CN103116187A - 一种多频激电仪接收机及其大地电位差响应信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多频激电仪接收机及其大地电位差响应信号处理方法，多频激电仪接收机包括GPS模块、液晶屏、输入模块，还包括集成在从控制板上的前置调理模块、采集缓冲模块、从控制器、第一电源模块，以及集成在主控制板上的主控制器、液晶屏驱动模块、通信模块、存储模块、第二电源模块。本发明仪器的体积较小、重量较轻、保密性较高，从而使得野外施工变得更加方便、轻松，改善了该类仪器的性能，并且能提供多种频率类型，提高仪器的矿物质分辨率和使用的灵活性。

Description

一种多频激电仪接收机及其大地电位差响应信号处理方法

技术领域

本发明涉及一种电法物探仪器及其信号处理方法,特别是一种多频激电仪接收机及其大地电位差响应信号处理方法。 

背景技术

目前，公知的物探仪器主要是基于电法、磁法、重力、地震这四种方法。电法和磁法多用于固体矿产的勘探，地震多用于石油勘探。电法勘探是通过两个（或更多）供电电极向地下供入直流电流，通过两个直流电极测量大地的电位差响应并计算视电阻率、相移等参数的方法。但是，很多的电法物探仪器接收机由于采用了模拟检波方法，从而使得整个仪器的体积、质量变大，成本增加，保密性降低，野外施工难度加大，而且，受模拟器件的影响，整机的温度效应、精度、一致性、抗干扰能力等方面也存在一定的不足；不仅如此，这些电法仪器接收机的频率类型单一、功能单一，使得其对矿与非矿的分辨率较低，对不同作业环境下选择不同功能的灵活性较低。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种多频激电仪接收机及其大地电位差响应信号处理方法，大大减小仪器的体积、减轻仪器的重量、提高仪器的保密性，从而使得野外施工变得更加方便、轻松，提升该类仪器的性能，提供多种频率类型，提高仪器的矿物质分辨率和使用的灵活性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多频激电仪接收机，包括GPS模块、液晶屏、输入模块，还包括集成在从控制板上的前置调理模块、采集缓冲模块、从控制器、第一电源模块，以及集成在主控制板上的主控制器、液晶屏驱动模块、通信模块、存储模块、第二电源模块；所述第一电源模块为所述前置调理模块、采集缓冲模块、从控制器提供电源；所述前置调理模块、采集缓冲模块、从控制器依次双向连接；所述第二电源模块为所述主控制器、液晶屏驱动模块、通信模块、存储模块提供电源；所述主控制器与所述液晶屏驱动模块、通信模块、存储模块、主控制器双向连接；所述GPS模块与所述主控制器、主控制器双向连接；所述液晶屏驱动模块与所述液晶屏、输入模块双向连接；所述通信模块上设有连接计算机的接口。

采用主-从控制器的结构模式，在从控制器和主控制器中，应用计算机高级语言构建FFT算法单元，大地的电位差响应经由前置调理电路后，在GPS模块的配合下，通过A/D转换器将该响应的数字化信息进行FIR滤波后送入从控制器中的FFT算法单元。在主控制器中，经FFT算法单元能够得到大地的电位差响所包含的频谱信息，据此频谱信息，结合数字化补偿方法、校验等处理，根据物探电法视电阻率、相移等计算公式得到矿物质的视电阻率、相移等参数，并将这些参数显示在液晶屏上，也可以存储到外部存储器上，或者传输到PC机上。

一种多频激电仪接收机处理大地电位差响应信号的方法，该方法为：

1）大地电位差响应信号传入从控制板前置调理模块，经前置调理模块处理后的信号送入A/D转换器，转换成数字信号；

2）从控制器在GPS同步信号的控制下开始收集上述数字信号，并存入缓冲区；

3）收集包含4096个A/D转换结果的数据包后，将所收集的数据包依次进行FIR、IIR、中位值平均滤波；

4）利用FFT算法对滤波后的数据进行加窗运算；

5）提取大地电位差响应信号所包含的有效频谱数据，并将所述频谱数据发送到主控制器，返回1），直至收到停止命令；

6）主控制器接收到开始命令后，读取存储模块里的温度补偿数据和校验补偿数据，通过所述温度补偿数据、校验补偿数据和有效频谱数据，计算矿物质的幅值、视电阻率、相移、视幅频率参数；

