專利名稱：電法勘探直流數(shù)字電測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種地球物理勘探儀器，適用于直流電法勘探中的自然電場法，電阻率法和充電法等方法，可用于金屬礦普查，水文工程地質(zhì)和城市物探工作。
目前，國內(nèi)常用的直流電測儀是DDC－2電子自動補(bǔ)償儀，它是采用電子管電路，其缺點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表盤讀數(shù)，手動調(diào)節(jié)，穩(wěn)定性差，測量精度低，抗干擾能力差，信噪比低，重量、體積、功耗均大，工作電源苯重，勞動強(qiáng)度大，工作成本高，效率低。
本實用新型的目的在于提供一種直流數(shù)字電測儀，它結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)字顯示，自動補(bǔ)償自然電位，測量精度高，抗干擾能力強(qiáng)，信噪比高，小型，輕便，低功耗，工作成本低，效率高。
本實用新型采用CMOS大規(guī)模集成電路7126型微功耗A／D轉(zhuǎn)換器和液晶數(shù)字顯示器組合，實現(xiàn)直流電壓信號測量高精度數(shù)字顯示，利用高阻運(yùn)算放大器和優(yōu)質(zhì)電容組合，實現(xiàn)自然電位自動補(bǔ)償及測量電流，電壓值取樣保持功能，利用負(fù)壓轉(zhuǎn)換集成電路7660＋6V電源轉(zhuǎn)換成－6V，可向高阻運(yùn)算放大器提供±6V雙向電源，省掉以往儀器所用的苯重電源和相應(yīng)的電子零部件，用開關(guān)控制低通濾波器的節(jié)數(shù)，以改變對交流干擾信號的衰減量及讀數(shù)建立時間常數(shù)RC。


圖1自然電位自動補(bǔ)償電路圖2采樣保持電路圖3直流數(shù)字電測儀整機(jī)電路圖結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型的結(jié)構(gòu)和工作原理。
圖1是利用高阻運(yùn)算放大器與優(yōu)質(zhì)電容器組合而成，實現(xiàn)自然電位自動補(bǔ)償。高阻運(yùn)算放大器接成同相輸入隨和同相放大器時，具有極高的輸入阻抗，其值為1012歐姆，可看作壓控原件，即同相輸入端無電流流入，若將其接在被測電路中，對被測電路將無影響，若輸入電壓Vi來自測量電極MN，接電容C的開關(guān)接地，在未加入人工電場之前，Vi為大地的自然電位值，電容兩端將充電至Vi值，將接電容的開關(guān)轉(zhuǎn)接高阻運(yùn)算放大器同相端時，電容C串接于同相輸入端，電容電壓V1與測量電極MN輸入端Vi數(shù)值相等，方向相反，相互抵消，使高阻運(yùn)算放大器同相端與地之間電壓為零，從而達(dá)到消除自然電位之目的，為此，要求電容C本身保持電壓不變，而且由于高阻運(yùn)算放大器的高輸入阻抗，電容C也不會通過它放電，高阻運(yùn)算放大器的輸出電壓V0與輸入端的電壓相同，而且為低阻抗輸出，可供測量而不改變輸入電路狀態(tài)。
圖2采樣保持電路，當(dāng)開關(guān)K接通時，電容C充電至測量電極MN輸入電壓Vi，此時為采樣狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)K斷開時，電容C兩端電壓保持Vi值，輸出也保持Vi值，隨著開關(guān)K的接通與斷開，完成采樣與保持功能。對供電電流的采樣與保持，是使供電電流流過0.1歐姆標(biāo)準(zhǔn)電阻，產(chǎn)生與電流成正比的電壓值充于電容C中，然后用開關(guān)將電容C兩端轉(zhuǎn)接高阻運(yùn)算放大器的同相端與地端，完成保持，測量高阻運(yùn)算放大器的輸出電壓值，完成對電流的采樣。
