專利名稱：可變脈寬激電發(fā)送機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于物探設(shè)備，是一種可變脈寬的激電發(fā)送機(jī)。
背景技術(shù)：
地下介質(zhì)，包括油藏、金屬礦、地下水、天然氣等，從電性角度看，可被認(rèn)為是阻容網(wǎng)絡(luò)。不同的物質(zhì)成份其阻容特征值不同。當(dāng)受外電場(chǎng)作用，地下有限空間內(nèi)將產(chǎn)生類似于充放電的隨時(shí)間變化的附加電場(chǎng)。這一現(xiàn)象被稱為巖石的激發(fā)極化效應(yīng)。利用這一物理機(jī)理進(jìn)行地質(zhì)勘探的方法叫做激發(fā)極化法，簡(jiǎn)稱激電法。實(shí)施激電探測(cè)的基本作業(yè)方式是，在探測(cè)區(qū)域內(nèi)向地下提供大功率的人工電場(chǎng)，沿地面或井下進(jìn)行信號(hào)測(cè)量。
針對(duì)阻容網(wǎng)絡(luò)受激發(fā)后會(huì)產(chǎn)生相移，可設(shè)計(jì)出相關(guān)儀器測(cè)量網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)信號(hào)的實(shí)部和虛部，進(jìn)而求出相移量。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是，向地下提供兩種頻率的方波脈沖，通常高端頻率為4Hz，低端頻率為0.308Hz。先進(jìn)行高端測(cè)量，后進(jìn)行低端測(cè)量。求出高低端的相移量后，進(jìn)行相減運(yùn)算，得到所謂的頻散率。依據(jù)頻散率推斷地下的物質(zhì)成份。已有專利CN 88105655雙頻道多參數(shù)頻譜激電觀測(cè)系統(tǒng)。
傳統(tǒng)激電法的不足之處是1、用單頻脈沖(單譜)或雙頻脈沖(雙譜)向地下供電，其探測(cè)深度范圍受到限制。一種固定頻率在某一地區(qū)可測(cè)達(dá)數(shù)十米深，而在另一地區(qū)可能只有數(shù)米的深度。
2、不能清晰反映地下異常地質(zhì)體的邊緣，只能刻劃出地下異常體的大致范圍，精度較低。
3、傳統(tǒng)激電法在向大地供電時(shí)，正負(fù)供電電極相隔距離較大，其跨度要遠(yuǎn)大于被測(cè)礦區(qū)。有效的信號(hào)測(cè)量范圍被限制在兩供電電極之間的三分之一地段內(nèi)。其原因是，該地段的地下可被認(rèn)是均勻電場(chǎng)分布，數(shù)學(xué)模型較易建立，異常解較容易得到；而更為主要的原因是，若不在上述地段測(cè)量，譬如將測(cè)點(diǎn)移到正負(fù)供電電極所跨的區(qū)間之外，則測(cè)量電路不容易檢測(cè)到附加電場(chǎng)的起始時(shí)刻。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型是一種由發(fā)送機(jī)和接收機(jī)組成的廣譜激電測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)送機(jī)部分，本發(fā)送機(jī)是一可變脈寬的激電發(fā)送機(jī)，特點(diǎn)是提供兩種供電方波脈沖，一種是正向、停、負(fù)向，且占空比為1∶1∶1，另一種是正向、正向、負(fù)向、正向、負(fù)向、負(fù)向、正向、負(fù)向；提供4～8種脈寬的方波向地下供電，脈寬的變化范圍為62.5ms、125ms、250ms、500ms、1s、2s、4s、8s八種。發(fā)送時(shí)，從高頻開始，每送出一個(gè)周期的方波后，自動(dòng)改變脈寬，送出寬度加倍的脈沖。方波從高到低掃頻輸出，循環(huán)往復(fù)。發(fā)送機(jī)與接收機(jī)通過(guò)無(wú)線信號(hào)取得同步，在每次供電方波的上升沿，由發(fā)送機(jī)發(fā)出同步信號(hào)，與遠(yuǎn)處的接收機(jī)進(jìn)行同步。由于發(fā)送機(jī)和接收機(jī)內(nèi)部都預(yù)置了運(yùn)行程序，收發(fā)之間同步工作，測(cè)量可有序地進(jìn)行。通過(guò)測(cè)量多頻率不同脈寬供電時(shí)的激電信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，可獲取自地表淺部到地下深部的激電信息，從立體角度反演出地下的電性成像?？勺兠}寬激電發(fā)送機(jī)由單片機(jī)、邏輯控制電路、開關(guān)電路和直流電源組成。


圖1是供電制式1供電波形。
圖2是供電制式2供電波形。
圖3是發(fā)送機(jī)電原理框圖。
圖4是發(fā)送機(jī)控制邏輯電路。
圖5是發(fā)送機(jī)開關(guān)電路。
圖6是發(fā)送機(jī)電源示意圖。
具體實(shí)施方式
