CN101566687A - 地质雷达数控采集系统 - Google Patents

地质雷达数控采集系统 Download PDF

Info

Publication number
CN101566687A
CN101566687A CNA2008101047245A CN200810104724A CN101566687A CN 101566687 A CN101566687 A CN 101566687A CN A2008101047245 A CNA2008101047245 A CN A2008101047245A CN 200810104724 A CN200810104724 A CN 200810104724A CN 101566687 A CN101566687 A CN 101566687A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
acquisition system
usb
numerical control
control unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2008101047245A
Other languages
English (en)
Inventor
彭苏萍
杨峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology CUMT
China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Original Assignee
China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology Beijing CUMTB filed Critical China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority to CNA2008101047245A priority Critical patent/CN101566687A/zh
Publication of CN101566687A publication Critical patent/CN101566687A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

一种地质雷达数控采集系统由USB控制模块分别连主机(计算机)、数字控制单元组成。本发明最高采样脉冲频率为800KHz，数据通讯满足USB2.0协议，步进延迟达到2ps精度；本发明在车速120公里/小时、每道512样点数前提下，道间隔小于2.5cm的空间距离，满足公路、市政、铁路高速检测要求。本发明提供的软件系统，能实时检测探测效果。本发明是集高频电子技术、计算机科学与技术、信息处理技术、地球物理等学科为一体的高新技术。

