专利名称：分布式微机控制多路电极转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分布式微机控制多路电极转换器，属地球物理勘探中电法勘探专用设备。既适用于高密度电测法;还能做常规电法勘探长测线的大容量数据采集。
本发明是继前一项发明(发明名称微机控制多路电极转换器;专利申请号92113521.1)之后的改型设计。特点是将控制电缆由并行联接改为串行联接，变集中控制法为分布控制法。目的在于精减电缆数量和长度，减轻野外作业劳动强度、提高工作效率;同时又带来可任意增减电极排列数量，控制灵活方便等优点。因而本转换器既适用于高密度电阻率测量，又满足了进行长测线大数据容量的自动采集工作的测量要求;这一特点彻底改革了各种常规电法勘探的传统测量方法，变革了以往单点式或有限点式的电法测量，实现了长测线大数据容量的自动采集测量方法，本转换器就是具有上述特点的电法勘探专用设备。
本装置由带单片微机的主控制器和一套电极转换开关盒组成，其主要技术特征之一是主控制器由单片微处理机CPU控制系统、逻辑控制接口电路、电极转换控制码发生与发送电路等组成;转换开关盒由功率模拟开关组、控制码串并转换电路、及开关驱动电路组成。转换开关盒安放于测线的各个电极旁并与之相联;主控制器接出的一股多芯电缆(内含供电电缆A，B、测量电缆M，N、串行控制码线、开关盒工作电源线)，接入0＃开关盒的输入端，0＃开关盒的输出端又接入1＃开关盒的输入端，1＃开关盒的输出端再联到2＃开关盒的输入端，依次类推形成一条串行控制的数据采集链。
本转换器的主控制器采用单片微机做主控部件，工作模式以及各种参数的选择由面板上的“工作模式选择开关”、“极距系数选择拨轮开关”、“电极总数选择拨轮开关”进行设定。本转换器与电测仪主机之间还联接有一股控制电缆，双方采取应答方式进行联络，保证相互之间的同步动作，实现了通道切换和数据采集的自动控制。主控制器在单片微处理机管理之下控制多路电极顺序切换，整机工作的全过程在面板上都有直观而醒目的显示。各种工作模式和操作功能都固化在EPROM程序存储器中，按照面板上所预置的方式和参数选择，系统自动执行相应的程序。测量时每进行一次电极转换动作，CPU就从串行控制口送出一组程控编码，其码位长度等于电极总数的四倍。控制码经多芯电缆逐个移位，由0＃电极转换开关盒向远端开关盒输出，直至控制码全部到位，使每个开关盒都得到四个具有驱动能量的状态控制信号，盒中的电子开关组中的4个功率模拟开关便按程序要求分别接通或断开，结果是测线中的4个功率模拟开关便按程序要求分别接通或断开，结果是测线中的电极按既定规律接通四个，并分别联到供电电缆A.B.和测量电缆M.N.上，而其他电极全处于断开状态。
本转换器具有7种工作模式，即等极距测深模式、对数极距测深模式、温纳四极模式、偶极-偶极模式、微分模式、联合剖面模式、中间梯度模式。工作模式的选择由面板上模式选择开关来设定。CPU通过工作模式输入电路来读入该设定并判断，再跳转到相应的程序段去执行转换。
本发明主要特征之二是可灵活选择测量电极的总数(P)，由面板上的“电极总数选择拨轮开关”进行设定(现最大排列暂定为P＝120)，CPU通过“电极总数输入电路”来读入该设定，然后计算出每次电极转换所需的控制码位长度。从而实现了测量电极可灵活选择的功能效果。
极距系数的选择由面板上的“极距系数拨轮开关”来进行设定，CPU通过“极距系数输入电路”来读入该设定。所谓极距系数则是确定极距间隔大小的一个因子(用N来表示)，比如说，N＝1时为最小极距等于相邻两电极的距离，N＝2时，极距是N＝1的两倍，依次类推。
主控制器在送出串行控制码的同时，还给出被接通电极通道号的指示信号，通过指示驱动电路使得面板上相应电极号的发光二极管闪亮，以指示串联于测量电极排列中的各开关盒的通断工作状态。
