三维电阻率成像系统的硬件组成方案的制作方法

专利名称：三维电阻率成像系统的硬件组成方案的制作方法
技术领域：
本发明属于地球物理勘探技术领域，具体的说是应用于资源与环境勘探技术领域 中的直流电法勘探技术，涉及一种三维电阻率成像系统的硬件组成方案。
背景技术：
早在19世纪初就开始用电法找矿以来，直流电法勘探技术发展了近200年。 自20世纪80年代高密度电法技术发展以来，电法勘探技术得到迅速发展和广泛应用。 直流电法勘探技术主要以高密度电法为主的四种方法①高密度电阻率法一它采用三 电位电极系，包括温纳四极、偶极、微分三极装置，结合计算机技术，可广泛应用于 场地地质调查，坝基及桥墩选址等，是目前主导电法勘探技术，但数据采集仍为串行。 ②高分辨地电阻率法一该方法起初用于探测军事方面的洞体，后应用到探测废矿巷道、 岩溶等地下洞。③激发极化法一它是应用最广和效果最好的一类电法勘探方法，在找 水、找油方面取得了明显的效果。不过仪器现场测量需要长时间观测。④频谱激电法 一又称复电阻率法，在金属矿床和油气勘察方面取得了明显的找矿效果，但对激电效 应和电磁效应的分离、激电异常的评价并未完全解决。
目前在直流电法勘探技术中，较常用、较先进的仪器是高密度电法仪，它主要有
串行测量方式和并行测量方式两种
串行测量方式采用了一次性布极，(1个)主控制器通过RS485串行通讯总线对连接 在总线上的多个电极转换装置进行控制，由电极转换装置自动实现多种电极组合，然后 主控制器再对数据进行采集(有些主控制器还完成数据存储、处理等功能)。故串行测 量方式所用电缆线较少、质量轻，携带、搬运、布线方便，常用于野外工程作业。现 在多数工程用的高密度电法仪就采用此方案；但由于每一对电极供电，只能有一对电 极测量电压，其他电极处于空闲状态，实际数据采集过程需要大量的时间去等待依次 供电切换和测量切换过程的循环。
并行测量方式也采用一次性布极，(1个)主控制器通过RS485串行通讯总线对连接 在总线上的多个智能电极进行控制,在智能电极上并行地连接有8个(有些是16个) 电极，由智能电极自动实现多种电极组合，智能电极同时还是一个小的数据采集系统， 设计有信号调理电路、A/D转换电路(一般不超过16位)、单片机MCS51系统等，再 由智能电极完成对数据的采集、存储、简单处理，然后把数据通过RS485总线上传给 主控制器。但由于采用了单片机及RS485总线，测量速度有限，电路复杂，成本高。
近十几年来，随着计算机技术、网络技术、电子器件的飞速发展，电法找矿已由高密度电法找矿逐步发展到三维电阻率成像找矿。三维电阻率成像系统一方面需要研 究合理的数学物理模型、数据处理方法、成像算法等(即软件部分)，另一方面需要设 计具备数据采集、数据存储、数据预处理、数据传输、成像计算与显示等功能的系统 (即硬件部分)。故首先要确定三维电阻率成像系统的方案，设计出三维电阻率成像系 统的硬件系统。
1) 采用单一的RS485总线不适合于设计三维电阻率成像系统。由于不管是目前的
串行测量方式还是并行测量方式，都采用了争一的RS485总线进行控制和数据传输， 其最长距离只有1200米范围，数据传输速度较慢。而要设计三维电阻率成像系统，其 所需测量区域较大，数据点多，数据量大，因此整个测量过程将需要时间很长(几小 时甚至几十小时)，环境变化(如温度、湿度等)会对测量结果产生较大的影响，从而 造成所采集的数据更加复杂，进行三维成像的理论解释(数学反演)将很难成为可能。 因此单一的RS485总线不能用于设计成三维电阻率成像系统。
2) 采用硬件电路构成的信号调理电路难于满足三维电阻率成像系统对数据测量精 度和稳定性、 一致性的要求。 一方面，由硬件构成的信号调理电路一般包括一级50Hz 的低通滤波器和一级30Hz的低通滤波器，用于抑制工频干扰。但元器件(运算放大器、 电阻、电容等)的选择及工作电源的稳定性、对称性等因素限制了数据测量精度，所 以其后面的A/D(或V/F)转换电路一般不会超过16位。另一方面，由于元器件容易受 温度、湿度等环境影响造成参数的漂移，以及长时间之后的参数漂移都对三维电阻率 成像系统造成影响。并且在并行测量方式中，每个通道都需要一路信号调理电路，这 会出现各个通道的不一致性带来对测量精度影响，同时使得电路复杂化，可靠性下降。
3) 采用单片机为核心的数据采集系统不能满足三维电阻率成像系统对原始数据采 集和预处理的需要。 一方面，若把采集的原始数据直接传送到计算机(上位机)，这对 野外工作条件下的网络总线要求非常高，基本上难实现。同时计算机要反演这些数据 并成像，其计算量非常大，个人计算机难于完成，可能需要工作站才能胜任。另一方 面，由于单片机主要面向控制系统应用设计的，其运行速度及数据宽度(8位或16位) 使得它不可能完成三维电阻率成像系统对原始数据的采集和预处理任务。
4) 三维电阻率成像系统的硬件系统能被用于科研应用方案中和工程应用方案中。 由于三维电阻率成像找矿是高密度电法找矿的创新发展，其中有了许多成熟、合理的 理论支持，能直接应用于工程应用中。同时，由于探测对象的多样性、复杂性，故很 有必要进一步研究、改进、发展更合理的理论、数学模型、数据处理方法、成像算法 等，因此设计的三维电阻率成像系统的硬件组成方案和硬件系统要有较大的余地，能 应用于科研应用中。在这两种应用中，大的测量区域要求系统采用合理的方法和技术来提高数据采集的精度和分辨率。
所以三维电阻率成像系统对硬件系统提出更高要求，既要能实现串行或/和并行、 快速、高精度、高分辨率的数据采集，还要完成数据预处理的要求以及更快的数据传
输。近十几年来半导体期间的飞速发展及高性能的嵌入式计算机(如ARM)芯片的应
用，使得这一些要求成为可能，故提出本发明三维电阻率成像系统的硬件组成方案。

发明内容
本发明就是要解决三维电阻率成像系统的硬件组成方案，它包括在科研应用中的 硬件组成方案和在工程应用中的硬件组成方案.