Description

地质雷达数控采集系统
【技术领域】
本发明涉及一种地质雷达数控采集系统，尤其设计一种用于铁路、高速公路等路基隐伏病害快速检测和市政道路管线快速探测的数据高速采集控制系统。
地质雷达技术是近些年发展起来的浅层高效地球物理探测新技术，它利用主频为数十兆赫至数千兆赫兹波段的电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由地面通过天线发射器发送至地下，经地下目的体或地层的界面反射后返回地面，为雷达天线接受器所接收，通过对所接受的雷达信号进行处理和图像解译，达到探测前方目的体的目的。具有快速便捷，精度高，且无损伤探测等特点，在工程水文地质调查、隧道质量检测、机场跑道质量检测等领域中得到广泛应用。通过不断的技术改进，已逐渐被应用到公路、铁路和市政道路路基隐伏灾害源探测和市政地下管线调查。
本发明涉及到高频电子、计算机科学与技术、信息处理和地球物理等学科领域为一体的高新技术。
本发明利用高频电子技术设计和开发具有高速采样的控制单元；利用计算机技术设计和开发USB控制模块模块；通过控制端元控制触发信号的同步和数据的采集；通过USB模块实现控制单元和计算机系统之间的数据通讯；利用计算机信息处理技术对数据进行处理和解释，达到探测目的。
【背景技术】
地质雷达是近些年发展起来的高效的浅层地球物理探测新技术，地质雷达装备及方法可以分为常规检测雷达和快速检测雷达。常规雷达脉冲发射频率往往小于200KHz，快速检测雷达脉冲频率大于200KHz。
目前，国内外地质雷达主要应用在工程勘探和隧道检测方面，均属于常规检测雷达应用范围。快速检测雷达主要应用在高速公路、铁路等路基隐快速检测和城市道路管线探测。
快速检测雷达起步于20世纪80年代初期，欧洲斯堪的纳维亚半岛上的丹麦、瑞典等国，就开始将探地雷达应用于道路快速检测工作，但那时这种方法尚未开始广泛应用。1985年，美国GSSI公司在美国联邦公路局支持下，针对高速公路使用的车载雷达系统开始得到发展。目前快速检测雷达技术主要应用在道路油面层的检测，对路基隐患探测达不到快速检测的目的，主要主机控制通道、天线发射效率和悬空设计达不到要求。
进入21世纪以后，意大利进行了针对路基隐患的快速检测研究，开发了400MHz天线，3通道控制单元的采集系统。2007年初，美国GSSI公司开始着手针对路基隐患快速检测雷达仪器研究与开发，2007年5月美国GSSI公司开发了针对路基检测的400MHz天线。
目前快速检测雷达系统存在以下不足：
1、主机控制单元采集速度的限制。目前最快雷达采集控制单元均采用模拟控制，例如GSSI的SIR-20主机和意大利IDS公司SRIS控制单元，其最高发射脉冲频率只达到400KHz。如果三组400MHz天线同时工作，每个天线的脉冲频率为133KHz，较难满足高精度快速检测需求。因此，在模拟控制的条件下，进一步提高脉冲频率存在较大的难度。
2、资料处理解释的局限性。目前国内外地质雷达技术均是采用以电磁波反射为机理的探测理论，在资料处理上模拟地震信号模式，在资料解释上主要以能量变化和同相轴变化为依据。以常规处理解释技术应用到雷达快速检测领域，资料解释明显滞后，因此整个检测速度受到影响；同时道路路基隐患对电磁波的响应特征与地震存在很大差异。如何利用电磁波频散和频率变化特征实现雷达快速检测，也是需要突破的难点。
3、通道数量的限制。目前GSSI高速雷达主机为2个通道，IDS高速雷达主机为3个通道。通道数量少，降低了现场数据采集效率。
【发明内容】
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明研制具有实时剖面监测、连续探测的高速地质雷达采集系统，本发明可以提供50KHz～800KHz之间的脉冲频率，最高可以达到800KHz的脉冲频率；本发明采用数字信号控制步进延迟，最小步进精度达到2ps；本发明采用USB控制器进行数据传递，满足USB2.0协议，数据传递速率达到每秒400M二进制位；本发明通过USB接口，方便主机的实时更新；本发明配备了病害识别人机交互提取技术，为现场的实时处理和解释提供方便；本发明提供高速脉冲频率和高速数据传递，在数据采集速度120公里/小时条件下，空间采样道间隔可以达到5cm，满足铁路、公路和市政高速采样空间精度要求。
本发明主要包含如下内容：
●数字控制单元的设计与开发。是本发明的系统控制核心。
●USB控制模块的设计与开发。是本发明的数据通讯通道。
●计算机采集系统软件的设计与开发。是本发明的用户控制界面。
(1)数字控制单元
数字控制单元是以CPLD为核心，包括CPLD控制器模块、晶振管理控制模块(时钟控制)、固定延迟模块、步进延迟模块、A/D采集卡模块和前置放大模块。
各模块部件的主要功能如下：
●CPLD控制器模块：对固定延迟、步进延迟和采集卡等进行数字控制和管理。
●晶振管理控制(时钟控制)模块：提供50K、100K、200K、400K和800K时钟频率脉冲。
●固定延迟模块：提供电流控制、提供0～255ns数字控制的时间延迟控制。
●步进延迟模块：提供电流控制、精度2ps的数字控制延迟模块。
●A/D(采集卡)模块：提供16位AD转换模块，采用BB公司的ADS8422IBPFBR。
●前置放大(采集卡)模块：提供1～128倍前放。
(2)USB控制模块
USB控制模块包括：USB控制器和外触发器(定位系统)。其主要功能如下：
●USB控制器：采用CYPRESS 68013A芯片，该芯片采用增强型8051处理器，支持USB 2.0协议，时钟频率48Mhz。利用开发出的固件程序，利用USB控制端点实现与主机的数据通讯；利用12C总线实现与数字控制单元的数据通讯。
●外触发器(定位系统)：提供GPS、测量轮和打标等定位接口。
(3)计算机采集系统软件
计算机采集系统软件包括：USB采集驱动程序，用户界面程序。其主要功能如下：
●USB采集驱动程序：USB上电后，由操作系统自动下载到USB控制模块的存储单元内，实现USB控制模块分别与主机(计算机)和数字控制单元之间的数据通讯。
●用户界面程序：提供采集参数设置、数据采集过程控制、数据显示、数据保存和数据处理等功能。
本发明是这样实现的：它包括主机(计算机)、USB控制模块和数字控制单元。其中主机(计算机)连接USB控制模块；USB控制模块连接数字控制单元。数字控制单元包括CPLD控制器模块、晶振管理控制模块(脉冲时钟控制)、固定延迟模块、步进延迟模块、A/D(采集卡)模块和前置放大模块，其中CPLD控制器模块分别连晶振管理控制模块(脉冲时钟控制)、固定延迟模块、步进延迟模块、A/D(采集卡)模块和前置放大模块，前置放大器模块连A/D采集卡；USB控制模块包括USB控制器和外触发器，外触发器连USB控制器。
本发明达到如下的关键技术指标：
●最小时间步进精度：2ps
●脉冲发射频率：50KHz～800KHz可控
●模数转换：16位A/D
●前置增益：2db～32db可控
●显示方式：波形、彩色可选
●采集触发方式：打标、测量论、键盘和时间
●采样点数：256～4096可选
【附图说明】
图1为本发明技术方案的方框图。
图2为本发明技术方案的详细结构图。
图3为本发明采集系统软件流程图。
【具体实施方式】
参见图1和图2所示，本发明是这样实现的：它包括主机(计算机)、USB控制模块和数字控制单元。本发明提供了固定延迟信号输出和步进延迟信号输出，其信号输出频率最高达到800KHz；本发明提供模拟信号输入端口，本发明可以将输入的模拟信号进行放大、数字化，并将数字化后的数据通过USB接口传到计算机对数据进行显示和存盘。
参见图1、图2和图3所示，本发明实施的方式如下：
第一步：由主机(计算机)发送采集参数到CPLD控制器。
第二步：CPLD接收到采集参数，设置数字控制单元的采集参数，例如脉冲频率设置、步进延迟设置等。
第三步：主机(计算机)发送采集启动信号，CPLD开始工作。
地四步：CPLD接收模拟信号输入端口数据，并将数字化，把数字化结果保存在USB控制器的存储单元内。
第五步：由USB控制器将储存单元的数据以批量发送方式传递到主机(计算机)系统中。
第六步：由主机(计算机)对采集到的数据进行处理、显示和存盘。