该机包含有整机硬件的监控管理程序、7种模式的电极转换程序。温纳四极方式下，所接通的四个电极其排序为“A.M.N.B.”，电极间隔是N个极距(N＝1～16)。偶极-偶极方式下，电极排序为“A.B.M.N.”;微分方式电极排序为“A.M.B.N.”;联合剖面方式电极排序为“A.M.N....B”或“A....M.N.B”，(把B.或A.固定于无穷远点即大于全电极测线排列总长三倍的远处)。中间梯度测量方式电极排序为“A，M，N，B”，但供电电极A，B是固定在测线排列的两端，而测量电极M，N则按一定极距系数在测线上逐步移动。上述各方式，每步的转换动作都是同向移动接通电极。等极距测深方式及对数极距测深方式，测量是从测线的中心位置开始，电极排序为“A.M.N.B.”，每步将A.M.以及N.B.分别向两侧以等极距或对数关系拉开。总之，在每种模式中每次转换只能将测线中全部电极的其中4个电极分别接通到A.B.M.N四个公共母线输入端，每个电极都具有4种可能的接通状态，在一步转换中CPU必须给出的状态控制码位是4×P，对于每一给定的N值，完成电极全排列的一次扫描测量需作(4×P-3×N)步电极转换，当N＝1变换到N＝16时，微机需给出∑(4×P-3×N)个控制码位，7种工作模式，共给出7×∑(4×P-3×N)个控制码位。
本转换器的优点效果及用途1.电极转换的执能部件采用功率模拟开关组，使得转换器工作速度提高，每步换道动作时间等于毫秒量级，触点导通电阻小，无机械磨损问题，整机工艺结构简化。
2.本转换器采用单片微处理机作主控，能适应多种工作模式的转换规律，增加了系统功能扩展的潜力，工作安全可靠。
3.本转换器采用主控制器和电极转换开关组分离式结构和分布式的控制方式，可节省联接电缆，减轻了野外布线跑极劳动强度，提高了工作效率。
4.本转换器增加了电极总数选择功能，测量更灵活方便，不但适用高密度电阻率测量，而且能推广应用于各种常规电法进行长测线多电极排列的测量，适应了地球物理勘探测量方法的发展需要。
本设备主要应用于地球物理勘探技术领域。
附图的图面说明
图1.分布式微机控制多路电极转换器面板示意图。
图2.本转换器系统中的主控制器电路原理框图。
图3.本转换器系统中的电极转换开关盒电路原理框图。
图4.分布式微机控制多路电极转换控制器应用示意图。
图4a.分布式转换开关盒(DS)联线示意图。
图4b.转换开关盒之间的联接电缆。
本发明的具体结构，由以下实施例结合附图作进一步描述。
见图1.所示的主控制器面板示意图。图中的(1)为本机电源开关。(2)为整机总复位按钮，用作系统初始化之用。(3)为三位拨轮开关用作选择电极排列总数(P)。(4)为二位拨轮开关用作选择极距系数(N＝1～16).(5)为工作模式选择开关共有8个位置第一档位是闲置待机档、然后依次为测深1(等极距测深)、测深2(对数极距测深)、温纳四极、偶极-偶极、微分;联合剖面、中间梯度。工作模式选择开关(5)的设置，视勘探方法需要而定。(6)为本机充电电源插头座。(7)为与电测仪主机之间的同步控制电缆插头座。(8)为测量电缆MN联接插头座，(9)为供电电缆AB联接插头座，这三股电缆都与电测主机相联。(10)为电极转换串行控制码发送电缆插头座。(11)所示的是120个电极联接状态指示灯。图中带方括号的数字，如
、[5]、[115]等表示各指示灯的序号，即相当于测线上各电极的序号，(从0＃电极到119＃电极)。
全系统分主控制器和电极转换开关盒两部分组成，其电路原理框图分别见图2.和图3.所示。
图2.的(12)是指示灯电路，以便操作员在面板上直接监视电测进行过程中各电极的接通与断开情况;(13)为译码驱动电路，它根据CPU发出的电极转换控制码进行译码以控制各指示灯的亮与灭;(14)是逻辑控制接口电路;(15)是微机系统的数据、地址、控制三总线;(16)为电极总数输入电路;(17)为工作模式输入电路;(18)是极距系数N输入电路;当N＝00时，即为全极距自动扫描测量(N依次＝1，2，3...直到16，自动循环变换);如果0＜N≤16，则只按该给定的极距间隔进行电极转换;如果N＞16，则作其他特殊功能处理。(19)为微机中央处理单元CPU;(20)为程序存储器EPROM，固化着监控、监测、及测量等功能程序;(21)为与电测主机进行联络的接口电路。CPU通过该电路向电测仪主机发出“正在转换电极”和“电极转换完毕”的信号，CPU又从该接口电路读入电测仪送来的“正在采集”和“采集完毕”的信号，达到整个系统“电极转换”和“数据采集”动作的正常同步关系。(22)为电极转换控制码发生电路，CPU根据操作员所设定的各种工作参数，经过运算处理给出电极转换的每一步所必须给出的控制码;(23)是控制码发送与驱动电路，将控制码变换成串行码方式发送到串行联接于测线排列上的各个转换开关盒中。在主控制器送出的串行控制码的作用之下，按要求一步步将测线上某四个电极分别接通到A，B，M，N母线上。
