一種礦用超高密度電法儀自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種礦用超高密度電法儀自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述FPGA處理器分別電性連接PC機(jī)和m序列發(fā)生器，所述m序列發(fā)生器電性連接信號發(fā)射模塊，所述信號發(fā)射模塊電性連接電流測量模塊，所述信號處理模塊、FPGA處理器、PC機(jī)、m序列發(fā)生器、信號發(fā)射模塊和電流測量模塊均電性連接系統(tǒng)電源。FPGA處理器則控制m序列發(fā)生器產(chǎn)生抗干擾能力強(qiáng)的最長偽隨機(jī)碼二進(jìn)制序列，進(jìn)而使得發(fā)射電流的寬度隨機(jī)變化，幅度周期出現(xiàn)正負(fù)方波信號，因此，克服了傳統(tǒng)高密度電法儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)抗干擾能力差，測量精度低，分辨率低，系統(tǒng)性能不穩(wěn)定的問題，能很好的應(yīng)用于煤礦井下探測，很好的保障了煤礦開采人員的安全，減少煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。
【專利說明】
-種礦用超高密度電法儀自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及礦用數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種礦用超高密度電法儀自適應(yīng)數(shù)據(jù) 義集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于超高密度電法儀采用跑極的方式采集電極間的電位差，因此往往有兩種極端 的情況，一種是測量電極離發(fā)射電極很近時，測量電極的電位差可能會很大，超過A/D轉(zhuǎn)換 器的最大輸入電壓，輕者造成削波現(xiàn)象，重者燒壞A/D轉(zhuǎn)換器;另一種情況是測量電極離發(fā) 射電極很遠(yuǎn)，信號非常的微弱，達(dá)不到A/D轉(zhuǎn)換器的有效轉(zhuǎn)換范圍。目前常規(guī)高密度電法儀 沒有很好的處理高動態(tài)范圍數(shù)據(jù)的機(jī)制，儀器的分辨率較低，而且對于來至深井下的微弱 信號抗干擾性差，礦井周邊的高壓電纜，城鄉(xiāng)居民用電設(shè)備等會造成很大的干擾，其干擾幅 度會大于地電信號幅值，常規(guī)高密度電法儀往往不能很好的處理運(yùn)些干擾信號。為此，我們 設(shè)計(jì)了 一種礦用超高密度電法儀自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種礦用超高密度電法儀自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，W解決上 述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種礦用超高密度電法儀自適應(yīng)數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)，包括信號處理模塊，所述信號處理模塊包括電極、通道切換模塊、預(yù)處理電路、 低通濾波電路、信號自適應(yīng)處理網(wǎng)絡(luò)和A/D轉(zhuǎn)換器，所述信號自適應(yīng)處理網(wǎng)絡(luò)包括PGA程控 放大器、信號直通、信號衰減網(wǎng)絡(luò)、雙壓比較器2和雙壓比較器1，所述電極電性連接通道切 換模塊，所述通道切換模塊電性連接預(yù)處理電路，所述預(yù)處理電路電性連接低通濾波電路， 所述低通濾波電路電性連接信號自適應(yīng)處理網(wǎng)絡(luò)，所述信號自適應(yīng)處理網(wǎng)絡(luò)電性連接A/D 轉(zhuǎn)換器，所述信號處理模塊電性連接FPGA處理器，所述FPGA處理器分別電性連接PC機(jī)和m序 列發(fā)生器，所述m序列發(fā)生器電性連接信號發(fā)射模塊，所述信號發(fā)射模塊電性連接電流測量 模塊，所述信號處理模塊、FPGA處理器、PC機(jī)、m序列發(fā)生器、信號發(fā)射模塊和電流測量模塊 均電性連接系統(tǒng)電源。
[0005] -種礦用超高密度電法儀自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括W下步驟：
[0006] SI:當(dāng)輸入信號幅度超過9V時，雙壓比較器1輸出00,將信號衰減為原來的1/5,衰 減后的信號交給A/D轉(zhuǎn)換器；
[0007] S2:當(dāng)信號輸入范圍在1-9V之間時，雙壓比較器1輸出01，信號直接交給A/D轉(zhuǎn)換器 處理；
[000引S3:當(dāng)輸入信號小于IV時，雙壓比較器1輸出11，雙電壓比較器2的基準(zhǔn)電壓為ImV 和1 OmV，當(dāng)比較器2輸出為00時，表明輸入信號的范圍為1 OmV-IV，此時啟用PGA程控放大器 對信號進(jìn)行10倍放大，送入A/D轉(zhuǎn)換器達(dá)到有效轉(zhuǎn)換范圍；
