CN105093337A - 一种电法模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电法模拟器，包括控制器、初始电压输出模块、电场分布模拟电路、波形检测器及为电法模拟器供电的供电模块；其中，波形检测器与直流电法仪连接，用于获取直流电法仪输出的电信号，并检测电信号的波形，得到检测结果；控制器分别与波形检测器及初始电压输出模块连接，用于获取检测结果，控制初始电压输出模块输出与检测结果对应的初始电压；电场分布模拟电路分别与初始电压输出模块及控制器连接，用于对初始电压进行处理以得到符合预设标准的直流电法模拟信号，并在控制器的控制下将其输出。本申请所提供的一种电法模拟器能够准确输出与直流电法仪输出的电信号对应的直流电法模拟信号，以准确获知地质体的电场分布。

Description

一种电法模拟器

技术领域

本发明涉及直流电法勘探仪器技术领域，更具体地说，涉及一种电法模拟器。

背景技术

直流电法技术具体为利用人工建立稳定的直流电场，通过观测不同地质体导致的电场分布差异确定该地质体的地质特征，通常可用于研究地质构造、寻找矿产资源、解决工程地质问题等。而电法模拟器用于接收直流电法仪产生的电信号，并产生标准的直流电法模拟信号，即一次场和二次场，供直流电法仪进行检测，以确定相应地质体的电场分布。

现有的电法模拟器使用时，需要通过液晶、按键或工业定时器为其设置接收直流电法仪输出的电信号的时间及周期等时间信息。但是，有可能出现电法模拟器所设置的时间信息与直流电法仪输出电信号的时间信息不一致的情况，这时，就会导致检测结果不正确，进而无法准确获知地质体的电场分布。

综上所述，现有技术中存在因电法模拟器与直流电法仪的时间信息不一致导致无法准确获知地质体的电场分布的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电法模拟器，以解决现有技术中因电法模拟器与直流电法仪的时间信息不一致导致无法准确获知地质体的电场分布的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电法模拟器，包括控制器、初始电压输出模块、电场分布模拟电路、波形检测器及为所述电法模拟器供电的供电模块；其中：

所述波形检测器与直流电法仪连接，用于获取所述直流电法仪输出的电信号，并检测所述电信号的波形，得到检测结果；

所述控制器分别与所述波形检测器及初始电压输出模块连接，用于获取所述检测结果，控制所述初始电压输出模块输出与所述检测结果对应的初始电压；

所述电场分布模拟电路分别与所述初始电压输出模块及所述控制器连接，用于对所述初始电压进行处理以得到符合预设标准的直流电法模拟信号，并在所述控制器的控制下将其输出。

优选的，所述电场分布模拟电路包括第一分压单元、第二分压单元及第一继电器，其中：

所述第一分压单元与所述初始电压输出模块连接，用于将所述初始电压转换为符合第一预设标准的一次场直流电法模拟信号；

所述第二分压单元与所述第一分压单元连接，用于将所述一次场直流电法模拟信号转换为符合第二预设标准的二次场直流电法模拟信号；

所述第一继电器分别与所述第一分压单元、所述第二分压单元及所述控制器连接，用于获取所述一次场直流电法模拟信号和所述二次场直流电法模拟信号，并在所述控制器的作用下将所述一次场直流电法模拟信号和所述二次场直流电法模拟信号合成符合预设标准的直流电法模拟信号并输出。

优选的，所述第一分压单元包括第一电阻分压器和第一波段开关，其中：

所述第一电阻分压器与所述第一继电器连接，用于获取所述初始电压，并将所述初始电压转换成第一预设数量的不同的模拟一次场电压值；

所述第一波段开关，用于选取符合所述第一预设标准的模拟一次场电压值作为一次场直流电法模拟信号输出。

优选的，所述第二分压单元包括第二电阻分压器和第二波段开关，其中：

所述第二电阻分压器与所述第一分压单元连接，用于将所述一次场直流电法模拟信号转换成第二预设数量的不同的模拟二次场电压值；

所述第二波段开关，用于选取符合所述第二预设标准的模拟二次场电压值作为二次场直流电法模拟信号输出。

优选的，所述第一分压单元与所述第二分压单元之间连接有第一同相跟随器，所述第一同相跟随器用于将所述第一分压单元输出的一次场直流电法模拟信号进行同相跟随后输出至所述第二分压单元。