本发明所采用的技术方案它采用CAN总线和RS485总线混合组网方法来组成硬 件系统，笔记本电脑1通过其USB接口和USB-CAN接口转换卡2相连，然后连接到CAN 总线电缆5的一个节点上，蓄电池组3经过带CAN接口的直流升压电源装置4,再接 到CAN总线电缆5的一个节点上，CAN总线电缆5的其它每个节点和一个数据采集子 站装置6相连；在科研应用方案中，每个数据采集子站装置6和一根RS485总线电缆 7和一根并行测量电缆11相连，RS485总线电缆7的每个节点位置以及并行测量电缆 11的每根芯线和一个电极切换装置8相连，每路最多可以连接60个电极切换装置， 每个电极切换装置8与一个极化电极9和一个非极化电极10相连;在工程应用方案中， 每个数据采集子站装置6和一根RS485总线电缆7相连，RS485总线电缆的每个节点 位置和一个电极切换装置8相连，每路最多可以连接60个电极切换装置8，每个电极 切换装置8与一个极化电极9相连。
三维电阻率成像系统的基本原理是在一个较大的测量(平面)区域内，按一定行 列方式设置好节点位置，在每个节点位置布上l个电极。选择其中2个电极作为供电 正极(A)、供电负极(B)， l个电极作为测量公共极(N)，从剩下的电极中依次选择l 个电极作为测量采集极(M),测出测量公共极(N)、测量采集极(M)之间的电位差。 不改变供电正极(A)、供电负极(B)，再依次选择其它l个电极作为测量公共极(N)， 从剩下的电极中依次选择1个电极作为测量采集极(M)，测出测量公共极(N)、测量 采集极(M)之间的电位差。然后选择另外2个电极作为供电正极(A)、供电负极(B)， 重复前面的测量过程，如此循环。系统再对测量的数据进行预处理、处理、成像，就 得到测量区域内的三维电阻率分布图像。
数据采集子站装置6在三维电阻率成像系统中，完成这几个主要任务(l)通过连 接到CAN总线电缆5上，与笔记本电脑l进行数据通信，接收笔记本电脑l发来的命 令并解释、执行命令操作，还要把采集的数据上传给笔记本电脑l;(2)通过连接到RS485 总线电缆7上，与电极切换装置8进行数据通信，向它发送控制命令数据，控制它的切换；(3)数据采集为了对原始数据进行预处理和获得较好测量结果(特别是在科研 应用中)，需要具有较快的数据采集速度和测量精度；同时，还要能够进行串行数据采 集和并行数据采集，以满足科研应用和工程应用要求；(4)数据预处理采用恰当的算 法(软件)对原始数据进行预处理(数字滤波)，每个测量通道就不需要采用复杂的信 号调理电路(硬件)，这样可以避免各个数据采集子站装置以及各个通道的元器件参数 的不一致性带来对测量精度影响，同时使得电路简单，提高系统的可靠性。因此，数 据采集子站装置6要满足以下几个性能要求数据采集子站装置6设有标准的CAN总 线接口和RS485总线标准的接口；数据采集的速度要达到100KSPS以上，精度要达到 20Bits以上，如数据采集的速度达到125K SPS，精度达到24Bits，能够对双极性电 压信号进行测量，具备8个以上输入通道，还要具备串行数据采集和并行数据采集功 能；配置60MHz以上的32位嵌入式处理器，256KB的程序存储器，256KB的数据存储 器，测量公共极与所有的数据采集子站装置接入，同一参考电位使得各个数据采集子 站装置之间的测量精度具有一致性。
电极切换装置8在三维电阻率成像系统中，通过连接到RS485总线电缆7上，与 数据采集子站装置6进行数据通信，接收它发来的命令并解释、执行命令操作，控制 电极选择的切换。由于在RS485总线电缆7和并行测量电缆11上，最多要连接60个 电极切换装置，因此，电极切换装置8要满足以下几个性能要求电极切换装置8设 有RS485总线标准的接口，与RS485总线电缆和并行测量电缆相连；通过电极切换装 置8实现RS485总线电缆的供电正极芯线、供电负极芯线和测量公共极芯线、测量采 集极芯线与极化电极或非极化电极的不同连通；连接在RS485总线电缆上的每个电极 切换装置8的逻辑地址即通信地址和空间地址即节点位置能够被系统自动识别。
直流升压电源装置4在三维电阻率成像系统中的作用是在笔记本电脑l控制下， 把12V的直流电压变成50V 800V的直流电压，给被测量对象进行供电。因此，直流 升压电源装置4要满足以下几个性能要求直流升压电源装置4设有CAN总线标准的 接口；能够有16档输出电压可以选择，可以选择电压极性和供电方式，以适应不同被 测量对象应用需要。
本发明的有益效果在于①它综合考虑了科研应用方案中和工程应用方案中对系 统的要求，特别是硬件系统留了丰富的资源余地，为科研应用提供实现的可能。②它 采用CAN总线和RS485总线混合组网方法来组成硬件系统，使得测量(平面)区域最 大可达2KmX10Km。③由于数据采集子站装置6与电极切换装置8之间的数据通信只 是一些控制命令、状态数据等，数据量小，采用RS485总线能满足要求。而笔记本电 脑1与数据采集子站装置6之间的数据通信既有控制命令、状态数据等，还有大量的采集数据，数据量非常大，必须采用速度快、传输距离远、性能较高的CAN总线才能 满足要求。这样整个系统的性价比很高。④高性能的嵌入式处理器、高速高精度的采 样芯片的应用到数据采集子站装置6，使得数据采集的整体性能大大提高。 在数据
采集子站装置6中对采集到的原始数据进行预处理(数字滤波技术)，既省掉了复杂的
信号调理电路，提高了信号的信噪比，又大大减少了传输给笔记本电脑的数据量。◎
专门设计的带CAN接口的直流升压电源装置能在笔记本电脑1控制下工作，提高了蓄 电池组3使用的效率，这对于野外应用环境是有利的。


图1、本发明实施例1在科研应用中的三维电阻率成像系统硬件组成方案。 图2、本发明实施例1在工程应用中的三维电阻率成像系统硬件组成方案。 图3、本发明实施例l数据采集子站装置的结构图。
图4、本发明实施例1测量公共极和公共电压参考同时接入到多个数据采集子站装 置的原理图。
图5、本发明实施例1电极切换装置的原理图。
图6、本发明实施例1电极切换装置的逻辑地址和空间地址的自动识别原理图。 图7、本发明实施例1电极切换装置在工程应用中的应用方案图。 图8、本发明实施例1电极切换装置在科研应用中的应用方案图。 图9、本发明实施例1直流升压电源装置整体结构图。 图10、本发明实施例1脉宽调制控制与功率驱动电路示意图。 图11、本发明实施例1电压选择与控制电路示意图。 图12、本发明实施例l直流升压电源装置应用连接图。
具体实施例方式
实施例1结合附图作进一步说明