[0009] S4:當(dāng)雙電壓比較器2輸出為Ol時，表明信號的范圍為1-lOmV，啟用PGA程控放大器 對信號進(jìn)行100倍放大，然后送入A/D轉(zhuǎn)換器；
[0010] S5:當(dāng)雙壓比較器2輸出為11時，送入A/D轉(zhuǎn)換器之前啟用PGA程控放大器進(jìn)行1000 倍的放大，信號達(dá)到有效的轉(zhuǎn)換范圍。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本礦用超高密度電法儀自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)，電壓信號通過電極到達(dá)預(yù)處理電路，預(yù)處理電路使用穩(wěn)壓二極管來對電路進(jìn)行過壓 保護(hù)，使用低通濾波電路來抑制差模干擾，因此，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，抗干擾性能強(qiáng)，能夠無失真 的采集大動態(tài)范圍的數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的分辨率和測量精度高，而FPGA處理器則控制m序列 發(fā)生器產(chǎn)生抗干擾能力強(qiáng)的最長偽隨機(jī)碼二進(jìn)制序列，進(jìn)而使得發(fā)射電流的寬度隨機(jī)變 化，幅度周期出現(xiàn)正負(fù)方波信號，因此，克服了傳統(tǒng)高密度電法儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)抗干擾能力 差，測量精度低，分辨率低，系統(tǒng)性能不穩(wěn)定的問題，能很好的應(yīng)用于煤礦井下探測，很好的 保障了煤礦開采人員的安全，減少煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于 本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0014] 請參閱圖1，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案:一種礦用超高密度電法儀自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)，包括信號處理模塊，所述信號處理模塊包括電極、通道切換模塊、預(yù)處理電路、低通濾 波電路、信號自適應(yīng)處理網(wǎng)絡(luò)和A/D轉(zhuǎn)換器，所述信號自適應(yīng)處理網(wǎng)絡(luò)包括PGA程控放大器、 信號直通、信號衰減網(wǎng)絡(luò)、雙壓比較器2和雙壓比較器1，所述電極電性連接通道切換模塊， 所述通道切換模塊電性連接預(yù)處理電路，所述預(yù)處理電路電性連接低通濾波電路，所述低 通濾波電路電性連接信號自適應(yīng)處理網(wǎng)絡(luò)，所述信號自適應(yīng)處理網(wǎng)絡(luò)電性連接A/D轉(zhuǎn)換器， 所述信號處理模塊電性連接FPGA處理器，所述FPGA處理器分別電性連接PC機(jī)和m序列發(fā)生 器，所述m序列發(fā)生器電性連接信號發(fā)射模塊，所述信號發(fā)射模塊電性連接電流測量模塊， 所述信號處理模塊、FPGA處理器、PC機(jī)、m序列發(fā)生器、信號發(fā)射模塊和電流測量模塊均電性 連接系統(tǒng)電源。
[0015] 整體的工作流程是系統(tǒng)電源給整個系統(tǒng)供電，F(xiàn)PGA處理器控制m序列發(fā)生器產(chǎn)生 抗干擾能力強(qiáng)的最長偽隨機(jī)碼二進(jìn)制序列進(jìn)而使得發(fā)射電流Kt)是寬度隨機(jī)變化，幅度為 Io且周期出現(xiàn)的正負(fù)方波信號，信號處理模塊采集電極間的電位差A(yù) U(t)，采集回的電流 和電壓數(shù)據(jù)傳回給FPGA處理器處理。由于可W大地看成是線性時不變系統(tǒng)，電極的之間的 電位差A(yù) U(t)可W看成是地球系統(tǒng)的輸出，而發(fā)射電流I(t)可W地球系統(tǒng)的輸入，既有
其中Z(〇為系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)。巧O可通過A U(t)和I
， (t)的反卷積求得，對只分可得系統(tǒng)的階躍響應(yīng)Z(t)，為 >對之(^^故傅氏 變換可得到系統(tǒng)的頻譜
e^t為時間因子。由階躍響應(yīng)可算出常規(guī)電法 時間域觀測的充放電過程，由裝置系數(shù)k和頻譜Z(jw)可W求出視復(fù)電阻率Ps(Jw)=KZ (jw)。運(yùn)些運(yùn)算本身就是數(shù)字濾波運(yùn)算，可W壓制干擾，獲得較高的信噪比。那么接下來的 關(guān)鍵問題就是如何精確的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