图3.所示为电极转换开关盒的电路原理框图。此图的左侧虚线外的部分表示开关盒输入插头座包含的芯线内容，其中(24)为供电电缆A，B，和测量电缆M，N;(25)为电极转换串行控制码输入线;(26)为串行码传输时钟信号线;(27)是提供开关盒的工作电源(±12V和+5V);此图右侧虚线外的部分表示开关盒输出插头座所包含的芯线内容;其中的(28)是连接测量电极的引线端子，其余的芯线都与输入插头座一一对应;图中两虚线之间是转换开关盒的电路部分，(29)是功率模拟开关组，由4个模拟开关并接组合而成，4个开关的并联端接至外电极，而它们的另一端分别联到A，B，M，N，母线的其中一条上;(30)为模拟开关通断控制信号的驱动电路，其输出分别联到4个模拟开关的控制端;(31)是电极转换控制码串并转换电路;(32)是时钟信号驱动电路。
采用本发明的电测系统在野外实际测量时的系统联接示意图见图4。(33)表示电测仪主机，它与本转换器的主控制器(34)之间的联接电缆共三条AB电缆(35);MN电缆(36);控制电缆(37)。主控制器与电极转换开关盒之间的联接是一股多芯电缆(38)，其中包括供电电缆A，B、测量电缆M，N、以及电极转换串行控制信号线、移位时钟信号线、开关盒电路低压工作电源(±12V;+5V)，一共有十芯。该电缆从主控制器的面板引出，接至测线排列上离主控制器最近的0＃电极转换开关盒(39)的输入插头座，0＃电极转换开关盒的输出插头座又用一根十芯电缆联至1＃电极转换开关盒的输入插头座上，依此类推，将全测线上的所有电极转换开关盒都串接成链。各开关盒都引出一根导线与相应编号的测量电极(40)连接。视不同的勘探要求，采用的电极可以是金属电极，或者是不极化电极。
图4a.详细描述了转换开关盒在实际应用时的连接关系。图中，(41)所示为开关盒;(42)是十芯连接电缆;(43)是开关盒的输入插头座;(44)是开关盒的输出插头座;(45)是电极引线端子;(46)是测量排列上的电极，电极上焊接了一短导线(47)，与开关盒上的电极引线端子(45)相联接。
图4b.描述的是转换开关盒之间的联接电缆。图中，(48)是一股十芯电缆，它的一端联接着上一个转换开关盒的输出插头座(49)，另一端则联接着下一个转换开关盒的输入插头座(50)。
这是单个转换开关盒串接电缆方式，可灵活增减电极个数。另外还提供一种以若干电极为一单元的组合电缆(比如10个电极为基本组合单元)，即把10个转换开关盒固定串接在一条电缆上，此电缆两端各有插头与另一条组合电缆相互连接，这一多盒组合电缆方式简化和加速了现场的电缆布设工作。
工作时，视勘探方法要求，通过工作模式开关选择测量方式，并配合拨轮开关，确定极距变换系数N，和测量电极总数P，然后按复位键，就可启动本转换器展开工作。各种测量方式，均可以在面板的显示器上直观地观察测量全过程。
权利要求
1.分布式微机控制多路电极转换器，既适用于高密度电测法，还能做常规电法勘探长测线的数据采集。属地球物理勘探中电法勘探专用设备；本装置采用分离式结构，由带单片微机的主控制器和一套电极转换开关盒组成；特别是控制电缆为串行联接方式，采用分布式控制法；主控制器由单片微处理机CPU控制系统、逻辑控制接口电路、电极转换控制码发生与发送电路等组成；转换开关盒由功率模拟开关组、控制码串并转换电路、及开关驱动电路组成；其特征是a.本转换器的主控制器(34)采用单片微机做主控部件，各种工作模式和操作功能都固化在EPROM(20)程序存储器中，按照面板上所预置的工作模式、极距系数N、电极总数P，系统自动执行相应的电极转换程序；测量时每进行一次电极转换动作，CPU(19)经运算处理由控制码发生电路(22)产生一组程控编码，其码位长度等于电极总数的四倍，该控制码经发送与驱动电路(23)驱动后，输出至多芯电缆(38)逐个移位由0#电极转换开关盒(39)向远端开关盒输出，直至控制码全部到位使每个开关盒都得到四个具有驱动能量的状态控制信号，盒中的电子开关组中的4个功率模拟开关(29)按程序要求分别接通或断开，结果是测线排列中的电极(40)按既定规律接通四个，并分别联到供电电缆A.B.(9)和测量电缆M.N.(8)上，而其他电极全处于断开状态；b.