一种不锈钢棒电测装置的制作方法

1.本发明涉及欧姆定律测量领域，特别是一种不锈钢棒电测装置。


背景技术：

2.电测技术用于水文、工程、环境等探测方面，它利用介质的电性差异进行探测。
3.常规电测技术通常是由一对金属电极a和金属电极b供电，一对不极化罐m和不极化罐n测量电压信号。金属电极供电后存在较强的极化信号，影响测量结果；测量道数少，工作效率低；高密度电法道数虽然多了，但是一次测量一个排列，测量剖面长度有限。同时，不能用金属电极测量高密度极化率。国外采用不极化罐测量极化率，设备昂贵且笨重。
4.传统电测技术存在测量道数少、排列短、设备笨重、测量速度慢等不足。


技术实现要素：

5.本实用新型技术解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种不锈钢棒电测装置，仅用不锈钢棒电极就可以同时测量电阻率和极化率，可以连续滚动供电测量，形成的剖面可以多达数十公里的长度，特别适合于水文、工程、环境等探测方面；这样，设备造价低、仪器轻便、布线简单、测量参数多、野外施工效率高、适合立体探测、时移测量，追踪立体地质异常随时间的变化规律。
6.本实用新型技术的解决方案：一种不锈钢棒电测装置，包括：单片机系统、供电测量电路、开关控制电路及多组不锈钢棒电极与电缆；单片机系统分别与供电测量电路、开关控制电路通过串行接口双向连接，控制供电、测量与不锈钢棒的连接。单片机系统通过串行接口与开关控制电路通讯控制接通不锈钢棒，单片机系统通过串行接口与供电测量电路通讯，控制供电测量电路供电和数据采集；供电测量电路通过串行接口把测量的数据发送到单片机系统进行处理、显示和存储。
7.单片机系统不断发送控制命令至开关控制电路，使开关控制电路控制多组不锈钢棒移动位置，同时将多组不锈钢棒的移动位置的信息返回至单片机系统；在所述多组不锈钢棒电极移动过程中，供电测量电路根据单片机系统的控制命令逐一测量多组不锈钢棒电极在一定位置的电压、电流，作为测量结果，并将所述测量结果送到单片机系统；单片机系统把测量结果读至其内存进行处理、显示和存储，最后通过计算得到电阻率和极化率。
8.所述不锈钢棒电极不少于8个。
9.所述不锈钢棒电极由不锈钢材料制成，一头为平头，另一头为锥头。
10.为了直接测量地下不同深度的地质状况，将多个不锈钢棒电极制作成空心的，嵌在绝缘杆上；绝缘杆采用环氧树脂杆，绝缘杆上每间隔一定距离嵌一个空心不锈钢电极棒，实现一孔多点测量。
11.所述装置以集中方式或分布方式自控或远程遥控测量；测量多条测线完成立体测量，每隔一定时间后再重复立体测量，完成时移测量，追踪立体地质异常随时间的变化规律。
12.所述每个不锈钢棒电极与不大于30芯的测量电缆通过连接夹连接，连接夹的一端为防滑的带齿的夹子夹住不锈钢棒电极，另一端采用不带齿的夹子夹住电缆。
13.所述开关控制电路包括：第四rs232串行接口电路、微机控制电路、不锈钢棒电极控制电路以及不锈钢棒电极与电缆。开关控制电路通过串口第四rs232接收单片机系统的命令；微机控制电路根据所述命令再发送控制码至不锈钢棒电极控制电路，接通不锈钢棒电极。
14.所述供电测量电路包括：第三rs232串行接口、供电测量控制电路、供电电路、电流采样电路、前放、切换电路、滤波器、da转换器、补偿器、ad转换器以及高压电源。
15.第三rs232串行接口与单片机系统的第一rs232通讯，由供电测量控制电路译码，控制供电电路供电；电流采样电路将电流转换成电压信号；前放将测量信号放大；切换电路分别选通电流信号和电压信号；滤波器滤除干扰信号；经过da转换器和补偿器补偿自然电位后的模拟信号由ad转换器转换成数字信号；再通过第三rs232串行接口与单片机的第一rs232通讯，把数字信号传送给单片机系统进行处理与保存，由显示屏显示测量数据，单片机系统根据测量电压的大小自动调节高压电源输出的大小。
16.所述装置采用wifi与平板电脑连接实现控制；所述装置采用gprs技术，由办公室的计算机远程控制布置在外地的不锈钢棒电测装置供电测量。
17.所述装置还能安装多种监测器，包括水分监测器、水位监测器、孔压监测器、土压监测器、温度监测器和位移监测器，读取水分、水位、孔压、土压、温度和位移物理数据，将数据送到单片机系统进行保存、由显示屏显示数据。
18.本实用新型与现有技术相比的优点在于：
19.(1)本实用新型采用不锈钢棒供电测量，完成国外利用金属电极和不极化罐电极两种电极才能完成的供电测量工作，减轻了野外劳动强度，提高了施工效率。