优选的，所述初始电压输出模块包括基准源、第二同相跟随器、反向跟随器及第二继电器，其中：

所述基准源，用于输出基准电压；

所述第二同相跟随器与所述基准源连接，用于获取基准电压，并将所述基准电压进行同相跟随，得到第一同相跟随电压；

所述反相跟随器与所述第二同相跟随器连接，用于将所述第一同相跟随电压进行反相跟随，得到反相跟随电压；

所述第二继电器分别与所述第二同相跟随器、所述反相跟随器及所述控制器连接，用于获取所述第一同相跟随电压和所述反相跟随电压，并在所述控制器的控制下将所述第一同相跟随电压和所述反相跟随电压中与所述检测结果对应的电压作为初始电压进行输出。

优选的，所述电法模拟器还包括电量指示器，所述电量指示器分别与所述供电模块和所述控制器连接，用于在所述控制器的控制下显示所述供电模块的剩余电量。

优选的，所述供电模块包括电池和电源管理器，其中：

所述电池用于提供电源电压；

所述电源管理器与所述电池连接，用于获取所述电源电压，并将其进行转换，得到所述电法模拟器所需的供电电压。

优选的，所述控制器为微处理器、CPLD和门级电路中的任一种。

本发明提供的一种电法模拟器，包括控制器、初始电压输出模块、电场分布模拟电路、波形检测器及为电法模拟器供电的供电模块；其中，波形检测器与直流电法仪连接，用于获取直流电法仪输出的电信号，并检测电信号的波形，得到检测结果；控制器分别与波形检测器及初始电压输出模块连接，用于获取检测结果，控制初始电压输出模块输出与检测结果对应的初始电压；电场分布模拟电路分别与初始电压输出模块及控制器连接，用于对初始电压进行处理以得到符合预设标准的直流电法模拟信号，并在控制器的控制下将其输出。与现有技术相比，本申请的电法模拟器可直接获取直流电法仪输出的电信号，并在电信号的激励下，产生测试所需的直流电法模拟信号，即本申请中的电法模拟器可自动追踪直流电法仪输出的电信号，使电法模拟器与直流电法仪在工作时达到同步的效果，而无需手动设置背景技术中所提到的时间信息，也就不存在电法模拟器的时间信息与直流电法仪的时间信息不一致的情况，从而有效避免了该情况造成的无法准确获知地质体的电场分布的情况的发生，即，本申请所提供的一种电法模拟器能够准确输出与直流电法仪输出的电信号对应的直流电法模拟信号，以准确获知地质体的电场分布。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种电法模拟器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种电法模拟器中控制器为门级电路时，门级电路的连接示意图；

图3为本发明实施例提供的一种电法模拟器中控制面板的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电法模拟器中波形检测电路的电路连接示意图；

图5为本发明实施例提供的一种电法模拟器中图4所示电路的输入端与输出端对应的波形示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，其示出了本发明实施例提供的一种电法模拟器的结构示意图，可以包括控制器13、初始电压输出模块14、电场分布模拟电路15、波形检测器12及为电法模拟器供电的供电模块11；其中：

