实时采集存储及数据成图解释的瞬变电磁发射接收系统技术方案

本发明专利技术为一种实时采集存储及数据成图解释的瞬变电磁发射接收系统，包括嵌入式电脑、信号调理模块、主控电路、霍尔电流传感器与采集模块连接，嵌入式电脑与数据处理与成像模块连接，主控电路经时序同步转换电路、桥路驱动电路与发射桥路连接，恒压钳位电路、发射电源模块、发射线圈与发射桥路连接，发射线圈与阻尼匹配吸收电路、霍尔电流传感器连接构成；能直观的显示发射电流波形和采集信号波形，可根据具体的环境和发射线圈的不同，准确的调节钳位电压值和阻尼匹配电阻值，使得发射电流波形达到最佳；嵌入式电脑将采集到的数据实时存储，并实时传送给数据处理与成像模块，实时数据成图解释，实时的得到地下物质的含量和分布情况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地球物理探测仪器，尤其是一种实时采集存储及数据成图解释的瞬变电磁发射接收系统。
技术介绍
瞬变电磁法(TransientElectromagneticMethods，TEM)，又称为时间域电磁法，是一种应用非常广泛的地球物理探测方法，瞬变电磁法就是利用发射机在发射线圈中产生一定频率的交变脉冲电流，激发一次脉冲场，在一次脉冲场的间歇期，接收感应的二次电磁场，通过对感应二次场的研究得到地下物质结构和分布信息。现存的瞬变电磁仪器数据的采集和数据处理与成像之间需要一定的时间间隔，无法实时数据成图解释，这导致施工效率较低，而且由于无法及时判断地下物质的分布和含量情况，因此使得工程施工过程中存在一定程度的盲目性，造成不同程度的人力物力的浪费；现存的瞬变电磁仪器中，发射机和接收机是分离的，采用两套独立的控制系统，两套系统的协调性差，控制模式复杂繁琐，由于相距较远的距离，无法单人单机完成工作；分离的瞬变电磁仪器由众多的模块组成，繁琐的组装过程导致工程应用过程中效率的降低、可靠性的下降、仪器的搬运不方便；现存的瞬变电磁仪器还存在着人机界面欠友好，导致发射电流波形和信号采集波形显示不直观。现存的瞬变电磁发射系统控制单元主要是基于单片机架构，单片机在时序设计上采用顺序执行的方式，会存在一定的时间延时，瞬变电磁发射系统的关断时间非常短，而且瞬变电磁法中对发射系统的关断时间要求较高，因此微小的延时将会使得数据处理与成像的准确性下降；现存的瞬变电磁仪器还存在着发射电流波形关断时间长、线性度差、尾部震荡等问题，目前大部分的瞬变电磁采用馈能型有源恒压钳位方式，采用复杂的控制系统，可靠性降低，而且还存在着钳位电压和匹配电阻不可调问题，无法根据实验环境和发射线圈的不同实时调节来优化发射电流波形。不同的钳位电压对发射电流关断时间和线性度的影响不同，合适的匹配电阻才能使得发射电流关断波形尾部无过冲和震荡情况出现。因此需要改进和完善现有的瞬变电磁仪器，研制实现实时采集存储及数据成图解释的瞬变电磁发射接收系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种实时采集存储及数据成图解释的瞬变电磁发射接收系统，将瞬变电磁发射和接收融为一个系统，仪器的主要部分集中在一个箱体内，一体化、高度集成，简化了模块与模块之间的连接，而且能直观的显示发射电流波形和采集信号波形，可根据具体的环境和发射线圈的不同，准确的调节钳位电压值和阻尼匹配电阻值，使得发射电流波形达到最佳；能够的对瞬变电磁数据进行实时采集存储及数据成图解释，而且人机界面友好，便于操作，野外施工更加高效便捷。