20.(2)本实用新型每根电缆连接不多于30根不锈钢棒电极。电缆两头引脚对称连接，无固定方向可任意放置多根电缆，后级电缆与前级电缆级联，形成无固定方向任意放置的多道连线方案。由于电缆是无固定方向可任意放置的，在野外布线时任意放置，不管怎么放线都不会接错方向，给野外施工带来了方便，提高了工作效率。
附图说明
21.图1是本实用新型的基本组成框图；
22.图2是本实用新型中开关控制电路组成框图；
23.图3是本实用新型中供电测量电路组成框图；
24.图4是本实用新型中不锈钢棒电极示意图；
25.图5是本实用新型中多个空心不锈钢棒电极套至绝缘杆的示意图；
26.图6是本实用新型中不锈钢棒电极与电缆连接的连接夹示意图；
27.图7是本实用新型中多测线图；
28.图8是本实用新型中总体电路框图。
具体实施方式
29.下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明。
30.如图1、8所示，本实用新型包括：单片机系统、供电测量电路、开关控制电路和多组不锈钢棒电极与电缆；单片机系统分别与供电测量电路、开关控制电路通过rs232串行接口双向连接，控制供电、测量与不锈钢棒的连接。此外，当测量水分、水位、孔压、土压、温度、位移几种物理数据时，连接六种物理参数传感器19，即水分监测器、水位监测器、孔压监测器、土压监测器、温度监测器和位移监测器。
31.单片机系统不断发送控制命令至开关控制电路；开关控制电路根据单片机系统的控制命令一次控制一组四个不锈钢棒移动位置。同时将四个不锈钢棒的位置信息返回送至单片机系统；在不锈钢棒电极移动过程中，供电测量电路根据单片机系统的测量命令逐一测量多组不锈钢棒电极在一定位置的测量参数，测量参数包括电压、电流，将供电测量电路这些测量参数送到单片机系统；单片机系统把测量结果读回其内存进行处理、显示和存储；在供电时测量的电流为i，测量的电压为v，在断电时测量的电压为v2。电阻率与v成正比，与i成反比；极化率与v成反比，与v2成正比，最后通过计算得到电阻率和极化率。
32.不锈钢棒电极供电产生的极化电压影响测量电压的精度，每测量完一个测点后，开关控制电路根据单片机系统的控制命令控制供电电极棒和测量电极棒同时向后移动三个不锈钢棒电极的位置进行下一个测点的供电与测量，供电电极始终是供电电极，测量电极始终是测量电极，供电电极的极化电压就影响不到测量电极，因而使用一种不锈钢棒电极进行供电测量，而不采用不极化罐电极，提高了测量精度，提高了工作效率。
33.如图2、8所示，开关控制电路包括：第四rs232串行接口电路、微机控制电路15、不锈钢棒电极控制电路16及不锈钢棒电极与电缆。开关控制电路通过第四rs232串行接口电路接收单片机系统的命令；微机控制电路15根据所述命令再发送控制码至不锈钢棒电极控制电路16，每个测点测量时一次选通一组，每组四个不锈钢棒电极。
34.微机控制电路15通过第二rs232和第四rs232串行接口电路接收单片机系统的命令控制六种物理参数监测器19读取水分、水位、孔压、土压、温度、位移的物理参数。
35.如图3、8所示，供电测量电路包括：第三rs232串行接口、供电测量控制电路4、供电电路5、电流采样电路6、前放7、切换电路8、滤波器9、da转换器10、补偿器11、ad转换器12和高压电源20。
36.第三rs232串行接口与单片机系统的第一rs232通讯，由供电测量控制电路4译码，控制供电电路5供电；电流采样电路6将电流转换成电压信号；前放7将测量的电压信号放大；切换电路8分别选通电流信号和电压信号；滤波器9滤除干扰信号；经过da转换器10和补偿器11补偿自然电位后的模拟信号由ad转换器12转换成数字信号；再通过第三rs232串行接口与单片机的第一rs2322通讯，把数字信号传送给单片机系统进行处理、保存，由显示屏17显示测量数据。
37.每个测点供电测量时有四个不锈钢棒电极工作，这四个不锈钢棒电极定义为供电电极a、测量电极电极m、测量电极电极n、供电电极b，a电极和b电极成对供电，m电极和n电极成对测量电压。1号测点从第1根电极棒开始，1号电极为a供电，2号电极为m测量电压，3号电极为n测量电压，4号电极为b供电，记做a1、m2、n3、b4。从1号测点开始供电测量，测量完一个测点后四个电极棒同时向后移动三个电极棒的位置进行2号测点的供电测量。2号测点是，4号电极为a供电，5号电极为m测量电压，6号电极为n测量电压，7号电极为b供电，记做a4、m5、n6、b7。若有15个电极棒，最后一个测点是a12、m13、n14、b15。。由于上个测点的四个电极棒
