CN205080269U - 一种水域电法勘探主控机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种水域电法勘探主控机，包括：多通道信号调理模块，多通道模拟信号同步采集模块，同步模块，数字信号输出模块，船载定位模块，主控制器；多通道信号调理模块与多通道模拟信号同步采集模块电气连接，同步模块与数字信号输出模块电气连接，同步模块还和多通道模拟信号同步采集模块电气连接，同步模块还和主控制器通过网口连接，主控制器与船载定位模块通过串口连接，这种水域电法勘探主控机提高了水域勘探精度，因此有效解决了现有水域勘探技术的精度较差的技术问题，这对解决大型河流穿越岩土工程具有重要意义。
Description
技术领域
本实用新型涉及勘探设备领域，特别涉及一种水域电法勘探主控机。
背景技术
近些年来长传输管道、隧道频繁的穿越大型河流，穿越断面的地质条件也日趋复杂，单一钻探方法难以满足现状，采用多种勘探手段，加强水域综合物探方法的应用，是解决大型河流穿越岩土工程最有效的技术手段。目前解决大型河流穿越岩土工程勘察最常用的物探技术是利用浅剖仪或水上地震等进行弹性波勘探，然而它不适用于沉积性环境的河道或湖泊，并且探测深度有限，一般在20m以内。为了能够适用于沉积性环境的水域和提高探测深度，目前常用的方法是将陆地高密度电法简单的移植于水面上，由于电流大部分进入水域水体而没有进入水底地层，加上由于水域水体的电阻率的平均效应，存在水域勘探精度较差的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种水域电法勘探主控机，解决了现有技术进行水域勘探时精度较差的技术问题。
本实用新型实施例提供的一种水域电法勘探主控机，包括：多通道信号调理模块，多通道模拟信号同步采集模块，同步模块，数字信号输出模块，船载定位模块，主控制器；所述多通道信号调理模块与所述多通道模拟信号同步采集模块电气连接，所述同步模块与所述数字信号输出模块电气连接，所述同步模块还和所述多通道模拟信号同步采集模块电气连接，所述同步模块还和所述主控制器通过网口连接，所述主控制器与所述船载定位模块通过串口连接。
优选的，所述水域电法勘探主控机还包括：磷酸铁锂电池、开关电源、线性稳压芯片；所述磷酸铁锂电池连接所述开关电源的输入端，所述开关电源的输出端连接所述线性稳压芯片的输入端，所述线性稳压芯片的输出端连接至所述多通道信号调理模块的电源输入端，所述线性稳压芯片的输出端还连接至所述同步模块的供电接口。
优选的，所述多通道信号调理模块，包括：第一低通滤波及阻抗变换电路，第二低通滤波及阻抗变换电路，差分程控放大电路，无源低通滤波电路；所述第一低通滤波及阻抗变换电路的输出端和所述第二低通滤波及阻抗变换电路的输出端连接至所述差分程控放大电路的输入端，所述差分程控放大电路的输出端连接至所述无源低通滤波电路的输入端。
优选的，所述多通道模拟信号同步采集模块，包括：16个通道的差分模拟输入模块，其中，每个所述差分模拟输入模块由滤波差分放大器和16位隔离模数转换器组成。
优选的，所述数字信号输出模块由8个IO口组成。
优选的，所述同步模块，包括：可支持热插拔的IO模块插槽。
优选的，所述船载定位模块包括：射频芯片、基带芯片和CPU；
所述射频芯片、所述基带芯片均与所述CPU连接。
优选的，所述水域电法勘探主控机还包括：主控机机箱，在所述主控机机箱设置有至少九个二芯航插，至少一个六芯航插、至少一个五芯航插；其中，所述六芯航插与所述数字信号输出模块电气连接，每个所述二芯航插的一芯和每个所述五芯航插的两芯均与所述多通道模拟信号同步采集模块电气连接。
