浅地表频率域电磁探测系统数字关键技术研究

发布时间：2017-12-17 14:30

  本文关键词：浅地表频率域电磁探测系统数字关键技术研究

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【摘要】：人类的社会、经济、生活都离不开浅地表地球物理,随着城市化的不断深入和科技的持续进步,我们不断地在浅地表上进行着各种经济活动,比如在地下铺设通信线缆、进行轨道交通建设、勘探地质进行房地产施工等,然而大规模的浅地表利用对于原有的基础设施的破坏是不可忽略的。此外,在考古挖掘中,由于人们对地下结构的不熟悉造成了文物的损坏也时有发生。在军事探测中,军事演习和战争留下的未爆弹等杀伤性武器被风沙所掩盖很难被发现,存在很大的安全隐患,这些都是对浅地表认知不够造成的潜在问题,所以我们需要发展浅地表探测仪器来满足人们的需求,助推社会的发展。本文对比了几种浅地表探测方法,其中,频率域电磁探测方法因为探测频率范围宽、时间可控、可进行扫频探测,抗干扰能力强,效率高成为主要研究方向之一。列举了国内外的频率域电磁探测仪器,对比了各自的优缺点,并且针对吉林大学的电磁探测仪的不足之处设计新的数字系统,以此搭建新的探测系统样机,分析并研究了使用浅地表频率域电磁法探测金属材料的原理,探测系统分为发射系统、信号调理系统和数字系统,其中数字系统是探测系统的核心和关键,给出了改进的数字系统的总体设计和关键技术,实现了多通道高精度数据的采集,加快了数据传输速度,缩短了每个采集点时间。数字关键技术主要包括:1、数据采集与同步控制技术:通过FPGA实现多通道32位ADC数据的快速采集,由于频率域电磁法对相位信息准确度的严格要求,通过内部模块实现发射信号和数据采集的同步工作,确保相位信息的准确。2、数据快速传输技术:通过构建FIFO+UPP的结构实现大量原始数据的传输,确保信息的通畅和快速探测的实现。3、嵌入式数据处理技术:使用嵌入式DSP实现数据处理的专用化,采用整周期截取和整合技术实现接收数据的准确完整,采用正交矢量型锁定放大的弱信号检测技术实现正交分量和同相分量的提取,采用通道相位校正技术去除通道相位延迟的干扰,采用土壤相位校正技术去除土壤矿化物引起的矿化反应干扰。编写并设计控制显示界面,接收DSP的最终结果进行实时显示。本文采用新的数字系统,结合上位机和发射接收天线,在实验室内及野外环境下,进行了金属异常体感应、探测灵敏度等测试,实验表明本探测系统对一定范围内的不同质量的金属异常体可以快速准确的探测,不同金属的曲线差别明显,微量的金属异常体探测曲线清晰。相比原系统,数据传输速度提高了9.5倍,快速采集模式时每个采集点的时间缩短了68.75%,提高了探测系统的实时性和效率,实现了改进的目的。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P631.325

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本文编号：1300487