一种四维电阻率成像系统同步装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种四维电阻率成像系统同步装置，它包括系统主机同步装置、发射机同步装置和电测子站同步装置，以ARM7数字处理器为核心控制，并接收GPS接收机输出的国际标准时秒脉冲信号，实现系统主机控制发射机在供电后多个电测子站的同步采集。同步装置由主机、发射机和电测子站上的ARM7控制器通过串口控制GPS接收机接收秒脉冲信号，并与计数器相连形成同步秒信号。同时主机的ARM7处理器通过定时器控制发射机的正负供电方时间，并向电测子站发送电阻率采集指令，保证系统实现供电N秒（可通过主机自行设定）后，各电测子站同步采样。提高了电测装置的采集数据的一致性和可靠性。
【专利说明】一种四维电阻率成像系统同步装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于地球物理勘探【技术领域】，涉及一种四维电阻率成像系统同步装置。
【背景技术】
[0002]电阻率成像技术的研究随着科学的发展和找矿的需要日臻完善，已从第一代发展到第四代。当前，电阻率采集系统以串行方式进行数据采集，数据传输与存储由主机完成，典型系统可分为集中式和分布式。第一至第三代电阻率成像仪器基本采用集中式，即将几十根电极通过多芯电缆连接到一个转换箱上，转换箱再根据需要选择电极进行测量。进入二十一世纪，出现了多通道的分布式高密度电阻率仪器。
[0003]电阻率成像技术是自然地质灾害和地下污染物勘查的有效技术手段之一。但现有的二维和三维电阻率成像系统因同步管理电极数量少，难以在自然地质灾害预测和地下污染物勘查过程中提供及时、准确的地下目标体电性信息的变化，使电阻率法勘探在该领域发挥的作用受到限制。因此，开发能对地下目标体电性数据的实时、大面积、准确测量的四维电阻率成像技术已成为电阻率成像仪器的主要发展方向。
[0004]传统电法仪器采用高精度恒温石英晶体振荡器提供高精度时钟，但在实际应用中受场地、距离等条件限制，而且晶体振荡器会有时间累积误差，而利用GPS的高精度时钟和秒脉冲信号，可以很好地解决时间同步问题，无时间累积误差，可以应用于四维电阻率采集系统中，使其成为自然地质灾害预测和地下污染物勘查的有效技术手段。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的就是提供一种能满足四维电阻率成像系统中系统主机、发射机和电子子站实现同步的四维电阻率成像系统同步装置。
[0006]本实用新型四维电阻率成像系统，如图1所示，由主机、发射机、电测子站和智能电极组成。其中，主机通过电缆控制发射机的正向供高压电、停止供电和负向供高压电三种状态转换；主机通过CAN总线与各电测子站相连控制各电测子站采集和传输数据；发射机通过供电电缆与子站相连并连接到各智能电极上，主机通过电测子站的485总线控制各智能电极的供电电极和测量电极两种状态切换。整个系统的时序图如图5所示。
[0007]本实用新型技术方案:一种四维电阻率成像系统同步装置，包括系统主机同步装置、发射机同步装置和电测子站同步装置，所述系统主机同步装置为:主机GPS接收机Ul的信号通过输出端两个引脚1、2号连接主机ARM7处理器U2的两个串行接口 75、76号引脚，将UTC时间信息输入主机ARM7处理器U2 ;主机ARM7处理器U2的四个GPIO 口 4、5、6、8号引脚连接主机计数器U4的输入端四个引脚1、9、10、15号，主机计数器U4的四个输出引脚