本实用新型实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于采用了多通道信号调理模块与多通道模拟信号同步采集模块电气连接，同步模块与数字信号输出模块电气连接，同步模块还和多通道模拟信号同步采集模块电气连接，同步模块还和主控制器通过网口连接，主控制器与船载定位模块通过串口连接，可见在模拟信号采集之前加入了多通道信号调理模块，对预采集的信号进行滤波、差分放大等调理，可以提高勘探的精度，提高采集信号的信噪比；在模拟信号采集的过程中，还加入了同步模块实现板内同步和板间同步，这使得淡水水域电法勘探适用于高速场合，并且使得信号的触发和采集同步，减小误差，进一步提高了勘探精度。因此有效解决了现有水域勘探技术的精度较差的技术问题，这对解决大型河流穿越岩土工程具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例中水域电法勘探主控机的总体系统结构图；
图2为本实用新型实施例中多通道信号调理模块的结构框图；
图3为本实用新型实施例中多通道信号调理模块的细化框图；
图4为本实用新型实施例中主控机机箱的外在结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参考图1所示，本实用新型实施例提供的一种水域电法勘探主控机，包括：多通道信号调理模块1，多通道模拟信号同步采集模块2，同步模块3，数字信号输出模块4，船载定位模块5，主控制器6。
其中，多通道信号调理模块1与多通道模拟信号同步采集模块2电气连接，同步模块3与数字信号输出模块4电气连接，同步模块3还和多通道模拟信号同步采集模块2电气连接，同步模块3还和主控制器6通过网口连接，主控制器6与船载定位模块5通过串口连接。
具体来说，水域电法勘探主控机还包括：磷酸铁锂电池7、开关电源8、线性稳压芯片9；磷酸铁锂电池7连接开关电源8的输入端，开关电源8的输出端连接线性稳压芯片9的输入端，线性稳压芯片9的输出端连接至多通道信号调理模块1的电源输入端，线性稳压芯片9的输出端还连接至同步模块3的供电接口。
通过上述水域电法勘探主控机：多通道信号调理模块1完成对电位信息的滤波和放大；多通道模拟信号同步采集模块2完成对多路模拟信号的同步采集，数字信号输出模块4对发送机电压档位、频率和启停的控制；同步模块3用于数字信号输出模块4和多通道模拟信号同步采集模块2间的同步，以及用于数字信号输出模块4、多通道模拟信号同步采集模块2与主控制器6间的通信；主控制器6用于淡水水域电法勘探参数配置、该水域电法勘探主控机的自检以及勘探数据的分析处理和航迹记录。船载定位模块5定位电法勘探主控机的所在水域位置信息。
具体来讲，参考图2所示，多通道信号调理模块1包括：第一低通滤波及阻抗变换电路11、第二低通滤波及阻抗变换电路12、差分程控放大电路13和无源低通滤波电路14。第一低通滤波及阻抗变换电路11的输出端和第二低通滤波及阻抗变换电路12的输出端连接至差分程控放大电路14的输入端，差分程控放大电路13的输出端连接至无源低通滤波电路14的输入端。
通过上述在多通道模拟信号同步采集模块2之前加入了多通道信号调理模块1对预采集的信号进行滤波、差分放大等调理，由此可以提高水域电法勘探的精度，提高了采集信号的信噪比。
具体的，第一低通滤波及阻抗变换电路11、第二低通滤波及阻抗变换电路12中的低通滤波电路部分均为二阶低通滤波电路。较佳的，无源低通滤波电路14为无源一阶低通滤波。通过该多通道信号调理模块1将水域中电场传感器采集到的电位信息对应发送给第一低通滤波及阻抗变换电路11和第二低通滤波及阻抗变换电路12以去除部分高频干扰，并进行必要的阻抗变换以降低接地电阻不同所造成的影响，然后通过差分程控放大电路13以进一步降低外界噪声并提高共模抑制比，并能实现放大倍数的自动调整，最后再经过无源低通滤波电路14去除高频干扰，提高了电路的抗干扰能力。
