CN102707659A - 瞬变电磁检测仪主控系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及仪器仪表技术领域，特别涉及瞬变电磁检测仪主控系统及其使用方法，包括：接收转换模块，中央处理模块，存储模块和最终数据传输模块；所述接收转换模块，将外部传来的模拟信号转换为数字信号；所述中央处理模块为复杂可编程逻辑器件（CPLD），采集所述数字信号并将其存储在所述存储模块中；所述存储模块，存储所述中央处理模块采集到的数字信号；所述最终数据传输模块采集暂存在所述中央处理模块中的所述数字信号，将所述数字信号转换成上位机能够接收的格式，再传送给上位机，本发明提供的瞬变电磁检测仪主控系统，能够使在主控系统中增加功能单元时，主控系统进行数据采集的速率不会明显降低。

Description

瞬变电磁检测仪主控系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及仪器仪表技术领域，特别涉及瞬变电磁检测仪主控系统及其使用方法。

背景技术

瞬变电磁检测仪利用瞬变电磁原理进行地质检测等应用，包括发射系统，放大器系统和接收采集系统，接收采集系统中具有主控系统，现在常用的瞬变电磁检测仪的接收采集系统主要使用单片机作为主控系统。在使用现有的瞬变电磁检测仪主控系统时，首先通过发射系统给检测对象处发射一个检测信号，在遇到特定介质之后会产生新的磁场，在新磁场的作用下会产生新的信号反馈给接收采集系统。需要进行信号浮点放大的情况下，放大器系统首先对比较弱的信号进行浮点放大，之后接收采集系统会执行接收采集指令。这时，接收采集系统中的主控系统，也就是所述的单片机开始执行对新信号的处理指令，通过接收转换单元对反馈回来的新信号进行接收采集并转换成数字信号，再传送给中央处理器CPU、中央处理器CPU在处理和传送数字信号时将随机存储器RAM和只读存储器ROM作为缓存单元、最终数据传输单元接收到中央处理器CPU传送过来的最终数字信号指令，将其转换成上位机识别的格式传送给上位机，上位机再进行下一步的数据处理。在单片机系统中所有的执行单元通过一个系统程序完成。

但是，当单片机中增加功能单元时，相当于单片机的系统程序中增加了新的指令。因为单片机的运算能力较弱，在程序中增加新的指令导致单片机的运行明显减慢，从而导致主控系统对数据采集的整体速度明显降低。

发明内容

本发明提供的瞬变电磁检测仪主控系统，能够使在主控系统中增加功能单元时，主控系统进行数据采集的速率不会明显降低。

本发明还提供瞬变电磁检测仪主控系统的使用方法。

本发明的技术方案是这样实现的，包括：接收转换模块，中央处理模块，存储模块和最终数据传输模块；

所述接收转换模块，用于将外部传来的模拟信号转换为数字信号；

所述中央处理模块为复杂可编程逻辑器件（CPLD），用于采集所述数字信号并将其存储在所述存储模块中；

所述存储模块，用于存储所述的中央处理模块采集到的数字信号；

所述中央处理模块对所述数字信号的采集和存储完毕之后，再次调取需要上传给所述最终数据传输模块的数字信号，暂存在所述中央处理模块中；

所述最终数据传输模块，用于采集暂存在所述中央处理模块中的数字信号，将所述数字信号转换成上位机能够接收的格式，再传送给上位机。

进一步地，前述的瞬变电磁检测仪主控系统中，在所述接收转换模块接收转换外部传送回来的信号之前，所述中央处理模块先对外来信号的浮点进行放大倍数和放大时间的检测。

进一步地，前述的瞬变电磁检测仪主控系统中，所述接收转换模块对外来信号的采集速率根据外界信号自身回传的衰减频率来调制，最高采集速率为1M；所述存储模块的存储速率根据所述中央处理模块对所述数字信号的采集速率确定，最大速率为1M。

