基于FPGA的帷幕渗漏检测数据采集系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的帷幕渗漏检测数据采集系统，包括上位机、发射电极、回路电极、接收电极、信号发生电路、增益可调的放大器电路、采集电路板、和FPGA主控板；信号发生电路包括光耦隔离电路和发射电路；发射电路连接光耦隔离电路、发射电极和回路电极；光耦隔离电路连接FPGA主控板；每个采集电路板包括ADC主体电路和ADC电源电路，ADC主体电路由ADC芯片构成，每个ADC芯片连接八个放大器电路，每个放大器电路连接接收电极；FPGA主控板包括FPGA主控制器、FPGA电源模块、系统时钟电路、JTAG接口电路、程序存储电路、通信电路。本发明专利技术可以激发大功率直流电和瞬变电磁响应，并对多通道的响应数据进行采集分析，最终对帷幕渗漏位置和渗漏程度进行判断。漏程度进行判断。漏程度进行判断。

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的帷幕渗漏检测数据采集系统


[0001]本专利技术涉及地下构造勘探专用仪器的
，更具体的说，是涉及一种基于FPGA的帷幕渗漏检测数据采集系统。

技术介绍

[0002]帷幕工程是为保障地下工程结构的安全、稳定所采取的综合措施。帷幕一旦发生渗漏事故，将会造成重大的人员和财产损失。直流电法简单有效，但一般只采集稳定直流场的电位信息。在供电电极导通或关断的瞬间，接地电极还可以接收到电极在介质中激发的瞬态响应，帷幕存在渗漏时，渗漏位置的介质电阻率改变对瞬变电磁信号有影响。通过观测接收装置接收到的瞬变电磁响应可获取电阻率信息，达到探测目的。现有的仪器检测方式较单一，激发功率、采样精度和采样通道数量往往达不到帷幕渗漏检测的要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提出了一种基于FPGA的帷幕渗漏检测数据采集系统，可以激发大功率直流电和瞬变电磁响应，并对多通道的响应数据进行采集分析，最终对帷幕渗漏位置和渗漏程度进行判断。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。
[0005]本专利技术基于FPGA的帷幕渗漏检测数据采集系统，包括上位机、发射电极、回路电极、接收电极、信号发生电路、增益可调的放大器电路、采集电路板、和FPGA主控板；
[0006]所述信号发生电路受FPGA双极性激发波形的控制，包括光耦隔离电路和发射电路两个部分；所述发射电路输入端连接光耦隔离电路输出端，所述发射电路输出端分别连接发射电极和回路电极；所述光耦隔离电路输入端连接FPGA主控板的双极性激发波形输出端，FPGA主控板向发射电极提供双极性激发波形，通过控制光耦隔离电路，实现发射电路的导通和关断，在发射电极上同时产生直流电和瞬变电磁响应，响应被接收电极所接收；
[0007]每个所述采集电路板均包括ADC主体电路和为其供电的ADC电源电路，所述ADC主体电路由一个ADC芯片构成，每个所述ADC芯片均连接八个放大器电路，每个所述放大器电路输入端均连接一个接收电极；所述放大器电路用于将接收电极接收到的响应信号进行放大上传至ADC芯片；所述ADC芯片用于接收FPGA主控板的采集指令，将放大后的响应的模拟信号转化为数字信号并上传至FPGA主控板；
[0008]所述FPGA主控板对数字信号进行采集和存储，并通过以太网协议传输至上位机；所述FPGA主控板包括FPGA主控制器、FPGA电源模块、系统时钟电路、JTAG接口电路、程序存储电路、通信电路，所述FPGA主控制器分别与ADC芯片、光耦隔离电路、FPGA电源、系统时钟电路、JTAG接口电路、程序存储电路、通信电路相连接；所述FPGA电源模块用于为FPGA主控制器供电，所述系统时钟电路用于为FPGA主控制器提供时钟信号，所述JTAG接口电路用于上位机向FPGA主控制器烧录程序，所述程序存储电路用于存储FPGA主控制器内部烧录的程序，所述通信电路用于与上位机进行数据传输。
[0009]所述上位机控制驱动步进电机匀速上拉或下放井中的发射电极，让发射电极在不同的深度位置进行激发，采集不同深度的地层数据。
[0010]每个所述采集电路板的ADC电源电路均包括为ADC芯片供电的外部基准电压源、5V模拟电压源、3.3V数字逻辑电源；所述外部基准电压源的芯片型号为ADR4525BRZ，为ADC芯片提供持续稳定的2.5V基准电压；依次利用磁珠和电容对外部5V直流电源进行滤波处理后作为5V模拟电压源使用；利用AMS1117
‑
3.3芯片将外部5V直流电源转化为3.3V数字逻辑电源。
[0011]所述FPGA电源模块由IB0505芯片和AMS1117系列芯片构成，所述IB0505芯片输入端连接5V直流电压源，所述IB0505芯片输出端分别连接AMS1117
‑
1.2芯片、AMS1117
‑
2.5芯片、AMS1117
‑
3.3芯片，所述AMS1117
‑
1.2芯片、AMS1117
‑
2.5芯片、AMS1117
‑
3.3芯片分别为FPGA主控制器提供1.2V、2.5V、3.3V电压。
[0012]所述系统时钟电路由外部晶振构成，连接至FPGA主控制器的时钟管脚，根据实际需求，利用PLL对外部晶振的时钟信号进行分频和倍频，得到不同频率的时钟信号，所述外部晶振频率为50MHz；所述JTAG接口电路由10引脚的JTAG模块构成，连接至FPGA主控制器的JTAG引脚，FPGA主控制器通过JTAG接口电路与上位机进行数据通信，向FPGA主控制器烧录程序；所述程序存储电路由M25P64芯片构成，与FPGA主控制器的可编程逻辑引脚相连接，用于存储FPGA主控制器内部烧录的程序。
