CN203759262U - 瞬变电磁信号接收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种瞬变电磁信号接收的装置，是由接收线圈经与低噪声放大器、低通滤波、采样保持、可编程增益放大器、模数转换器、先进先出存储器和DSP主控单元与无线mesh客户端相连，预转化电路经编码电路和数据锁存电路与先进先出存储器连接，时序控制单元分别与采样保持、预转换电路、模数转换器、数据锁存电路、先进先出存储器连接构成。本实用新型采用瞬时浮点放大技术，根据信号幅值大小决定放大倍数，既保证了数据采集系统的动态测量范围，同时又兼顾到系统的采集精度和速度；通过接收线圈阵列放置进行分布式信号采集，有效改善了接收信号的质量；数据通过无线mesh网络进行传输，显著提高了数据回传的实时性、灵活性、准确性和可靠性。

Description

瞬变电磁信号接收装置

技术领域

本实用新型涉及一种地球物理探测装置，尤其是利用浮点放大技术和无线mesh数据传输网络进行瞬变电磁信号接收的装置。

背景技术

瞬变电磁法也称时间域电磁法(Time domain electromagnetic methods)，简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。瞬变电磁法早期主要应用于金属矿勘探、煤田地质研究等领域,现在它的应用范围已扩大渗透到寻找地下水、地热以及工程勘察等诸多新领域。其衰减过程一般分为早、中和晚期。瞬变电磁早期信号幅度大、衰减快,反映地下浅层信息；而中晚期信号幅度小、衰减慢,反映地下深部信息。因此要求采集系统具有较大的动态范围,同时能准确记录、实时回收全程瞬变信号。

CN102707321A公开了一种瞬变电磁仪接收采集系统,包括接收线圈、匹配电路、前置放大电路、AD转换电路、主控电路、通信传输处理电路和设置模块。该发明还提供了一种瞬变电磁仪接收采集方法,接收线圈接收电磁信号；匹配电路将电磁信号调节后传递至前置放大电路的输入端；对电磁信号进行放大和去噪后传输至AD转换电路；AD转换电路对电磁信号进行模/数转换后传输至主控电路；主控电路中的复杂可编程逻辑控制器件控制前置放大电路的放大方式和AD转换电路的采样率,通过通信处理传输电路与发射机进行数据通信；微处理器单元对复杂可编程逻辑器件传输的电磁信号进行处理；再设置采样率和放大方式。上述发明通过主控电路中的复杂可编程逻辑控制器件控制所述前置放大电路的放大方式和所述AD转换电路的采样率，能够有效地提升信号采集速度，但是存在放大器饱和的潜在风险，同时不具有瞬变电磁信号实时回收的功能。

CN1O3325228A公开了一种基于无线传感器网络的瞬变电磁数据采集系统及方法,其中系统包括终端采集节点！路由器节点和网关节点,三种节点之间组成无线传感器网络；所述网关节点与工控机连接,接收工控机的指令,并将其中的数据采集指令通过无线传感器网络转发给所述终端采集节点；所述终端采集节点根据所述数据采集指令,采集监测区域中的瞬变电磁数据,并将其转化为数字信号以数据包的形式通过无线传感器网络发送给所述网关节点。上述发明提供的基于无线传感器网络的分布式瞬变电磁数据采集系统具有较高的勘探精度,节点与节点之间省去了连接线,方便野外操作,提高了工作效率,节点采用模块化设计,便 于维护和更换，但因为瞬变电磁信号动态范围比较大，该发明不能根据接收信号的幅值来动态准确调节增益的大小。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种利用浮点放大技术和无线mesh数据传输网络进行瞬变电磁信号接收的装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

瞬变电磁信号接收的装置，是由接收线圈1经与低噪声放大器2、低通滤波3、采样保持4、可编程增益放大器5、模数转换器6、先进先出存储器7和DSP主控单元8与无线mesh客户端9相连，预转化电路(10)经编码电路(11)和数据锁存电路12与先进先出存储器7连接，时序控制单元13分别与采样保持4、预转换电路10、模数转换器6、数据锁存电路12、先进先出存储器7连接构成。