見(jiàn)圖1、圖2，本可變脈寬激電發(fā)送機(jī)提供兩種制式供電方波脈沖，一種是正向、停、負(fù)向，且占空比為1∶1∶1，另一種是正向、正向、負(fù)向、正向、負(fù)向、負(fù)向、正向、負(fù)向；提供4～8種脈寬的方波向地下供電，脈寬的變化范圍為62.5ms、125ms、250ms、500ms、1s、2s、4s、8s八種。具體的制式選擇由發(fā)送機(jī)控制邏輯電路的數(shù)碼撥盤M和數(shù)碼撥盤T指定(見(jiàn)圖4)，M撥盤的輸出為M1、M2、M3、M4，四種模式；T撥盤決定脈寬。M撥盤定義的工作模式見(jiàn)下表

可變脈寬的激電發(fā)送機(jī)提供變頻與掃頻輸出供電方波脈沖，發(fā)送時(shí)，從高頻開始，每送出一個(gè)周期的方波后，自動(dòng)改變脈寬，送出寬度加倍的脈沖，方波從高到低掃頻輸出，循環(huán)往復(fù)。
見(jiàn)圖3、圖4，可變脈寬的激電發(fā)送機(jī)，包括單片機(jī)1、邏輯控制電路2、開關(guān)電路3和直流電源4，其中，開關(guān)電路3由場(chǎng)效應(yīng)管Q1～Q4、驅(qū)動(dòng)器(N13、N14)、光電耦合器N15～N18、放大器N19、與門N21及比較器N20組成，其特征在于在邏輯控制電路2中設(shè)有同步開關(guān)5(同步開關(guān)5發(fā)射同步信號(hào))，同步開關(guān)5的第3腳經(jīng)電阻R15接光電耦合器N9的第9腳，其輸出端發(fā)射同步信號(hào)；邏輯控制電路2由數(shù)碼撥盤M和數(shù)碼撥盤T、程序存儲(chǔ)器N1、模擬開關(guān)(N11、N12)、擴(kuò)展口N4、顯示器6、鎖存器N2、驅(qū)動(dòng)器N5、光電耦合器N6～N9及同步開關(guān)5組成。
見(jiàn)圖4～圖6，現(xiàn)對(duì)發(fā)送機(jī)進(jìn)一步說(shuō)明如下運(yùn)行程序存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器N1中，程序存儲(chǔ)器N1選用EPROM 2732。
M撥盤的選擇內(nèi)容送至模擬開關(guān)N11，T撥盤的選擇內(nèi)容送至模擬開關(guān)N12。
單片機(jī)(8031)的P11和P13輪流置邏輯“1”，P14～P17讀入M撥盤和T撥盤的選項(xiàng)，決定發(fā)送機(jī)在何種模式。發(fā)送機(jī)開始工作時(shí)，通過(guò)RXD、TXD、INTI、INTO等引腳向擴(kuò)展器8243送入有關(guān)的控制字。
擴(kuò)展口N4的P4口和P5口輸出顯示信息，送給顯示器6。P6口輸出同步信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器N5驅(qū)動(dòng)后面的光電耦合器N6～N9(本發(fā)送機(jī)設(shè)計(jì)了四路觸發(fā)信號(hào)，每路信號(hào)可驅(qū)動(dòng)一個(gè)無(wú)線同步開關(guān)，這是為今后遙控多臺(tái)接收機(jī)準(zhǔn)備的，圖中只用一路觸發(fā)信號(hào)TP4)，信號(hào)通過(guò)光電耦合器N9輸出，控制同步開關(guān)5開啟或關(guān)閉，即發(fā)出同步信號(hào)遙控遠(yuǎn)處的接收機(jī)。按照不同的模式，P70和P71送相應(yīng)的邏輯信號(hào)Z和F。
見(jiàn)圖4，Z信號(hào)和F信號(hào)經(jīng)與門N21及驅(qū)動(dòng)器N13后，分別為Z1和F1，其邏輯電平與Z和F相同。Z1電平的高低決定了光電耦合器N15、N16的通斷。當(dāng)Z1為“1”(高電平)、F1為“0”(低電平)時(shí)，F(xiàn)1G與F1S、F3G與F3S不導(dǎo)通。場(chǎng)效應(yīng)管Q1和Q3的柵源之間有分壓(分別由H+和Q+提供)，從而場(chǎng)效應(yīng)管Q1和Q3形成漏源通路。外接的高壓電源E+經(jīng)Q1-D1-A-BQ3-D5，返回E-，實(shí)現(xiàn)從A至B的正向供電。當(dāng)F1為“1”、Z1為“0”時(shí)，與上述過(guò)程相仿，場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q4導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管Q1、Q3截止，實(shí)現(xiàn)從B至A的負(fù)向供電。而當(dāng)F1和Z1皆為“0”時(shí)，F(xiàn)1G與F1S、F2G與F2S、F3G與F3S、F4G與F4S分別都形成短路，場(chǎng)效應(yīng)管Q1～Q4的柵源間均無(wú)分壓，全部關(guān)斷，A、B之間無(wú)功率輸出，此為停止供電狀態(tài)。