在科研应用方案中，如图1所示，笔记本电脑1通过USB接口和USB-CAN接口转 换卡2相连，然后连接到CAN总线电缆5的一个节点上。蓄电池组3经过带CAN接口 的直流升压电源装置4，接到CAN总线电缆5的一个节点上。CAN总线电缆5的其它每 个节点和1个数据采集子站装置6相连。每个数据采集子站装置6与RS485总线电缆 7和并行测量电缆11相连接。RS485总线电缆7的每个节点位置以及并行测量电缆11 中的每根芯线和1个电极切换装置8相连，最多可以连接60个电极切换装置8。每个 电极切换装置8与1个极化电极9和1个非极化电极10相连接。在工程应用方案中，如图2所示，笔记本电脑1通过USB接口和USB-CAN接口转 换卡2相连，然后连接到CAN总线电缆5的一个节点上。蓄电池组3经过带CAN接口 的直流升压电源装置4，接到C認总线电缆5的一个节点上。CAN总线电纟l 5的其它每 个节点和1个数据采集子站装置6相连。每个数据采集子站装置6和RS485总线电缆 7相连接。RS485总线电缆7的每个节点和1个电极切换装置8相连，最多可以连接 60个电极切换装置8，每个电极切换装置8与1个极化电极9相连接。
在三维电阻率成像系统中，笔记本电脑1作为上位机，通过操作三维电阻率成像 系统软件，并经过CAN总线和RS485总线混合网络，与数据采集子站装置6、电极切 换装置8、直流升压电源装置4通信，完成对三维电阻率成像系统的硬件所有控制和 测量操作。最后根据系统采集的数据进行反演、成像，结果保存在硬盘上。它可选用 市场上通用的笔记本电脑，配置优于奔腾双核T4200处理器、160G硬盘、2G容量内 存、独立显卡，即可满足。USB-CAN接口转换卡2能够把USB接口和CAN接口进行相 互转换，从而使得笔记本电脑1能够接到CAN总线电缆5上，进行数据通信。它可选 用广州周立功单片机发展有限公司的USB-CAN接口转换卡。蓄电池组3包括1个 12V/48AH的蓄电池，它给带CAN接口的直流升压电源装置4供电，禾卩1个12V/24AH 的蓄电池，它经过CAN总线电缆5、 RS485总线电缆7给数据采集子站装置6和电极切 换装置8供电。笔记本电脑l、 USB-CAN接口转换卡2、蓄电池组3都可以直接从市场 购买得到。
数据采集子站装置6以嵌入式微处理器LPC2294 (Ul)为核心，配备有256K SRAM 内存IS61LV25616 (U3)， LPC2294 (Ul)通过CAN隔离变压器CTM8251 (U4)与CAN 总线电缆接头(P2)的5、 6脚相连，LPC2294 (Ul)通过MAX485芯片(U5)与RS485 总线电缆接头(Pl)的5、 6脚相连，LPC2294 (Ul)与A/D转换芯片ADS1258 (U6) 连接，电压参考芯片REF5025 (U8)为ADS1258 (U6)提供参考电压，主放大电路为运 算放大器0P07 (U7)，它与ADS1258 (U6)跨接；RS485总线电缆接头(Pl)的4脚接 到ADS1258 (U6)的一个输入通道上，2脚接到ADS1258 (U6)的输入公共通道上，3 脚通过由运算放大器0P07组成的电压跟随器(U9)接到ADS1258 (U6)的另一个输入 通道上；并行测量电缆接头(P3)中每一个引脚都通过一个由运算放大器0P07组成的 电压跟随器(U11)接到电子开关CD4501 (U10)上，电子开关CD4501 (U10)再接到 ADS1258 (U6)的其它输入通道上；电源变换电路(U2)把从CAN总线电缆接头(P2) 的3、 4脚输入的12V直流电压变成5V直流电压，输出到RS485总线电缆接头(Pl) 的7、 8胆口上。
各数据采集子站装置通过CAN总线电缆中的一根测量公共极芯线连接，并把测量公共极引到各数据采集子站装置中，各数据采集子站装置都是同时采集测量数据，在
测量时，各数据釆集子站装置可采用串行或并行方式，RS485总线电缆中的测量公共 极芯线通过电极智能切换装置与极化电极或非极化电极连通，然后再通过CAN总线电 缆中的测量公共极芯线把这个电极的电位接入到每个数据采集子站装置上，作为测量 公共极，每个数据采集子站装置都从RS485总线电缆或并行测量电缆所连接的极化， 或非极化的电极中选择l个作为测量采样极，进行电压的测量，即从RS485总线电缆 连接的极化或非极化的电极中选择1个作为测量采样极，或从并行测量电缆所连接的 极化或非极化的电极中选择1个作为测量采样极。
通过CAN总线电缆中的一根公共电压参考芯线，为所有的数据采集子站装置上的 提供完全一致的参考电压，从而使得各个数据采集子站装置之间的测量精度具有一致 性，保证了系统的测量精度和分辨率。
图3中，数据采集子站装置以嵌入式微处理器LPC2294 (Ul)为核心，配备有256K SRAM内存IS61LV25616 (U3)作为数据存储空间。LPC2294 (Ul)通过CAN隔离变压器 CTM8251 (U4)与CAN总线电缆接头(P2)的5、 6脚相连，实现CAN总线通信。LPC2294
(Ul)通过芯片MAX485 (U5)与RS485总线电缆接头(Pl)的5、 6脚相连，实现RS485 总线通信。LPC2294 (Ul)与A/D转换芯片ADS1258 (U6)连接，电压参考芯片REF5025
(U8)为ADS1258 (U6)提供参考电压，跨接在ADS1258 (U6)上的运算放大器0P07 设计成放大倍数为IO倍的主放大电路(U7)。 ADS1258 (U6)设置成8个差分、双极性 输入模式，其中1个输入通道接在RS485总线电缆接头(Pl)的4脚上，通过测量取 样电阻R0上的电压来识别电极切换装置连接在RS485总线电缆上的位置。RS485总线 电缆接头(Pl)的2脚作为测量公共极接到ADS1258 (U6)上，RS485总线电缆接头(Pl) 的3脚通过由运算放大器0P07组成的电压跟随器(U9)接到ADS1258 (U6)的另l个 输入通道上，作为测量采样极(M)。并行测量电缆接头(P3)中每一个引脚都通过由 运算放大器0P07组成的电压跟随器(U11)接到电子开关CD4501 (U10)上，电子开 关CD4501 (U10)再接到ADS1258 (U6)的其它输入通道上，作为测量采样极(M)。电 源变换电路(U2)把从CAN总线电缆接头(P2)的3、 4脚输入的12V直流电压变成 5V直流电压，输出到RS485总线电缆接头(Pl)的7、 8脚上，给电极切换装置供电。 它还把12V直流电压变成5V、 土12V、 士3.3V直流电压，为数据采集子站装置供电。
