专利名称：一种高密度电法仪的双向通信式电极转换装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高密度电法仪的分布式电极转换装置，尤其涉及一种用于地球物理勘探领域的双向通信式电极转换装置。
背景技术：
传统的用于高密度电法仪的分布式电极转换装置，由四根独立的电线分别连接供电电极A、B和测量电极M、N ；测量时，需要人工移动电极至下一个测量点，这样测量时人工需求量大，测量耗时多。为了提高测量效率，有人设计了一种新式电极测量装置，即在一个测量剖面上一次布置多个电极，由主机和人通过电极转换器来选择电极。基于高密度电法原理，提出了一种分布式电极转换装置，即采用一根多芯电缆，将电极按照一定的间距串行连接到电缆上，电极连接没有顺序限制，可根据测量距离来选择电缆长度和实际需要的电极个数。理论上，电极的数量可无限扩展，但是实际上，电极的数量受到工作电流、供电电压以及传输距离等因素的影响。200910066635. 0专利“一种高密度电法仪的增强型电极转换装置”介绍了一种增强型分布式电极转换装置，每个电极控制器采用串联方式互联，电极数量原则上可无限扩展，其系统能自动为各电极控制器分配编号，能自动检测故障及其位置。从权利要求和附图中可看到，通信部分采用串行接口进行分步传输信号，这使得信号传输时间变长，随着传输距离的加长，信号逐渐变弱并对信号产生一定的干扰，从而限制了高密度电法仪连接电极的数量；另外，只采用线性电源，静态电流大，功耗大，对电缆的布线长度和探测测量范围都有一定的限制。从整个设计来看，电极连接耗时费力、信号传输慢、探测时间长、测量范围受限。201020188300. 4专利“一种高密度电法仪的电极转换装置”介绍了一种智能型分布式电极转换装置。从权利要求和附图中可以看出，每个电极控制器的缓冲接口直接与电缆的通信线相连，所有的电极控制器可同步接收主机发送的命令。虽然这种电极转换装置实现了通信信号的同步传输，实现了无需中继可延长信号传输的距离，但是信号的传输方向是固定的，主机只能与电极转换装置的一端连接器相连；测量时，电极转换装置随着主机的移动而移动，尤其是测量重叠的区域时，需要拔出电极，重新布置；这使得这种方法的灵活性、智能性较差，即耗时又耗力，不适应于长距离的测量。
实用新型内容本实用新型的目的就在于克服上述现有技术的不足，尤其是提出一种双向通信式电极转换装置。本实用新型采用的技术方案为一种高密度电法仪的电极转换装置，其包括电极控制器，所述电极控制器包括双向通信接口和处理器，其特征在于双向通信接口的上行数据端T)(DU与连接器S的T)(DU端或相邻双向通信接口的上行数据端RXDD连接，双向通信接口的上行数据端RXDD与连接器P的T)(DU端或相邻双向通信接口的上行数据端T)(DU连接；双向通信接口的下行数据端RXDU与连接器S的RXDU端或相邻双向通信接口的下行数据端T)(DD连接，双向通信接口的下行数据端T)(DD与连接器P 的RXDU端或者相邻双向通信接口的下行数据端RXDU连接；处理器的R)(D端与双向通信接口的R)(D端连接，处理器通过WR端控制双向通信接口的信号传输方向；双向通信接口中设有两个开关，由处理器控制开关的开闭状态。进一步地，所述电极转换装置包括至少一个单元电缆，所述至少一个单元电缆连有多个电极，每个电极设有一个电极控制器，电极串行连接至单元电缆，电极连接无顺序限制；双向缓冲接口连接电缆的通讯信号线，接收主机或者上一级双向通信接口的信号；电极转换装置通过连接器S或P连接到主机，连接器与主机的连接不受通信方向的限制。再进一步地，所述电极转换装置还包括电源模块，该电源模块的开关电源的输入端外接工作电源，开关电源的输出端与线性电源的输入端相连，为电极控制器提供工作电源。再进一步地，所述电极控制器还包括驱动电路，处理器连接到驱动电路的控制端， 输出端的信号经过驱动三极管分别驱动四个继电器，从而使单元电缆中的电极连接线A、电极连接线B、电极连接线M、电极连接线N中最多一条与电极G相连。与现有技术相比，本实用新型的优点和有益效果是主机和电缆的连接不受通信方向的限制，可双向传输信号，处理器同步接收主机信号、无需中继可实现信号长距离传输；长距离测量尤其是对重叠区域测量时，只需移动主机，不需要重新布置电极；信号传输耗时短，抗干扰能力强，电极扩展连接方便，测量时省时省力。
