CN204496021U - 一种基于分段式放大瞬变电磁信号的瞬变电磁装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于分段式放大瞬变电磁信号的瞬变电磁装置，此装置是应用到瞬变电磁仪器中，发射机与发射线圈相连接，发射机主要是由拨码开关，CPLD控制板，发射桥路依次连接构成，接收机与接收线圈相连接，接收机是由分段放大电路，数据采集卡，接收机上位机相连接而构成的。分段放大电路是由多个增益相同的程控放大器级联构成的，以此达到不同的增益的效果。在地下工程中应用分段式放大瞬变电磁信号的装置，将接收线圈中的原始信号通过分段放大电路进行放大，使原始信号放大到不同的倍数，再通过截取不同阶段的信号进行拼接，可以达到对早期信号低放大倍数采集，中晚期信号高放大倍数采集的目的。可以提高数据采集的精度，进而提高接受系统的性能。为后期信号的处理打下坚实的基础。

Description

一种基于分段式放大瞬变电磁信号的瞬变电磁装置

技术领域

本实用新型涉及地球物理勘探设备，尤其是基于分段式放大瞬变电磁信号的瞬变电磁装置。

背景技术

在瞬变电磁的探测过程中，主要包括的是发射，电磁感应以及接收这三个部分。其主要原理是当发射天线中的发射电流突然降低为零时，周围会感应产生一个磁场，通常称之为一次磁场，当一次磁场传播的过程中，会产生涡旋电流，涡旋电流在变化的过程中会产生新的磁场，通常称之为二次磁场。通过对二次磁场的数据进行采集和处理，以此得到地下介质的参数。而在对二次磁场的数据进行采集和处理的过程中，瞬变电磁信号的特点是早期的信号幅值相对较大，达到伏级，相对于中晚期的信号幅值相对较小，达到微伏级。通常在野外数据测量的过程中，采集的单一放大倍数的信号，但是由于地下的地质环境复杂，信号干扰相对较大，因而微伏级的信号受到的干扰强度较大，不利于在信号处理的过程中进行消噪。

CNCN203759262U介绍了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的装置。采用瞬时浮点放大技术，根据信号幅值大小决定放大倍数的方法。

CN103995292A介绍了一种瞬变电磁早期信号的重构方法，其采用增量Wiener反卷积滤波器的信号重构算法，即将观测信号送入到增量Wiener反卷积滤波器后，并估算反卷积滤波输出信号的误差，当满足设定的迭代次数时，则将估算出反卷积滤波输出信号的误差作为重构信号输出的算法。

以上两种方式所采用的接收瞬变电磁信号的装置均是对原始的瞬变电磁信号进行单次的放大，因此早期和晚期的信号数值仍存在较大的区间差，因而存在的问题在于选择较大的增益则早期信号会出现过饱和的状态，如果选择较小的增益则晚期的信号会出现晚期信号只有微伏级，易被噪声干扰。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于为了克服现有技术的缺点，提供一种以此降低接收机本底噪声，提高信号的准确度的基于分段式放大瞬变电磁信号的瞬变电磁装置。

本实用新型是这样实现的，一种基于分段式放大瞬变电磁信号的瞬变电磁装置，包括发射机、接收机、发射线圈和接收线圈，发射机通过数据总线与发射线圈相连接，接收线圈通过数据总线与接收机相连接，所述发射机包括拨码开关、与拨码开关连接的CPLD控制板、以及与CPLD控制板连接的发射桥路，通过发射桥路连接发射线圈；接收机包括接收机上位机，与接收机上位机连接的数据采集卡、以及与数据采集卡相连接的放大电路，所述放大电路与接收线圈连接，所述CPLD控制板与数据采集卡连接给数据采集卡同步信号。

进一步地，所述放大电路为分段放大电路，由多个程控放大器依次级联构成，多个程控放大器分别与数据采集卡相连接。

进一步地，多个程控放大器分别为第一程控放大器、第二程控放大器、第三程控放大器、第四程控放大器以及第五程控放大器依次级联构成，数据采集卡通过CPLD控制板的同步信号分别采集第一程控放大器、第二程控放大器、第三程控放大器、第四程控放大器以及第五程控放大器所得到的放大的接收信号。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：

本实用新型装置，将初始的瞬变电磁信号分别放大不同的倍数，再通过截取不同阶段的信号进行拼接，就避免了增益过大所导致的早期信号过饱和的现象，同时也避免了增益过小所导致的晚期信号只有微伏级易被噪声干扰的问题，提高了信号的精确度。为后期的数据处理提供了根据。

附图说明

图1是本实用新型一优选实施例提供的装置结构框图；

图2是本实用新型一优选实施例提供的放大电路的结构框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1结合图2所示，一种基于分段式放大瞬变电磁信号的瞬变电磁装置，包括发射机14、接收机15、发射线圈4和接收线圈5，发射机14通过数据总线与发射线圈4相连接，接收线圈5通过数据总线与接收机15相连接，发射机包括拨码开关1、与拨码开关1连接的CPLD控制板2、以及与CPLD控制板2连接的发射桥路3，通过发射桥路3连接发射线圈4；接收机15包括接收机上位机8，与接收机上位机8连接的数据采集卡7、以及与数据采集卡7相连接的放大电路，放大电路与接收线圈连接，CPLD控制板2与数据采集卡7连接给数据采集卡同步信号。