接收线圈1是由接收线圈一、接收线圈二、接收线圈三、接收线圈四、接收线圈五、接收线圈六、接收线圈七、接收线圈八、接收线圈九组合构成。

接收线圈1按阵列方式分布于发射线圈内，对信号进行分布式采集，每一个线圈上都对应设有一个无线mesh客户端Ⅰ、无线mesh客户端Ⅱ、无线mesh客户端Ⅲ、无线mesh客户端Ⅳ、无线mesh客户端Ⅴ、无线mesh客户端Ⅵ、无线mesh客户端Ⅶ、无线mesh客户端Ⅷ、无线mesh客户端Ⅸ，最后将数据回传给计算机中的无线mesh终端，无线mesh数据传输网路通过无线和多跳的方式组网。

有益效果：基于无线mesh网络的浮点放大瞬变电磁接收装置及方法，综合考虑了瞬变电磁信号在早、中、晚期的衰减速度差别巨大以及瞬变电磁信号的实时准确回收，采用了浮点放大采集，这样既扩大了采集系统的动态范围,同时满足了速度要求,保证进入模数转换器的模拟信号幅度几乎总是处于半量程范围内,因而量化的信噪比将近似保持一致；接收线圈采用阵列式放置，实现了分布式采集，进一步提高数据质量；同时采用了无线mesh数据传输网络，它以无线和多跳的方式组网，大大增加了无线通信距离，利用先进的基带和射频技术，提高了系统容量和通信带宽。无线mesh设备相对于传统的移动通信系统中的基站，更加容易部署和移动，使网络接入更加简便、灵活；瞬时浮点放大技术的引入可以确保动态地设定程控放大器的增益，使其输出既不溢出又不太小，分布式采集能进一步提高信噪比，无线自组网mesh网络的应用能确保数据的回传更加实时准确可靠，整个瞬变电磁接收装置具有智能、方便、高效可靠等一系列优点，能很好的适应工程勘查中的复杂环境。

附图说明

图1是瞬变电磁信号接收系统的结构框图；

图2是发射系统和附图1中接收线圈1的分布式接收图；

图3是无线mesh数据传输网络结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

瞬变电磁信号接收的装置，由接收线圈1经与低噪声放大器2、低通滤波3、采样保持4、可编程增益放大器5、模数转换器6、先进先出存储器7和DSP主控单元8与无线mesh客户端9相连，预转化电路(10)经编码电路(11)和数据锁存电路12与先进先出存储器7连接，时序控制单元13分别与采样保持4、预转换电路10、模数转换器6、数据锁存电路12、先进先出存储器7连接构成。

接收线圈1是由接收线圈一、接收线圈二、接收线圈三、接收线圈四、接收线圈五、接收线圈六、接收线圈七、接收线圈八、接收线圈九组合构成。

接收线圈1按阵列方式分布于发射线圈内，对信号进行分布式采集，每一个线圈上都对应设有一个无线mesh客户端Ⅰ、无线mesh客户端Ⅱ、无线mesh客户端Ⅲ、无线mesh客户端Ⅳ、无线mesh客户端Ⅴ、无线mesh客户端Ⅵ、无线mesh客户端Ⅶ、无线mesh客户端Ⅷ、无线mesh客户端Ⅸ，最后将数据回传给计算机中的无线mesh终端，无线mesh数据传输网路通过无线和多跳的方式组网。

所述的接收线圈1是由导线绕制而成的多匝方形空心线圈；DSP主控单元8实现信号的读取和无线传输控制；CPLD时序控制单元13协调整个系统的时序，使之正常稳定工作。

接收线圈1接收的信号经差分前置放大器2和低通滤波2调理后，预转换电路10和编码电路11根据信号幅值大小给出瞬时放大倍数，送给可编程增益放大器5对信号进行相应放大，放大后的信号经模数转换器6进行模数转换，得到的数字信号作为尾码，放大倍数经数据锁存12作为阶码，一一对应的阶码和尾码进入先进先出存储器7，DSP主控单元8对数据进行读取后，通过无线mesh传输网络回传给计算机，CPLD时序控制单元13为采样保持4、预转换电路10、模数转换器6、数据锁存电路12、先进先出存储器7提供时序控制，GPS同步脉冲控制CPLD,以实现发射系统和接收装置的同步工作。

具体工作过程是：

在接收阶段：发射系统向地下发送一次脉冲磁场，通过接收线圈1感应二次场，得到瞬变电磁原始信号。

在信号调理阶段：接收线圈1将感应到的瞬变电磁信号送入前置放大器进行放大，考虑到漏电阻和分布电容对信号的不利影响，为了抑制此类干扰，前置放大器采用双端输入的差分放大，有效抑制漏电阻和分布电容的同时对瞬变电磁信 号不产生影响，信号接着进行低通滤波，进一步滤除干扰信号，CPLD时序控制单元控制取样保持4进行取样保持，取样保持后的信号分别送入可编程增益放大器和预转换电路，预转换电路根据信号的幅值对其进行编码，计算出瞬时增益值送给可编程增益放大器5，可编程增益放大器5对信号进行相应倍数的放大，放大后的信号送入模数转换器6中进行模数转换，转换结果作为尾码，编码电路得到的放大倍数作为阶码，一一对应的阶码和尾码送入存储器先进先出存储器7中由DSP主控单元8进行读取。