Claims (4)

1.一种地质雷达数控采集系统，它包括主机(计算机)、USB控制模块和数字控制单元，其特征在于：USB控制模块分别连主机(计算机)、数字控制单元；USB控制模由USB控制器和外触发器电路组成；数字控制单元由CPLD控制器模块、晶振管理控制模块、固定延迟模块、步进延迟模块、A/D采集卡模块和前置放大模块电路组成；整个系统由主机控制操作。
2.根据权利要求1所述的采集系统，其特征在于：所述的数字控制单元是由CPLD控制器模块分别连晶振管理控制模块、固定延迟模块、步进延迟模块、A/D采集卡模块和前置放大模块；前置放大模块连A/D采集卡模块组成；固定延迟模块提供固定延迟信号输出；步进延迟模块提供步进延迟信号输出；前置放大模块提供模拟信号输入端口。
3.根据权利要求1所述的采集系统，其特征在于：所述的USB控制模块是由USB控制器连外触发器组成。
4.根据权利要求1所述的采集系统，其特征在于：最小时间步进精度2ps；脉冲发射频率在50KHz～800KHz之间可调；模数转换为16位；前置增益在2db～32db之间可调；显示方式在波形、彩色可选；采集触发方式：打标、测量轮、键盘和时间可选；采样点数在256～4096之间可选。
CNA2008101047245A 2008-04-23 2008-04-23 地质雷达数控采集系统 Pending CN101566687A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2008101047245A CN101566687A (zh) 2008-04-23 2008-04-23 地质雷达数控采集系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2008101047245A CN101566687A (zh) 2008-04-23 2008-04-23 地质雷达数控采集系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101566687A true CN101566687A (zh) 2009-10-28

