三维电阻率成像系统多通道电测装置制造方法及图纸

一种三维电阻率成像系统多通道电测装置，包括模拟部分、前置调理电路、数字部分，其特征在于：模拟部分包括两个24位模数转换器ADS1278（U49、U50），前置调理电路由采样保持电路（U1～U16）、低通滤波电路（U17～U32）、可编程放大电路（U33～U48）、电位平移电路和电压基准电路组成，数字部分核心Cortex?M3??LPC1788（U51）控制数据的采集与传输、人机交互界面，12位数模转换器DAC8562（U52）与前端电路组成反馈控制电路；输入信号由以INA128为核心的采样保持电路（U1～U16）的6号引脚输入，通过低通滤波电路（U17～U32），正向放大信号由可编程放大电路（U33～U48）的11号引脚输出以并行方式输入24位模数转换器ADS1278（U49、U50）的3、1、63、61、51、49、47、45号引脚，16路输入并联接24位模数转换器ADS1278（U49、U50）的4、2、64、62、52、50、48、46号引脚，电压基准电路连接24位模数转换器ADS1278（U49、U50）的10号引脚组成AD驱动电路；信号由模拟转换为数字量后，通过SPI总线传输到数字部分核心（U51）的两路SPI控制器上，数字部分核心（U51）对信号进行处理后通过12个GPIO口将数字信号以并行方式传输到数模转换器DAC8562（U52）的1～9、17、18号引脚，并与采样保持电路（U1～U16）的5号引脚相连形成反馈控制电路；数字部分核心（U51）通过1路串口与TFT液晶屏连接，通过８路GPIO口与4×4防水键盘相连，通过串口连接GPS。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种三维电阻率成像系统的多通道电测装置，它以两个8通道24位高速高精度模数转换器为模拟电路部分核心进行数据采集，每个通道配备独立的由采样保持器、低通滤波器、可编程放大器、电位平移电路和电压基准电路组成的前置调理电路。数字部分以CortexM3为核心，通过两路SPI总线控制与模拟部分进行数据传输，通过GPIO口控制高精度数模转换器与前端调理电路相连形成反馈电路提高测量精度，提高CAN总线实现多个电测装置的互联。本技术采用16路并行采集方式，每路信号具有独立的前端调理电路，利用LPC1788的高速数据处理功能，采用数字滤波算法对数据进行预处理，提高了电测装置的数据可靠性和整个系统性能。【专利说明】三维电阻率成像系统多通道电测装置
本技术属于地球物理勘探
，涉及一种三维电阻率成像系统多通道电测装置。
技术介绍
电法勘探的研究工作始于十九世纪初，随着科学的发展和找矿的需要，电法勘探理论和仪器日臻完善。进入本世纪初，随着大规模集成电路的应用和计算速度的进一步提高，电法勘探已开始向三维方向发展，高密度电法仪已从第一代发展到第四代。三维电阻率采集硬件系统由主控系统、电测装置、智能电极系统、供电系统、多芯电缆、传输电缆(总线)等组成。电测装置作为硬件系统的重要组成部分，需要满足以下几点主要任务:(I)信号调理，电测装置输入信号由外部噪声、系统噪声和有用信号叠加组成的，通过信号采样保持电路、无源低通滤波电路、可编程主放电路对前端输入电路进行处理；(2)信号转换处理，将调理电路输出的模拟量转换为数字量，输入处理器进行数字滤波，并将滤波后的信号传输到主机；(3)显示与控制，每个电测装置都独立具有用于实现人机交互功能的液晶屏和4X4标准键盘，实现参数输入、数据显示和装置控制功能。(4)同步功能，通过GPS完成多个电测装置在时间上的同步，实现同步并行数据采集与处理。
技术实现思路
本技术的目的就是提供一种能满足三维电阻率成像系统中硬件系统对数据电测装置要求的三维电阻率成像系统多通道电测装置。本技术的三维电阻率成像系统多通道电测装置，包括模拟部分、前置调理电路、数字部分，模拟部分包括两个24位AD转换器(况9、邪0)，每个AD转换器采集处理8路输入信号；前置调理电路由采样保持电路(Ul?U16)、低通滤波电路(U17?U32)、可编程放大电路(U33?U48)、电位平移电路和电压基准电路组成，输入信号首先通过采样保持电路(Ul?U16)，保证AD转换输入信号的稳定性；低通滤波电路(U17?U32)电阻和电容组成的双T低通滤波网络，它具有滤除高频干扰信号，消除噪声的作用，并让测量的直流输入信号顺利通过；可编程放大电路和AD驱动电路(U33?U48)，程控增益放大器的放大倍数根据第一次供电周期A/D转换器输出电压由主控机设定，使输入到A/D转换器的信号幅度总是处于A/D转换器半量程和满量程之间，保证A/D转换的精度；数字部分为Cortex M3-LPC1788 (U51)通过SPI总线控制数据的采集与传输，通过CAN总线实现多个电测系统和主机之间的数据传输，通过GPIO 口控制人机交互界面和12位数模转换器DAC8562 (U52)与前端电路组成反馈控制电路，通过485总线控制智能电极的状态转换，通过串口控制GPS同步功能。器件优选为:嵌入式微处理器Cortex M3 -LPC1788，模数转换器DAC8562，数模转换器ADS1278，可编程增益放大器PGA204，基准芯片REF525，放大器INA128，CAN总线隔离器 CTM8251。本技术的三维电阻率成像系统多通道电测装置，为了提高电测装置的采集速度和稳定性，采用16路并行采集方式，每路信号具有独立的前端调理电路，利用LPC1788的高速数据处理功能，采用数字滤波算法对数据进行预处理，提高了电测装置的数据可靠性和整个系统性能。