【摘要】：地球淺部礦產(chǎn)資源在工業(yè)的大量需求與利用下急劇減少,勘查重點逐漸轉(zhuǎn)向地球深部;高精度、多方法、智能化是地球物理勘探儀器的發(fā)展方向。在“十二五”國家863計劃項目“大功率井—地電磁成像系統(tǒng)”課題支持下,中國地質(zhì)大學(xué)(北京)開展了EMR6電磁接收機的研制,實現(xiàn)了MT、AMT、TDIP、SIP和CSAMT方法的數(shù)據(jù)采集,但仍存在電路分模塊較多、機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有限、缺少現(xiàn)場數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件等不足之處。本文針對上述需求,進行EMR6-A多功能電磁接收機的硬件研制與程序開發(fā),對接收系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)和實用性進行改善,提高儀器的集成度,減小體積,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時瀏覽和預(yù)處理,更好地適應(yīng)復(fù)雜地形區(qū)域的電磁勘探需要。EMR6-A多功能電磁接收機的采集電路由模擬采集板和數(shù)字控制板組成,其中模擬采集板包含電源轉(zhuǎn)換電路、運算放大器、高低速模數(shù)轉(zhuǎn)換器、開關(guān)電路和數(shù)字隔離等;數(shù)字控制板包含電源轉(zhuǎn)換電路、FPGA、ARM、以太網(wǎng)口、RTC實時時鐘、SD卡及相關(guān)外圍存儲電路等。數(shù)據(jù)采集設(shè)有2個電場通道和3個磁場通道,每個通道配備了高速和低速兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片,以適合不同頻率的信號,達到更高的信噪比。數(shù)控板上的恒溫晶振輸出高精度時鐘,配合GPS實現(xiàn)多臺接收機和發(fā)射機的時間同步。FPGA接收A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理,傳輸給ARM生成采集文件存儲到SD卡中。編寫FPGA和ARM-Linux程序,實現(xiàn)系統(tǒng)的核心控制;開發(fā)基于PC/Windows環(huán)境的數(shù)據(jù)查看軟件和數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件,實現(xiàn)TDIP、SIP和CSAMT采集數(shù)據(jù)的現(xiàn)場瀏覽和預(yù)處理,程序沒有運行所需的附加庫文件,兼容x86和win32平臺。室內(nèi)測試結(jié)果表明,多功能電磁接收機實現(xiàn)了兩通道電場與三通道磁場的數(shù)據(jù)采集,電路具有DC~10kHz帶寬,電場通道動態(tài)范圍約108.3dB,磁場通道動態(tài)范圍約112.7dB,用戶軟件程序?qū)崿F(xiàn)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)時間序列瀏覽與數(shù)據(jù)預(yù)處理。EMR6-A多功能電磁接收機的研制改善了現(xiàn)有陸地儀器的智能化程度,綜合性強,有助于提高地球物理野外勘探的作業(yè)效率。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN850;O441;P631.33
【圖文】：

硬件研制小的帶內(nèi)噪聲（Texas Instruments, 2012），芯片內(nèi)部功能框圖如圖 2-ADS1271 接受差分信號輸入，內(nèi)部沒有需要編程的寄存器，可以通過 I/O 引腳實現(xiàn)信號采集。獲取數(shù)據(jù)的串行接口支持 SPI 以及幀同步格式擁有菊花鏈輸出，可以很好地應(yīng)用于多通道采集系統(tǒng)。

圖 2-30 ADS1282 內(nèi)部功能框圖電場和磁場通道的 ADC 利用 SPI 接口經(jīng)過隔離后與 FPGA 通訊，由于ADS1282 沒有菊花鏈功能，因此 FPGA 在每次轉(zhuǎn)換后，依次接收五個通道的采集數(shù)據(jù)，合并為串行數(shù)據(jù)后傳輸給 ARM。主控發(fā)出的 SYNC 信號復(fù)位數(shù)字濾波器和調(diào)制器，由此同步多個 ADS1282 器件的轉(zhuǎn)換過程。ADS1282 的高分辨率能夠識別很小的噪聲，所以在設(shè)計其配套電路以及PCB 布局時需要格外注意。在信號進入 ADC 之前，搭建了濾除輸入信號高頻噪聲和共模干擾的電路，如圖2-31所示。R1、R2、R11、R12和C22濾除輸入信號的高頻分量，R1、R11、C17和 C23濾除兩個輸入端相同的高頻成分。焊接電路時盡量選擇 1%高精度電阻和 C0G 電容，讓差分輸入兩端的元器件參數(shù)盡量對稱。R1100RR2100RAIN-ELAIN-EL

硬件研制 SPI 接口同時連接 RTC 實時時鐘，片選信號決定 ARM 的具1390 作為實時時鐘芯片，能夠提供年月日時分秒以及百分之一天數(shù)會根據(jù)月份調(diào)整，包括閏年的修正，時間格式支持 24 小時器件帶有時間/日期警報，通過程序配置內(nèi)部寄存器，從而控輸出定時中斷信號，該警報同樣可以被設(shè)置在每秒、分、時機借助這個功能在某整點開始采集。制電路板采集板尺寸為 150*120*170mm，實物圖如圖 2-45 所示，數(shù)字0*80*130mm，實物圖見圖 2-46 所示。兩塊電路板拼接后，算體積為 150*120*380mm。

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本文編號：2782537