波形检测器12与直流电法仪连接，用于获取直流电法仪输出的电信号，并检测电信号的波形，得到检测结果；

控制器13分别与波形检测器12及初始电压输出模块14连接，用于获取检测结果，控制初始电压输出模块14输出与检测结果对应的初始电压；

电场分布模拟电路15分别与初始电压输出模块14及控制器13连接，用于对初始电压进行处理以得到符合预设标准的直流电法模拟信号，并在控制器13的控制下将其输出。

其中，波形检测器的检测结果可以是检测到的电信号的高低电平，而预设标准可由工作人员根据实际情况进行确定。

本发明实施例提供的上述电法模拟器可直接获取直流电法仪输出的电信号，并在电信号的激励下，产生测试所需的直流电法模拟信号，即本实施例中的电法模拟器可自动追踪直流电法仪输出的电信号，使电法模拟器与直流电法仪在工作时达到同步的效果，而无需手动设置背景技术中所提到的时间信息，也就不存在电法模拟器的时间信息与直流电法仪的时间信息不一致的情况，从而有效避免了该情况造成的无法准确获知地质体的电场分布的情况的发生，即，本申请所提供的一种电法模拟器能够准确输出与直流电法仪输出的电信号对应的直流电法模拟信号，保障了直流电法仪在利用上述直流电法模拟信号获知地质体的电场分布时的准确性、可靠性和一致性。

同时，本发明实施例提供的一种电法模拟器的电路结构紧凑、可靠，整体体积小，功耗低，可用于室内模拟测试，也可用于野外现场检测。

本发明实施例提供的一种电法模拟器中，电场分布模拟电路可以包括第一分压单元、第二分压单元及第一继电器，其中：

第一分压单元与初始电压输出模块连接，用于将初始电压转换为符合第一预设标准的一次场直流电法模拟信号；

第二分压单元与第一分压单元连接，用于将一次场直流电法模拟信号转换为符合第二预设标准的二次场直流电法模拟信号；

第一继电器分别与第一分压单元、第二分压单元及控制器连接，用于获取一次场直流电法模拟信号和二次场直流电法模拟信号，并在控制器的作用下将一次场直流电法模拟信号和二次场直流电法模拟信号合成符合预设标准的直流电法模拟信号并输出。

其中，第一预设标准和第二预设标准均可以由工作人员进行设定，第一继电器可以为双刀双掷开关，第一分压单元与第一继电器的常开触点连接，第二分压单元与第一继电器的常闭触点连接。另外，一次场直流电法模拟信号和二次场直流电法模拟信号合成所得的直流电法模拟信号即为符合预设标准的直流电法模拟信号。

由此，通过电场分布模拟电路对原始电压的相关处理，能够得到符合预设标准的直流电法模拟信号，供电法直流仪检测。

本发明实施例提供的一种电法模拟器，第一分压单元可以包括第一电阻分压器和第一波段开关，其中：

第一电阻分压器与第一继电器连接，用于获取初始电压，并将初始电压转换成第一预设数量的不同的模拟一次场电压值；

第一波段开关，用于选取符合第一预设标准的模拟一次场电压值作为一次场直流电法模拟信号输出。

第二分压单元可以包括第二电阻分压器和第二波段开关，其中：

第二电阻分压器与第一分压单元连接，用于将一次场直流电法模拟信号转换成第二预设数量的不同的模拟二次场电压值；

第二波段开关，用于选取符合第二预设标准的模拟二次场电压值作为二次场直流电法模拟信号并输出。

其中，第一预设数量和第二预设数量可以由工作人员通过设置与之对应的电阻分压器的相关电路进行设定。另外，第一电阻分压器可以由不同的电阻经过串联或并联组成，通过第一电阻分压器及第一波段开关可得到一次场直流电法模拟信号，即一次场；第二电阻分压器可以由不同的电阻和电容经过串联或并联组成，通过第二电阻分压器及第二波段开关可得到二次场直流电法模拟信号，即二次场。

第一波段开关与第二波段开关均可以为单刀五段密封式波段开关。

由此，通过第一电阻分压器对初始电压的分压操作及第一波段开关的选取，获取一次场直流电法模拟信号；通过第二电阻分压器对一次场直流电法模拟信号的分压操作及第二波段开关选取，获取二次场直流电法模拟信号，从而保证了电法模拟器其他相关器件的顺利工作。

