层的自然电位。

背景技术：

在探测的过程中，在供电电极不供电时，仍可在地层中测量到电位的变化，这种电场不是人为供电造成的人工电场，称为自然电场，这种自然电场产生的电位称为自然电位。自然电位大多用于测井，该方法具有操作简单，实用价值高等特点，是求取测井参数必不可少的方法之一。但是现有的自然电位测井没有实现全时段连续采集，采样精确度不够高，并且采用平均值来代表某一时刻的自然电位，会抵消掉很多有用信息。这些信息的大小与岩性、地层温度、地层水等有着密切的关系，可以通过自然电位的变化和地下水层建立一定的关系，可以对自然电位单独分析，也可以把自然电位和供电系统加上之后的电位和进行综合分析，得到地下水层和他们之间的关系。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明一种多路地面自然电位连续采集系统，将地面上采集到的自然电位波形进行整体的分析，从而得到自然电位反映出的一系列岩性，地层水等信息。

一种多路地面自然电位连续采集系统主要由三个子系统组成:电压采集系统、上位机控制系统、数据处理系统。

电压采集系统主要由电极、多芯同轴缆线、采集电路板构成；首先是选用多个不极化电极，避免了电场极化作用给测量带来的误差，把电极埋入土壤中，并浇上少量的的水，其中一个电极作为参考电极，另外的电极作为采集电极，用多芯同轴缆线把电极上的信号连接到采集电路板上；把采集电极分别与采集电路板上的p口连在一起，作为采集电压的正极，把参考电极与采集电路板上的n口连在一起，作为采集电压的负极，多路采集信号是共地的；采集板的精度可以达到微安级别，采样频率为1000赫兹，接收到上位机控制系统的指令后就可以对自然电位进行采集了。

上位机控制系统主要作用是发送采集指令和自然电位的接收，在上位机界面可以选择每次采集的时间间隔，采集电路板收到指令后就开始采集1600个数据，然后通过usb转串口数据线，把采集到的自然电位传到上位机，完成一次采集，然后等待下一次采集指令；同时上位机还简单的绘制出各路自然电位随时间的变化趋势，并分别把不同路采集到的自然电位存到txt文件中，为进一步的处理做准备。

数据处理系统主要是对上位机控制系统接收到的自然电位进行处理，由于数据量太大，所以需要用专用的作图软件matlab对数据进行处理，其中主要的处理包括对1600个数求取平均值和有效值，先把每个数求平方，在加起来求平均，最后再进行开方；如果规律不是很明显，可以把不同位置的1600个数分别进行相减，然后再求取平均值和有效值，相当于不同参考点的自然电位，可以用matlab画出一天的自然电位随时间的变化趋势，也可以把许多天的放在一起分析，从而找出地层的变化与自然电位的关系。

一种多路地面自然电位连续采集系统对自然电位进行了24小时测量；在数据的采集上，一个时刻采集1600个点，提高了测量的精确度和稳定性；每次采集的1600个点的时间间隔是1ms，实现了对数据的的高密度采集；通过上位机的精确控制，使时刻的对应关系精确到秒，能够更精确地反映出自然电位何时变化；对自然电位的处理上，不是只对1600个数据取平均值代表这一时刻的自然电位，还采用了对数据先取有效值再求平均的算法算出这一时刻的自然电位，这种算法更能反映出自然电位反应的底层信息。

附图说明

图1是本发明的流程框图；

图2是采集到的自然电位24小时的变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体数据处理实例、最佳实施方式对本发明作进一步说明，但本发明所要保护的范围并不限于此。

一种多路地面自然电位连续采集系统，其测量步骤为：

步骤一：电极的布置，以八路自然电位采集装置为例，选取九个不极化电极，其中一个电极作为参考电极，另外八个作为采集电极，把这个九个电极布置在不同的位置，并埋入土壤中；

步骤二：通过导线把八路信号连到采集电路板上，八个采集电极分别连到采集板的采集引脚正极，然后把采集板的采集引脚负极连到一起，并与参考电极相连；

步骤三：通过上位机给采集板发射采集信号，设定上位机的端口，设定采集的间隔时间，启动上位机软件，采集板收到上位机发送的采集信号后，会连续采集1600个时间点的电压，每次的时间间隔是1ms，设定的采集间隔到了之后采集板会发送下一次采集信号，采集板会一直把数据采集下去，从而记录下不同位置自然电位的连续变化；

步骤四：对采集到的自然电位进行处理，每次收到采集信号后，会采集1600个时间点的电压，因为这个时间间隔非常小，可以用这1600个点的一种平均值代表这个时刻的自然电位；

步骤五：对采集到的自然电位进行处理，用matlab把采集到的自然电位进行处理，分析影响自然电位变化的因素。图2是自然电位的有效值从0时到24时的变化趋势图，每隔三分钟取一个时刻的自然电位。

技术特征：

1.一种多路地面自然电位连续采集系统，其特征在于：主要由三个子系统组成:电压采集系统、上位机控制系统、数据处理系统；

电压采集系统主要由电极、多芯同轴缆线、采集电路板构成；首先是选用多个不极化电极，避免了电场极化作用给测量带来的误差，把电极埋入土壤中，并浇上少量的的水，其中一个电极作为参考电极，另外的电极作为采集电极，用多芯同轴缆线把电极上的信号连接到采集电路板上；把采集电极分别与采集电路板上的p口连在一起，作为采集电压的正极，把参考电极与采集电路板上的n口连在一起，作为采集电压的负极，多路采集信号是共地的；采集板的精度可以达到微安级别，采样频率为1000赫兹，接收到上位机控制系统的指令后就可以对自然电位进行采集了；

上位机控制系统主要作用是发送采集指令和自然电位的接收，在上位机界面可以选择每次采集的时间间隔，采集电路板收到指令后就开始采集1600个数据，然后通过usb转串口数据线，把采集到的自然电位传到上位机，完成一次采集，然后等待下一次采集指令；同时上位机还简单的绘制出各路自然电位随时间的变化趋势，并分别把不同路采集到的自然电位存到txt文件中，为进一步的处理做准备；

数据处理系统主要是对上位机控制系统接收到的自然电位进行处理，由于数据量太大，所以需要用专用的作图软件matlab对数据进行处理，其中主要的处理包括对1600个数求取平均值和有效值，先把每个数求平方，在加起来求平均，最后再进行开方；如果规律不是很明显，可以把不同位置的1600个数分别进行相减，然后再求取平均值和有效值，相当于不同参考点的自然电位，可以用matlab画出一天的自然电位随时间的变化趋势，也可以把许多天的放在一起分析，从而找出地层的变化与自然电位的关系。

技术总结
一种多路地面自然电位连续采集系统，主要由三个子系统组成:电压采集系统、上位机控制系统、数据处理系统，该系统对自然电位进行了24小时测量；在数据的采集上，一个时刻采集1600个点，提高了测量的精确度和稳定性；每次采集的1600个点的时间间隔是1ms，实现了对数据的的高密度采集；通过上位机的精确控制，使时刻的对应关系精确到秒，能够更精确地反映出自然电位何时变化；对自然电位的处理上，不是只对1600个数据取平均值代表这一时刻的自然电位，还采用了对数据先取有效值再求平均的算法算出这一时刻的自然电位，这种算法更能反映出自然电位反应的底层信息。

技术研发人员：沈建国;锡振强
受保护的技术使用者：天津大学青岛海洋技术研究院
技术研发日：2018.12.25
技术公布日：2020.07.03