CN202870310U

CN202870310U - 一种适用于矿用本安型瞬变电磁仪的信号采集电路

Info

Publication number: CN202870310U
Application number: CN 201220551561
Authority: CN
Inventors: 成术斌; 张厚晚
Original assignee: Feny Co Ltd
Current assignee: Feny Co Ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2022-10-25

Abstract

本实用新型公开了一种适用于矿用本安型瞬变电磁仪的信号采集电路，包括电源模块、现场可编程逻辑单元（FPGA）、高速低噪ADC模块、信号调理单元、信号接收线圈。所述现场可编程逻辑单元（FPGA）和高速低噪ADC模块连接，所述高速低噪ADC模块与信号调理单元连接，所述信号调理单元与信号接收线圈连接，所述的电源模块为整个电路提供电力。本实用新型采样速度快、能实现多通道、高速、高分辨率的模数转换，灵敏度高且抗干扰能力强，接收效果好，数据处理速度快，非常适合于煤矿井下瞬变电磁仪的数据采集。

Description

一种适用于矿用本安型瞬变电磁仪的信号采集电路

技术领域

本实用新型涉及地球物理勘探仪器领域，特别涉及一种适用于矿用本安型瞬变电磁仪的信号采集电路。

技术背景

瞬变电磁法的原理是利用人工在发射线圈加以脉冲电流，产生一个瞬变的电磁场(一次场)，当磁场向地下岩层传播遇到不同介质时，产生涡流场。当外加的瞬变磁场撤销后，这些涡流场释放出能量(二次场)，利用接收线圈测量接收到二次场的感应电动势，该电动势包含了地下介质电性特征，通过种种解释手段(一维反演，视电阻率等)得出地下岩层的地质结构。由于这种方法观测的是二次场，可在近区进行观测（可采用重叠回线装置），具有对低阻含水体特别灵敏、体积效应小、纵横向分辨率高，且施工方便、快捷、效率高等优点，因此，近几年来，该方法被不断地应用于煤矿井下探水，并获得了不少成功案例，在矿井水文地质勘探中具有很高的应用价值。

然而，瞬变电磁法最终能否得到广泛推广应用，关键取决于对二次场信号的采集效果，由于矿井下的防爆要求对仪器发射一次场能量的限制，再加上矿井中各种采掘设备、通风设备等人文环境产生的干扰和影响，往往使得仪器采集到的二次场信号非常微弱并夹杂有大量环境噪声信号，严重影响了仪器的探测精度和准确性，因此，迫切需要一种抗干扰能力强、高分辨率、高灵敏度和高可靠性的二次场信号采集方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种适应于矿用本安型瞬变电磁仪的信号采集电路。该电路具有抗干扰能力强、高分辨率、高灵敏度和高可靠性等优点。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种适用于矿用本安型瞬变电磁仪的信号采集电路，包括现场可编程逻辑单元、ADC模块、信号调理单元、电源模块和信号接收线圈，所述的信号接收线圈、信号调理单元、ADC模块和现场可编程逻辑单元依次通信连接，所述的电源模块为整个电路提供电力。

所述的一种适用于矿用本安型瞬变电磁仪的信号采集电路，所述的现场可编程逻辑单元采用高频EP2C5Q208C8N芯片，以基于FPGA的逻辑运算处理滤除环境干扰信号。

所述的一种适用于矿用本安型瞬变电磁仪的信号采集电路，所述的ADC模块采用高速低噪、高分辨率、六通道的16bitADS8364芯片，以实现对微伏级信号的采集。

所述的一种适用于矿用本安型瞬变电磁仪的信号采集电路，所述的信号调理单元包括前置放大电路、二级放大电路和电压比较电路，所述的前置放大电路、二级放大电路和电压比较电路依次串联，前置放大电路的输入端连接信号接收线圈，电压比较电路的输出端连接ADC模块。

所述的一种适用于矿用本安型瞬变电磁仪的信号采集电路，所述的信号接收线圈为采用电缆绕制成边长为1.5-2米的多匝线圈，所述的电缆为10-16芯的多芯电缆，线圈的周长为6-8米。

本实用新型的技术效果在于：1、本实用新型采用进口FPGA芯片，对接收信号进行控制并对ADC转换信号进行逻辑运算处理，可有效滤除环境干扰信号，且信号处理速度快、效率高，运算频率可达320MHz。