下面，参考图3所示的多通道信号调理模块1的细化框图对多通道信号调理模块1的功能实现进行说明。
具体的，如图3所示的，多通道信号调理模块1通过二极管D1、D2、D3进行过压保护；使用一个斩波稳零型运算放大器TLC2652组成第一低通滤波及阻抗变换电路11、使用一个斩波稳零型运算放大器TLC2652组成第二低通滤波及阻抗变换电路12，其中，每个斩波稳零型运算放大器TLC2652接成电压跟随器为系统提供高输入阻抗低输出阻抗；差分程控放大电路13由PGA203组成，差分程控放大电路13的输出通过一阶的无源低通滤波电路14进行了进一步的滤波，以改善纹波。
具体来讲，多通道模拟信号同步采集模块2包括：16个通道的差分模拟输入模块，其中，每个差分模拟输入模块由滤波差分放大器和16位隔离模数转换器组成。具有同步和模数转换功能，能够实现16个通道的电位信息的同步采集。
具体来讲，数字信号输出模块4由8个IO口组成。
同步模块3包括：可支持热插拔的IO模块插槽，同步模块3通过RJ45网口与主控制器6连接。
优选的，船载定位模块5包括：射频芯片、基带芯片和CPU。射频芯片、基带芯片均与CPU连接，该船载定位模块5的使用的是SIRFIII系列的GPS芯片，船载定位模块5通过串口与主控制器6之间通信，实现时钟的校准和确定主控制器6的水域位置。
参考图4所示，水域电法勘探主控机还包括主控机机箱10，在主控机机箱包括在主控机机箱10上设置的至少九个二芯航插10-1，至少一个六芯航插10-2、至少一个五芯航插10-3。
具体的，六芯航插10-2与数字信号输出模块4电气连接，发送机插入六芯航插10-2实现发送机与数字信号输出模块4的电气连接，则六芯航插10-2用于控制发送机的电压档位、频率和启停。其中，六芯航插10-2中的三芯用于6个电压档位的控制；一芯用于控制发送机的启停；一芯用于输出PWM波以控制发送机输出电压的频率；还有一芯用于接地。
具体的，九个二芯航插10-1中每个航插的一芯和每个五芯航插10-3的两芯均与多通道模拟信号同步采集模块2电气连接。具体的，九个二芯航插10-1中每个航插中的一个引脚用于与电位采集引脚相连接，另一个引脚用于接到屏蔽层和地线。具体的，九个二芯航插10-1用作接收电机接口，九个接收电极对应接入到九个二芯航插10-1。霍尔传感器插入五芯航插10-3中实现与多通道模拟信号同步采集模块2的电气连接。
在具体实施过程中，在主控机机箱10上还设置有多个指示灯，比如包括：电源指示灯10-4，工作状态指示灯10-5，电源报警指示灯10-6，电源充电指示灯10-7，用于指示对应的状态。在主控机机箱10上还设置有充电接口10-8，以用于对磷酸铁锂电池7进行充电，以及设置有RJ45网口10-9，用于为外置的主控制器6通过RJ45网口10-9连接至同步模块3。
本实用新型提供的水域电法勘探主控机的工作原理具体如下：通过在主控机机箱10上的充电接口10-8给磷酸铁锂电池7充电，磷酸铁锂电池7输出的正12V电压经过开关电源8进入线性稳压模块9进行必要的电压转换后为多通道信号调理模块1、同步模块3提供电压，在这个过程中，多通道模拟信号同步采集模块2会实时监测线性稳压模块9输出并经过分压后的电压，当开始工作时，主控制器6会通过RJ45网口10-9将控制命令传递给同步模块3，然后通过数字信号输出模块4后经过六芯航插将电压档位、频率和启停传递给发送机，以控制发送机的激励电压的幅值、频率和启停，在信号采集和分析的过程中，通过接收电极M0、M1将电场传感器采集的多通道的电位信息经过多通道信号调理模块1的滤波、放大等调理后送给多通道模拟信号同步采集模块2进行高速模数转换，而后将数字信号信息通过同步模块3，再经过RJ45网口10-9上传给主控制器6进行处理，并根据装置类型进行不同的分析、显示和处理，在这个过程中船载定位模块5也会将水域电法勘探主控机所在的水域位置信息通过串口上传给主控制器6进行航迹记录。