本专利技术是这样实现的，一种实时采集存储及数据成图解释的瞬变电磁发射接收系统，包括：嵌入式电脑，作为人机界面，通过LabVIEW软件设置瞬变电磁发射接收系统的各种参数，并实时存储采集的数据，并通过瞬变电磁数据与成像模块实时数据成图解释；采集模块，通过数据总线与嵌入式电脑连接后用于接收嵌入式电脑的控制信号，并对发射电流波形和瞬变电磁接收子系统接收到的信号进行采集；主控电路，与所述采集模块连接，通过所述采集模块的数字IO控制所述主控电路产生瞬变电磁发射需要的时序；同步转换电路，与所述主控电路连接，用于产生桥路控制信号和瞬变电磁接收系统的同步信号；发射桥路，通过驱动电路连接同步转换电路，桥路控制信号经驱动电路输出到所述发射桥路；发射电源模块，与发射桥路连接用于为发射桥路提供所需发射能量；恒压钳位电路，并联在发射桥路两端，对发射桥路进行恒压钳位；发射线圈，与所述发射桥路连接后，产生发射电流；阻尼匹配吸收电路，与所述发射线圈连接，通过所述恒压钳位电路以及阻尼匹配吸收电路使发射电流波形达到最佳；霍尔电流传感器，将发射线圈的电流信号转换为电压信号传送给采集模块，对发射电流波形进行采集；接收线圈，接收感应二次场信号；信号调理模块，与接收线圈连接后，用于将接收线圈接收的二次场信号进行调理，将调理过的信号传送给采集模块，对接收到的二次场信号进行采集；所述采集模块将数据上传到嵌入式电脑并在LabVIEW软件对信号进行叠加显示，嵌入式电脑将数据实时的传送给数据处理与成像模块，实时数据成图解释，实时的得到地下物质的含量和分布情况。进一步地，所述的采集模块包括FPGA以及AD转化器，FPGA经AD转化器与霍尔电流传感器以及信号调理模块连接，通过霍尔电流传感器采集发射电流波形；FPGA经锁存器与主控电路连接，FPGA经总线与嵌入式电脑连接构成，上位机对发射接收各参数进行设置通过总线与采集模块连接，采集模块通过数字IO对主控电路进行设置，使主控电路产生相应的发射时序。进一步地，所述信号调理模块是将发射线圈采到的信号依次经前置放大电路、差分放大电路、V-I变换电路最后远距离传输给采集模块；其中，所述前置放大电路提供高输入阻抗、低噪声和增益调节；所述差分放大电路对共模噪声抑制进行，并在需要时提供一定的附加增益；所述V-I变换电路将差分放大电路的输出电压信号转换为电流信号远距离传输给采集模块，避免信号的失真。进一步地，主控电路以CPLD作为时序产生单元，CPLD产生特定频率的时序信号，并将此信号送给电平转换电路，电平转换电路将控制部分的微弱电流信号转换为控制桥路驱动电路的大电流信号。进一步地，所述发射桥路模块包括四个IBGT模块通过两两IBGT模块串联后在两组IBGT模块中间连接发射线圈组成的H桥路。进一步地，阻尼匹配吸收电路为一定值阻尼匹配吸收电阻与多组特定阻值的匹配电阻串联后并联在发射线圈两端，每个特定阻值上的匹配电阻上并联切换开关。本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：实时采集存储及数据成图解释的瞬变电磁发射接收系统采用高度集成化，将瞬变电磁发射和接收融为一个系统，仪器的主要部分集中在一个箱体内，一体化高度集成，简化了模块与模块之间的连接，而且能直观的显示发射电流波形和采集信号波形，可根据具体的环境和发射线圈的不同准确的调节钳位电压值和阻尼匹配电阻值使得发射电流波形达到最佳，能够的对瞬变电磁数据进行实时采集存储及数据成图解释，而且人机界面友好，便于操作，野外施工更加高效便捷。实时采集存储及数据成图解释的瞬变电磁发射接收系统能够的对瞬变电磁数据进行实时采集存储及数据成图解释，上位机将采集卡采集到的数据直接传给数据处理与成像模块，实时将测点数据成图解释，实时的确定地下物质的含...