如图4所示，采用了 CAN总线电缆5中的一根芯线把公共测量极(N)引到三维电 阻率成像系统中的每个数据采集子站装置6中，并且所有的数据采集子站装置都是同 时采集数据(测量)。在测量时(串行或并行方式)，所有的电极切换装置8中只有1 个(如接在第m块数据采集子站装置上的第n个)电极切换装置把电极9与RS485总线电缆7中的公共测量极芯线连通，然后再通过CAN总线电缆5中的公共测量极芯线 把这个电极的电位接入到每个数据采集子站装置上，作为测量公共极(N)。每个数据 采集子站装置都从RS485总线电缆或并行测量电缆所连接的(极化或非极化)电极中 选择l个作为测量采样极(M)，进行电压的测量。这样在三维电阻率成像系统的布极 区域内，同一时刻只有l个电极是测量公共极(N)，每个数据采集子站装置从所连的 电极中选择l个电极作为测量采样极(M)，同时进行数据的采集(电压的测量)，既大 大提高了系统的数据采集速度，又实现了真正意义上用直流电法进行三维电阻率成像 的应用。在CAN总线电缆5中还有一根公共电压参考芯线，因为这根芯线上没有电流 通过，所以为所有的数据采集子站装置6上的电压参考芯片REF5025 (U8)和ADS1258 (U6)提供完全一致的参考电压，从而使得各个数据采集子站装置之间的测量精度具 有一致性，提高了系统的测量精度和分辨率。
在图3中，RS485总线电缆接头(Pl)的9个引脚和RS485总线电缆中的9根芯线 是对应的，其中l脚对应供电正极芯线，2脚对应测量公共极芯线，3脚对应测量采样 极芯线，4脚对应电极切换装置位置识别芯线，5脚X寸应RS485-A芯线，6脚对应RS485-B 芯线，7脚对应5V供电正极芯线，8脚对应5V供电负极芯线，9脚对应供电负极芯 线。CAN总线电缆接头(P2)的8个引脚和CAN总线电缆中的8根芯线是对应的，其 中l脚对应供电正极芯线，2脚对应供电负极芯线，3脚对应12V供电正极芯线，4脚 对应12V供电负极芯线，5脚对应CAN+芯线，6脚对应CAN-芯线，7脚对应公共电压 参考芯线，8脚对应测量公共极芯线。并行测量电缆接头(P3)的60个引脚和并行测 量电缆的60根芯线相对应，每一根都是测量采样极芯线。
由于嵌入式微处理器LPC2294(U1 )是32位ARM7TDMI-S内核的CPU，时钟高达60腿z， 片内含有256KB的片内程序存储器，外面配备有256K SRAM内存IS61LV25616 (U3) 作为数据存储空间，这样能满足数据采集和预处理的需要。它内带CAN接口、 UART串 口，分别接上CAN隔离变压器CTM8251 (U4)和MAX485芯片(U5)，就具备符合标准 的CAN总线接口和RS485总线接口 ，能通过CAN总线和笔记本电脑通信以及通过RS485 总线和电极切换装置通信。
数据采集(电压测量)采用了 A/D转换芯片ADS1258 (U6)，它是24位、8个双极 性差分输入通道、最快采集速度达125KSPS的低噪声、低偏置、低温漂、低功耗模数 转换器，用于数据采集子站装置中非常理想，能满足三维电阻率成像系统对数据采集 的要求。由于在每个数据采集子站装置之间，通过CAN总线电缆中的第7根电线提供 独立的共同参考电位，因此电压参考芯片REF5025 (U8)为ADS1258 (U6)提供参考电 压就建立在一个标准上，这使得数据采集的精度有了保证。为了提高数据采集的精度和分辨率(精度)，在ADS1258 (U6)上跨接了 1个运算放大器0P07 (U7)，把它设计 成放大倍数为IO倍的主放大电路。
在串行数据采集方式中，RS485总线电缆接头(Pl)的3脚通过电压跟随器(U9) 接到ADS1258 (U6)的1个输入通道上，作为测量采样极。电压跟随器(U9)采用了 运算放大器OP07来实现，其作用大大提高了输入阻抗，就可基本上对输入电压没有影 响了。在并行数据采集方式中，并行测量电缆接头(P3)中每个引脚都通过电压跟随 器(U11)接到电子开关CD4501 (U10)上，电子开关CD4501 (U10)再接到ADS1258 (U6)的其它输入通道上，作为测量采样极。在某一时刻，只有l个引脚的电压加到 ADS1258上进行测量，采用电子开关CD4501能够大大提高切换速度(相对继电器的切 换速度)，也就提高了数据采集速度。电压跟随器(U11)也采用了运算放大器0P07 来实现，其作用大大提高了输入阻抗，就可基本上对输入电压没有影响了。 OP07是最 常用的运算放大器，连接成电压跟随器的电路简单(不需要外接电阻)，电路的离散性 非常小。
电极切换装置8采用单片机AT89C2051 (U12)为核心，通过芯片MAX485 (U13) 和RS485总线电缆输入接头(Pl)的2、 3脚相连，单片机AT89C2051 (U12)的6个 1/0脚和继电器驱动电路(U14)相连，驱动6个继电器(Kl、 K2、 K3、 K4、 K5、 K6) 的切换；继电器(Kl)的1脚和RS485总线电缆输入接头(Pl)的9脚相连，2脚和 RS485总线电缆输入接头(Pl)的1脚相连，3脚和继电器(K3)的1脚相连；继电器
(K2)的1脚和RS485总线电缆输入接头(Pl)的2脚相连，2脚和RS485总线电缆 输入接头(Pl)的3脚相连，3脚和继电器(K3)的2脚相连；继电器(K4)的1脚 和并行测量电缆输入接头(P4)相连，2脚和继电器(K3)的3脚相连，3脚和继电器
(K5)的3脚相连；继电器(K5)的l、 2脚分别和电极接头(P5)的1、 2脚相连； 继电器(K6)的1脚悬空，2脚和RS485总线电缆输入接头(Pl)的6脚相连，3脚和 RS485总线电缆输入接头(Pl)的8脚相连；RS485总线电缆输入接头(Pl)的7脚分 别与单片机AT89C2051 (U12)、芯片MAX485 (U13)、和继电器驱动电路(U14)的5V 电源负极相连，8脚分别与单片机AT89C2051 (U12)、芯片MAX485 (1)13)、和继电器 驱动电路(U14)的5V电源正极相连。
RS485总线电缆与电极智能切换装置分开，以及逻辑地址即通信地址和空间地址即 节点位置的智能识别方法，在每个电极智能切换装置中设定了一个16bit的2字节的 逻辑地址，来实现三维电阻率成像系统中数据采集子站装置与多个电极智能切换装置 之间的通信；在RS485总线电缆节点上，智能切换装置位置识别芯线中依顺序串联连 接阻值相同的电阻R，来实现空间地址即节点位置的智能识别。采用单片机AT89C2051为核心，通过RS-485总线来实现数据采集装置和多个电极 智能切换装置之间的通信，从而控制继电器来完成RS485总线电缆中的供电正极芯线、 供电负极芯线和测量公共极芯线、测量采集极芯线与极化电极或非极化电极的不同连 通，从而实现工程应用或科研应用中电极状态切换需要.并且在RS485总线电缆上设置 一根电线，依顺序串联接上阻值相同的电阻，来把每个电极智能切换装置的逻辑地址 (通信地址)和空间地址(节点位置)识别出来并对应起来.