本发明实施例提供的一种电法模拟器，第一分压单元与第二分压单元之间可以连接有第一同相跟随器，第一同相跟随器用于将第一分压单元输出的一次场直流电法模拟信号进行同相跟随后输出至第二分压单元。

针对因一次场直流电法模拟信号的电压值可能不稳定，进而造成获取二次场直流电法模拟信号时存在不确定性的情况，由第一同相跟随器对一次场直流电法模拟信号进行同相跟随，以确保后续获取二次场直流电法模拟信号的顺利实现。

本发明实施例提供的一种电法模拟器，供电模块可以包括电池和电源管理器，其中：

电池用于提供电源电压；

电源管理器与电池连接，用于获取电源电压，并将其进行转换，得到与电法模拟器所需的供电电压。

电池与电源管理器的输入相连，以使电源管理器利用电源电压产生+5V、-5V、+3.3V等电法模拟器内部器件所需的供电电压，为模拟器内部器件供电，保证其正常工作。

本发明实施例提供的一种电法模拟器，还可以包括电量指示器，电量指示器分别与供电模块和控制器连接，用于在控制器的控制下显示供电模块的剩余电量。

由此，工作人员可以通过观察电量指示器获知供电模块的剩余电量，以便在剩余电量不同时，及时进行充电或者更换电池等工作，以保证其电量的正常供应。

本发明实施例提供的一种电法模拟器初始电压输出模块可以包括基准源、第二同相跟随器、反向跟随器及第二继电器，其中：

基准源，用于输出基准电压；

第二同相跟随器与基准源连接，用于获取初始电压，并将初始电压进行同相跟随，得到第一同相跟随电压；

反相跟随器与第二同相跟随器连接，用于将第一同相跟随电压进行反相跟随，得到反相跟随电压；

第二继电器分别与第二同相跟随器、反相跟随器及控制器连接，用于获取第一同相跟随电压和反相跟随电压，并在控制器的控制下将第一同相跟随电压和反相跟随电压中与检测结果对应的电压作为初始电压进行输出。

需要说明的是，基准源可以由+5V供电，以提供高精度的基准电压，该基准电压为模拟电压。上述实施例公开的第一同相跟随器和第二同相跟随器均可以为跟随倍数为1的同相比例跟随器，反相跟随器可以为跟随倍数为1的反相比例跟随器，以保障与之相关的模拟信号的稳定性。第二继电器可以为单刀双掷的机械开关，此时，第二同相跟随器与第二继电器的常开触点相连，反相跟随器与第二继电器的常闭触点相连。

由此，通过对基准电压进行同相跟随及反相跟随，获取与检测结果对应的初始电压，保证了电法模拟器的顺利工作。

本发明实施例提供的一种电法模拟器中，控制器可以为微控制器、CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice，复杂可编程逻辑器件)和门级电路中的任一种。

如果控制器是微控制器，则波形检测器的输出端直接与微控制器的中断IO口相连，微控制器通过判断IO口的电平控制相应的第一继电器及第二继电器工作；如果控制器是CPLD，则波形检测器的输出端直接与CPLD的IO口相连，CPLD根据自身内部的逻辑，控制第一继电器及第二继电器工作；如果控制器是门级电路，则作为具体实施方式之一的门级电路如图2所示，包括AB+端点、AB-端点、CHA端点、CHB端点、或门O、非门N、第一与门A1、第二与门A2及D触发器F。其中，AB+端点对应波形检测器的第一个输出端AB+，AB-端点对应波形检测器的第二个输出端，CHA端点对应第二继电器，CHB端点对应第一继电器。其连接电路如图2所示，具体为：

AB+端点连接或门O的一个输入端，AB-端点分别连接或门O的另一个输入端、非门N的输入端及第二与门A2的输入端，第二与门A2的另一个输入端分别连接或门O的输出端及CHB端点，或门O的输出端还连接第一与门A1的一个输入端，第一与门A1的另一个输入端连接非门N的输出端，第一与门A1的输出端连接D触发器F的CLR端点，第二与门A2的输出端连接D触发器F的PRE端点，D触发器F的端点D及端点CLK接地、端点Q连接CHA端点。