电极转换开关盒(39)中有一个由4个模拟开关(29)并接组合而成的功率模拟开关组，4个开关的并联端接至外电极(28)，而它们的另一端分别联到A，B，M，N，(24)四条母线的其中一条上，主控制器经串行电缆传送的串行码(25)，进入串并转换器(31)，在时钟信号(26)的作用下，得到4位控制码，经驱动电路(30)后分别送到4个模拟开关的控制端，使盒中的开关组按程序要求分别接通或断开，实现了各种工作模式下不同的开关联接阵列；c.本转换器具有7种工作模式，即等极距测深模式，对数极距测深模式、温纳四极模式、偶极-偶极模式、微分模式、联合剖面模式、中间梯度模式。模式的选择由面板上模式选择开关(5)来设定。CPU通过工作模式输入电路(17)来读入该设定并判断，再跳转到相应的程序段去执行转换；d.测量电极的总数(P)，由面板上“电极总数选择拨轮开关”(3)设定(现最大排列暂定为P=120)，CPU通过“电极总数输入电路”(16)来读入该设定，然后计算出每次电极转换所需的控制码位长度。从而实现了测量电极可灵活选择的功能效果；e.极距系数的选择由面板上的“极距系数拨轮开关”(4)来设定，CPU通过“极距系数输入电路”(18)来读入该设定。所谓极距系数则是确定极距间隔大小的一个因子(用N来表示)，比如说，N=1时为最小极距等于相邻两电极的距离，N=2时，极距是N=1的两倍，依次类推；f.本转换器采用主控制器和电极转换开关分离式结构，转换开关盒安放于测线的各个电极旁并与之相联，主控制器接出的一股多芯电缆(内含供电电缆A，B，、测量电缆M，N、串行控制码信号线、开关盒工作电源线)，首先接入0#开关盒的输入端，再由0#开关盒的输出端接入到1#开关盒输入端，依次类推形成一条串行控制的数据采集链；
2.根据权利要求1所述的转换器，其特征是本转换器包含有整机硬件的监控管理程序、7种模式的电极转换程序;在测量中，对于每一种工作模式的每一步转换动作只能将电极全排列中的4个电极分别接通到A.B.M.N四个公共母线输入端，每个电极都具有4种可能的接通状态，在一步转换中CPU必须给出的状态控制码位是4×P，对于每一给定的N值，完成电极全排列的一次扫描测量需作(4×P-3×N)步电极转换，当N＝1变换到N＝16微机需给出∑(4×P-3×N)个控制码位，对于7种工作模式，共需给出7×∑(4×P-3×N)个控制码位;
3.根据权利要求1所述的转换器，其特征是主控制器在送出串行控制码的同时，还给出被接通电极通道号的指示信号，通过指示驱动电路使得面板上相应电极号的发光二极管闪亮;
4.根据权利要求1和2所述的转换器，其特征是CPU通过主机接口电路(21)向电测仪主机发出“正在转换电极”和“电极转换完毕”的信号，CPU又从该接口电路读入电测仪送来的“正在采集”和“采集完毕”的信号，达到整个系统“电极转换”和“数据采集”动作的正常同步关系。
5.根据权利要求1和2所述的转换器，其特征是测量电极的排列总数可灵活增减，因而本发明既适用于高密度电阻率测量，又满足了完成长测线大数据容量的自动采集工作的测量要求，这一特点彻底改革了各种常规电法勘探的传统测量方法，变革了以往单点式或有限点式的电法测量，实现了长测线的大数据容量的自动采集测量方法，视各种勘探方法的不同要求，测量电极可采用金属电极或是不极化电极。本转换器就是具有上述特点的电法勘探专用设备。
6.根据权利要求1和2所述的转换器，其特征是测线上的串接电缆可采用单个转换开关盒的串接电缆方式，以灵活增减电极个数。另外还提供一种以若干个电极为一单元的组合电缆(比如10个电极为基本组合单元)，即把10个转换开关盒固定串接在一条电缆上，此电缆两端各有插头与另一条组合电缆相互连接，这一多盒组合电缆方式简化和加速了现场的电缆布设工作。
全文摘要
分布式微机控制多路电极转换器，属地球物理电法勘探专用设备。特点是采用分离式结构、串行电缆和分布控制法，所需电缆少，增减电极灵活。带单片微机的主控制器送出程控编码，由串行电缆顺序送往各开关盒，控制电子开关组，将测线上的电极按七种模式转换到电测仪主机的供电和测量电缆上，既能作高密度电阻率测量，又可做常规电法勘探长测线的数据采集。
文档编号G05B15/02GK1090936SQ9310783
公开日1994年8月17日 申请日期1993年7月7日 优先权日1993年7月7日
发明者李志武, 周燕云 申请人:地质矿产部机械电子研究所