图5中，电极切换装置采用单片机AT89C2051 (U12)为核心，其UART串口和芯片 MAX485 (U13)相连，再和RS485总线电缆输入接头(Pl)的5、 6脚相连，实现RS-485 通信。单片机AT89C2051 (U12)的6个I/O脚和继电器驱动电路(U14)相连，驱动6 个继电器(Kl、 K2、 K3、 K4、 K5、 K6)的切换.继电器(Kl)的1脚和RS485总线电缆 输入接头(Pl)的9脚相连，2脚和RS485总线电缆输入接头(Pl)的1脚相连，3 脚和继电器(K3)的1脚相连。继电器(K2)的1脚和RS485总线电缆输入接头(Pl) 的2脚相连，2脚和RS485总线电缆输入接头(Pl)的3脚相连，3脚和继电器(K3) 的2脚相连。继电器(K4)的1脚和并行测量电缆输入接头(P4)相连，2脚和继电 器(K3)的3脚相连，3脚和继电器(K5)的3脚相连。继电器(K5)的1脚和电极 接头(P5)的1脚相连，继电器(K5)的2脚和电极接头(P5)的2脚相连。继电器 (K6)的1脚悬空，2脚和RS485总线电缆输入接头(Pl)的4脚相连，3脚和RS485 总线电缆输入接头(Pl)的8脚相连。RS485总线电缆输入接头(Pl)的7脚和单片 机AT89C2051 (U12)、芯片MAX485 (U13)、继电器驱动电路(U14)的5V电源负极相 连，8脚和单片机AT89C2051 (U12)、芯片MAX485 (U13)、继电器驱动电路(U14)的 5V电源正极相连。
使用时，在工程应用中，如图7所示，电极切换装置8的RS485总线电缆输入接 头(Pl)接到RS485总线电缆7的一个节点位置上，极化电极9接到电极切换装置8 的电极接头(P5)的l脚上；在科研应用中，如图8所示，还需要把并行测量电缆ll 中的一根输入芯线接到电极切换装置的并行测量电缆输入接头(P4)上，非极化电极 10接到电极切换装置8的电极接头(P5)的2脚上。其中极化电极9为金属电极，非 极化电极10为硫酸铜溶液电极。
电极切换装置的切换原理是单片机AT89C2051 (U12)的UART串口通过RS485通 信接口芯片MAX485 (U13)进行电气标准转换，就能和RS485总线相连，来完成三维 电阻率成像系统中数据采集子站装置6与电极切换装置8之间的数据通信.单片机 AT89C2051 (U12)在收到数据后，对数据进行解释，然后通过继电器驱动电路(U14)， 来控制继电器(Kl、 K2、 K3、 K4、 K5)的切换，从而完成RS485总线电缆7中的供电正极芯线、供电负极芯线和测量公共极芯线、测量采集极芯线与极化电极9或非极化
电极10的不同连通。或者来控制继电器(K6)的切换，来完成电极切换装置的逻辑地 址和空间地址自动识别.(l)电极切换装置在上电后，单片机AT89C2051 (U12)的6个 1/0脚输出高电平，继电器驱动电路(U14)截止，继电器K1 K6都接通于1脚(常 闭触点)，此时极化电极和并行测量电缆中的某一根输入芯线接通(在工程应用中不使 用并行测量电缆，实际上是悬空的)；(2)当继电器K4接通于2脚(常开触点)而其它 继电器接通于l脚，此时极化电极和供电负极芯线接通；(3)当继电器K1、 K4接通于 2脚而其它继电器接通于1脚，此时极化电极和供电正极芯线接通；(4)当继电器K3、 K4接通于2脚而其它继电器接通于1脚，此时极化电极和测量公共极芯线接通；(5)当 继电器K2、 K3、 K4接通于2脚而其它继电器接通于l脚，此时极化电极和测量采集极 芯线接通；(6)当继电器K5接通于2脚而其它继电器接通于1脚，此时非极化电极和 并行测量电缆中的某一根输入芯线接通(只应用于科研应用方案中)；(7)当继电器K6 接通于2脚而其它继电器接通于1脚，此时完成电极切换装置的逻辑地址和空间地址 自动识别.
