地球物理探測中負載參數(shù)的自動測量裝置及測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種感性負載的測量設備及方法，尤其是一種應用于在地質探測中對負載參數(shù)的自動測量裝置及測量方法。
【背景技術】
[0002]地球物理方法在地質探測中起到了重要作用，如核磁共振(Magnetic ResonanceSounding,MRS)地下探水、長偏移距瞬變電磁(Long Offset Transient ElectromagneticMethod,LOTEMMikT低阻異常探測和可控音頻大地電磁(Controlled Source Aud1-frequency Magneto-telluric ,CSAMT)探礦等。這些地球物理方法的激勵方式分為磁性源激勵和電性源激勵，其中磁性源激勵的負載是線圈，主要是由電感和電阻串聯(lián)組成；電性源激勵的負載是連接線和大地電極，由于連接線的作用，也可以等效為電感和電阻的串聯(lián)。所以，磁性源激勵的負載和電性源激勵的負載都可以看作是等效電感和等效電阻的串聯(lián)，如圖1所示。為了調節(jié)或配置探測設備使其滿足發(fā)射性能要求及確保系統(tǒng)正常穩(wěn)定工作，在地質探測設備工作之前，需要詳細了解負載的參數(shù)。因此，設計一套適合在地質探測中使用的負載測量裝置至關重要。
[0003]CN103884920A公開了 “手動掃描式電感測量儀及測量方法”，該方法通過設置激發(fā)頻率區(qū)間和間隔，手動改變激發(fā)頻率不斷發(fā)射，利用軟件系統(tǒng)根據(jù)采集的電流值繪制一個幅頻圖，根據(jù)最大值點對應的頻率算出電感的精確值，雖然該方法測量精度高及抗干擾能力強，但其測量過程繁瑣、測量時間長且效率低；另外，此方法只能測量負載的等效電感值，而不能測量負載的等效電阻。
[0004]CN102621397A公開了 “一種電感測量儀”，該方法利用LC諧振電路測量電感，在測量過程中使用信號發(fā)生器與電壓表，致使成本高、測量儀體積大，野外實驗攜帶不方便等缺點，僅適合實驗室使用。
[0005]另外，市場上也有很多國內外知名儀器測量公司研發(fā)的具有測量精度高、抗干擾能力強的LCR測量儀，但這類LCR測量儀作為通用型號，用在地質探測中負載特性測量具有成本高、體積大、攜帶不便等缺點。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種地球物理探測中負載參數(shù)的自動測量裝置；
[0007]本發(fā)明的另一目的就是提供一種地球物理探測中負載參數(shù)的自動測量裝置的測量方法。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0009]地球物理探測中負載參數(shù)的自動測量裝置，是由12V/24V蓄電池1、DC-AC逆變模塊
2、過流保護模塊3、負載接口 4、電壓電流取樣模塊5、電壓過零觸發(fā)電路6、電壓幅值采樣電路7、電流幅值采樣電路8、電流過零觸發(fā)電路9、MCU控制電路10和PC上位機11連接構成;其中，12V/24V蓄電池I經(jīng)DC-AC逆變模塊2與過流保護模塊3和電壓電流取樣模塊5連接，12V/24 V蓄電池I經(jīng)MCU控制電路1與PC上位機11連接，過流保護模塊3經(jīng)負載接口 4與電壓電流取樣模塊5連接，電壓電流取樣模塊5分別與電壓過零觸發(fā)電路6、電壓幅值采樣電路7、電流幅值采樣電路8和電流過零觸發(fā)電路9連接，MCU控制電路10分別與DC-AC逆變模塊2、電壓過零觸發(fā)電路6、電壓幅值采樣電路7、電流幅值采樣電路8和電流過零觸發(fā)電路9連接。
[0010]電壓幅值采樣電路7是由電壓跟隨器12、全橋整流電路13、低通濾波器電路14和ADC轉換電路15連接構成;其中電壓跟隨器12經(jīng)全橋整流電路13與低通濾波器電路14連接，全橋整流電路13經(jīng)低通濾波器電路14與ADC轉換電路15連接。
[0011]電流幅值采樣電路8是由電壓跟隨器16、全橋整流電路17、低通濾波器電路18和ADC轉換電路19連接構成;其中電壓跟隨器16經(jīng)全橋整流電路17與低通濾波器電路18連接，全橋整流電路17經(jīng)低通濾波器電路18與ADC轉換電路19連接。