2、本实用新型运放电路采用进口低功耗、低噪声、高速运算放大器，其采样率可达1Msps，具有快速的数字误差矫正和自校准功能，能保证在全采样率时具有16位的线性度和160dB的非杂散动态范围，以及良好的信噪比和谐波失真特性；

3、本实用新型的电路设计符合“GB3836.1-2010爆炸性环境第1部分：设备通用要求”和“GB 3836.4-2010爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备”标准，适用于矿用电子仪器低功耗、高精度及电路纯本质安全的要求。

经过实际测试表明，采用本实用新型的矿用本安型瞬变电磁仪在煤矿井下进行超前探测含水构造具有定向性（方位性）好、探测距离远（大于100米，最大有效距离可达120米）、准确可靠等突出优点，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为本实用新型电路框图；

图2为本实用新型的信号调理单元电路框图；

图3为本实用新型的电路原理简图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型包括电源模块、现场可编程逻辑单元（FPGA）、高速低噪的ADC模块、信号调理单元、信号接收线圈。所述现场可编程逻辑单元和ADC模块连接，所述ADC模块与信号调理单元连接，所述信号调理单元与信号接收线圈连接，所述的电源模块为整个电路提供电力。

信号调理单元的输入端连接信号接收线圈，信号调理单元的输出端连接模数转换电路的输入端，模数转换电路的输出端连接FPGA单元。模数转换电路采用六通道的16bitADS8364高精度ADC芯片。信号接收线圈为采用电缆绕制成边长为1.5-2米的多匝线圈，所述的电缆为10-16芯的多芯电缆，线圈的周长为6-8米。

参见图2、图3，信号调理单元包括前置放大电路、二级放大电路和电压比较电路，前置放大电路、二级放大电路和电压比较电路依次串联，前置放大电路的输入端连接信号接收线圈，电压比较电路的输出端连接现场可编程逻辑单元。前置高速运放电路由高速运算放大器U1和U2组成一级放大电路，U3、U4组成二级放大电路，分别放大二次场的正半周和负半周，并用自动增益方式以去除背景噪声干扰。电压比较电路包括电压比较器U5和U6，分别为ADC芯片提供需要的各种基准电压，其中U5为ADC芯片正向参考电压RFPF稳压电路，U6为ADC芯片负向参考电压RFNF稳压电路。

根据背景环境干扰信号的随机性、非连续性、非稳定性等无规律特点，利用FPGA模块强大的逻辑运算特点，对接收信号进行“实采”和“空采”控制，即实采有效信号与空采环境干扰信号，经ADC模块转换后进行逻辑运算处理，可快速有效滤除环境干扰信号，提高采集信号的准确性和可靠性。

由于矿井下存在粉尘、瓦斯等不安全因素，国家对矿用电子仪器本质安全有严格的要求，本实用新型采用纯本质安全设计，发射电路采用低电压限流电路，实现矿井下安全探测。

Claims

1.一种适用于矿用本安型瞬变电磁仪的信号采集电路，其特征在于，包括现场可编程逻辑单元、ADC模块、信号调理单元、电源模块和信号接收线圈，所述的信号接收线圈、信号调理单元、ADC模块和现场可编程逻辑单元依次通信连接，所述的电源模块为整个电路提供电力。

2.根据权利要求1所述的一种适用于矿用本安型瞬变电磁仪的信号采集电路，其特征在于，所述的现场可编程逻辑单元采用高频EP2C5Q208C8N芯片，以基于FPGA的逻辑运算处理滤除环境干扰信号。

3.根据权利要求1所述的一种适用于矿用本安型瞬变电磁仪的信号采集电路，其特征在于，所述的ADC模块采用高速低噪、高分辨率、六通道的16bitADS8364芯片，以实现对微伏级信号的采集。

4.根据权利要求1所述的一种适用于矿用本安型瞬变电磁仪的信号采集电路，其特征在于，所述的信号调理单元包括前置放大电路、二级放大电路和电压比较电路，所述的前置放大电路、二级放大电路和电压比较电路依次串联，前置放大电路的输入端连接信号接收线圈，电压比较电路的输出端连接ADC模块。

5.根据权利要求1所述的一种适用于矿用本安型瞬变电磁仪的信号采集电路，其特征在于，所述的信号接收线圈为采用电缆绕制成边长为1.5-2米的多匝线圈，所述的电缆为10-16芯的多芯电缆，线圈的周长为6-8米。