Diseño de resistivímetros terrestres

Question

Me gustaría diseñar un resistivímetro de tierra para su uso en prospecciones arqueológicas. Se trata básicamente de una fuente de corriente colocada en el suelo y un óhmetro para medir la resistencia entre las sondas. Esto nos dice algo sobre la composición y el contenido de humedad del suelo, y si podría haber rasgos arqueológicos bajo la capa superficial del suelo.

Un ejemplo de "resmetro" comercial es el Geoscan RM15-D y John Becker escribió un artículo en Electrónica práctica cotidiana hace unos 20 años con un diseño para uno. El inconveniente es que utiliza +/-5v en las sondas, lo que limita su utilidad en suelos secos o muy rocosos. La máquina Geoscan puede emitir a 40v o 100v (pico a pico I piense en ) que lo convierte en un dispositivo más versátil. Se necesita una forma de onda acoplada a la CA para reducir los efectos capacitivos del suelo.

Así que lo que me gustaría diseñar es un circuito que me acerque a las especificaciones del RM15-D:

• hasta 100v p-p AC a <150Hz a una corriente constante seleccionable por el usuario de 0,1mA a 10mA
• alimentado por una batería recargable LiPo/Li-ion
• ser lo más ligero posible, ya que los frágiles arqueólogos tienen que cargar con este trasto por los zarzales todo el día

El circuito del artículo utiliza un simple tren de impulsos como forma de onda de salida, y aunque la forma de onda real no parece importar mucho (siempre que esté acoplada a CA), la posibilidad de que se produzcan tensiones transitorias muy altas me parece indeseable. Supongamos que puedo generar una onda sinusoidal de baja tensión para introducirla en el circuito. Es de suponer que también será necesario cierto grado de aislamiento.

¿Cuál sería la forma recomendada de conseguirlo? ¿Sería suficiente utilizar algo tan simple como un transformador, o quizás algo como un DRV2700 como se ha mencionado en este ¿Pregunta SE?

Answer 1

Se trata de un gran proyecto y no puede responderse en detalle de forma sencilla. El quid de tu pregunta/problema parece ser la generación de los 40 - 100V 'AC' con una 'corriente constante' variable/preestablecida así que en eso me he concentrado. Hay otras soluciones pero así es como yo lo enfocaría.

Haciendo un resumen del proyecto obtuve un diagrama de bloques como este.

He ampliado los bloques para la generación "AC". Generando primero un alto voltaje DC y luego convirtiéndolo a AC usando un puente H permite que la frecuencia de salida a las sondas sea cambiada fácilmente. La salida es una onda cuadrada. Las sondas necesitan una señal de CA para evitar la polarización, pero la forma de onda no es importante.

En lugar de intentar producir una corriente constante, he optado por el mismo enfoque que se describe en el proyecto EPE, es decir, el uso de conmutadores. resistencias limitadoras de corriente . Se obtiene así un circuito (bidireccional) muy sencillo y fácil de construir.

El alto voltaje (mostrado como 100V pero podría ser 40V si fuera necesario) se genera usando cualquier convertidor dc-dc adecuado (como un LT8331). Añadiendo un circuito de puente H, alimentado por la alta tensión, las salidas del puente pueden invertirse continuamente mediante un circuito de reloj/conductor bifásico que suministre corriente a las sondas. ( un uso más común es invertir la corriente a través de un motor) Hay muchos ejemplos de este tipo de circuito en la red.

Este puente H podría ser accionado por un simple oscilador de tipo "reloj" (como un 555 astable) o desde la salida de un microcontrolador (con interfaces adecuadas para proteger contra la alta tensión).

Mirando el resto del circuito creo que también necesitarás incluir un módulo GPS (para saber dónde se tomó la lectura), algún tipo de sistema de registro de datos (para grabar los datos), una interfaz a un ordenador externo si los datos no son portátiles (es decir, en un lápiz de memoria o tarjeta), un microcontrolador para manejar el flujo de datos, lecturas de tiempo, entrada de teclas, pantalla, etc., algún tipo de sistema de medición de la tensión que pueda convertirse en datos digitales para el registrador de datos, un teclado o conjunto de teclas para manejar las distintas funciones y algún tipo de pantalla que permita saber qué está pasando. Como ya he dicho, se trata de un gran proyecto.

Answer 2

Evitaré comentarios largos, así que intentaré darles mi punto de vista. He leído los artículos y he llegado a la conclusión de que los instrumentos de arqueología utilizan el mismo principio que los medidores de tierra. La diferencia es el registro de datos, mientras que para la arqueología se necesitaría también una ubicación GPS de la medición tomada y un software de visualización. Los medidores de resistencia del suelo baratos utilizan alta frecuencia, mientras que los buenos utilizan baja frecuencia. Ahora, los mejores instrumentos, como el comprobador de tierra Fluke 1625-2 GEO, pueden medir el suelo con 55, 94, 105, 111 y 128 Hz. http://en-us.fluke.com/products/earth-ground/fluke-1625-2-geo-earth-ground-tester-kit.html#techspecs , el Fluke 1623-2 tiene señal de 128 Hz, entonces tiene un MASTECH MS2306 chino con 94, 128 Hz, Mastech MS2307, Todos estos instrumentos no tienen posibilidad de GPS, pero almacenan las mediciones y se puede descargar a través de USB. También he encontrado http://www.sonel.pl/en/katalog-produktow/electrical-safety-measurements/mru-200.html este dispositivo tiene GPS incorporado y almacena las mediciones con la posición.
IMO el medidor ideal para usted es una especie de baja frecuencia y la posibilidad de medidas de salida en el puerto RS232, donde se conecta con una especie de Arduino u otro tablero para tener un dispositivo DGPS y una tarjeta SD de almacenamiento. Dudo que los instrumentos descritos en los artículos tengan tanta precisión como los medidores de tierra profesionales, sólo hacen algunos medidores básicos y venden software para PC.