进一步地，前述的瞬变电磁检测仪主控系统中，所述中央处理模块还用于控制所述接收转换模块对数字信号的采集速率和采集点数，以及用于控制所述控制存储模块的存储速率和存储量。

进一步地，前述的瞬变电磁检测仪主控系统中，所述中央处理模块接收所述的上位机经所述的最终数据传输模块传来的控制字指令，对其解析，然后针对所述指令产生相应的时序控制信息和时间段信息，进行发射系统、放大系统、存储模块及接收转换模块的控制，从而进行瞬变电磁信号的采集工作；

所述中央处理模块根据对所述数字信号的采集，发送状态信息给所述上位机，所述上位机接收到状态信息，判断所述中央处理模块对于数字信号的采集是否完成；

所述最终数据传输模块传送所述数字信号给所述上位机之前，先将所述数字信号格式转换成所述上位机能够识别的格式，之后再传送给所述上位机。

进一步地，前述的瞬变电磁检测仪主控系统的使用方法包括，在使用该瞬变电磁检测仪时，首先所述上位机给所述中央处理模块发送控制字指令，所述中央处理模块接收到所述指令之后，根据所述指令使用发射机给探测对象处发射一个探测信号，当遇到特定介质会有反射信号返回给所述检测仪主控系统。

进一步地，前述的瞬变电磁检测仪主控系统的使用方法包括，所述的检测仪在接收信号时，首先，所述中央处理模块对外部回传回来的信号进行检测，判断其是否需要进行浮点放大；

所述中央处理模块检测过的外部信号，所述接收转换模块对其进行接收，转换成所述中央处理模块识别的数字信号。

进一步地，前述的瞬变电磁检测仪主控系统的使用方法包括，所述中央处理模块采集所述数字信号储存在所述存储模块中。

进一步地，前述的瞬变电磁检测仪主控系统的使用方法包括，所述数字信号采集完毕，所述中央处理模块从所述存储模块中调取所需的数字信号，再放回所述中央处理模块中。

进一步地，前述的瞬变电磁检测仪主控系统的使用方法包括，所述最终数据传输模块采集所述中央处理模块中暂存的数字信号，进行格式转换之后传递给所述上位机进行下一步处理。

通过本发明提供的瞬变电磁检测仪主控系统，能够产生如下积极效果：

1.所述中央处理模块为复杂可编程逻辑器件（CPLD），在采用复杂可编程逻辑器件（CPLD）作为中央处理模块时，给其中增加功能单元的同时数据采集的速率不会明显降低。因为复杂可编程逻辑器件（CPLD）执行速率的快慢取决于复杂可编程逻辑器件（CPLD）本身的硬件结构，也就是说复杂可编程逻辑器件（CPLD）本身的指令执行类似为通过一个实体的手焊电路板上的电路回路来完成的。一方面，在保证复杂可编程逻辑器件（CPLD）本身功能范围之内，只要所述的电路板上有足够的引脚，那么就可以在这些引脚上任意增加焊点，也就可以增加功能单元同时不影响其它指令的完成。进行指令执行时，每一个功能单元之间是并行执行的关系，彼此按照自己既定的电路回路完成指令，也就是执行指令时彼此回路间不会有影响。

另一方面，复杂可编程逻辑器件（CPLD）外部具有时钟模块，所述中央处理模块每增加一个功能单元时，所述时钟模块会确定每一个增加的功能单元开始执行指令的时间和执行这一指令所需要的时间长度。所以说每一个功能单元在执行指令时会按照既定的指令执行，不会因为外部新的指令增加而发生指令执行的延迟。所以说在功能范围之内给系统增加功能单元时，对整个中央处理模块执行指令的整体速率不会有大的影响，也就是主控系统的执行速率不会明显减慢，所以在增加功能单元的同时不会降低系统对数据的采集速率。

2.所述接收转换模块，对外来信号的采集速率，根据外界信号自身回传的衰减频率来调制，最高采集速率为1M。因为外来信号的初始频率很高，这就要求采集系统有相应的采集速率，根据外来信号的速率调整采集系统的速率，最高可达到1M的速率，这样的高速采集非常有利于信号数据的及时准确采集。