通过本发明实施例提供的上述全部内容，可使得电法模拟器输出的直流电法模拟信号动态范围大，可测试及校准电法仪的大动态范围、以及uV级弱信号。

另外，针对本发明实施例提供的一种电法模拟器，需要进行说明的两点具体为：

一、本发明实施例提供的一种电法模拟器的控制面板可以如图3所示，包括四个接线柱、两个波段开关、两个LED灯以及电源开关PS。具体来说：

四个接线柱分别为A、B、M和N，由于电法直流仪输出的电信号为差分信号，波形检测器需要两个对应的输入端以获取对应的差分信号，因此，A和B为输入端，电法模拟器通过这两个接线柱与直流电法仪的信号输出端连接，M和N为输出端，电法模拟器通过这两个接线柱与直流电法仪的信号输入端连接。

两个波段开关分别为一次场开关FS1和二次场开关FS2，其中，一次场开关FS1与电法模拟器的第一波段开关相对应，工作人员可通过设置一次场开关FS1控制第一波段开关对电压进行选取；二次场开关FS2与电法模拟器的第二波段开关相对应，工作人员可通过设置二次场开关FS2控制第二波段开关对电压进行选取。

电源开关PS为接通电法模拟器的供电模块及其他器件的开关，工作人员通过控制电源开关PS控制供电模块是否为其他器件供电。

两个LED灯分别为电量灯L1和电源灯L2，其中，电量灯L1与电量指示器相对应，用于通过呈现不同颜色显示剩余电量，如电量剩余一半以上时则显示为绿色，否则显示为红色；电源灯L2则显示供电模块是否开始为电法模拟器供电，如供电模块为电法模拟器供电时，电源灯L2亮，否则，电源灯L2灭。

二、波形检测器可以根据接线柱A和接线柱B之间的电信号的电压差，确定检测结果，即确定电法模拟器应输出正向或者反向的直流电法模拟信号。

其中，波形检测器的内部电路具体可以包括高压侧电路和低压侧电路，如图4所示，具体为：

高压侧电路：第一输入端A分别与第三电阻R3的第一端和第二高压二极管D2的负极连接，第三电阻R3的第二端与第一发光二极管U1的正极连接，第一发光二极管U1的负极与第一高压二极管D1的正极连接；第二输入端分别与第一高压二极管D1的负极和第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端与第二发光二极管U2的正极连接，第二发光二极管U2的负极与第二高压二极管D2的正极连接；

低压侧电路：第一输出端AB+分别与第二电阻R2的第一端及第一三极管Q1的集电极连接，第二电阻的第二端R2分别与电压源VCC及第一电阻R1的第一端连接，第一电阻R1的第二端分别与第一三极管Q1的基极及第一光敏三极管BG1的集电极连接，第一光敏三极管BG1的发射极接地的同时与第一三极管Q1的发射极连接，第一光敏三极管BG1的基极与第一发光二极管U1光连接；第二输出端AB-分别与第六电阻R6的第一端及第二三极管Q2的集电极连接，第六电阻R6的第二端分别与电压源VCC及第五电阻R5的第一端连接，第五电阻R5的第二端分别与第二光敏三极管BG2的集电极及第二三极管Q2的基极连接，第二光敏三极管BG2的集电极接地的同时与第二三极管Q2的发射极连接，第二光敏三极管BG2的基极与第二发光二极管U2光连接。

其中，第一输入端对应接线柱A，第二输入端对应接线柱B，第一输出端对应接线柱M，第二输出端对应接线柱N。另外，针对上述波形检测器的电路，两个输入端与两个输出端所对应的波形关系可参阅图5所示。

上述两点内容均可以作为本发明实施例提供的一种电法模拟器的具体实施方式。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种电法模拟器，其特征在于，包括控制器、初始电压输出模块、电场分布模拟电路、波形检测器及为所述电法模拟器供电的供电模块；其中：