Family

ID=41282941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2008101047245A Pending CN101566687A (zh) 2008-04-23 2008-04-23 地质雷达数控采集系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101566687A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102680947A (zh) * 2012-05-28 2012-09-19 上海海事大学 一种基于usb的雷达信号采集显示系统
CN102073033B (zh) * 2009-11-25 2013-03-20 中国科学院电子学研究所 可动态校准的高精度步进延迟产生方法
CN103076637A (zh) * 2013-01-09 2013-05-01 山东大学 隧道单孔地质雷达成像天线递送传动装置及递送传动方法
CN104698503A (zh) * 2015-04-02 2015-06-10 芜湖航飞科技股份有限公司 一种雷达数据处理方法
CN111257952A (zh) * 2020-01-20 2020-06-09 广州燃气集团有限公司 一种基于吸波材料的地下管线识别系统和方法
CN116661005A (zh) * 2023-08-02 2023-08-29 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 一种实现地下管线精确探测的电磁波ct分析识别方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102073033B (zh) * 2009-11-25 2013-03-20 中国科学院电子学研究所 可动态校准的高精度步进延迟产生方法
CN102680947A (zh) * 2012-05-28 2012-09-19 上海海事大学 一种基于usb的雷达信号采集显示系统
CN103076637A (zh) * 2013-01-09 2013-05-01 山东大学 隧道单孔地质雷达成像天线递送传动装置及递送传动方法
CN104698503A (zh) * 2015-04-02 2015-06-10 芜湖航飞科技股份有限公司 一种雷达数据处理方法
CN111257952A (zh) * 2020-01-20 2020-06-09 广州燃气集团有限公司 一种基于吸波材料的地下管线识别系统和方法
CN111257952B (zh) * 2020-01-20 2022-07-05 广州燃气集团有限公司 一种基于吸波材料的地下管道识别系统和方法
CN116661005A (zh) * 2023-08-02 2023-08-29 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 一种实现地下管线精确探测的电磁波ct分析识别方法
CN116661005B (zh) * 2023-08-02 2023-12-12 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 一种实现地下管线精确探测的电磁波ct分析识别方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101566687A (zh) 地质雷达数控采集系统
CN108107478B (zh) 大地电磁同步探测与实时反演方法及系统
CN104133212A (zh) 一种用于实时检测公路结构层厚度的雷达设备及方法
CN104656157B (zh) 一种识别页岩气甜点区的方法及装置
CN101661111B (zh) 利用短信进行地震仪控制和数据传送的方法及短信控制传送型无缆地震仪
CN103630946B (zh) 单孔电磁波层析成像超前探测装置及方法
CN104656153A (zh) 随钻钻孔电磁波层析成像超前探测装置及方法
CN107346032A (zh) 一种无线控传加速度传感器的隧道超前预报系统及方法
CN102288625A (zh) 一种渠道混凝土衬砌无损检测系统
CN103176204B (zh) 无线分布式隧道超前预报探测装置、系统及方法
CN108415055B (zh) 一种液体管道内移动物体定位标记器
CN206016797U (zh) 测量模块及具有所述测量模块的矿井随钻测斜勘探系统
CN106154341A (zh) 一种核磁共振与瞬变电磁一体化探测仪器及工作方法
CN106908837B (zh) 一种压裂裂缝形态和裂缝高度确定方法
CN102768370A (zh) 基于动电耦合的水力压裂裂缝监测装置及监测方法
CN101397907A (zh) 消除感应测井仪器直耦信号的方法和装置
CN102662195A (zh) 地下空洞探测系统
CN101750629A (zh) 一种差分定位随钻地震仪
CN103837903A (zh) 基于无线网络的地下全波核磁共振探测装置
CN107065019A (zh) 应用于道路灾害和塌陷检测的三维电磁成像装置及使用方法
CN201514489U (zh) 短信型无缆地震仪
CN203673081U (zh) 基于无线网络的地下全波核磁共振探测装置
CN111273340A (zh) 一种随采隧道地质超前预报方法
CN101726729A (zh) 地质雷达高精度接收机
CN103558648B (zh) 无缆井地电法与微地震联用系统及测试方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20091028