基于无线数据传输的大地电磁探测系统的制作方法

1.本实用新型属于地球物理勘探领域，具体涉及一种基于无线数据传输的大地电磁探测系统。


背景技术：

2.当前应用于公路交通勘察、矿产勘探等领域的大地电磁探测技术，采集系统由上位机、接收主机、供电设备(通常是12v铅酸蓄电池或锂电池)、不极化电极、磁传感器、电极连线和磁传感器连线等组成。其中，不极化电极与接收主机之间通过电极连线(例如铜芯电线)连接，实现接收主机与不极化电极之间的数据传输。磁传感器与接收主机之间通过磁传感器连线实现数据传输。接收主机与上位机之间通过无线wifi连接，实现上位机与接收主机之间的指令下达，数据实时监控，保存数据。其中，上位机可以采用便携式电脑。
3.整套探测系统通过不极化电极采集与地下介质有关的电信号，通过磁传感器采集与地下介质有关的磁信号，根据大地电磁传播理论，计算得到地下介质的电性响应特征。
4.该装置目前存在的问题有：(1)接收主机及配套的供电设备(常见的为12v铅酸蓄电池或锂电池)，重量和体积较大，不便于野外携带和搬运。(2)需要现场布设连接线，遇到地形切割强烈的作业区，耗时耗力，工作效率低。(3)电极连接线增加了接地电阻，降低了电信号的信噪比；磁传感器连线在数据采集过程中晃动引入干扰信号，降低了磁信号的信噪比。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种基于无线数据传输的大地电磁探测系统，可有效解决上述问题。
6.本实用新型采用的技术方案如下：
7.本实用新型提供一种基于无线数据传输的大地电磁探测系统，包括：上位机、电信号采集站和磁信号采集站；
8.沿x方向对称布置第一电信号采集站(ex+)和第二电信号采集站(ex-)；沿y方向对称布置第三电信号采集站(ey+)和第四电信号采集站(ey-)；沿x正方向布置第一磁信号采集站(hx)；沿y正方向布置第二磁信号采集站(hy)；
9.所述第一电信号采集站(ex+)、所述第二电信号采集站(ex-)、所述第三电信号采集站(ey+)、所述第四电信号采集站(ey-)、所述第一磁信号采集站(hx)和所述第二磁信号采集站(hy)，均与所述上位机之间无线通信。
10.优选的，每个电信号采集站包括电极以及电信号采集主板；所述电极和所述电信号采集主板连接；
11.每个磁信号采集站包括磁传感器以及磁信号采集主板；所述磁传感器和所述磁信号采集主板连接。
12.优选的，所述电极与所述电信号采集主板为分体结构或一体式结构；
13.所述磁传感器与所述磁信号采集主板为分体结构或一体式结构。
14.优选的，所述电信号采集主板和所述磁信号采集主板的结构相同，均包括：微处理器mpu、供电模块、数据存储模块、通信模块、时钟模块和接口模块；所述微处理器mpu分别与所述供电模块、所述数据存储模块、所述通信模块、所述时钟模块和所述接口模块连接；所述mpu直接与电极或磁传感器连接。
15.本实用新型提供的基于无线数据传输的大地电磁探测系统具有以下优点：
16.(1)与传统的大地电磁探测系统相比，本实用新型设计的探测系统省去了体积和重量较大的12v电源和接收主机，实现了野外设备的便携化，易于搬运。
17.(2)将电极和磁传感器升级改进成为电信号采集站和磁信号采集站，与上位机之间实现无线数据传输，省去了野外布线的过程，提高了工作效率。
18.(3)省去主机与电极/磁传感器之间的连接线后，消除了电极连接线带来的接地电阻增大的影响，消除了磁传感器连接线晃动引入的磁干扰信号，进而从电/磁信号两方面提高了数据的信噪比，进而使得最终结果更能反映实际地质情况。
19.(4)进一步的，本实用新型设计的探测系统，在射频有效通讯范围内，还可以实现一台上位机控制多套系统(一套系统包含四个方位的电信号采集站和两个方位的磁信号采集站，采集中间点位的数据)，进而达到多点同时采集的目的，更大程度的提高工作效率。
附图说明
20.图1为本实用新型提供的基于无线数据传输的大地电磁探测系统的整体结构示意图；
21.图2为本实用新型提供的电信号采集站或磁信号采集站的内部原理图。
具体实施方式
22.为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
23.本实用新型对传统的大地电磁探测设备进行改进，解决现有技术存在的三个问题，使得野外探测设备简单便携，提高了工作效率和数据信噪比。
24.如图1所示，本实用新型采用由上位机、电信号采集站、磁信号采集站组成的大地电磁探测系统。
25.具体的，沿x方向对称布置第一电信号采集站ex+和第二电信号采集站ex-；沿y方向对称布置第三电信号采集站ey+和第四电信号采集站ey-；沿x正方向布置第一磁信号采集站hx；沿y正方向布置第二磁信号采集站hy；
26.第一电信号采集站ex+、第二电信号采集站ex-、第三电信号采集站ey+、第四电信号采集站ey-、第一磁信号采集站hx和第二磁信号采集站hy，均与上位机之间无线通信。