7）将运算结果显示在液晶屏上，并绘制误差曲线、相移趋势曲线、视幅频率趋势曲线、电压趋势曲线、视电阻率趋势曲线；

8）将运算结果写到存储模块；

9）读取步骤8）中的存储模块数据并将其发送到PC机。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明仪器的体积较小、重量较轻、保密性较高，从而使得野外施工变得更加方便、轻松，改善了该类仪器的性能，能提供多种频率类型，本发明的方法能处理多种频率类型的大地电位差响应信号，提高矿物质分辨率和使用的灵活性。

附图说明

图1为本发明一实施例结构框图；

图2为本发明一实施例前置调理电路结构框图；

图3为本发明一实施例阻抗变换电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一实施例包括高精度GPS模块、液晶屏、输入模块，还包括集成在从控制板上的前置调理模块、采集缓冲模块、从控制器、第一电源模块，以及集成在主控制板上的主控制器、液晶屏驱动模块、通信模块、存储模块、第二电源模块；所述第一电源模块为所述前置调理模块、采集缓冲模块、从控制器提供电源；所述前置调理模块、采集缓冲模块、从控制器依次双向连接；所述第二电源模块为所述主控制器、液晶屏驱动模块、通信模块、存储模块提供电源；所述主控制器与所述液晶屏驱动模块、通信模块、存储模块、主控制器双向连接；所述高精度GPS模块与所述主控制器、主控制器双向连接；所述液晶屏驱动模块与所述液晶屏、输入模块双向连接；所述通信模块上设有连接计算机的接口。

在从控制器中，应用计算机高级语言构建FFT算法单元，大地的电位差响应经由前置调理电路后，在高精度GPS同步源的配合下，通过高速A/D转换器将该响应的数字化信息进行FIR滤波后送入从控制器中的FFT算法单元。在主控制器中，经FFT算法单元能够得到大地的电位差响所包含的频谱信息，据此频谱信息，结合数字化补偿方法、校验等处理，根据物探电法视电阻率、相移等计算公式得到矿物质的视电阻率、相移等参数，并将这些参数显示在彩色液晶屏上，也可以存储到外部存储器上、传输到PC机上。

本实施例的输入模块包括键盘和数字编码器，所述键盘和数字编码器与所述液晶屏驱动模块双向连接；采集缓冲模块采用ADS1271芯片；从控制器采用ARM7系列芯片，例如STM32F103RGT6芯片；主控制器采用ARM7系列芯片，例如STM32F103RGT6芯片；液晶屏驱动模块采用驱动控制芯片RA8875；存储模块采用NOR型FLASH存储芯片，例如MX2516445芯片；通信模块采用USB转串口芯片，例如PL2303HX芯片；GPS模块采用专利号为201220067578的发明中的高精度GPS模块；液晶屏采用AA090MF01彩色液晶屏。

如图2所示，前置调理模块包括依次连接的阻抗变换电路、第一高通滤波器、50HZ双T陷波器、低通滤波器、程控放大器、第二高通滤波器、跟随器、单端输入转差分输出模块、A/D转换器；单端输入转差分输出模块采用OPA1632芯片。

如图3所示，阻抗变换电路主要采用AD8676运算放大器。

从控制板上完成如下操作：

大地电位差响应信号经导线首先传入从控制板前置调理模块的阻抗变换单元电路实现阻抗匹配，提高信号拾取能力；信号经阻抗变换单元电路传入第一级高通滤波单元电路，初步去除大地低频扰动；信号经第一级高通滤波单元电路传入50Hz双T陷波器，抑制50Hz市电干扰；抑制了50Hz市电干扰的信号再传入低通滤波单元电路，抑制环境噪声等高频干扰；将经初步调理后的信号进行程控放大，使之适应A/D转换器的输入范围；由于放大电路会带来直流偏移，因此在程控放大单元电路后面再加入第二级高通滤波单元电路来抑制这种偏移，进一步去除低频扰动；为了提高A/D转换器的驱动能力、适应A/D转换器的输入端口类型，在第二级高通滤波单元电路后加入跟随器电路、单端输入转差分输出电路；信号经前置调理模块后，送入A/D转换器，经模拟信号离散化，转换成数字量；从控制板上的从控制器在接收到开始命令后，在GPS同步信号的控制下开始收集信号的A/D转换结果，并存入缓冲区；收集包含4096个A/D转换结果的数据包后，将所收集的数据包依次进行FIR、IIR、中位值平均滤波；对滤波后的数据进行FFT加窗运算；运算完一个A/D转换数据包后，提取伪随机信号所包含的有效频谱数据，经由通信端口发送到主控制板，同时在GPS同步信号的控制下开始下一个A/D转换数据包的收集；以上步骤重复执行，直到收到主控制板的停止命令；