在数据回收阶段：DSP主控单元8将读取的数据送入无线mesh客户端进行传输，有计算机作为终端进行接收，根据所得到的信号，通过数据处理最终得到典型测点数据的衰减曲线、测线数据的剖面曲线、测区的视电阻率断面图等，为地下地质异常体的定性定量判断提供依据。

基于无线mesh网络的浮点放大瞬变电磁接收装置及方法，包括以下步骤:

a、在测区内选择探测区域，以该探测区域的地面为线圈的铺设平面，铺设方形发射线圈和方形接收线圈1，其中接收线圈采用的是在发射线圈中阵列放置的方式，实现分布式采集；

b、信号经接收线圈1接收后，送入低噪声放大器2进行前置放大，考虑到接收线圈与地之间的漏电阻和接收线圈内部存在的分布电容的影响，为了抑制这些干扰，前置放大采用双端输入的放大器，这样共模信号得到有效的抑制并且不会影响到差模信号；

c、低噪声放大器2处理过的信号送入低通滤波电路3进行滤波调理，以提高信噪比，然后进行取样保持4，信号再分别送入可编程增益放大器5和预转换电路10，根据信号幅值大小进行编码计算，得出放大倍数送入可编程增益放大器5，可编程增益放大器5对信号进行合理倍数的放大；

d、放大后的信号送入模数转换器6中进行模数转换，编码电路11得到的阶码经数据锁存后，与模数转换得到的尾码先后送入存储器7，DSP主控单元根据一一对应的阶码和尾码对信号进行恢复，然后送入mesh客户端进行数据的实时无线传输，最终回传给计算机进行显示与保存；

e、因为在整个接收装置信号采集回收的过程中，时序控制至关重要，CPLD时序控制单元13分别控制采样保持4、预转换电路10、模数转换器6、数据锁存电路12、先进先出存储器7，使每个模块单元有条不紊的进行正常工作，为了使发射系统与接收系统同步工作进而准确地进行测量，，此处对CPLD进行控制的是由GPS提供的同步脉冲；

f、将步骤d显示与保存的瞬变电磁信号进行相应处理，获得信噪比较高的二次场信号,完整、准确地反映地电断面结构，以此为参考得到典型测点数据的衰 减曲线、测线数据的剖面曲线、测区的视电阻率断面图等，对异常地质体的电性、规模、位置等作出某种程度的判断，进而为工程实践中的地下水、金属矿、石油、天然气勘查提供有效指导。

Claims (3)

1.一种瞬变电磁信号接收的装置，其特征在于，由接收线圈(1)经与低噪声放大器(2)、低通滤波(3)、采样保持(4)、可编程增益放大器(5)、模数转换器(6)、先进先出存储器(7)和DSP主控单元(8)与无线mesh客户端(9)相连，预转化电路(10)经编码电路(11)和数据锁存电路(12)与先进先出存储器(7)连接，时序控制单元(13)分别与采样保持(4)、预转换电路(10)、模数转换器(6)、数据锁存电路(12)、先进先出存储器(7)连接构成。

2.按照权利要求1所述的瞬变电磁信号接收的装置，其特征在于，接收线圈(1)是由接收线圈一、接收线圈二、接收线圈三、接收线圈四、接收线圈五、接收线圈六、接收线圈七、接收线圈八、接收线圈九组合构成。

3.按照权利要求1所述的瞬变电磁信号接收的装置，其特征在于，接收线圈1按阵列方式分布于发射线圈内，对信号进行分布式采集，每一个线圈上都对应设有一个无线mesh无线mesh客户端Ⅰ、无线mesh客户端Ⅱ、无线mesh客户端Ⅲ、无线mesh客户端Ⅳ、无线mesh客户端Ⅴ、无线mesh客户端Ⅵ、无线mesh客户端Ⅶ、无线mesh客户端Ⅷ、无线mesh客户端Ⅸ，最后将数据回传给计算机中的无线mesh终端，无线mesh数据传输网路通过无线和多跳的方式组网。