圖3是本實用新型的整機(jī)電路圖，是由交流濾波器1，輸入電壓△VMN采樣保持器2，自然電位自動補(bǔ)償器3，自校用電壓信號發(fā)生器4，供電電流采樣保持器5，高阻運(yùn)算放大器組成的同相跟隨與同相放大器6，負(fù)壓轉(zhuǎn)換器7和3 1/2 位液晶顯示數(shù)字電壓表8所組成。來自測量電極MN的直流與交流混合信號，通過交流濾波器1將交流信號衰減到對儀器測量無影響的程度，其衰減量可通過開關(guān)控制選取，將不衰減的直流信號輸給自然電位自動補(bǔ)償器3。輸入電壓△VMN的取樣保持器2，其功能是在AB供電建立起人工電場時，MN端將輸入人工電場與自然電場之疊加電位值，當(dāng)開關(guān)在S位時，電容將充至△VMN值，當(dāng)開關(guān)在H位時，電容電壓將保持不變。自然電位自動補(bǔ)償器3，在AB供電建立人工電場前，開關(guān)接地，使電容充至大地的自然電位值，當(dāng)開關(guān)轉(zhuǎn)至“自電補(bǔ)償”位置時，電容串入高阻運(yùn)算放大器6同相輸入端，此時電容上的電位值與MN端的自然電位值數(shù)值相等而方向相反，相互抵消，從而達(dá)到自動補(bǔ)償之目的。在此后，由AB供電建立的工電場，則僅有MN極間的人工電場的電位值輸送給高阻運(yùn)算放大器6。自校用的電壓信號發(fā)生器4的功能，是在輸入端MN短路時，可用此信號源檢查儀器性能，在儀器工作時，將信號發(fā)生器4接地，這樣將對輸入信號測量不發(fā)生影響。供電電流采樣保持器5在AB供電建立人工電場時，AB電路將通過0.1歐姆標(biāo)準(zhǔn)電阻構(gòu)成回路，電流流過標(biāo)準(zhǔn)電阻產(chǎn)生之電壓對電容充電，作為采樣，在斷電前，將開關(guān)轉(zhuǎn)至H位置，電容將與AB供電電路脫離，電容電壓處于保持狀態(tài)，測量時，將開關(guān)轉(zhuǎn)至IAB位置，即可通過測量電容C端之電壓指示電流值。高阻運(yùn)算放大器6之功能是作同相跟隨和同相放大之用，經(jīng)自電補(bǔ)償后之人工電位值△VMN，或經(jīng)接標(biāo)準(zhǔn)電阻的電容電壓值，通過高阻運(yùn)算放大器6的電路，或以跟隨器方式經(jīng)阻撓變換后呈同值電壓輸出，或以放大器方式將輸入電壓放大十被后輸出，最終輸給3 1/2 位液晶數(shù)字電壓表8，顯示讀數(shù)，本儀器共有三測程，即2000mV，200mV和20mV三檔，用前兩檔工作時，高阻運(yùn)算放大器6作跟隨器用，后一檔作十倍放大器用。高阻運(yùn)算放大器6工作用的電源來自負(fù)電壓轉(zhuǎn)換器7，其作用是將輸入之6V正電源轉(zhuǎn)換成近同值的負(fù)電源，以獲得±6V兩組電源，供高阻運(yùn)算放大器6用。用CMOS微功耗A／D轉(zhuǎn)換器芯片7126構(gòu)成的液晶顯示數(shù)字電壓表8的顯示數(shù)字范圍為0－1999，當(dāng)輸入直流電壓為199，9mV時，顯示滿讀數(shù)為1999，對200mV，2000mV與20mV三個測程，高阻運(yùn)算放大器6輸出端分別以同相跟隨，衰減為十分之一和同相放大器十倍三種方式接3 1/2 液晶顯示數(shù)字電壓表8輸入端，以保證各個測程的最大電壓輸入值均為200mV(199.9)而顯示滿度數(shù)字。在改變儀器測程的同時，3 1/2 液晶顯示器上的小數(shù)點(diǎn)位隨之改變，使小數(shù)點(diǎn)前的一位數(shù)顯示為mV值。
本實用新型的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下1、顯示方式與范圍液晶數(shù)字顯示顯示3 1/2 位，顯示范圍0－1999。
2、電位差測量測程共分三檔2V、200mV、20mV，其電壓分辯率分別為1mV／字，0.1mV／字，10μV／字。
3、電流測量測程電位差與電流轉(zhuǎn)換關(guān)系為10mA／1mV，故與三個電位測量檔對應(yīng)的電流測量范圍分別為20A，2A，0.2A，考慮到供電按鈕安全，供電電流應(yīng)不大于2A。
4、測量誤差滿測程值的0.1％±1個字。
5、各測量的輸入阻抗均大于1000兆歐姆。
6、具有自然電位自動補(bǔ)償之功能。
7、具有被測電位正負(fù)極性自動顯示之功能。
8、具有被測供電電流與電位差采樣保持功能，供電時兩者同時采樣保持，在停止供電后分別讀取△VMN與IAB值。
9、交流濾波電路的時間常數(shù)可調(diào)，分大小RC兩檔，對50Hz頻率的交流干擾信號，衰減量分別為大RC95dB(5.87萬倍)，小RC36dB(65倍)，頻率越高，衰減量越大。
10、功耗儀器用9V與6V兩組電池供電，功耗分別為1.5mW與30mW，總功耗小于40mW。
11、儀器絕緣電阻在正常情況下，AB插孔，MN插孔與外殼間不小于1000兆歐姆。