2、3、6、7号分别连接电测子站ARM7处理器U6的四个GPIO 口 23、25、32、33号引脚和发射机ARM7处理器U8的四个GPIO 口 23、25、32、33号引脚，当主机计数器U4计数减到O时，则发出一个起始脉冲电平控制电测子站ARM7处理器U6、发射机ARM7处理器U8开始工作。通信模块U7的两个引脚3、4号连接主机ARM7处理器U2的两个引脚64、66号，通信模块U7的另两个引脚6、7号连接电测子站ARM7处理器U2的两个引脚64、66号，电测子站ARM7处理器U6和主机ARM7处理器U2之间通过通信模块U7实现数据传输。同时主机ARM7处理器U2通过GPIO 口连接液晶屏U5、键盘U9等外设模块。
[0008]优选:所述发射机同步装置，发射机ARM7处理器U8的两个引脚6、7号与主机ARM7处理器U2的两个引脚64、66号连接，发射机ARM7处理器U8接收到主机ARM7处理器U2传输的供电指令后，通过发射机GPS接收机UlO输出端1、2号连接发射机ARM7处理器U8的两个串行接口 75、76号引脚输入UTC时间信息，发射机ARM7处理器U8的四个GPIO 口 4、5、6、8号引脚连接发射机计数器U12输入端的四个引脚1、9、10、15号，发射机计数器U12的四个输出引脚2、3、6、7号一路连接主机ARM7处理器U2的四个GPIO 口 23、25、32、33号引脚，控制发射机处理器U8开始供电，另一路与正向高压模块U13和负向高压模块U14相连。根据预设的时间参数，实现正向供电、断电和反向供电之间的切换。
[0009]所述电测子站同步装置，电测子站ARM7处理器U6和主机ARM7处理器U2之间通过通信模块U7实现数据传输，当电测子站ARM7处理器U6接收到主机ARM7处理器U2发送的采集命令后，电测子站GPS接收机U15输出端1、2连接电测子站ARM7处理器U6的两个串行接口 75、76号引脚输入UTC时间信息，电测子站ARM7处理器U6的四个GPIO 口 4、5、6、8号引脚连接电测子站计数器U17的输入端四个引脚1、9、10、15号，电测子站计数器1117的四个输出引脚2、3、6、7号连接模数转换器U18和电极控制器U19，电测子站ARM7处理器U6的一个引脚23号连接模数转换器U18的一个引脚29号。
[0010]当电测子站计数器U17计数减到O时，开始采集电位信号，电测子站ARM7处理器U6的两个引脚64、66号连接通信模块U7的两个引脚6、7号，通信模块U7的另外两个引脚3、4号连接主机ARM7处理器U2的两个引脚64、66号。电测子站ARM7处理器U6和主机ARM7处理器U2之间通过通信模块U7实现数据传输。
[0011]本实用新型系统同步方法，采用主机同步装置、发射机同步装置和电测子站同步装置，以ARM7数字处理器为核心控制，并接收GPS接收机输出的国际标准时秒脉冲信号，实现各部分之间的同步。
[0012]优选:
[0013](I)主机同步装置的主机GPS接收机Ul输出的UTC时间信息输入主机ARM7处理器U2，主机ARM7处理器U2通过主机计数器U4控制电测子站ARM7处理器U6、智能电极和发射机ARM7处理器U8工作状态，并通过通信模块U7实现与电测子站ARM7处理器U6之间的数据传输；
[0014](2)发射机同步装置接收到主机ARM7处理器U2传输的供电指令后，接收发射机GPS接收机UlO输出的UTC时间信息，并根据预设的时间参数实现正向供电、断电和反向供电之间的切换；
[0015](3)电测子站同步装置接收到主机ARM7处理器U2传输的采集命令后，接收电测子站GPS接收机U15输出的UTC时间信息，并开始采集电位信号，采集完成后通过通信模块U7完成与主机ARM7处理器U2之间的数据传输。
[0016]进一步优选:主机通过CAN总线与各电测子站相连控制各电测子站采集和传输数据；发射机通过供电电缆与子站相连并连接到各智能电极上，主机通过电测子站的485总线控制各智能电极的供电电极和测量电极两种状态切换:
[0017]①首先由主机向发射机和电测子站的ARM7处理器发送接收GPS时间指令；