[0012]M⑶控制電路1與PC上位機11通過串口連接。
[0013]PC上位機11是基于Labview編寫的上位機程序，既有調控功能又能顯示測量結果。
[0014]地球物理探測中負載參數(shù)的自動測量裝置的方法，包括以下步驟:
[0015]a、將負載連接到負載接口4上，待連接完成后，連接12V/24V蓄電池I，即上電；
[0016]b、使用串口線連接MCU控制電路10與PC上位機11，在PC上位機11的顯示界面上輸入頻率值和電壓幅值，點擊輸入按鈕；
[0017]C、等待測量裝置自動測量負載，MCU控制電路10將測量的相應參數(shù)通過串口上傳到PC上位機11;
[0018]d、PC上位機11接收到M⑶上傳得數(shù)據(jù)后自動進行下面方程組的計算
[0019]23TfLeq/Req = tan( Δ T*2Jif)
[0020](23TfLeq)2+Req2=(Vi/lo)2
[0021]得出計算結果，然后將計算結果顯示到上位機界面上，即為等效電感量和電阻值。
[0022]有益效果:本發(fā)明與市場上通用的LCR測量儀相比，在野外測量負載時，不需要使用逆變器專門為LCR測量儀提供電力變換，僅用蓄電池供電即可，使用方便。由于電壓電流幅值采樣電路、電壓電流過零觸發(fā)電路與MCU控制電路的連接設計，對ADC采樣頻率要求低，占用MCU資源少，因此可選用價格低廉的MCU和ADC芯片。由于使用地球物理探測設備中的PC，充分利用現(xiàn)有資源，并通過PC上位機的數(shù)據(jù)計算，提高了計算精度和測量效率。由于過流保護模塊的加入，可防止負載短路燒壞硬件系統(tǒng)。另外，本發(fā)明是根據(jù)地球物理方法激勵的負載特性，結合具體的地球物理探測的硬件設備，設計的一套可嵌入到地球物理探測設備中負載參數(shù)測量裝置，進一步減小了體積和成本。使用本裝置測量負載時，除了輸入調控夕卜，不需要人員參與，可自動完成對負載的測量，因此該測量方法簡單，使用方便，在野外能夠靈活地對負載參數(shù)的測量。
【附圖說明】
[0023]圖1為感性負載的等效原理圖
[0024]圖2為地球物理探測中負載參數(shù)的自動測量裝置的總體結構框圖
[0025]圖3為附圖2中電壓幅值采樣電路7的結構框圖
[0026]圖4為附圖2中電流幅值采樣電路8的結構框圖
[0027]圖5為PC上位機的操作和顯示界面
[0028]I 12V/24V蓄電池，2 DC-AC逆變模塊，3過流保護模塊，4負載接口，5電壓電流取樣模塊，6電壓過零觸發(fā)電路，7電壓幅值采樣電路，8電流幅值采樣電路，9電流過零觸發(fā)電路，10 M⑶控制電路，11 PC上位機，12電壓跟隨器，13全橋整流電路，14低通濾波器電路，15ADC轉換電路，16電壓跟隨器，17全橋整流電路，18低通濾波器電路，19 ADC轉換電路。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明:
[0030]地球物理探測中負載參數(shù)的自動測量裝置，是由12V/24V蓄電池I經(jīng)DC-AC逆變電路2和過流保護模塊3與負載接口 4連接，12V/24V蓄電池I經(jīng)M⑶控制電路10與PC上位機11連接，DC-AC逆變電路2和負載接口 4分別經(jīng)電壓電流取樣模塊5連接電壓過零觸發(fā)電路6、電壓幅值采樣電路7、電流幅值采樣電路8和電流過零觸發(fā)電路9，MCU控制電路10分別與DC-AC逆變電路2、電壓過零觸發(fā)電路6、電壓幅值采樣電路7、電流幅值采樣電路8和電流過零觸發(fā)電路9連接構成。
[0031]電壓幅值采樣電路7是由電壓跟隨器12經(jīng)全橋整流電路13和低通濾波器電路14與ADC轉換電路15連接構成。
[0032]電流幅值采樣電路8是由電壓跟隨器16經(jīng)全橋整流電路17和低通濾波器電路18與ADC轉換電路19連接構成。
[0033I地球物理探測中負載參數(shù)的自動測量裝置的測量方法，包括以下步驟:
[0034]a、將負載連接到負載接口 4上，再連接12V/24V蓄電池1，即上電；
[0035]b、用串口線連接M⑶控制電路10與PC上位機11，在PC上位機11的顯示界面上輸入頻率值和電壓幅值，點擊輸入按鈕；
[0036]C、等待測量裝置自動測量負載，MCU控制電路1