見(jiàn)圖5，開關(guān)電路3中設(shè)有過(guò)流保護(hù)電路，保護(hù)電路由電阻R47、放大器N19、電壓比較器N20及與門N21等組成。R47為取樣電阻，當(dāng)供電電流大于5A時(shí)，取樣電壓為2V，經(jīng)放大器N19送至電壓比較器N20，使其反轉(zhuǎn)，輸出“0”電平，封鎖與門N21，并使得Z1、F1都為“0”，停止向大地供電。
見(jiàn)附圖6可了解發(fā)送機(jī)電源電路的工作情況。反相器N10、電阻R17、R18、電容C4組成多諧振蕩器。經(jīng)P1～P4推挽放大，形成具有負(fù)載能力的振蕩波形。在變壓器的次級(jí)，有多組繞組，其輸出經(jīng)整流成直流電壓。其中，H+、I+、Q+分別被送至各場(chǎng)效應(yīng)管，作為各場(chǎng)效應(yīng)管的開關(guān)電壓，并受控于Z1和F1。K+、K-為同步開關(guān)的電源，S+和S-作為放大器的電源。它們均不與Vcc共地。
附圖標(biāo)記單片機(jī)選用8031；同步開關(guān)選用ZJY-12A。
N1程序存儲(chǔ)器EPROM 2732； N2鎖存器74ALS373；N4并行擴(kuò)展8242； N5驅(qū)動(dòng)器4049；N6～N9光電耦合器TIL117； N10反向器4069；N11、N12模擬開關(guān)4066； N13、N14驅(qū)動(dòng)器4049；N15～N18光電耦合器TIL117； N19隔離放大器ISO122；N20電壓比較器LM119； N21與門4081。
權(quán)利要求1.可變脈寬激電發(fā)送機(jī)，包括單片機(jī)(1)、邏輯控制電路(2)、開關(guān)電路(3)和直流電源(4)，其中，開關(guān)電路(3)由場(chǎng)效應(yīng)管(Q1～Q4)、驅(qū)動(dòng)器(N13、N14)、光電耦合器(N15～N18)、放大器(N19)、與門(N21)及比較器(N20)組成，其特征在于；在邏輯控制電路(2)中設(shè)有同步開關(guān)(5)，同步開關(guān)(5)的第3腳經(jīng)電阻(R15)接光電耦合器(N9)的第9腳；發(fā)送機(jī)提供變頻與掃頻輸出供電方波脈沖，發(fā)送時(shí)，從高頻開始，每送出一個(gè)周期的方波后，自動(dòng)改變脈寬，送出寬度加倍的脈沖，方波從高到低掃頻輸出，循環(huán)往復(fù)。
2.按權(quán)利要求1所述的可變脈寬激電發(fā)送機(jī)，其特征在于提供兩種制式供電方波脈沖，一是正向、停、負(fù)向，且占空比為1∶1∶1，或是正向、正向、負(fù)向、正向、負(fù)向、負(fù)向、正向、負(fù)向；提供4～8種脈寬的方波向地下供電，脈寬的變化范圍為62.5ms、125ms、250ms、500ms、1s、2s、4s、8s八種。
3.按權(quán)利要求1所述的可變脈寬激電發(fā)送機(jī)，其特征在于邏輯控制電路由數(shù)碼撥盤(M)和數(shù)碼撥盤(T)、程序存儲(chǔ)器(N1)、模擬開關(guān)(N11、N12)、擴(kuò)展口(N4)、顯示器(6)、鎖存器(N2)、驅(qū)動(dòng)器(N5)、光電耦合器(N6～N9)及同步開關(guān)(5)組成。
4.按權(quán)利要求1所述的可變脈寬激電發(fā)送機(jī)，其特征在于開關(guān)電路(5)中設(shè)有由電阻(R47)、放大器(N19)、電壓比較器(N20)及與門(N21)等組成的過(guò)流保護(hù)電路。
專利摘要本實(shí)用新型是一種可變脈寬激電發(fā)送機(jī)，包括單片機(jī)1、邏輯控制電路2、開關(guān)電路3和直流電源4，其中，開關(guān)電路3由場(chǎng)效應(yīng)管Q1～Q4、驅(qū)動(dòng)器(N13、N14)、光電耦合器N15～N18、放大器N19、與門N21及比較器N20組成，其特征在于在邏輯控制電路2中設(shè)有同步開關(guān)5，同步開關(guān)5的第3腳經(jīng)電阻R15接光電耦合器N9的第9腳，其輸出端發(fā)射同步信號(hào)；邏輯控制電路2由數(shù)碼撥盤M和數(shù)碼撥盤T、程序存儲(chǔ)器N1、模擬開關(guān)(N11、N12)、擴(kuò)展口N4、顯示器6、鎖存器N2、驅(qū)動(dòng)器N5、光電耦合器N6～N9及同步開關(guān)5組成。發(fā)送機(jī)提供兩種制式供電方波脈沖及變頻與掃頻輸出脈寬變化范圍為625ms、125ms、250ms、500ms、1s、2s、4s、8s八種供電方波脈沖。
文檔編號(hào)G01V3/02GK2655259SQ20032012504
公開日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月25日
發(fā)明者楊進(jìn), 鄧明, 張啟升, 武煒, 杜剛 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)