[0018]@然后主机向发射机发送正向供电指令，并控制第一台电测子站I所连接的第一
台第一个智能电极1-1转换为供电模式；通过供电电缆与发射机相连，向大地供正向800伏以上局压电；
[0019]@同时向所有电测子站发送采集指令，其余智能电极转换为测量模式，测量大地电位；
[0020]@经过某一时间Tl后，主机向各所有电测子站发送传输数据指令，所有电测子站
电测子站通过GPS接收机发送的标准时秒脉冲定时，并将采集到的数据传输回主机，主机确认接收完毕所有电测子站的数据后，向发射机发送停止供电指令；经过5±1秒时间T2后，主机向发射机发送反向供电指令；
[0021]義重复上述过程直至发射机停止供电，完成第一台第一个智能电极1-1转换供电的采集过程；
[0022]?通过主机控制，采用上述电极逐个单点供电，其余电极测量其余电极测量的全
采集过程，完成各智能电极1-2、1-3……16-16转换供电的采集过程，即实现了四维电阻率成像系统的同步测量。
[0023]本实用新型以ARM7数字处理器为核心控制，并接收GPS接收机输出的国际标准时秒脉冲信号，实现系统主机控制发射机在供电后多个电测子站的同步采集。同步装置由主机、发射机和电测子站上的ARM7控制器通过串口控制GPS接收机接收秒脉冲信号，并与计数器相连形成同步秒信号。同时主机的ARM7处理器通过定时器控制发射机的正负供电方时间，并向电测子站发送电阻率采集指令，保证系统实现供电N秒(可通过主机自行设定)后，各电测子站同步采样。提高了电测装置的采集数据的一致性和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型四维电阻率成像系统结构示图。
[0025]图2为本实用新型实施例中主机部分同步装置示意图。
[0026]图3为本实用新型实施例中发射机部分同步装置示意图。
[0027]图4为本实用新型实施例中电测子站部分同步装置示意图。
[0028]图5为本实用新型实施例中采集过程时序图。
【具体实施方式】
[0029]下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。因此，本实用新型的范围并不限于下述实施例。
[0030]实施例1:
[0031]结合附图对实例I作进一步说明:
[0032]图1中，以I台主机控制I台发射机和16个电测子站，每个子站连接16个智能电极为例。主机通过电缆控制发射机的正向供高压电、停止供电和负向供高压电三种状态转换；主机通过CAN总线与各电测子站相连控制各电测子站采集和传输数据；发射机通过供电电缆与子站相连并连接到各智能电极上，主机通过电测子站的485总线控制各智能电极的供电电极和测量电极两种状态切换。实现1-1号电极供电，其余电极测量；1_2号电极供电；……16-16号电极供电，其余电极测量其余电极测量的全采集过程。
[0033]图2中，四维电阻率成像系统同步装置，包括系统主机同步装置、发射机同步装置和电测子站同步装置，各部分的ARM7数字处理器控制GPS接收器，输出与国际标准时(UTC )误差〈I Us的秒脉冲，通过的串口读取输出的UTC时间信息，其格式为时分秒(hhmmss)。并把这一数据送到计数器当中，同时对经同步的秒信号开始计数，一旦当计数器减到O时，则逻辑单元发出一个起始脉冲电平，控制各部分开始工作。如果出现GPS短时失步、卫星信号调整、天线干扰等导致时钟信号失真时，即接收不到I pps秒脉冲和UTC时间，可以由高精度晶振U3产生同步于I pps秒脉冲的IH z信号代替。