图1为本实用型的一种高密度电法仪的双向通信式电极转换装置结构图；图2为图1中电极转换装置的电路框图；图3为图1中电极转换装置的电源模块电路图；图4为图1中电极转换装置的双向通信接口电路图；图5为图1中电极转换装置的继电器驱动电路图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。图1中，主机装有连接器插头P和插头S，每根单元电缆的两端分别接有插头P和插头S，P、S为8芯连接器的一对插头；主机通过连接器插头P同带有电极控制器的8芯电缆的连接器插头S相连，或者主机通过连接器插头S同带有电极控制器的8芯电缆的连接器插头P相连，对电极控制器发送指令信号，接收电极控制器返回的应答信号。8芯电缆由数个(8个或8个以上)单元电缆通过两端的连接器插头P、S互连构成，单元电缆的连接没有编号限制，每个单元电缆连接多个电极，每个电极配有一个电极控制器，电极之间串行连接。图2中，主机发送的指令信号通过电缆通信总线传送给双向通信接口电路和MCU 单片机，由单片机向继电器驱动电路发送驱动命令，完成继电器的驱动。[0023]图3中，开关电源MAX1837的两个输入端一个接+6V MV电源，另一个接GND ； 输出端与线性电源TPS76950相连，转换电压，为电极控制器提供+5V和+3. 3V工作电源。图4是电极转换装置的双向通信模块，包括处理器MCU和双向通信接口，双向通信接口设有两个开关。本实施例中，MCU采用低功耗单片机，双向通信接口使用74HC243芯片。 本实用新型不局限在仅仅使用74HCM3，也可使用其他的与非门电路。图4中，电极转换装置的双向通信接口包括两个上行数据端(分别是T)(DU和 RXDD)、两个下行数据端(分别是RXDU和T)(DD)和两个开关A、B。其中，双向通信接口的上行数据端T)(DU与连接器S的T)(DU线或相邻双向通信接口的RXDD连接，双向通信接口的上行数据端RXDD与连接器P的T)(DU线或相邻双向通信接口的TXDU连接，完成主机(或上级双向通信接口)发出的信号的传输；双向通信接口的下行数据端RXDU与连接器S的RXDU 线或者相邻双向通信接口的下行数据端T)(DD连接，双向通信接口的下行数据端T)(DD与连接器P的RXDU线或者相邻双向通信接口的下行数据端RXDU连接，完成应答信号的传输。同时，MCU的数据端RXD与双向通信接口的RXD端相连，接收主机或者上级双向通信接口发送的信号；MCU的数据端T)(D与双向通信接口的T)(D端相连，向主机发送反馈信号，MCU通过控制端WR控制信号的传输方向，根据信号的传输方向来控制开关A和B的开、关状态。图4中，主机通过电缆的T)(DU线向电极控制器传输信号。首先，确定信号传输方向。具体实施方案是(1)主机上电后，为MCU提供5V工作电压，由MCU通过WR端向 74HC243发送指令，控制74HCM3的信号传输方向，此过程所有的开关都处于闭合状态；主机发送信号后，由距离主机最近的双向通信接口接收信号，开始判断信号的传输方向；确定信号的传输方向后，74HCM3的输出信号同时传给MCU和下一级双向通信接口 ；MCU通过 T)(D端向主机传送应答信号，下一级双向通信接口接收到上一级传输信号后，进行判断信号传输方向，直到所有的电极控制器的都确定好信号传输方向；( 主机发送控制指令，由 MCU根据信号的传输方向控制开关A、B的开关状态。当信号由T)(DU端向RXDD端传输时，断开开关B，保持开关A闭合；信号由RXDD端传向T)(DU端时，断开开关A，保持开关B闭合。其次，为电极控制器分配地址。具体实施方案是(1)主机发送地址信号，由第一个电极控制器的MCU接收，为第一个电极控制器分配地址，同时，闭合第一个双向通信接口的开关，电极控制器有地址后，不再接收其他的地址信号；( 主机重新发送地址信号，信号由第二个电极控制器的MCU接收，为第二个电极控制器分配地址，然后，闭合第二个双向通信接口的开关，向下一级电极控制器传输信号，直到完成所有电极控制器的地址分配为止。最后，完成电极转换。
