专利名称：全自动天然电场选频物探测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用天然交变电场进行地球物理勘探(简称物探)的便携式全自动天然电场选频物探测量仪。
背景技术：
利用天然交变电场选频方法进行地质勘探时近年来发展起来的新的物探方法，已被实践证明行之有效。目前，此类测量仪器主要是使用机械式波段开关人工变换信号衰减实现选频，使用读数表头或数字显示器进行数据输出，在野外实测时需要对每个测点进行人工读数，并做出书面记录，然后进行室内描点，画出异常曲线，再进行资料对比分析，获得地质结论。这种仪器不能实现自动选频和数据的适时处理与打印输出，所采集的数据误差较大，且工作周期长、劳动强度大。另外使用多个机械式波段开关不仅操作繁复、易出现接触不良情况，不能实现瞬间对几种频率信号的测量，影响了集中采样的同一时间性。发明内容克服现有物探测量仪的不足之处，本实用新型提供一种全自动天然电场选频物探测量仪。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是主要包括测量电极探头、输入级、衰减级、放大滤波级、精密整流级、模数转换级、微机接口电路、中央控制器、液晶显示器；其输入级的运算放大器U14的输出端通过电阻R2、R3、R4分别接入衰减级的模拟开关 U13的1、2、3、4脚；模拟开关U13的公共输出端3脚与放大滤波器级的集成电路U12的输入端4脚相联，而模拟开关的U13的地址端口 9脚和10脚则与微机接口电路的集成电路TO 的37脚和38脚相联，以实现中央控制器对输入信号电压增益的自动控制；放大滤波级的集成电路U12的外部时钟输入端10脚、11脚接入微机接口电路的集成电路TO的时钟输出端 6脚，以实现在中央控制器控制下的自动选频；集成电路U12的输出端19脚与精密整流级的集成电路Ull的输入端2脚相连接；集成电路Ull的输出端6脚通过R13接入模数转换级的集成电路U7的模拟输入端9脚，以将选频模拟信号经整流后送入模数转换级；集成电路U7的标志输出端12、23、27、28脚和13、14、15、16脚分别接入微机接口电路的门电路U6 的1、13、10、6脚和3、2、5、11、14脚，再由门电路U6的4、7、9、12脚接入微机接口电路的集成电路U5的21,22,23,24脚；而集成电路U7的位输出端11、18、19和20脚则分别直接接入集成电路U5的观、27、沈和25脚；集成电路U5直接与中央控制器相联，以将模拟信号转换成数字信号后经接口电路送入中央控制器进行存储和处理；在中央控制器上连接有键盘 (10)和液晶显示器(9)，而微机接口电路的集成电路TO上外接有打印机(8)，以进行人机对话和适时显示、打印输出经中央控制器处理后的测量信号及相应曲线。本实用新型的中央控制器主要由单片微机U1、只读存储器U3、电可擦除存储器U4、门电路U2、U10组成。在中央控制器(7)的控制下，包含两种测量模式三个频率自动采样和三十个频率自动采样。本实用新型的有益效果是与现有同类测量仪器相比，本实用新型由于采用了微机系统，可采用微机程序控制取代机械式波段开关，利用软件控制实现了自动选频和连续自动测量，还具有电源电压监测、掉电数据保护等功能，还可实时对采集的数据进行处理、显
3示和打印，实现了现场资料分析，简化了操作，提高了工作效率和采集数据的可靠性。本实用新型体积小、重量轻、耗能低，适合野外使用，可广泛用于勘探地质、地下水源、洞穴、煤矿采空区、古墓、地下管道、地下电缆、城市地下废弃防空洞等方面，具有较好的市场前景。以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的原理框图。图2是本实用新型的电路原理图。图1是本实用新型的原理框图，其中M、N为测量电极探头，1为输入级，2为衰减级，3为放大滤波级，4为精密整流级，5为模数转换级，6为微机接口电路，7为中央控制器， 8为打印机，9为液晶显示器，10为键盘，11为复位电路。
具体实施方式
本实用新型以下将结合实施例(附图)作以详细的描述其工作原理是测量电极探头M、N将采集到的信号送入输入级，经放大后送入衰减级；中央控制器通过接口电路对输入衰减级的信号电压增益进行自动控制，然后将信号送入放大滤波级；放大滤波器的带通中心频率由中央控制器决定，可实现自动选频功能； 经放大、选频、滤波后的信号送入精密整流级进行整流，而后送入模数转换级将模拟信号转换为数字信号，再进一步通过接口电路送入中央控制器进行实时处理、存储，最后将处理后的数据和相应曲线进行显示输出和打印输出。本实用新型的电路结构如图2所示，其中输入级(1)由运算放大器U14、电阻R1、 电容(1组成，具有高输入阻抗；模拟开关肌3、电阻1 2、1 3、1 4、1 5组成自动衰减级⑵；集成电路U12、电容C2、C3、电阻R6、R7、R8、R9、RIO、Rll等构成放大滤波级(3)，其放大倍数由U12的外围电阻决定，同时U12也构成了带通滤波器，在中央控制器(7)控制下自动选频；集成电路U11、二极管D1、D2、电容C4、C5和电阻R12等组成精密整流级(4)；集成电路 U7、U8、U9、％WC6、C7、C8、C9、C11 和电阻 R13、R14、R15、R21、R22 等组成模数转换级(5)； 集成电路U5、TO构成微接口电路(6);集成电路肌、腿、仙、讽、肌0等构成单片微机系统， 在整个仪器中起中央控制器(7)的作用；其中Ul为单片机、U3是只读存储器、U4是电可擦除存储器；集成电路U15、二极管D3、电容C10，电阻R16及按键Sl构成复位电路；集成电路 U16、二极管D4、D5、电阻R17、R18、R19、R20等组成电源电压监测电路；8为打印机，9为液晶显示器，10为键盘。