27.其中，每个电信号采集站包括电极以及电信号采集主板；电极和电信号采集主板连接；
28.每个磁信号采集站包括磁传感器以及磁信号采集主板；所述磁传感器和所述磁信号采集主板连接。
29.所述电极与所述电信号采集主板为分体结构或一体式结构；所述磁传感器与所述磁信号采集主板为分体结构或一体式结构。
30.采用一体式结构，具有安装施工简单，省去现场接线的优点；采用分体结构，电信号采集主板和电极之间、磁信号采集主板和磁传感器之间具有搭配灵活的优点。
31.参考图2，电信号采集主板和磁信号采集主板的结构相同，均包括：微处理器mpu、供电模块、数据存储模块、通信模块、时钟模块和接口模块；所述微处理器mpu分别与所述供电模块、所述数据存储模块、所述通信模块、所述时钟模块和所述接口模块连接；所述mpu直接与电极或磁传感器连接。
32.1、电极、磁传感器升级改造
33.本技术中，电极改造为电极和电信号采集站。将磁传感器改造为磁传感器和磁信号采集站。
34.电信号采集站和磁信号采集站的内部结构相同，如图2所示，集成微处理器(mpu)、低功耗供电模块、数据存储模块、通信模块、时钟模块、接口模块。通过电/磁信号采集站，实现电/磁信号的采集、模数转换、时间标定、站内存储、上传至上位机等功能。
35.各模块分述如下：
36.(1)电极和磁传感器：
37.电极位于电信号采集站的最下方，即直接接地部分，获取与地下介质有关的电信号。
38.磁传感器位于磁信号采集站的最下方，即直接接地部分，获取与地下介质有关的磁信号。
39.电极获取的电信号，直接与电信号采集站的mpu实现通信，将采集的电信号传至mpu。
40.磁传感器获取的磁信号，直接与磁信号采集站的mpu实现通信，将采集的电信号传至mpu。
41.(2)mpu：采集站的核心模块，将电极或磁传感器采集的电/磁信号进行模数转换等处理，分别与其它模块及电极/磁传感器实现通信，获取相关信息或输出信息到指定的模块。
42.(3)时钟模块：获取采集信号的时间信息，与mpu实现通信，将时间信息传至mpu。
43.(4)低功耗供电模块：采集站内六大模块的能量来源，与mpu实现通信，其它模块通过mpu获取能量。
44.(5)数据存储模块：与mpu通信，实现mpu处理后的数据在采集站内的存储，以方便用户在上位机没有存储数据或者存储失败后，可以通过接口模块将当天的数据从采集站内导出。
45.(6)通信模块：该模块与mpu实现内部通信，通过专用协议通道和外置天线实现与上位机之间的射频通讯，将mpu处理后的数据传回至上位机，同时接收上位机下达的指令，传送至mpu，以供mpu做出判断，执行相应的指令。
46.(7)接口模块：该模块与mpu相连接，利用外接调试程序通过该接口实现采集站程序的调试，通过该接口实现采集站内存储数据的导出等功能。
47.2、上位机
48.上位机采用便携式电脑，集成射频通讯功能，实现与各电信号/磁信号采集站之间的无线通讯，包括下达指令，数据传输。此外对传回的数据实现现场实时监控，发现数据不合格以便现场做出判断、及时采取对应措施，以免造成数据采集完成后，第二天返工的情况出现。上位机可对电信号/磁信号采集站传回的数据进行硬盘保存，以便后续数据处理分析使用。
49.本实用新型设计的探测系统省去了12v供电电源、接收主机及其与电极、磁传感器之间的连接线，系统设备种类减少，尤其是减少了重量和体积较大的12v电池和接收主机，实现了系统设备的简单化，便携化。同时野外现场施工中省去了布线这个步骤，工作效率提高。系统将电极和磁传感器进行升级改造，集成了微处理器(mpu)、低功耗供电模块、数据存储模块、通信模块、时钟模块、接口模块，形成了电信号采集站和磁信号采集站，代替了传统的电极和磁传感器，实现了数据采集、存储以及与上位机之间的无线数据传输，消除了因电极连接线引入的接地电阻增大，消除了因磁传感器连接线晃动引入的磁干扰信号，进而从电、磁信号两方面提高了数据的信噪比。
50.本实用新型提供的基于无线数据传输的大地电磁探测系统具有以下优点：
51.(1)与传统的大地电磁探测系统相比，本实用新型设计的探测系统省去了体积和重量较大的12v电源和接收主机，实现了野外设备的便携化，易于搬运。
52.(2)将电极和磁传感器升级改进成为电信号采集站和磁信号采集站，与上位机之间实现无线数据传输，省去了野外布线的过程，提高了工作效率。
53.(3)省去主机与电极/磁传感器之间的连接线后，消除了电极连接线带来的接地电阻增大的影响，消除了磁传感器连接线晃动引入的磁干扰信号，进而从电/磁信号两方面提高了数据的信噪比，进而使得最终结果更能反映实际地质情况。
54.(4)进一步的，本实用新型设计的探测系统，在射频有效通讯范围内，还可以实现一台上位机控制多套系统(一套系统包含四个方位的电信号采集站和两个方位的磁信号采集站，采集中间点位的数据)，进而达到多点同时采集的目的，更大程度的提高工作效率。
55.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。