频率域可控源电磁法梯度采集系统设计

发布时间：2017-07-14 22:26

  本文关键词：频率域可控源电磁法梯度采集系统设计

  更多相关文章： 可控源电磁法 梯度测量 通道一致性 弱信号检测 软件差分 采集系统

【摘要】：人工源频率域电磁探测方法自出现以来经过几十年的发展,广泛应用于找矿、地下水探测、地质调查等领域。采用人工源方式增大观测信号的信噪比,提高了分辨能力。但是现在的探测环境和探测需求表明它的分辨能力和抗干扰能力依然不够,对电性界面的分辨能力较差。为弥补其不足文章中提出了测量电磁场梯度的方法以获得更高的分辨力。本文引入梯度测量的思想,对原有方法进行创新,通过测量电场梯度来达到对地下信息的观测。电场梯度测量能够有效的分辨地下电性边界,同时能压制区域相关噪声提高信噪比。但是目前市场上没有直接针对电磁场梯度测量的仪器,研制电磁法梯度测量系统,以获得较好的噪声压制和微弱梯度信号获取能力,具有重要意义。本文是在吉林省科技发展计划项目“基于梯度场的频率域电磁探测系统研制”资助下完成的。文章就电磁法梯度采集中的关键技术进行了研究,开发了仪器系统样机。(1),分析了仪器测量通道一致性对梯度测量的影响。梯度测量时需要两次差分操作,推导了仪器测量通道相位不一致时两个相邻通道的相位差与梯度测量误差之间的关系,表明该相位差对梯度测量有关键性影响;研究分析了硬件差分和软件差分两种差分测量方式的梯度场测量效果,表明了电磁法勘探中软件差分比硬件差分更有优势,测量结果精度更高。设计了校准电路,对仪器测量通道进行校准,校准后软件差分测量误差进一步减小。(2),设计了适用于梯度测量的硬件系统。梯度信号十分微弱对硬件系统要求较高,文中设计了针对梯度的硬件信号调理方式。分析了前置放大器的噪声来源并计算了各级放大器的噪声对总噪声的贡献,通过阻抗匹配和选用合适的放大器,实现了较小的本底噪声,同时增加了电路的稳定性。为保证获得更好的一致性每个测量通道在PCB布线时尽可能的对称。(3),设计了上位机软件及人机交互界面。以Visual Studio2008为编程环境编写了上位机软件,系统在采集控制和显示上具有梯度场测量功能,同时保留了绝对场测量数据,这是软件差分的一大优势特色。野外可实时对数据质量和梯度结果进行监测。基于集成USB键盘控制芯片设计了便捷的人机交互方式,方便野外操作。最后开发了采集系统样机,并进行室内标定和野外测试,实测结果表明该系统具有较强的环境噪声压制能力和微弱梯度信号获取能力。
【关键词】：可控源电磁法 梯度测量 通道一致性 弱信号检测 软件差分 采集系统
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH763
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究背景与意义11-13
• 1.2 国内外发展现状13-15
• 1.3 本文研究内容及结构安排15-17
• 第2章 电场梯度探测原理17-25
• 2.1 可控源频率域电磁测深17-22
• 2.1.1 大地中的交变电磁场分布与传播规律17-20
• 2.1.2 常用的绝对场测量方法20-22
• 2.2 电场梯度测量原理22-23
• 2.3 电场梯度仿真23-25
• 第3章 电场梯度测量方式研究25-35
• 3.1 电场梯度测量误差来源25-28
• 3.2 获取电场梯度信号的方式28
• 3.2.1 硬件差分28
• 3.2.2 软件差分28
• 3.3 两种差分方式的对比测试28-32
• 3.3.1 硬件差分电路模型28-30
• 3.3.2 测试结果分析30-32
• 3.4 电场梯度测量系统的通道校准方法32-35
• 第4章 电场梯度测量采集系统设计35-47
• 4.1 采集系统总体结构35-36
• 4.2 宽带模拟调理电路设计36-42
• 4.2.1 前置放大器设计36-40
• 4.2.2 滤波电路设计40-41
• 4.2.3 ADC匹配电路41-42
• 4.3 数字电路设计42-47
• 4.3.1 FPGA功能模块设计43-44
• 4.3.2 USB控制器设计44-45
• 4.3.3 同步触发设计45-47
• 第5章 人机交互设计47-51
• 5.1 基于VS的上位机软件设计47-49
• 5.2 基于Au9410的便携输入键盘设计49-51
• 第6章 测试与分析51-55
• 6.1 仪器短路噪声测试51-52
• 6.2 通道一致性测试52-53
• 6.3 相关噪声压制测试53-55
• 第7章 文章总结与展望55-56
• 7.1 主要研究工作55
• 7.2 进一步研究建议55-56
• 参考文献56-60
• 作者科研成果60-61
• 致谢61

【参考文献】

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本文编号：542441