放大电路为分段放大电路6，由多个程控放大器依次级联构成，多个程控放大器分别与数据采集卡相连接，多个程控放大器分别为第一程控放大器9、第二程控放大器10、第三程控放大器11、第四程控放大器12以及第五程控放大器13依次级联构成，数据采集卡7通过CPLD控制板2的同步信号分别采集第一程控放大器9、第二程控放大器10、第三程控放大器11、第四程控放大器12以及第五程控放大器13所得到的放大的接收信号。

具体工作过程

首先将发射机14与发射线圈4通过总线连接完好，通过接收机15中的拨码开关1对参数进行设置，包括选择发射频率，占空比。将接收机系统15中的接收机上位机8设置接收参数，包括储存位置，实验时间，实验地点，内容备注，采样率，叠加次数，采样时间等参数。

设置参数以备发射信号，拨码开关1中的设置参数通过CPLD控制板2产生控制信号，控制发射桥路3进行发射，发射桥路3激发信号输送到发射线圈4中，通过将发射电流瞬间降低为零时，感应产生一次磁场，当一次磁场传播过程中产生涡旋电流，涡旋电流在变化的过程中会产生二次磁场。

接收线圈5接收到二次磁场的原始信号，并将原始信号输出到分段放大电路6中，分段放大电路6中的第一程控放大器9，第二程控放大器10，第三程控放大器11，第四程控放大器12，第五程控放大器13相互级联并将原始信号进行放大，放大增益分别为20dB、40dB、60dB、80dB、100dB。以此将初始信号进行放大。

同时，数据采集卡7通过同步触发输入端接收CPLD控制板2发出的同步信号，开始多通道采集分段放大电路6中的放大后的数据。数据采集卡7将采集到的数据传输给接收机上位机8，并在接收机上位机8中对采集到的数据进行归一化的处理，将每个通道的数据截取一部分拼接为一组完整的瞬变电磁信号的数据。即20dB放大倍数通道截取早期二次场信号，40dB放大倍数通道截取早期偏后二次场信号，60dB放大倍数通道截取中期二次场信号，80dB放大倍数通道截取中晚期信号，100dB放大倍数通道截取晚期信号。

基于分段式放大瞬变电磁信号的装置进行测试的步骤如下：

a.选定测试地点，以测点为中心铺设2.5m*2.5m的8匝线圈作为发射线圈，并将发射线圈4与发射机14相连接。并通过拨码开关1对发射机的参数进行设置

b.同样铺设同样的2.5m*2.5m的8匝线圈作为接收线圈5，并将接收线圈5与接收机15相连接。并通过接收机上位机8对参数进行设置。

c.拨码开关1发出信号，CPLD控制板2控制发射桥路3开始向发射线圈4输入发射信号，同时给数据采集卡7同步信号。

d.接收线圈5接收发射线圈4发出的信号通过激发磁场所产生的瞬变电磁的原始信号，并将原始信号输出到分段放大电路6中。

e.分段放大电路6中的第一程控放大器9，第二程控放大器10，第三程控放大器11，第四程控放大器12，第五程控放大器13通过级联的方式相连接，因此单个单级放大器增益均为10dB，第一程控放大器9，第二程控放大器10，第三程控放大器11，第四程控放大器12，第五程控放大器13的增益依次为20dB、40dB、60dB、80dB、100dB。以此对初始信号进行放大，提高采样精度，避免噪声干扰。

f.数据采集卡7通过CPLD控制板2的同步信号分别采集通过第一程控放大器9，第二程控放大器10，第三程控放大器11，第四程控放大器12，第五程控放大器13所得到的放大的接收信号。

g.通过接收机上位机8对数据采集卡7采集到的数据进行归一化处理，由于五个通道的信号的放大倍数不同，因此高放大倍数的通道在信号的早期出现了饱和的现象，因而对不同通道的数据进行拼接和截取，可以得到完整的信号数据。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于分段式放大瞬变电磁信号的瞬变电磁装置，其特征在于，包括发射机、接收机、发射线圈和接收线圈，发射机通过数据总线与发射线圈相连接，接收线圈通过数据总线与接收机相连接，所述发射机包括拨码开关、与拨码开关连接的CPLD控制板、以及与CPLD控制板连接的发射桥路，通过发射桥路连接发射线圈；接收机包括接收机上位机，与接收机上位机连接的数据采集卡、以及与数据采集卡相连接的放大电路，所述放大电路与接收线圈连接，所述CPLD控制板与数据采集卡连接给数据采集卡同步信号。

2.按照权利要求1所述的基于分段式放大瞬变电磁信号的瞬变电磁装置，其特征在于，所述放大电路为分段放大电路，由多个程控放大器依次级联构成，多个程控放大器分别与数据采集卡相连接。

3.按照权利要求2所述的基于分段式放大瞬变电磁信号的瞬变电磁装置，其特征在于，多个程控放大器分别为第一程控放大器、第二程控放大器、第三程控放大器、第四程控放大器以及第五程控放大器依次级联构成，数据采集卡通过CPLD控制板的同步信号分别采集第一程控放大器、第二程控放大器、第三程控放大器、第四程控放大器以及第五程控放大器所得到的放大的接收信号。