在具体实施过程中，本实用新型中的多通道模拟信号同步采集模块2为模拟信号同步采集卡，数字信号输出模块4为数字输出卡，同步模块3为同步卡槽，模拟信号同步采集卡和数字输出卡都插在同步卡槽上，从而实现了模拟信号同步采集卡和数字输出卡与同步卡槽的电气连接。
通过上述本实用新型实施例中提供的技术手段，至少实现了如下技术效果或优点：
由于采用了在模拟信号采集之前加入了多通道信号调理模块，对欲采集的信号进行滤波、差分放大等调理，可以提高勘探的精度，提高采集信号的信噪比；在模拟信号采集的过程中，还加入了同步模块实现板内同步和板间同步，这使得淡水水域电法勘探适用于高速场合，并且使得信号的触发和采集同步，减小误差，进一步提高了勘探精度，因此有效解决了现有水域勘探技术的精度较差的技术问题，这对解决大型河流穿越岩土工程具有重要意义。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种水域电法勘探主控机，其特征在于，包括：多通道信号调理模块，多通道模拟信号同步采集模块，同步模块，数字信号输出模块，船载定位模块，主控制器；
所述多通道信号调理模块与所述多通道模拟信号同步采集模块电气连接，所述同步模块与所述数字信号输出模块电气连接，所述同步模块还和所述多通道模拟信号同步采集模块电气连接，所述同步模块还和所述主控制器通过网口连接，所述主控制器与所述船载定位模块通过串口连接。
2.如权利要求1所述的水域电法勘探主控机，其特征在于，所述水域电法勘探主控机还包括：磷酸铁锂电池、开关电源、线性稳压芯片；
所述磷酸铁锂电池连接所述开关电源的输入端，所述开关电源的输出端连接所述线性稳压芯片的输入端，所述线性稳压芯片的输出端连接至所述多通道信号调理模块的电源输入端，所述线性稳压芯片的输出端还连接至所述同步模块的供电接口。
3.如权利要求2所述的水域电法勘探主控机，其特征在于，所述多通道信号调理模块，包括：第一低通滤波及阻抗变换电路，第二低通滤波及阻抗变换电路，差分程控放大电路，无源低通滤波电路；
所述第一低通滤波及阻抗变换电路的输出端和所述第二低通滤波及阻抗变换电路的输出端连接至所述差分程控放大电路的输入端，所述差分程控放大电路的输出端连接至所述无源低通滤波电路的输入端。
4.如权利要求2所述的水域电法勘探主控机，其特征在于，所述多通道模拟信号同步采集模块，包括：16个通道的差分模拟输入模块，其中，每个所述差分模拟输入模块由滤波差分放大器和16位隔离模数转换器组成。
5.如权利要求2所述的水域电法勘探主控机，其特征在于，所述数字信号输出模块由8个IO口组成。
6.如权利要求2所述的水域电法勘探主控机，其特征在于，所述同步模块，包括：可支持热插拔的IO模块插槽。
7.如权利要求2所述的水域电法勘探主控机，其特征在于，所述船载定位模块包括：射频芯片、基带芯片和CPU；
所述射频芯片、所述基带芯片均与所述CPU连接。
8.如权利要求2所述的水域电法勘探主控机，其特征在于，所述水域电法勘探主控机还包括：主控机机箱，在所述主控机机箱设置有至少九个二芯航插，至少一个六芯航插、至少一个五芯航插；
其中，所述六芯航插与所述数字信号输出模块电气连接，每个所述二芯航插的一芯和每个所述五芯航插的两芯均与所述多通道模拟信号同步采集模块电气连接。
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