【专利附图】【附图说明】图1为本技术结构示图；图2为本技术实施例中模拟部分电路示意图；图3为本技术实施例中数字部分电路示意图。具体实施方案结合附图对实例I作进一步说明:图1中，输入信号通过采样保持电路(Ul~U16)、电阻和电容组成的双T低通滤波网络低通滤波电路(U17~U32)、可编程放大电路和AD驱动电路(U33~U48)，输入A/D转换器，数据通过SPI总线控制数据的采集与传输到数字部分核心为Cortex M3 -LPC1788(U51)。数字部分通过CAN总线实现多个电测系统和主机之间的数据传输，通过GPIO 口控制人机交互界面(串口液晶屏和4X4键盘)和12位数模转换器DAC8562 (U52)与前端电路组成反馈控制电路。模拟部分结构如图2所示。以INA128 (Ul~U16)为前端信号调理电路采样保持器的核心的放大器一部分，电缆输入接头与其2、3号引脚相连作为输入。根据公式放大增 ,50ΚΩ益1 + ^^，将1、8引脚挂空放大倍数设置为1，即不对信号进行放大，目的是使其采集系 %统的输入阻抗足够大，使得测到的电位数值更加接近野外的真实值。为了防止数据在采集之后发生混叠失真减少外部噪声，需要模拟低通滤波器、数字滤波器及两者的结合，本技术设计的模拟滤波器是由电阻和电容组成的双T低通滤波网络。野外电阻率测量过程中，测量电极接收到的电压信号大的有IV~5V，小的有几μ V,而后级的ADS1278 (U49、U50)高精度24位A/D转换器的基准为5V，其转换范围为(-2.5V~+2.5V),如果几μ V的输入信号没有被放大的话，那么U49、U50转换几μ V的电压其误差也是很大的，？64204 (仍3~说8)具有1、10、100、1000等可调的增益。增益通过微处理器LPC1788 (U51)控制PGA204的11、12号引脚来调节，而ΙΝΑ128 (Ul~U16)内部输入保护可以无损害的承受高达±40V的模拟输入。程控增益放大器的放大倍数根据第一次供电周期A/D转换器输出电压由主控机设定，使输入到A/D转换器的信号幅度总是处于A/D转换器半量程和满量程之间，保证A/D转换的精度。ADS1278 (U49、U50)允许在速度、精度、功耗方面权衡从以下4种工作模式中选择一种，而模式选择是由MODE (33`、34)引脚的输入状态确定，有七种数据输出格式，数据输出格式包括接口协议、数据输出和数据位置。数据输出格式控制引脚为FORMAT (30、31、32号引脚)，本实例将F0RMAT设置为001，接口协议为SP1、输出格式为TDM、数据位置选择固定。数字部分结构图如图3所示。U49、U50数据采集开始信号通过其11引脚(/SYNC)输入，当/SYNC输入端为低电平时，U49、U50八道停止采样，内部的数字滤波器复位，随后/SYNC输入端为变为高电平，U49、U50八道开始同步采样，利用LPC1788 (U51)的26、52号引脚对 U49、U50 的/SYNC 端进行控制。U51 的 28、29、30、31、54、56、60、66 号引脚与 U50、U49进行数据传输。U51通过GPIO 口 83?95号引脚与数模转换器U52的I?9、17、18、19号引脚相连作为U本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维电阻率成像系统多通道电测装置，包括模拟部分、前置调理电路、数字部分，其特征在于：模拟部分包括两个24位模数转换器ADS1278（U49、U50），前置调理电路由采样保持电路（U1～U16）、低通滤波电路（U17～U32）、可编程放大电路（U33～U48）、电位平移电路和电压基准电路组成，数字部分核心Cortex?M3??LPC1788（U51）控制数据的采集与传输、人机交互界面，12位数模转换器DAC8562（U52）与前端电路组成反馈控制电路；输入信号由以INA128为核心的采样保持电路（U1～U16）的6号引脚输入，通过低通滤波电路（U17～U32），正向放大信号由可编程放大电路（U33～U48）的11号引脚输出以并行方式输入24位模数转换器ADS1278（U49、U50）的3、1、63、61、51、49、47、45号引脚，16路输入并联接24位模数转换器ADS1278（U49、U50）的4、2、64、62、52、50、48、46号引脚，电压基准电路连接24位模数转换器ADS1278（U49、U50）的10号引脚组成AD驱动电路；信号由模拟转换为数字量后，通过SPI总线传输到数字部分核心（U51）的两路SPI控制器上，数字部分核心（U51）对信号进行处理后通过12个GPIO口将数字信号以并行方式传输到数模转换器DAC8562（U52）的1～9、17、18号引脚，并与采样保持电路（U1～U16）的5号引脚相连形成反馈控制电路；数字部分核心（U51）通过1路串口与TFT液晶屏连接，通过８路GPIO口与4×4防水键盘相连，通过串口连接GPS。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓居智，刘庆成，徐哈宁，曾正军，汤洪志，黎正根，肖慧，龚育龄，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：实用新型
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