为了应用更加方便灵活，减轻电缆重量和减小其体积，特别是节点处的粗细程度 (大小)，提高电缆的使用寿命，降低更换电缆成本，应该设计把RS485总线电缆与电 极切换装置分开。并且，为了使用方便，要求任意一个电极切换装置可以连接在RS485 总线电缆的任意节点位置上。为了做到这一点，如何自动识别连接在同一根RS485总 线电缆上的电极切换装置的逻辑地址(通信地址)和空间地址(节点位置)并对应起 来就成为关键技术。
图6中，9芯的RS485总线电缆中单独设一根芯线作为空间地址识别芯线，然后这 根芯线与电极切换装置连接位置上，依顺序串联接上阻值相同的电阻R， RS485总线 电缆一端连到数据采集子站装置6上，且空间地址识别芯线通过数据采集子站装置6 上的采样电阻R0接到5V电源负极，利用数据采集子站装置(F)上的电压测量功能(相 当于V表)测出RO上的电压，便能实现该项自动识别技术。①要识别电极切换装置的 逻辑地址。给电极切换装置分配一个2个字节(只使用其中13位，还有3位预留)的 逻辑地址存储于AT89C2051 (U12)中，每个电极切换装置有唯一的逻辑地址(逻辑地 址也就是识别电极切换装置的唯一身份编码)，因此在一套三维电阻率成像系统中最多 可连接213(8192)个电极切换装置和电极。首先上电后，数据采集子站装置6通过RS485 总线电缆7给连接在该电缆上的所有电极切换装置8发送一个广播命令，要求每个电 极切换装置8把自己的逻辑地址发送给数据采集子站装置6。然后每个电极切换装置8 延时逻辑地址(换算成数值)个基本时间(l个基本时间约lms)后，把逻辑地址数据发送给数据采集子站装置6，这可以确保发送数据不冲突。最后数据采集子站装置6
把收到的逻辑地址数据存储起来，并计算该条RS485总线电缆上的电极切换装置的个
数。②要识别每个电极切换装置的空间地址(节点位置)并建立起与逻辑地址的对应
关系。首先，数据采集子站装置6依据存储的逻辑地址，向某个电极切换装置(如其 逻辑地址为m)发送控制命令，电极切换装置收到命令后，切换继电器K6接通于2脚 而其它继电器接通于1脚。然后，利用数据采集子站装置6测出取样电阻R0上的电压 Un，并利用公式n^hx&计算出该电极切换装置是连接在电缆的节点n处，也 就识别出逻辑地址位为m的电极切换装置连接在电缆的空间地址(节点位置)节点n 处。再依次对每个电极切换装置重复前面操作，就实现了把每个电极切换装置的逻辑 地址(通信地址)和空间地址(节点位置)自动识别出来并建立起对应表。三维电阻 率成像系统也就能知道哪一个电极切换装置连接在电缆的哪个节点位置。
RS485总线电缆中的9根芯线和RS485总线电缆接头(Pl)的9个引脚是对应的， 其中l脚对应供电正极芯线，2脚对应测量公共极芯线，3脚对应测量采样极芯线，4 脚对应电极切换装置位置识别芯线，5脚对应RS485-A芯线，6脚对应RS485-B芯线， 7脚对应5V供电正极芯线，8脚对应5V供电负极芯线，9脚对应供电负极芯线。其中 在RS485总线电缆节点上，电极切换装置位置识别芯线中依顺序串联连接阻值相同的 电阻R。
电极切换装置应用于三维电阻率成像系统的步骤
(1)在工程应用中，按图7用一根的RS485总线电缆7把数据采集子站装置6 和多个电极切换装置8连接起来.在 一 根的RS485总线电缆上最多可以连接60个电极 切换装置。再把极化电极9接到电极切换装置8的电极接头(P5)的l脚上；在科研 应用方案中，按图8用一根RS485总线电缆7和一根60芯并行测量电缆11把数据采 集子站装置6与多个电极切换装置8连接起来，其中电极切换装置8的电极接头(P5) 接到RS485总线电缆7上，并行测量电缆输入接头(P4)接到并行测量电缆11上。再 把极化电极9接到电极切换装置8的电极接头(P5)的1脚上，非极化电极10接到电 极切换装置8的电极接头(P5)的2脚上。
(2)识别电极切换装置的逻辑地址。首先上电后，数据采集子站装置6通过RS485 总线电缆7给连接在该电缆上的所有电极切换装置8发送一个广播命令，要求每个电 极切换装置8把自己的逻辑地址发送给数据采集子站装置6。然后每个电极切换装置8 延时逻辑地址(换算成数值)个基本时间(l个基本时间约lms)后，把逻辑地址数据 发送给数据采集子站装置6，这可以确保发送数据不冲突。最后数据采集子站装置6 把收到的逻辑地址数据存储起来，并计算该条RS485总线电缆7上的电极切换装置8的个数。
(3) 识别每个电极切换装置的空间地址(节点位置)并建立起与逻辑地址的对应 关系。首先，数据采集子站装置6依据存储的逻辑地址，向某个电极切换装置8 (如
其逻辑地址为m)发送控制命令，电极切换装置8收到命令后，切换继电器K6接通于 2脚而其它继电器接通于1脚。然后，利用数据采集子站装置6上的电压测量功能测
出RO上的电压Un，并利用公式^ = ^><&计算出该电极切换装置是连接在电缆的
节点n处，也就识别出逻辑地址位为ra的电极切换装置8连接在电缆的空间地址(节 点位置)节点n处。再依次对每个电极切换装置重复前面操作，就实现了把每个电极 切换装置的逻辑地址(通信地址)和空间地址(节点位置)自动识别出来并建立起对应表。
(4) 数据采集子站装置6根据三维电阻率成像系统中的笔记本电脑1 (上位机) 的要求，通过RS485总线向需要切换电极连接状态的电极切换装置8发送控制命令。 电极切换装置8收到命令后，改变极化电极9或非极化电极10与RS485总线电缆7 中的供电正极芯线、供电负极芯线和测量公共极芯线、测量采集极芯线或并行测量电 缆11中的测量输入芯线的连通状态。然后数据采集子站装置6再进行测量等操作。
直流升压电源装置4采用单片机(U16)为核心，通过与CAN接口芯片(U17)相 连，再和CAN隔离变压器(U18)相连，单片机(U16)的9个I/0脚和继电器驱动电路 (U19)相连，驱动9个继电器(K7-K15)的切换.单片机(U16)的1脚和脉宽调制 控制芯片(U15)的13脚相连；脉宽调制控制芯片(U15)产生一个频率约为lOOKHz 的方波，通过2个三极管(T1、 T3)、 2个场效应管(T2、 T4)和驱动变压器(T)进行 电压升压变换；继电器(K7-K14)的不同切换状态组合，完成输出电压大小的选择， 经过4个整流二极管(Dl-D4)进行整流和2个电容器(C4、 C5)与电感(L2)进行滤 波，得到一个直流电压，该电压经过继电器(K15)进行正负极性的选择，输出一个三 维电阻率成像系统所需要的电压。
器件优选为单片机为STC89S52， CAN接口芯片为SJAIOOO， C認隔离变压器为 CTM8251，脉宽调制控制芯片为TL494。