3.所述存储模块的存储速率根据所述中央处理模块对数字信号的采集速率确定，最大速率为1M。在对采集到的数字信号进行储存时，存储器也需要有相应的高速存储速率，这样才不会牵制中央处理模块的运行，而且本发明的存储器可以根据信息数据采集的速率来调整存储速率，这样有利于提高存储效率，也有利于提高整个系统的工作速率。

4.本发明中设有中央处理模块可以控制放大系统，可以在接收外来信号之前，先由中央处理模块检测外来信号是否需要进行浮点放大，和相应的放大倍数的制定。因为在初期，外来信号衰减快，信号强度范围大，直接采集即可，中后期时，由于信号衰减减弱，也就是信号本身强度变弱，这时进行相应的浮点放大有利于信息采集的准确性和有效性；

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，以下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，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为本发明一种实施例的数据传输机制示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

本发明的技术方案是这样实现的，包括：接收转换模块，中央处理模块，存储模块和最终数据传输模块；

所述接收转换模块，用于将外部传来的模拟信号转换为数字信号；

所述中央处理模块为复杂可编程逻辑器件（CPLD），用于采集所述数字信号并将其存储在所述存储模块中；

所述存储模块，用于存储所述的中央处理模块采集到的数字信号；

所述中央处理模块对数字信号的采集和存储完毕之后，再次调取需要上传给所述的最终数据传输模块的数字信号，暂存在所述的中央处理模块中；

所述最终数据传输模块，用于采集暂存在所述的中央处理模块中的数字信号，将所述的数字信号转换成上位机能够接收的格式，再传送给上位机。

通过本发明提供的瞬变电磁检测仪主控系统，能够使在主控系统中增加功能单元时，主控系统进行数据采集的速率不会明显降低。

上述实施方式中，所述瞬变电磁检测仪主控系统中，在所述的接收转换模块接收转换外部传送回来的信号之前，所述的中央处理模块先对外来信号的浮点进行放大倍数和放大时间的检测。

上述实施方式中，所述接收转换模块对外来信号的采集速率根据外界信号自身回传的衰减频率来调制，最高采集速率为1M，因为外来信号最初段的信号衰减很快，也就是外来信号本身的频率很高，这就需要采集系统自身的采集速率很高，本发明中设计的中央处理模块采集数字信息的速率最高可达1M。

上述实施方式中，所述存储模块的存储速率根据所述中央处理模块对数字信号的采集速率确定，最大速率为1M，因为存储模块的存储速率必须配合数据的采集速率，也就是说当数据的采集速率达到1M时存储模块的存储速率也必须达到1M.

上述实施方式中，所述中央处理模块还用于控制所述接收转换模块对数字信号的采集速率和采集点数，以及用于控制所述控制存储模块的存储速率和存储量。所述上位机发送给所述中央处理模块控制字指令，将需要的数字信号的点数有所限定；而且所述中央处理模块会根据外来信号的衰减频率来调整对所述数字信号的采集速率；同样，所述存储模块会发送控制字信息给所述中央处理模块，所述中央处理模块得到所述的存储模块的存储量信息，从而控制采集数字信号的采集量，同时根据信息采集的速率来调整所述存储模块的存储速率。

上述实施方式中，所述瞬变电磁检测仪主控系统中，所述中央处理模块接收所述的上位机经过所述最终数据传输模块传来的控制字指令，对其解析，然后针对所述指令产生相应的时序控制信息和时间段信息，进行发射系统、放大系统、存储模块及接收转换模块的控制，从而进行瞬变电磁信号的采集工作。所述中央处理模块在预定时间点完成对所述数字信号的采集，同时从所述存储模块中调取的数字信息量必须满足在预定时间段内，所述最终数据传输模块传送给所述上位机的数据传输量。