[0013]所述通信电路由RTL8211EG
‑
VB以太网芯片构成，接口模式为MII接口，使用百兆网协议与上位机进行数据传输。
[0014]所述FPGA主控板内部程序由以太网接收指令模块、信号发生模块、采集模块、数据存储模块、以太网发送数据模块组成；
[0015]所述FPGA主控板程序工作的流程：上位机通过以太网协议将以太网接收信号发送给FPGA主控板，以太网接收指令模块在接收到以太网接收信号后，对其进行判断，如果判断其为开始工作指令，就向信号发生模块发送信号产生指令，之后信号发生模块就会驱动FPGA主控板产生双极性激发信号，双极性激发信号会控制信号发生电路的导通与关断，在导通和关断瞬间，发射电极会产生直流电和瞬变电磁响应；之后以太网接收指令模块向采集模块发送开始采样指令，采集模块接收到采样指令后，向采集电路板发送采集指令，采集电路板接收到采集指令后，以配置的频率进行采样，并将采样信息通过数据发送信号发送回采集模块，采集模块将这些信息暂时存储起来；之后采集模块将自身状态机的状态和采样数据传递给数据存储模块，数据存储模块根据这些信息，对采集模块中的采样数据进行存储，数据存储模块通过乒乓操作对数据进行存储和读取，这样采集模块就能采集存储下一组采样数据；数据存储模块每存储20组采样数据，就向以太网发送数据模块发送写完成信号，以太网发送数据模块接收到写完成信号后，产生相应的读使能和读地址，通过乒乓操作将20组数据读出来，并将数据通过以太网发送信号传输给上位机；以太网发送数据模块每次发送20组数据，一共发送100次，在第100次发送完数据后，拉高采集完成信号的电平，命令采集模块停止采集。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：
[0017](1)本专利技术克服了采集系统功能单一，激发功率低、采样精度低，采样通道少的缺陷。
[0018](2)本专利技术可以实现多通道直流电和瞬变电磁响应的测量，对帷幕渗漏进行检测，检测速度快，采集的帷幕信息丰富，有利于判断帷幕的渗漏位置和渗漏程度。
附图说明
[0019]图1为本专利技术基于FPGA的帷幕渗漏检测数据采集系统的原理框图。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的帷幕渗漏检测数据采集系统，其特征在于，包括上位机、发射电极、回路电极、接收电极、信号发生电路、增益可调的放大器电路、采集电路板、和FPGA主控板；所述信号发生电路受FPGA双极性激发波形的控制，包括光耦隔离电路和发射电路两个部分；所述发射电路输入端连接光耦隔离电路输出端，所述发射电路输出端分别连接发射电极和回路电极；所述光耦隔离电路输入端连接FPGA主控板的双极性激发波形输出端，FPGA主控板向发射电极提供双极性激发波形，通过控制光耦隔离电路，实现发射电路的导通和关断，在发射电极上同时产生直流电和瞬变电磁响应，响应被接收电极所接收；每个所述采集电路板均包括ADC主体电路和为其供电的ADC电源电路，所述ADC主体电路由一个ADC芯片构成，每个所述ADC芯片均连接八个放大器电路，每个所述放大器电路输入端均连接一个接收电极；所述放大器电路用于将接收电极接收到的响应信号进行放大上传至ADC芯片；所述ADC芯片用于接收FPGA主控板的采集指令，将放大后的响应的模拟信号转化为数字信号并上传至FPGA主控板；所述FPGA主控板对数字信号进行采集和存储，并通过以太网协议传输至上位机；所述FPGA主控板包括FPGA主控制器、FPGA电源模块、系统时钟电路、JTAG接口电路、程序存储电路、通信电路，所述FPGA主控制器分别与ADC芯片、光耦隔离电路、FPGA电源、系统时钟电路、JTAG接口电路、程序存储电路、通信电路相连接；所述FPGA电源模块用于为FPGA主控制器供电，所述系统时钟电路用于为FPGA主控制器提供时钟信号，所述JTAG接口电路用于上位机向FPGA主控制器烧录程序，所述程序存储电路用于存储FPGA主控制器内部烧录的程序，所述通信电路用于与上位机进行数据传输。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的帷幕渗漏检测数据采集系统，其特征在于，所述上位机控制驱动步进电机匀速上拉或下放井中的发射电极，让发射电极在不同的深度位置进行激发，采集不同深度的地层数据。3.根据权利要求1所述的基于FPGA的帷幕渗漏检测数据采集系统，其特征在于，每个所述采集电路板的ADC电源电路均包括为ADC芯片供电的外部基准电压源、5V模拟电压源、3.3V数字逻辑电源；所述外部基准电压源的芯片型号为ADR4525BRZ，为ADC芯片提供持续稳定的2.5V基准电压；依次利用磁珠和电容对外部5V直流电源进行滤波处理后作为5V模拟电压源使用；利用AMS1117
‑
3.3芯片将外部5V直流电源转化为3.3V数字逻辑电源。4.根据权利要求1所述的基于FPGA的帷幕渗漏检测数据采集系统，其特征在于，所述FPGA电源模块由IB0505芯片和AMS1117系列芯片构成，所述IB0505芯片输入端连接5V直流电压源，所述IB0505芯片输出端分别连接AMS1117
‑
1.2芯片、AMS1117...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈建国，刘少龙，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：