同时向后移动三个电极棒的位置，m电极和n电极仅仅测量电压而不受供电电极的极化影响。即当前测点的电极棒组合中的a供电电极棒是上一个测点电极棒组合中的b供电电极棒，供电电极棒始终是供电电极棒，接收电极棒始终是接收电极棒。接收电极棒不受供电电极棒的极化影响。这种不锈钢棒步进加三测量极化率的电测技术可以避开金属电极棒的极化效应对接收电压的影响，使用一种不锈钢棒电极就可以同时测量电阻率和极化率，而不必再采用笨重的不极化罐测量了。
38.如果测线上接了15个不锈钢电极棒，按供电测量电极棒的编号和性质，供电与测量过程如下：
39.第1轮供电测量：a1,m2,n3,b4；a4,m5,n6,b7；a7,m8,n9,b10；a10,m11,n12,b13。每一步四个不锈钢棒同时后移3个电极棒的位置。供电电极棒a、b始终是供电电极棒，测量电极棒m、n始终是不供电的测量电极棒，测量电压不受供电电极棒极化的影响；
40.第2轮供电测量开始时四个电极棒与上一轮比较，同时向后移1个电极棒的位置：a2,m3,n4,b5；a5,m6,n7,b8；a8,m9,n10,b11；a11,m12,n13,b14。每一步四个不锈钢棒同时后移3个电极棒的位置。供电电极棒a、b始终是供电电极棒，测量电极棒m、n始终是不供电的测量电极棒，测量电压不受供电电极棒的影响；
41.第3轮供电测量开始时四个电极棒与上一轮比较，同时向后移1个电极棒的位置：a3,m4,n5,b6；a6,m7,n8,b9；a9,m10,n11,b12；a12,m13,n14,b15。每一步四个不锈钢棒同时后移3个电极棒的位置。供电电极棒a、b始终是供电电极棒，测量电极棒m、n是不供电的测量电极棒，测量电压不受供电电极棒的影响。
42.从上面供电测量电极棒的排列顺序可以看出，循环三轮供电测量，完成从第一个电极棒到最后一个电极棒的供电与测量。在每轮供电测量过程中，每一步四个不锈钢棒同时后移3个电极棒的位置，m、n测量电极棒始终没有供电，没有极化效应，测量的数据不受a、b供电电极棒的极化影响。在这种不锈钢棒加三跳跃式测量的模式中，就可以利用不锈钢电极棒测量极化率，而不用笨重的不极化罐测量极化率，从而减轻了野外施工的强度，提高了测量效率。
43.循环三轮供电测量就测完一层的数据，然后加大四个不锈钢棒电极的间距测量较深层的数据，电极棒的间距越大测得就越深。第一层四个电极棒间距为1，第二层四个电极棒间距为2，第三层四个电极棒间距为3，依次类推。每层都是从第一根电极开始供电测量，测量完一个测点后四个电极棒同时向后移动三个电极棒的位置进行下一个测点的供电测量，直至最后一个不锈钢棒电极，循环三轮供电测量又测完一层的数据。然后再加大四个不锈钢棒电极的间距测量更深层的数据，直至测完单片机系统设定的最后一层的最后一个电极棒的数据。随后测量水分、水位、孔压、土压、温度和位移物理数据。测量数据通过串行接口送至单片机系统运算、保存。
44.然后测量下一条测线，过程同上。测量多条测线，形成立体测量。间隔一定时间继续重复立体测量，完成多条测线的供电测量，形成时移测量，监视立体地质异常随时间的变化规律。
45.本实用新型采用一种非不极化罐的不锈钢棒测量，完成国外利用金属电极和不极化罐两种电极才能完成的供电测量工作，减轻了野外劳动强度，提高了施工效率。
46.单片机根据测量电压的大小自动调节高压电源输出的大小，提高测量精度。采用
正反向供电技术，抑制自然电位的影响。
47.电缆双向对称连接，便于连续滚动测量，形成长剖面。如果前面的电缆测量完成后，就搬到后面，实现连续供电测量。
48.单片机系统可以独立工作，也可以通过wifi和gprs控制电路18联合工作；平板电脑可以通过wifi连接，进行控制；也可以通过gprs控制电路与远方办公室的计算机通讯，远方办公室的计算机通过gprs控制电路实现远程控制、供电与测量，并将测量结果送到远方办公室的计算机进行处理、显示、保存。
49.如图4所示，不锈钢棒电极由不锈钢圆形材料制成，一头为平头，另一头为锥头。
50.如图5所示，为了直接测量地下不同深度的地质状况，将多个不锈钢棒电极制作成空心的圆筒状结构，套在绝缘杆上。绝缘杆采用环氧树脂杆，绝缘杆上每间隔一定距离嵌一个空心不锈钢电极棒，实现一孔多点测量。
51.如图6所示，每个不锈钢棒电极与测量电缆的连接夹子的一端为防滑的带齿的夹子夹住不锈钢棒电极，另一端采用不带齿的夹子夹住电缆。
52.如图7所示，把多根电缆折成多条测线，每条测线至少接8根不锈钢棒电极，形成网状布线方案，测量立体数据。测量多条测线完成立体测量，每隔一定时间后再重复立体测量，完成时移测量，追踪地质异常随时间的变化规律。