具体实施方式
是主机发出控制指令信号，所有的MCU接收。 若指令是发送给第N个电极控制器的，则第N个电极控制器的M⑶由T)(D端通过双向通信接口向主机发送一个应答信号，并通过Y1、Y2、TO、W这四个引脚向图5继电器驱动电路发送驱动信号，驱动继电器组中的一个继电器导通，使电缆的电极连接线A、电极连接线B、电极连接线M、电极连接线N中的一条与电极G相连接；其他的MCU不执行任何动作。图5是电极转换装置的继电器驱动电路图，本实施例采用NUD3105芯片。本实用新型不局限在仅仅使用NUD3105芯片驱动继电器，也可使用其他的专用继电器驱动芯片。图 4单片机的驱动信号经由四个NUD3105分别驱动Kl、K2、K3、K4这四个继电器，使得8芯电缆的A、B、M、N的一条与电极G相连接。[0030]测量重叠区域时，不需要重新布置电极，只需要移动主机的位置；将主机连接电缆的另一端，将主机和电缆连接完毕后，由主机发送指令，先确定装置的信号通信方向，然后进行通信测试，若有故障则报出故障位置，人工加以修改；若各处连接无误，所有电极控制器正常工作后，由主机发送编号指令，依次为各电极控制器分配地址，每个电极控制器都有地址后，进入探测阶段。应当指出的是，以上所揭露的仅为本实用新型的一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，在不脱离本实用新型原理的前提下，本领域技术人员还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种高密度电法仪的双向通信式电极转换装置，其包括电极控制器，所述电极控制器包括双向通信接口和处理器，其特征在于双向通信接口的上行数据端T)(DU与连接器S的T)(DU端或相邻双向通信接口的上行数据端RXDD连接，双向通信接口的上行数据端RXDD与连接器P的T)(DU端或相邻双向通信接口的上行数据端T)(DU连接；双向通信接口的下行数据端RXDU与连接器S的RXDU端或相邻双向通信接口的下行数据端T)(DD连接，双向通信接口的下行数据端TXDD与连接器P的 RXDU端或者相邻双向通信接口的下行数据端RXDU连接；处理器的RXD端与双向通信接口的RXD端连接，处理器通过WR端控制双向通信接口的信号传输方向；双向通信接口中设有两个开关，由处理器控制开关的开闭状态。
2.如权利要求1所述的电极转换装置，其特征在于，所述电极转换装置包括至少一个单元电缆，所述至少一个单元电缆连有多个电极，每个电极设有一个电极控制器，电极串行连接至单元电缆；双向缓冲接口连接电缆的通讯信号线，接收主机或者上一级双向通信接口的信号；电极转换装置通过连接器S或连接器P连接到主机。
3.如权利要求2所述的电极转换装置，其特征在于，所述电极转换装置还包括电源模块，该电源模块的开关电源的输入端外接工作电源，开关电源的输出端与线性电源的输入端相连，为电极控制器提供工作电源。
4.如权利要求3所述的电极转换装置，其特征在于，所述电极控制器还包括驱动电路， 处理器连接到驱动电路的控制端，输出端的信号经过驱动三极管分别驱动四个继电器，从而使单元电缆中的电极连接线A、电极连接线B、电极连接线M、电极连接线N中最多一条与电极G相连。
专利摘要本实用新型涉及一种高密度电法仪的双向通信式电极转换装置，应用于地球物理高密度电法仪勘探领域。本实用新型的电极转换装置根据高密度电法仪的基本原理，每个电极连接一个电极控制器，由多个单元电缆通过连接器串行连接至主机，每个单元电缆连接多个电极，电极之间串接互联。本实用新型可实现双向传输信号，电极无需人工编号；长距离测量时只需移动主机，无需重新布置电极；单元电缆连接灵活、拆卸方便，是一款更加完善的新型分布式电极转换装置。
文档编号G01V3/00GK202204938SQ20112000110
公开日2012年4月25日 申请日期2011年1月5日 优先权日2011年1月5日
发明者刘建宇, 张巍, 张忠温, 李安静, 李永军 申请人:中煤平朔煤业有限责任公司, 北京华安奥特科技有限公司, 华北科技学院