EMR6-A多功能电磁接收机的研制

发布时间：2020-08-06 14:31

【摘要】：地球浅部矿产资源在工业的大量需求与利用下急剧减少,勘查重点逐渐转向地球深部;高精度、多方法、智能化是地球物理勘探仪器的发展方向。在“十二五”国家863计划项目“大功率井—地电磁成像系统”课题支持下,中国地质大学(北京)开展了EMR6电磁接收机的研制,实现了MT、AMT、TDIP、SIP和CSAMT方法的数据采集,但仍存在电路分模块较多、机械结构稳定性有限、缺少现场数据预处理软件等不足之处。本文针对上述需求,进行EMR6-A多功能电磁接收机的硬件研制与程序开发,对接收系统的电路结构和实用性进行改善,提高仪器的集成度,减小体积,实现数据的实时浏览和预处理,更好地适应复杂地形区域的电磁勘探需要。EMR6-A多功能电磁接收机的采集电路由模拟采集板和数字控制板组成,其中模拟采集板包含电源转换电路、运算放大器、高低速模数转换器、开关电路和数字隔离等;数字控制板包含电源转换电路、FPGA、ARM、以太网口、RTC实时时钟、SD卡及相关外围存储电路等。数据采集设有2个电场通道和3个磁场通道,每个通道配备了高速和低速两个模数转换芯片,以适合不同频率的信号,达到更高的信噪比。数控板上的恒温晶振输出高精度时钟,配合GPS实现多台接收机和发射机的时间同步。FPGA接收A/D转换数据并进行数据处理,传输给ARM生成采集文件存储到SD卡中。编写FPGA和ARM-Linux程序,实现系统的核心控制;开发基于PC/Windows环境的数据查看软件和数据预处理软件,实现TDIP、SIP和CSAMT采集数据的现场浏览和预处理,程序没有运行所需的附加库文件,兼容x86和win32平台。室内测试结果表明,多功能电磁接收机实现了两通道电场与三通道磁场的数据采集,电路具有DC~10kHz带宽,电场通道动态范围约108.3dB,磁场通道动态范围约112.7dB,用户软件程序实现了现场数据时间序列浏览与数据预处理。EMR6-A多功能电磁接收机的研制改善了现有陆地仪器的智能化程度,综合性强,有助于提高地球物理野外勘探的作业效率。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN850;O441;P631.33
【图文】：

框图,内部功能,框图,硬件研制

硬件研制小的带内噪声（Texas Instruments, 2012），芯片内部功能框图如图 2-ADS1271 接受差分信号输入，内部没有需要编程的寄存器，可以通过 I/O 引脚实现信号采集。获取数据的串行接口支持 SPI 以及帧同步格式拥有菊花链输出，可以很好地应用于多通道采集系统。

框图,内部功能,框图,滤除

图 2-30 ADS1282 内部功能框图电场和磁场通道的 ADC 利用 SPI 接口经过隔离后与 FPGA 通讯，由于ADS1282 没有菊花链功能，因此 FPGA 在每次转换后，依次接收五个通道的采集数据，合并为串行数据后传输给 ARM。主控发出的 SYNC 信号复位数字滤波器和调制器，由此同步多个 ADS1282 器件的转换过程。ADS1282 的高分辨率能够识别很小的噪声，所以在设计其配套电路以及PCB 布局时需要格外注意。在信号进入 ADC 之前，搭建了滤除输入信号高频噪声和共模干扰的电路，如图2-31所示。R1、R2、R11、R12和C22滤除输入信号的高频分量，R1、R11、C17和 C23滤除两个输入端相同的高频成分。焊接电路时尽量选择 1%高精度电阻和 C0G 电容，让差分输入两端的元器件参数尽量对称。R1100RR2100RAIN-ELAIN-EL

警报,电路板,硬件研制,实物

硬件研制 SPI 接口同时连接 RTC 实时时钟，片选信号决定 ARM 的具1390 作为实时时钟芯片，能够提供年月日时分秒以及百分之一天数会根据月份调整，包括闰年的修正，时间格式支持 24 小时器件带有时间/日期警报，通过程序配置内部寄存器，从而控输出定时中断信号，该警报同样可以被设置在每秒、分、时机借助这个功能在某整点开始采集。制电路板采集板尺寸为 150*120*170mm，实物图如图 2-45 所示，数字0*80*130mm，实物图见图 2-46 所示。两块电路板拼接后，算体积为 150*120*380mm。

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