[0034]主机GPS接收机Ul的信号通过输出端两个引脚1、2号连接主机ARM7处理器U2的两个串行接口 75、76号引脚，将UTC时间信息输入主机ARM7处理器U2 ;主机ARM7处理器U2的四个GPIO 口 4、5、 6、8号引脚连接主机计数器U4的输入端四个引脚1、9、10、15号，主机计数器U4的四个输出引脚2、3、6、7号分别连接电测子站ARM7处理器U6的四个GPIOP 23、25、32、33号引脚和发射机ARM7处理器U8的四个GPIO P 23、25、32、33号引脚，当主机计数器U4计数减到O时，则发出一个起始脉冲电平控制电测子站ARM7处理器U6、发射机ARM7处理器U8开始工作。通信模块U7的两个引脚3、4号连接主机ARM7处理器U2的两个引脚64、66号，通信模块U7的另两个引脚6、7号连接电测子站ARM7处理器U2的两个弓丨脚64,66号，电测子站ARM7处理器U6和主机ARM7处理器U2之间通过通信模块U7实现数据传输。同时主机ARM7处理器U2通过GPIO 口连接液晶屏U5、键盘U9等外设模块。
[0035]图3中，发射机ARM7处理器U8的两个引脚6、7号与主机ARM7处理器U2的两个引脚64、66号连接，发射机ARM7处理器U8接收到主机ARM7处理器U2传输的供电指令后，通过发射机GPS接收机UlO输出端1、2号连接发射机ARM7处理器U8的两个串行接口 75、76号引脚输入UTC时间信息，发射机ARM7处理器U8的四个GPIO 口 4、5、6、8号引脚连接发射机计数器U12输入端的四个引脚1、9、10、15号，发射机计数器U12的四个输出引脚2、3、
6、7号一路连接主机ARM7处理器U2的四个GPIO 口 23、25、32、33号引脚，控制发射机处理器U8开始供电，另一路与正向高压模块U13和负向高压模块U14相连。根据预设的时间参数，实现正向供电、断电和反向供电之间的切换。
[0036]图4中，电测子站ARM7处理器U6和主机ARM7处理器U2之间通过通信模块U7实现数据传输，当电测子站ARM7处理器U6接收到主机ARM7处理器U2发送的采集命令后，电测子站GPS接收机U15输出端1、2连接电测子站ARM7处理器U6的两个串行接口 75、76号弓丨脚输入UTC时间信息，电测子站ARM7处理器U6的四个GPIO 口 4、5、6、8号引脚连接电测子站计数器U17的输入端四个引脚1、9、10、15号，电测子站计数器U17的四个输出引脚2、
3、6、7号连接模数转换器U18和电极控制器U19，电测子站ARM7处理器U6的一个引脚23号连接模数转换器U18的一个引脚29号。
[0037]当电测子站计数器U17计数减到O时，开始采集电位信号，电测子站ARM7处理器U6的两个引脚64、66号连接通信模块U7的两个引脚6、7号，通信模块U7的另外两个引脚
3、4号连接主机ARM7处理器U2的两个引脚64、66号。电测子站ARM7处理器U6和主机ARM7处理器U2之间通过通信模块U7实现数据传输。
[0038]所述器件优选为:ARM7处理器采用LPC2290，计数器采用74HC193，晶振采用TDK-0SC40MHZ, GPS接收机的GPS模块采用GD-730，通信模块采用CTM8251。
[0039]结合附图1和5，四维电阻率成像系统同步方法:主机通过CAN总线与各电测子站相连控制各电测子站采集和传输数据；发射机通过供电电缆与子站相连并连接到各智能电极上，主机通过电测子站的485总线控制各智能电极的供电电极和测量电极两种状态切换:
[0040]?首先由主机向发射机和电测子站的ARM7处理器发送接收GPS时间指令；
[0041]@然后主机向发射机发送正向供电指令，并控制第一台电测子站I所连接的第一
台第一个智能电极1-1转换为供电模式；通过供电电缆与发射机相连，向大地供正向800伏以上局压电；
[0042]@同时向所有电测子站发送采集指令，其余智能电极转换为测量模式，测量大地电位；
[0043]?经过某一时间Tl后，主机向各所有电测子站发送传输数据指令，所有电测子站