[0016] 采集通道選通之后，電壓信號通過電極到達(dá)預(yù)處理電路，預(yù)處理電路使用穩(wěn)壓二 極管來對電路進(jìn)行過壓保護(hù)，使用LC無源濾波電路來抑制差模干擾，由于發(fā)射信號頻率較 低，采用低通濾波器可W濾除帶外干擾，然后信號進(jìn)入信號自適應(yīng)處理網(wǎng)絡(luò)，把信號分為5 路，第1路信號進(jìn)入雙電壓比較器1，比較器的基準(zhǔn)電壓為IV和9V，A/D轉(zhuǎn)換器的允許輸入電 壓范圍為0-10V。
[0017] -種礦用超高密度電法儀自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括W下步驟：
[0018] SI:當(dāng)輸入信號幅度超過9V時，雙壓比較器1輸出00,此時信號衰減網(wǎng)絡(luò)把信號做 衰減處理，將信號衰減為原來的1/5，衰減后的信號交給A/D轉(zhuǎn)換器；
[0019] S2:當(dāng)信號輸入范圍在1-9V之間時，雙壓比較器1輸出01，信號直接交給A/D轉(zhuǎn)換器 處理；
[0020] S3:當(dāng)輸入信號小于IV時，雙壓比較器1輸出11，說明輸入信號的幅度可能較小，此 時觀察雙電壓比較器2的輸出，雙電壓比較器2的基準(zhǔn)電壓為ImV和IOmV,當(dāng)比較器2輸出為 00時，表明輸入信號的范圍為lOmV-lV，此時啟用PGA程控放大器對信號進(jìn)行10倍放大，送入 A/D轉(zhuǎn)換器達(dá)到有效轉(zhuǎn)換范圍；
[0021] S4:當(dāng)雙電壓比較器2輸出為Ol時，表明信號的范圍為1-lOmV，啟用PGA程控放大器 對信號進(jìn)行100倍放大，然后送入A/D轉(zhuǎn)換器；
[0022] S5:當(dāng)雙壓比較器2輸出為11時，表明信號比較微弱，送入A/D轉(zhuǎn)換器之前啟用PGA 程控放大器進(jìn)行1000倍的放大，信號達(dá)到有效的轉(zhuǎn)換范圍。
[0023] 盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可W 理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可W對運(yùn)些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換 和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種礦用超高密度電法儀自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括信號處理模塊，其特征在于:所 述信號處理模塊包括電極、通道切換模塊、預(yù)處理電路、低通濾波電路、信號自適應(yīng)處理網(wǎng) 絡(luò)和A/D轉(zhuǎn)換器，所述信號自適應(yīng)處理網(wǎng)絡(luò)包括PGA程控放大器、信號直通、信號衰減網(wǎng)絡(luò)、 雙壓比較器2和雙壓比較器1，所述電極電性連接通道切換模塊，所述通道切換模塊電性連 接預(yù)處理電路，所述預(yù)處理電路電性連接低通濾波電路，所述低通濾波電路電性連接信號 自適應(yīng)處理網(wǎng)絡(luò)，所述信號自適應(yīng)處理網(wǎng)絡(luò)電性連接A/D轉(zhuǎn)換器，所述信號處理模塊電性連 接FPGA處理器，所述FPGA處理器分別電性連接PC機(jī)和m序列發(fā)生器，所述m序列發(fā)生器電性 連接信號發(fā)射模塊，所述信號發(fā)射模塊電性連接電流測量模塊，所述信號處理模塊、FPGA處 理器、PC機(jī)、m序列發(fā)生器、信號發(fā)射模塊和電流測量模塊均電性連接系統(tǒng)電源。2. -種如權(quán)利要求1所述的一種礦用超高密度電法儀自適應(yīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在 于:包括以下步驟： SI:當(dāng)輸入信號幅度超過9V時，雙壓比較器1輸出00,將信號衰減為原來的1/5,衰減后 的信號交給A/D轉(zhuǎn)換器； S2 :當(dāng)信號輸入范圍在I-9V之間時，雙壓比較器1輸出01，信號直接交給A/D轉(zhuǎn)換器處 理； S3:當(dāng)輸入信號小于IV時，雙壓比較器1輸出11，雙電壓比較器2的基準(zhǔn)電壓為ImV和 I OmV，當(dāng)比較器2輸出為00時，表明輸入信號的范圍為IOmV-IV，此時啟用PGA程控放大器對 信號進(jìn)行10倍放大，送入A/D轉(zhuǎn)換器達(dá)到有效轉(zhuǎn)換范圍； S4:當(dāng)雙電壓比較器2輸出為01時，表明信號的范圍為Ι-lOmV，啟用PGA程控放大器對信 號進(jìn)行100倍放大，然后送入A/D轉(zhuǎn)換器； S5:當(dāng)雙壓比較器2輸出為11時，送入A/D轉(zhuǎn)換器之前啟用PGA程控放大器進(jìn)行1000倍的 放大，信號達(dá)到有效的轉(zhuǎn)換范圍。
【文檔編號】G01V3/00GK105954805SQ201610387113
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】張法全, 王焱, 王國富, 葉金才, 尚小梅, 王小紅, 閔玉瑾
【申請人】桂林電子科技大學(xué)