上述实施方式中，所述的中央处理模块根据对所述数字信号的采集，发送状态信息给所述的上位机，并自动结束采集和存储，所述上位机接收到状态信息，判断所述中央处理模块对于数字信号的采集是否完成，也就是说所述中央处理模块对所述数字信号采集完成之后，发送状态信息给所述上位机，所述上位机开始准备接收数据。

上述实施方式中，所述最终数据传输模块传送所述数字信号给所述上位机之前，先将所述数字信号格式转换成所述上位机能够识别的格式，之后再传送给所述上位机。因为在本发明中，优选地，电磁信号经过所述的接收转换模块（AD）转换之后为16位数，而所述最终数据传输模块通过串口传输给所述上位机的数字信号位数必须为8位，所以，需要经过所述最终数据传输模块的转换才可以传输。

在上述实施方式中，本发明的使用方法是这样的：

如图1所示，在使用该瞬变电磁检测仪时，首先所述上位机给所述中央处理模块发送控制字，所述中央处理模块接收到指令，之后，根据相应指令使用瞬变电磁检测仪给探测对象处发射一个探测信号，在遇到一定介质会有一个回应的反射磁场信号返回给所述的检测仪；

所述检测仪在接收信号时，首先，所述中央处理模块对外部回传回来的信号进行检测，判断其是否需要进行浮点放大；

所述中央处理模块检测过的外部信号，所述接收转换模块对其进行接收，转换成所述中央处理模块识别的数字信号。

所述中央处理模块采集所述数字信号储存在所述的存储模块中。

所述数字信号采集完毕之后，所述中央处理模块发送给所述上位机状态信息，所述中央处理模块得到控制字指令完成对所述数字信号的采集和储存，所述中央处理模块从所述存储模块中调取所需的数字信号，再放回所述中央处理模块中。

所述最终数据传输模块采集所述中央处理模块中暂存的数字信号，进行数据转换之后最终将转换之后的所述数字信号传递给所述上位机进行处理。

在本发明的各实施例中，优选地，所述中央处理模块优选为ComplexProgrammable Logic Device(CPLD)复杂可编程逻辑器件,型号为EPM570T芯片，因为在增加功能单元的同时，(CPLD)对数字信号的采集速率不会减慢;

所述最终数据传输模块优选为Advanced RISC Machines (ARM）处理器；

所述存储模块优选为Static RAM(SRAM)。

本发明的工作原理是这样的：本发明是根据瞬变电磁的原理设计的，最初，上位机中编制一个控制程序，所述控制程序中对于不同的指令用不同的控制字来标记，而检测系统的得到的指令信号也是通过接收到上级程序发送来的控制字来识别，再发送命令。

在本发明中，上位机首先会给中央控制模块发送控制字，中央处理模块接收到控制字指令之后，对于接收转换模块接收到的数字信号进行采集；在接收转换模块采集信号之前，中央处理模块会首先对数字信号进行识别判断，对于初期的外来数字信号可以直接接收采集，因为初期信号本身的衰减会比较快，而且强度也会比较大，这样信号的区域宽度会比较大，信号容易识别采集；对于中后期的外来信号需要通过放大器进行浮点放大，再进行接收采集，因为中后期的信号本身衰减慢，信号弱，信号区域宽度窄，不容易识别。所以，最初中央处理模块对外来信号进行识别判断之后，接收转换模块再进行信号接收和转换。因为初期的外来信号的衰减频率高，所以，需要在采集时使用采集速率大的接收器来采集，本发明中设计的中央处理模块在采集接收转换模块转换成的数字信号时，采集速率最高可达到1M，而且这个速率是根据外来信号的频率来调整，这样更有利于提高采集到的信号的可靠性。

中央处理模块采集到数字信号之后，及时存储在存储模块中，在数字信号采集完毕之后自动结束存储，中央处理模块会给上位机发送状态信息，从而上位机准备接收数据的操作。

中央处理模块对数字信号的采集和存储完成之后，最终数据传输模块需要将采集到的数字信号传送给上位机进行处理，中央处理模块将从存储模块中调取所需的数字信号放回中央处理模块中，然后最终数据传输模块采集暂存在中央处理模块中的数字信号，将其转换成上位机识别的信息格式，传送给上位机。