直流升压电源装置中设有CAN总线通信接口与CAN总线电缆连接。在笔记本电脑通过CAN总线对其控制下,单片机STC89S52控制脉宽调制控制芯 片TL494产生一个频率约为100KHz的方波，通过2个三极管、2个场效应管驱动变 压器，进行电压升压变换。单片机STC89S52控制继电器(Kl-K8)的不同切换状态 组合，完成输出电压大小的选择，经过4个整流二极管进行整流和2个电容器与电感 进行滤波，得到一个直流电压。并且单片机STC89S52控制继电器(K15)进行输出 电压正负极性的选择、供电方式的选择，输出一个三维电阻率成像系统所需要的电压。 图9中，直流升压电源装置主要由脉宽调制控制芯片21，功率驱动电路22，升压 变压器23，电压选择切换电路24，整流滤波电路25，输出电压极性和供电方式切换 电路26，单片机27， CAN接口和隔离电路28， CAN总线电缆接头29。
图10中，蓄电池组输入接头(P6)的l脚和保险管(Fl)的1脚相连，蓄电池组 输入接头(P6)的2脚和电阻(Rl)的1脚、电阻(R2)的2脚、电阻(R6)的1脚、 可调电阻(PR1)的1脚、电容(Cl)的1脚、电容(C2)的2展卩、电容(C3)的2 脚、脉宽调制控制芯片TL494 (U15)的7、 15、 16脚、三极管(Tl)的c极、场效应 管(T2)的s极、三极管(T3)的c极、场效应管(T4)的s极相连。蓄电池组输入 接头(P6)的3、 4脚分别和CAN总线电缆接头(P2)的4、 3脚相连。保险管(Fl) 的2脚和电感线圈(Ll)的1脚、电容(C2)的1脚、变压器(T)的2脚相连。电感 线圈(Ll)的2脚和电容(C3)的l脚、TL494 (U15)的8、 11、 12脚相连。电容(Cl) 的2脚和TL494 (U15)的5脚相连。电阻(Rl)的2脚和TL494 (U15)的6脚相连。 电阻(R2)的l脚和电阻(R3)的1胆口、电阻(R4)的1脚相连。电阻(R3)的2脚 和电阻(R7)的1脚、可调电阻(PR1)的2展卩、TL494 (U15)的14脚相连。电阻(R4) 的2脚和电阻(R5)的2脚、TL494 (U15)的2脚相连。电阻(R5)的1脚和TL494
(U15)的3脚相连。可调电阻(PR1)的3脚和TL494 (U15)的1脚相连。电阻(R6) 的2脚和电阻(R7)的2脚、TL494 (U15)的4脚相连。TL494 (U15)的4脚和单片 机ST89S52 (U16)的1脚相连。TL494 (U15)的9脚和三极管(Tl)的b极相连，TL494
(U15)的10脚和三极管(T3)的b极相连。三极管(Tl)的e极和场效应管(T2) 的g极相连，三极管(T3)的e极和场效应管(T4)的g极相连。场效应管(T2)的 d极和变压器(T)的1脚相连，场效应管(T4)的d极和变压器(T)的3脚相连。
图11中，变压器(T)的4脚和继电器(K7)的1脚相连，变压器(T)的5脚和 继电器(K7)的2脚相连，变压器(T)的6脚和继电器(K8)的1脚相连，变压器(T) 的7脚和继电器(K8)的2脚相连，变压器(T)的8脚和继电器(K9)的1脚相连， 变压器(T)的9脚和继电器(K9)的2脚相连，变压器(T)的10脚和继电器(K10) 的1脚相连，变压器(T)的11脚和继电器(K10)的2脚相连，变压器(T)的12脚和继电器(K14)的1脚相连，变压器(T)的13脚和继电器(K14)的2脚相连。 继电器(K11)的1脚和继电器(K7)的3脚相连，继电器(K11)的2脚和继电器(K8) 的3脚相连；继电器(K12)的l脚和继电器(K9)的3脚相连，继电器(K12)的2 脚和继电器(K10)的3脚相连；继电器(K13)的l脚和继电器(K11)的3脚相连， 继电器(K13)的2脚和继电器(K12)的3脚相连；继电器(K13)的3脚和二极管(Dl) 的1脚、二极管(D3)的2脚相连，继电器(K14)的3脚和二极管(D2)的1脚、二 极管(D4)的2脚相连。二极管(Dl)的2脚和二极管(D2)的2脚、电感(L2)的 1展P、电容(C4)的1脚相连。二极管(D3)的1脚和二极管(D4)的1脚、电容(C4) 的2脚、电容(C5)的2展卩、继电器(K15)的2、 4脚相连。电感(L2)的2脚和电 容(C5)的1脚、继电器(K15)的l、 5脚相连。继电器(K15)的3、 6脚分别和CAN 总线电缆接头(P2)的7、 8脚相连。
图12中，单片机ST89S52 (U16)的9个I/O脚与继电器驱动电路(U19)相连， 单片机ST89S52 (■)的P0 口与CAN总线电缆接头芯片SJAIOOO (1117)相连，SJA1000 (U17)与CAN隔离变压器CTM8251 (U18)相连，CTM8251 (U18)的6、 7脚分别与CAN 总线电缆接头(P2)的6、 5脚相连。
为了满足三维电阻率成像系统对直流升压电源装置能够有8档以上输出电压可以 选择，可以选择电压极性和供电方式的要求，本发明通过继电器(K7-K15)的切换， 能够输出16档不同大小的输出电压，并能够改变输出电压的极性以及直流、方波2 种供电方式的组合方法，其控制切换方法如下
当继电器(K14)接通于1歩口，继电器(KIO、 K12、 K13)接通于2胜卩，输出电压 的大小约为50V;
当继电器(KIO、 K14)接通于1脚，继电器(K12、 K13)接通于2脚，输出电压 的大小约为100V;
当继电器(K12、 K14)接通于1脚，继电器(K9、 K13)接通于2脚，输出电压的 大小约为150V;
当继电器(K9、 K12、 K14)接通于1脚，继电器(K13)接通于2脚，输出电压的 大小约为200V;
当继电器(K13、 K14)接通于1脚，继电器(K8、 Kll)接通于2脚，输出电压的 大小约为250V;
当继电器(K8、 K13、 K14)接通于1脚，继电器(K11)接通于2脚，输出电压的 大小约为300V;当继电器(Kll、 K13、 K14)接通于1脚，继电器(K7)接通于2脚，输出电压的 大小约为350V;
当继电器—(K7、 Kll、 K13、 K14)接通于1脚输出电压的大小约为400V; 当继电器(KIO、 K12、 K13、 K14)接通于2脚，输出电压的大小约为450V; 当继电器(K10)接通于1脚，继电器(K12、 K13、 K14)接通于2脚，输出电压 的大小约为500V;
当继电器(K12)接通于1脚，继电器(K9、 K13、 K14)接通于2脚，输出电压的 大小约为550V;
当继电器(K9、 K12)接通于1脚，继电器(K13、 K14)接通于2脚，输出电压的 大小约为600V;
当继电器(K13)接通于1脚，继电器(K8、 Kll、 K14)接通于2脚，输出电压的 大小约为650V;