【技术保护点】
一种实时采集存储及数据成图解释的瞬变电磁发射接收系统，其特征在于，包括：嵌入式电脑，作为人机界面，通过LabVIEW软件设置瞬变电磁发射接收系统的各种参数，并实时存储采集的数据，并通过瞬变电磁数据与成像模块实时数据成图；采集模块，通过数据总线与嵌入式电脑连接后用于接收嵌入式电脑的控制信号，并对发射电流波形和瞬变电磁接收子系统接收到的信号进行采集；主控电路，与所述采集模块连接，通过所述采集模块的数字IO控制所述主控电路产生瞬变电磁发射需要的时序；同步转换电路，与所述主控电路连接，用于产生桥路控制信号和瞬变电磁接收系统的同步信号；发射桥路，通过驱动电路连接同步转换电路，桥路控制信号经驱动电路输出到所述发射桥路；发射电源模块，与发射桥路连接用于为发射桥路提供所需发射能量；恒压钳位电路，并联在发射桥路两端，对发射桥路进行恒压钳位；发射线圈，与所述发射桥路连接后，产生发射电流；阻尼匹配吸收电路，与所述发射线圈连接，通过所述恒压钳位电路以及阻尼匹配吸收电路使发射电流波形达到最佳；霍尔电流传感器，将发射线圈的电流信号转换为电压信号传送给采集模块，对发射电流波形进行采集；接收线圈，接收感应二次场信号；信号调理模块，与接收线圈连接后，用于将接收线圈接收的二次场信号进行调理，将调理过的信号传送给采集模块，对接收到的二次场信号进行采集；所述采集模块将数据上传到嵌入式电脑并在LabVIEW软件对信号进行叠加显示，嵌入式电脑将数据实时的传送给数据处理与成像模块，实时数据成图，实时的得到地下物质的含量和分布情况。...

【技术特征摘要】
1.一种实时采集存储及数据成图解释的瞬变电磁发射接收系统，其特征在
于，包括：
嵌入式电脑，作为人机界面，通过LabVIEW软件设置瞬变电磁发射接收
系统的各种参数，并实时存储采集的数据，并通过瞬变电磁数据与成像模块实
时数据成图；
采集模块，通过数据总线与嵌入式电脑连接后用于接收嵌入式电脑的控制
信号，并对发射电流波形和瞬变电磁接收子系统接收到的信号进行采集；
主控电路，与所述采集模块连接，通过所述采集模块的数字IO控制所述主
控电路产生瞬变电磁发射需要的时序；
同步转换电路，与所述主控电路连接，用于产生桥路控制信号和瞬变电磁
接收系统的同步信号；
发射桥路，通过驱动电路连接同步转换电路，桥路控制信号经驱动电路输
出到所述发射桥路；
发射电源模块，与发射桥路连接用于为发射桥路提供所需发射能量；
恒压钳位电路，并联在发射桥路两端，对发射桥路进行恒压钳位；
发射线圈，与所述发射桥路连接后，产生发射电流；
阻尼匹配吸收电路，与所述发射线圈连接，通过所述恒压钳位电路以及阻
尼匹配吸收电路使发射电流波形达到最佳；
霍尔电流传感器，将发射线圈的电流信号转换为电压信号传送给采集模块，
对发射电流波形进行采集；
接收线圈，接收感应二次场信号；
信号调理模块，与接收线圈连接后，用于将接收线圈接收的二次场信号进
行调理，将调理过的信号传送给采集模块，对接收到的二次场信号进行采集；
所述采集模块将数据上传到嵌入式电脑并在LabVIEW软件对信号进行叠
加显示，嵌入式电脑将数据实时的传送给数据处理与成像模块，实时数据成图，

\t实时的得到地下物质的含量和分布情况。
2.按照权利要求1所述的实时采集存储及数据成图解释的瞬变电磁发射接
收系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙淑琴，巨长磊，尚新磊，林君，彭良玉，贺岩，滕飞，刘婷婷，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22