本发明提供的各种实施例可根据需要以任意方式相互组合，通过这种组合得到的技术方案，也在本发明的范围内。

显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.瞬变电磁检测仪主控系统，其特征在于，包括：接收转换模块，中央处理模块，存储模块和最终数据传输模块；

所述接收转换模块，用于将外部传来的模拟信号转换为数字信号；

所述中央处理模块为复杂可编程逻辑器件（CPLD），用于采集所述数字信号并将其存储在所述存储模块中；

所述存储模块，用于存储所述的中央处理模块采集到的数字信号；

所述中央处理模块对所述数字信号的采集和存储完毕之后，再次调取需要上传给所述最终数据传输模块的数字信号，暂存在所述中央处理模块中；

所述最终数据传输模块，用于采集暂存在所述中央处理模块中的数字信号，将所述数字信号转换成上位机能够接收的格式，再传送给上位机。

2.根据权利要求1所述的瞬变电磁检测仪主控系统，其特征在于，在所述接收转换模块接收转换外部传送回来的信号之前，所述中央处理模块先对外来信号的浮点进行放大倍数和放大时间的检测。

3.根据权利要求1所述的瞬变电磁检测仪主控系统，其特征在于，所述接收转换模块对外来信号的采集速率根据外界信号自身回传的衰减频率来调制，最高采集速率为1M；所述存储模块的存储速率根据所述中央处理模块对所述数字信号的采集速率确定，最大速率为1M。

4.根据权利要求1所述的瞬变电磁检测仪主控系统，其特征在于，所述中央处理模块还用于控制所述接收转换模块对数字信号的采集速率和采集点数，以及用于控制所述控制存储模块的存储速率和存储量。

5.根据权利要求1所述的瞬变电磁检测仪主控系统，其特征在于，所述中央处理模块接收所述的上位机经所述的最终数据传输模块传来的控制字指令，对其解析，然后针对所述指令产生相应的时序控制信息和时间段信息，进行发射系统、放大系统、存储模块及接收转换模块的控制，从而进行瞬变电磁信号的采集工作；

所述中央处理模块根据对所述数字信号的采集，发送状态信息给所述上位机，所述上位机接收到状态信息，判断所述中央处理模块对于数字信号的采集是否完成；

所述最终数据传输模块传送所述数字信号给所述上位机之前，先将所述数字信号格式转换成所述上位机能够识别的格式，之后再传送给所述上位机。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的瞬变电磁检测仪主控系统的使用方法，其特征在于，在使用该瞬变电磁检测仪时，首先所述上位机给所述中央处理模块发送控制字指令，所述中央处理模块接收到所述指令之后，根据所述指令使用发射机给探测对象处发射一个探测信号，当遇到特定介质会有反射信号返回给所述检测仪主控系统。

7.根据权利要求6所述的瞬变电磁检测仪接收采集主控系统的使用方法，其特征在于，所述的检测仪在接收信号时，首先，所述中央处理模块对外部回传回来的信号进行检测，判断其是否需要进行浮点放大；

所述中央处理模块检测过的外部信号，所述接收转换模块对其进行接收，转换成所述中央处理模块识别的数字信号。

8.根据权利要求7所述的瞬变电磁检测仪接收采集主控系统的使用方法，其特征在于，所述中央处理模块采集所述数字信号储存在所述存储模块中。

9.根据权利要求8所述的瞬变电磁检测仪接收采集主控系统的使用方法，其特征在于，所述数字信号采集完毕，所述中央处理模块从所述存储模块中调取所需的数字信号，再放回所述中央处理模块中。

10.根据权利要求9所述的瞬变电磁检测仪接收采集主控系统的使用方法，其特征在于，所述最终数据传输模块采集所述中央处理模块中暂存的数字信号，进行格式转换之后传递给所述上位机进行下一步处理。

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