主控制板上完成如下操作：

1、用户通过输入模块执行开始动作，经由通信端口发送连接、启动命令，开始从控制板工作；

2、等待接收从控制板的有效频谱数据包；

3、读取存储模块里温度补偿、校验补偿数据，并与接收到的频谱数据包进行比例运算，计算矿物质的幅值、视电阻率、相移、视幅频率参数；

4、将运算结果显示在液晶屏上，并绘制误差曲线、相移趋势曲线、视幅频率趋势曲线、电压趋势曲线、视电阻率趋势曲线；

5、将运算结果写到存储模块；

6、以上1~5步骤重复执行，直到执行停止动作；

7、开机状态下，接收到PC机的数据读取命令，读取并发送存储模块数据到PC机。 

Claims (10)

1.一种多频激电仪接收机，包括GPS模块、液晶屏、输入模块，其特征在于，还包括集成在从控制板上的前置调理模块、采集缓冲模块、从控制器、第一电源模块，以及集成在主控制板上的主控制器、液晶屏驱动模块、通信模块、存储模块、第二电源模块；所述第一电源模块为所述前置调理模块、采集缓冲模块、从控制器提供电源；所述前置调理模块、采集缓冲模块、从控制器依次双向连接；所述第二电源模块为所述主控制器、液晶屏驱动模块、通信模块、存储模块提供电源；所述主控制器与所述液晶屏驱动模块、通信模块、存储模块、主控制器双向连接；所述GPS模块与所述主控制器、主控制器双向连接；所述液晶屏驱动模块与所述液晶屏、输入模块双向连接；所述通信模块上设有连接计算机的接口。

2. 根据权利要求1所述的多频激电仪接收机，其特征在于，所述输入模块包括键盘和数字编码器，所述键盘和数字编码器与所述液晶屏驱动模块双向连接。

3.根据权利要求1所述的多频激电仪接收机，其特征在于，所述采集缓冲模块采用ADS1271芯片。

4.根据权利要求1所述的多频激电仪接收机，其特征在于，所述从控制器采用STM32F103RGT6芯片。

5.根据权利要求1所述的多频激电仪接收机，其特征在于，所述主控制器采用STM32F103RGT6芯片。

6.根据权利要求1所述的多频激电仪接收机，其特征在于，所述液晶屏驱动模块采用驱动控制芯片RA8875。

7.根据权利要求1所述的多频激电仪接收机，其特征在于，所述存储模块采用MX2516445芯片。

8.根据权利要求1所述的多频激电仪接收机，其特征在于，所述通信模块采用PL2303HX芯片。

9.根据权利要求1所述的多频激电仪接收机，其特征在于，所述前置调理模块包括依次连接的阻抗变换电路、第一高通滤波器、50HZ双T陷波器、低通滤波器、程控放大器、第二高通滤波器、跟随器、单端输入转差分输出模块、A/D转换器；所述单端输入转差分输出模块采用OPA1632芯片。

10.一种多频激电仪接收机处理大地电位差响应信号的方法，其特征在于，该方法为：

1）大地电位差响应信号传入从控制板前置调理模块，经前置调理模块处理后的信号送入A/D转换器，转换成数字信号；

2）从控制器在GPS同步信号的控制下开始收集上述数字信号，并存入缓冲区；

3）收集包含4096个A/D转换结果的数据包后，将所收集的数据包依次进行FIR、IIR、中位值平均滤波；

4）利用FFT算法对滤波后的数据进行加窗运算；

5）提取大地电位差响应信号所包含的有效频谱数据，并将所述频谱数据发送到主控制器，返回1），直至收到停止命令；

6）主控制器接收到开始命令后，读取存储模块里的温度补偿数据和校验补偿数据，通过所述温度补偿数据、校验补偿数据和有效频谱数据，计算矿物质的幅值、视电阻率、相移、视幅频率参数；

7）将运算结果显示在液晶屏上，并绘制误差曲线、相移趋势曲线、视幅频率趋势曲线、电压趋势曲线、视电阻率趋势曲线；

8）将运算结果写到存储模块；

9）读取步骤8）中的存储模块数据并将其发送到PC机。

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