电测子站通过GPS接收机发送的标准时秒脉冲(如:120305表示为12时03分05秒)定时，并将采集到的数据传输回主机，主机确认接收完毕所有电测子站的数据后，向发射机发送停止供电指令；经过5±1秒时间T2后，主机向发射机发送反向供电指令；
[0044]翁重复上述过程直至发射机停止供电，完成第一台第一个智能电极1-1转换供电的采集过程；
[0045]@通过主机控制，采用上述电极逐个单点供电，其余电极测量其余电极测量的全
采集过程，完成各智能电极1-2、1-3……16-16转换供电的 采集过程，即实现了四维电阻率成像系统的同步测量。
【权利要求】
1.一种四维电阻率成像系统同步装置，它包括系统主机同步装置、发射机同步装置和电测子站同步装置，其特征在于，所述系统主机同步装置为:主机GPS接收机Ul通过输出端两个引脚1、2连接主机ARM7处理器U2的两个串行接口 75、76，将UTC时间信息输入主机ARM7处理器U2 ;主机ARM7处理器U2的四个GPIO 口 4、5、6、8连接主机计数器U4的输入端四个引脚1、9、10、15，主机计数器U4的四个输出引脚2、3、6、7分别连接电测子站ARM7处理器U6的四个GPIO P 23、25、32、33和发射机ARM7处理器U8的四个GPIO P 23、25、32、33 ；通信模块U7的两个引脚3、4连接主机ARM7处理器U2的两个引脚64、66，通信模块U7的另两个引脚6、7连接电测子站ARM7处理器U6的两个引脚64、66，电测子站ARM7处理器U6和主机ARM7处理器U2之间通过通信模块U7实现数据传输。
2.根据权利要求1所述的四维电阻率成像系统同步装置，其特征在于:所述发射机同步装置，发射机ARM7处理器U8的两个引脚6、7与主机ARM7处理器U2的两个引脚64、66连接，发射机GPS接收机UlO输出端1、2连接发射机ARM7处理器U8的两个串行接口 75、76号引脚输入UTC时间信息，发射机ARM7处理器U8的四个GPIO 口 4、5、6、8连接发射机计数器U12输入端的四个引脚1、9、10、15 ;发射机计数器U12的四个输出引脚2、3、6、7 —路连接主机ARM7处理器U2的四个GPIO 口 23、25、32、33，另一路与正向高压模块U13和负向高压模块U14相连。
3.根据权利要求1所述的四维电阻率成像系统同步装置，其特征在于:所述电测子站同步装置，电测子站ARM7处理器U6和主机ARM7处理器U2之间通过通信模块U7实现数据传输，电测子站GPS接收机U15输出端1、2连接电测子站ARM7处理器U6的两个串行接口75,76输入UTC时间信息，电测子站ARM7处理器U6的四个GPIO 口 4、5、6、8号引脚连接电测子站计数器U17的输入端四个引脚1、9、10、15，电测子站计数器U17的四个输出引脚2、3、6、7连接模数转换器U18和电极控制器U19，电测子站ARM7处理器U6的一个引脚23连接模数转换器U18的一个引脚29。
4.根据权利要求3所述的四维电阻率成像系统同步装置，其特征在于:电测子站ARM7处理器U6的两个引脚64、66连接通信模块U7的两个引脚6、7，通信模块U7的另外两个引脚3、4连接主机ARM7处理器U2的两个引脚64、66。
5.根据权利要求1一4任一所述的四维电阻率成像系统同步装置，其特征在于:所述器件优选为:ARM7处理器采用LPC2290，计数器采用74HC193，GPS接收机的GPS模块采用GD-730，通信模块采用CTM8251。
【文档编号】H04L7/04GK203606510SQ201320563528
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】刘庆成, 徐哈宁, 龚育龄, 肖慧, 黎正根, 曾正军, 汤洪志, 邓居智 申请人:东华理工大学