输入级⑴的运算放大器U14的输出端分别通过R2、R3、R4接入衰减级(2)的模拟开关U13的输入端1、2、3、4脚，将测量电极探头M、N采集的信号经放大后送入衰减级 (2)。模拟开关U13的公共输出端3脚与放大滤波级(3)的集成电路U12的4脚相联接，而模拟开关U13的地址端口 9脚和10脚则与微机接口电路(6)的集成电路TO的37脚和38 脚联接，使衰减级受中央控制器(7)的控制，从而实现对输入信号电压增益的自动控制。放大滤波级(3)的集成电路U12的外部时钟输入端10脚、11脚与微机接口电路(6)的集成电路TO的时钟输出端6脚联接，这时，集成电路U12构成了带通滤波器，其中心频率由中央控制器(7)控制，从而实现自动选频；集成电路U12的输出端19脚通过R12接入精密整流级(4)集成电路Ull的输入端2，将经过选频放大滤波的选频信号送入精密整流级(4)进行整流。集成电路Ull的输出端6脚经过R13与模数转换级(5)的集成电路U7的模拟输入端9脚相联接。集成电路U7的基准电压端上接有基准电压发生器U8，由集成电路U8提供基准电源；集成电路U7的标志输出端12、23、27、观脚和13、14、15、16脚分别接入接口电路(6)的门电路U6的1、13、10、6脚和3、2、5、11、14脚，再由门电路4、7、9、12脚输出接入集成电路U5的21,22,23,24 P ；而集成电路U7的位输出端11、18、19和20脚则分别直接接入集成电路冊的观、27、沈和25脚；集成电路冊直接与中央控制器(7)联接，将选频模拟信号转换成数字信号后经接口电路送入中央控制器进行处理和存储。在接口电路(6)的集成电路U5上外接有打印机(8)，以适时打印经采集处理后的数据及相应曲线。在中央控制器(7)的外部接有你液晶显示器(9)，可适时显示采集处理后的数据及相应曲线。复位电路(11)接在液晶显示器(9)和中央控制器的集成电路Ul上。中央控制器(7)外部还联有键盘(10)，用以实现人机对话。电路电压检测电路的V+端与放大滤波级(3)的V+端和精密整流级(4)的V+端联接。本实用新型在中央控制器(7)的控制下，包含两种测量模式三个频率自动采样和三十个频率自动采样。本实用新型中所采用的集成电路清单如下Ul是信号为51系列的微型单片机；U2是型号为74LS373的门电路；U3是型号为 2764的只读存储器；U4是型号为观64的电可擦除存储器；U5是型号8155的接口电路；U6 是型号为74LS157的门电路；U7是型号为7135的A/D转换器；U8是型号为1403的基准电源；U9是型号为4069的门电路；UlO是型号为GAL16V8的门电路；Ull是型号为LM736的交直流转换器；U12是型号为M20的滤波器；U13是型号为4052的门电路；U14是型号为 0P-07的运算放大器；U15是型号为74LS14的门电路；U16是型号为LM339的四比较器；9是型号为DMF5005N的液晶显示器；8是型号为TPuP-40的微型打印机。
权利要求1.一种全自动天然电场选频物探测量仪，它包括测量电极探头、输入级、衰减级、放大滤波级、精密整流级、模数转换级、微机接口电路、中央控制器、液晶显示器，其特征在于输入级的运算放大器U14的输出端通过电阻R2、R3、R4分别接入衰减级的模拟开关U13 的 1、2、3、4 脚；模拟开关U13的公共输出端3脚与放大滤波器级的集成电路U12的输入端4脚相联， 而模拟开关的U13的地址端口 9脚和10脚则与微机接口电路的集成电路U5的37脚和38 脚相联；放大滤波级的集成电路U12的外部时钟输入端10脚、11脚接入微机接口电路的集成电路U5的时钟输出端6脚，以实现在中央控制器控制下的自动选频；集成电路U12的输出端 19脚与精密整流级的集成电路Ull的输入端2脚相连接；集成电路Ull的输出端6脚通过R13接入模数转换级的集成电路U7的模拟输入端9脚；集成电路U7的标志输出端12、23、27、28脚和13、14、15、16脚分别接入微机接口电路的门电路U6的1、13、10、6脚和3、2、5、11、14脚，再由门电路冊的4、7、9、12脚接入微机接口电路的集成电路U5的21、22、23、24脚；而集成电路U7的位输出端11、18、19和20脚则分别直接接入集成电路U5的28、27、26和25脚；集成电路U5直接与中央控制器相连；在中央控制器上连接有键盘(10)和液晶显示器(9)，而微机接口电路集成电路TO上外接有打印机(8)。
2.根据权利要求1所述的全自动天然电场选频物探测量仪，其特征在于中央控制器由单片微机U1、只读存储器U3、电可擦除存储器U4、门电路U2、UlO组成。
专利摘要一种利用天然交变电场勘探地下水文、工程地质等的便携式全自动天然电场选频物探测量仪，采用微机作为中央智能控制器，并配有液晶显示器和打印机，实现了自动控制采集信号的电压增益和选频，可连续自动测量，还可以对采集数据进行存储、现场资料分析、显示和打印输出。本仪器还具有数据掉电保护和电源电压检测等功能。本仪器体积小，耗能低，工作可靠，操作简便，大大提高了工作效率，适合野外使用。
文档编号G01V3/08GK202066978SQ20112004151
公开日2011年12月7日 申请日期2011年2月18日 优先权日2011年2月18日
发明者韩东, 韩荣波 申请人:韩东, 韩荣波