当继电器(K8、 K13)接通于1脚，继电器(Kll、 K14)接通于2脚，输出电压的 大小约为700V;
当继电器(Kll、 K13)接通于1脚，继电器(K7、 K14)接通于2脚，输出电压的 大小约为750V;
当继电器(K7、 Kll、 K13)接通于1脚，继电器(K14)接通于2脚，输出电压的 大小约为800V;
继电器(K15)的l、 3脚接通，4、 6脚接通，从CAN总线电缆接头(P2)的2脚 输出电压正极，l脚输出电压负极；
继电器(K15)的2、 3脚接通，5、 6脚接通，从CAN总线电缆接头(P2)的l脚 输出电压正极，2脚输出负极；
当继电器(K15) —直保持一种状态，便以直流供电方式输出电压； 当以周期为1秒 10分钟，周期性切换继电器(K15)就可以以方波供电方式输 出电压。
用本发明的三维电阻率成像系统的硬件组成方案来实现三维电阻率成像系统应用 的步骤
(l)先进行硬件实物连接。在科研应用中，按图1连接好笔记本电脑1、 USB-CAN接口转换卡2、 CAN总线电缆5、蓄电池组3、带CAN接口的直流升压电源装 置4、数据采集子站装置6、 RS485总线电缆7、并行测量电缆11、电极切换装置8、 极化电极9和非极化电极10。在工程应用中，按图2连接好笔记本电脑1、 USB-CAN接口转换卡2、 CAN总线电缆5、蓄电池组3、带CAN接口的直流升压电源装置4、数 据采集子站装置6、 RS485总线电缆7、电极切换装置8、极化电极9。
(2) 开启笔记本电脑l，运行三维电阻率成像系统软件，设置好系统工作参数，然 后通过C認总线向数据采集子站装置6发送命令，识别所有的数据采集子站装置，并 把它们连接在CAN总线电缆的节点位置参数通过键盘输入到笔记本电脑中。
(3) 在笔记本电脑1的控制命令下，数据采集子站装置6通过RS485总线向电极切 换装置8发送命令，识别各个电极切换装置连接在RS485总线电缆的节点位置，并把 这些识别结果存储于笔记本电脑中。
(4) 笔记本电脑l向带CAN接口的直流升压电源装置4发送命令，控制它的工作， 选择输出电压的大小、极性、输出方式等。
(5) 笔记本电脑l向数据采集子站装置6、智能切换装置8发送命令，从所有极化 电极9中选择出2个节点上的极化电极作为供电正极(A)、供电负极(B)，直流升压 电源装置输出的电压就加到这2个电极，给被测量对象进行供电。
(6) 笔记本电脑1向数据采集子站装置6、智能切换装置8发送命令，从所剩下节 点上选择l个非极化电极(在科研应用中)或极化电极(在工程应用中)作为测量公 共极(N)，再依次选择其它l个非极化电极(在科研应用中)或极化电极(在工程应 用中)作为测量采集极(M)，进行电位差的连续、多次测量。测量数据存储于数据采 集子站装置6上。
(7) 不改变供电正极(A)、供电负极(B)，再选择其它1个电极作为测量公共极(N)， 从剩下的电极中依次选择1个电极作为测量采集极(M)，测出测量公共极(N)、测量 采集极(M)之间的电位差。如此循环直到所有电极都用作测量公共极(N)进行了测
(8) 数据采集子站装置6按选定的算法对测量数据进行预处理，处理结果发送给笔 记本电脑l存储。
(9) 然后再选择另外2个节点上的极化电极作为供电正极(A)、供电负极(B)，重 复前面步骤(6)、 (7)、 (8)的测量过程，如此循环。
(10) 笔记本电脑1最后对测量的数据进行处理、反演计算、成像，就得到测量区 域内的三维电阻率分布图像。
权利要求
1、一种三维电阻率成像系统的硬件组成方案，它采用CAN总线和RS485总线混合组网方法来组成硬件系统，其特征是电脑(1)通过其USB接口和USB-CAN接口转换卡(2)相连，然后连接到CAN总线电缆(5)的一个节点上，蓄电池组(3)经过带CAN接口的直流升压电源装置(4)，再接到CAN总线电缆(5)的一个节点上，CAN总线电缆(5)的其它每个节点和一个数据采集子站装置(6)相连；在科研应用方案中，每个数据采集子站装置(6)和一根RS485总线电缆(7)和一根并行测量电缆(11)相连，RS485总线电缆(7)的每个节点位置以及并行测量电缆(11)的每根芯线和一个电极切换装置(8)相连，每路最多可以连接60个电极切换装置，每个电极切换装置(8)与一个极化电极(9)和一个非极化电极(11)相连；在工程应用方案中，每个数据采集子站装置(6)和一根RS485总线电缆(7)相连，RS485总线电缆的每个节点位置和一个电极切换装置(8)相连，每路最多可以连接60个电极切换装置(8)，每个电极切换装置(8)与一个极化电极(9)相连。
2、 根据权利要求l所述的一种三维电阻率成像系统的硬件组成方案，其特征是数据釆集子站装置(6)设有标准的C認总线接口和RS485总线标准的接口 ；数据采集的速度要达到100KSPS以上，精度要达到20Bits以上，能够对双极性电压信号进行测量，具备8个以上输入通道，还要具备串行数据采集和并行数据采集功能；配置60MHz以上的32位嵌入式处理器，256KB的程序存储器，256KB的数据存储器，测量公共极与所有的数据采集子站装置接入，同一参考电位使得各个数据采集子站装置之间的测量 精度具有一致性。
3、 根据权利要求l所述的一种三维电阻率成像系统的硬件组成方案，其特征是 电极切换装置(8)设有RS485总线标准的接口 ，与RS485总线电缆和并行测量电缆相连； 通过电极切换装置(8)实现RS485总线电缆的供电正极芯线、供电负极芯线和测量公 共极芯线、测量采集极芯线与极化电极或非极化电极的不同连通；连接在RS485总线 电缆上的每个电极切换装置(8)的逻辑地址即通信地址和空间地址即节点位置能够被 系统自动识别。
4、 根据权利要求1所述的一种三维电阻率成像系统的硬件组成方案，其特征是 直流升压电源装置(4)设有CAN总线标准的接口；能够有16档输出电压可以选择，可 以选择电压极性和供电方式。
全文摘要
本发明属于地球物理勘探技术领域，涉及一种三维电阻率成像系统的硬件组成方案，包括在科研应用中的硬件组成方案和在工程应用中的硬件组成方案.在笔记本电脑的控制下，通过CAN总线和RS485总线混合网进行控制命令、状态数据、测量数据的传输，采用电极切换装置来选择供电正极(A)、供电负极(B)、测量公共极(N)、测量采用极(M)与极化电极或非极化电极的连通，数据采集子站装置进行数据采集与数据的预处理，预处理后的数据传输到笔记本电脑上进行存储、分析、计算，最后成像显示测量区域的电阻率分布图像。
文档编号G01V3/18GK101581797SQ20091011562
公开日2009年11月18日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者刘庆成, 钟念兵, 黎正根 申请人:东华理工大学