12、儀器供電按鈕斷接直流功率1.2KW(3A，400V)。
13、儀器重量2.3公斤，加上三角架總重3公斤。
14、外形尺寸22.7×15.2×10厘米。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)簡單由于采用CMOS組件，高阻運(yùn)算放大器，負(fù)壓轉(zhuǎn)換器，和優(yōu)質(zhì)電容組合，保證了儀器的穩(wěn)定性，替代了現(xiàn)有DDC－2電子自動補(bǔ)償儀所用的繁雜的電子元部件和電路，使得結(jié)構(gòu)大大簡化。
2、抗干擾能力極強(qiáng)，因同時具備高靈敏度與極強(qiáng)的壓制交流干擾能力，可獲得極高的信噪比，可保證儀器即能在DDC－2電子自動補(bǔ)償儀無法工作的強(qiáng)干擾區(qū)(如高壓電線下，城鎮(zhèn)工礦區(qū))正常工作，又可實現(xiàn)大極距，小功率供電的方式工作。
3、靈敏度與測量精度高在最高靈敏度20mV檔，分辯率為10μV／字，變化僅±1字，因此讀數(shù)的相對誤差與測量精度均比DDC－2電子自動補(bǔ)償儀高一個數(shù)量級。
4、操作簡便采用自電自動補(bǔ)償器和液晶數(shù)字顯示，免掉DDC－2電子自動補(bǔ)償儀的手調(diào)自電補(bǔ)償和手控被測電壓極性指示的操作。
5、功耗低，重量輕，體積小，功耗低于40mV，重量2.5公斤，體積1180cm3比DDC－2電子自動補(bǔ)償儀分減少10倍，4倍，和5倍。
6、社會經(jīng)濟(jì)效益好成本低，勞動強(qiáng)度低，效率高，由于小工作電流即可保證測量精度，故可用輕便電池作電源，不用專人挑笨重的電池箱和電線，比DDC－2電子自動補(bǔ)償儀所需人力至少減少三人，電池購置費(fèi)也可大大節(jié)約，一個電法組一年工作成本至少降低數(shù)千元，而儀器購置費(fèi)僅一千元。
權(quán)利要求1.一種電法勘探直流數(shù)字電測儀，由高阻運(yùn)算放大器構(gòu)成的自電自動補(bǔ)償儀器，取樣保持器，放大器功能塊和7100系列A/D轉(zhuǎn)換器芯片構(gòu)成的液晶數(shù)字表頭與信號源電路功能塊組合而成，其特征在于高阻運(yùn)算放大器可以接成同相輸入跟隨和同相放大器實現(xiàn)自電自動補(bǔ)償和電源、電壓值取樣保持，7100系列A/D轉(zhuǎn)換器芯片與液晶數(shù)字顯示器連接構(gòu)成數(shù)字電壓表，利用芯片本身的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生信號源用于儀器自檢。
2.如權(quán)利要求1所述的直流數(shù)字電測儀，其特征在于用高阻運(yùn)算放大器與優(yōu)質(zhì)電容構(gòu)成自電自動補(bǔ)償器和所測電流，電壓取樣保持器。
3.如權(quán)利要求1所述的直流數(shù)字電測儀，其特征在于利用7100系列A／D轉(zhuǎn)換器芯片的穩(wěn)壓輸出作為儀器自檢信號源電路。
4.如權(quán)利要求1所述的直流數(shù)字電測儀，其特征在于用負(fù)壓轉(zhuǎn)換集成電路，提供正負(fù)雙相電源。
5.如權(quán)利要求1所述的直流數(shù)字電測儀，其特征在于采用衰減量可調(diào)濾波器。
專利摘要電法勘探直流數(shù)字電測儀由高阻運(yùn)算放大器構(gòu)成的同相跟隨和同相放大器，可調(diào)交流濾波器，采樣保持器，負(fù)壓轉(zhuǎn)換器，液晶顯示數(shù)字電壓表等部分組成，能實現(xiàn)自電自動補(bǔ)償，采樣保持，液晶數(shù)字顯示，抗交流干擾可調(diào)等功能，具有分辨率為10V/字，測量精度高，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量只有2.5公斤，功耗低于40mW，操作方便，工作效率高等優(yōu)點(diǎn)，適用于金屬礦普查，水文工程地質(zhì)和城市物探所用的自然電場法，電阻率法和充電法等方法。
文檔編號G01V3/04GK2042601SQ8821342
公開日1989年8月9日 申請日期1988年9月21日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月21日
發(fā)明者梁仁 申請人:浙江省地球物理地球化學(xué)勘查大隊