所述波形检测器与直流电法仪连接，用于获取所述直流电法仪输出的电信号，并检测所述电信号的波形，得到检测结果；

所述控制器分别与所述波形检测器及初始电压输出模块连接，用于获取所述检测结果，控制所述初始电压输出模块输出与所述检测结果对应的初始电压；

所述电场分布模拟电路分别与所述初始电压输出模块及所述控制器连接，用于对所述初始电压进行处理以得到符合预设标准的直流电法模拟信号，并在所述控制器的控制下将其输出。

2.根据权利要求1所述的电法模拟器，其特征在于，所述电场分布模拟电路包括第一分压单元、第二分压单元及第一继电器，其中：

所述第一分压单元与所述初始电压输出模块连接，用于将所述初始电压转换为符合第一预设标准的一次场直流电法模拟信号；

所述第二分压单元与所述第一分压单元连接，用于将所述一次场直流电法模拟信号转换为符合第二预设标准的二次场直流电法模拟信号；

所述第一继电器分别与所述第一分压单元、所述第二分压单元及所述控制器连接，用于获取所述一次场直流电法模拟信号和所述二次场直流电法模拟信号，并在所述控制器的作用下将所述一次场直流电法模拟信号和所述二次场直流电法模拟信号合成符合预设标准的直流电法模拟信号并输出。

3.根据权利要求2所述的电法模拟器，其特征在于，所述第一分压单元包括第一电阻分压器和第一波段开关，其中：

所述第一电阻分压器与所述第一继电器连接，用于获取所述初始电压，并将所述初始电压转换成第一预设数量的不同的模拟一次场电压值；

所述第一波段开关，用于选取符合所述第一预设标准的模拟一次场电压值作为一次场直流电法模拟信号输出。

4.根据权利要求2所述的电法模拟器，其特征在于，所述第二分压单元包括第二电阻分压器和第二波段开关，其中：

所述第二电阻分压器与所述第一分压单元连接，用于将所述一次场直流电法模拟信号转换成第二预设数量的不同的模拟二次场电压值；

所述第二波段开关，用于选取符合所述第二预设标准的模拟二次场电压值作为二次场直流电法模拟信号输出。

5.根据权利要求2所述的电法模拟器，其特征在于，所述第一分压单元与所述第二分压单元之间连接有第一同相跟随器，所述第一同相跟随器用于将所述第一分压单元输出的一次场直流电法模拟信号进行同相跟随后输出至所述第二分压单元。

6.根据权利要求1至5任一项所述的电法模拟器，其特征在于，所述初始电压输出模块包括基准源、第二同相跟随器、反向跟随器及第二继电器，其中：

所述基准源，用于输出基准电压；

所述第二同相跟随器与所述基准源连接，用于获取基准电压，并将所述基准电压进行同相跟随，得到第一同相跟随电压；

所述反相跟随器与所述第二同相跟随器连接，用于将所述第一同相跟随电压进行反相跟随，得到反相跟随电压；

所述第二继电器分别与所述第二同相跟随器、所述反相跟随器及所述控制器连接，用于获取所述第一同相跟随电压和所述反相跟随电压，并在所述控制器的控制下将所述第一同相跟随电压和所述反相跟随电压中与所述检测结果对应的电压作为初始电压进行输出。

7.根据权利要求6所述的电法模拟器，其特征在于，所述电法模拟器还包括电量指示器，所述电量指示器分别与所述供电模块和所述控制器连接，用于在所述控制器的控制下显示所述供电模块的剩余电量。

8.根据权利要求7所述的电法模拟器，其特征在于，所述供电模块包括电池和电源管理器，其中：

所述电池用于提供电源电压；

所述电源管理器与所述电池连接，用于获取所述电源电压，并将其进行转换，得到所述电法模拟器所需的供电电压。

9.根据权利要求8所述的电法模拟器，其特征在于，所述控制器为微处理器、CPLD和门级电路中的任一种。