CN105954805A - 一种矿用超高密度电法仪自适应数据采集*** - Google Patents

一种矿用超高密度电法仪自适应数据采集*** Download PDF

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Abstract

一种矿用超高密度电法仪自适应数据采集***，所述FPGA处理器分别电性连接PC机和m序列发生器，所述m序列发生器电性连接信号发射模块，所述信号发射模块电性连接电流测量模块，所述信号处理模块、FPGA处理器、PC机、m序列发生器、信号发射模块和电流测量模块均电性连接***电源。FPGA处理器则控制m序列发生器产生抗干扰能力强的最长伪随机码二进制序列，进而使得发射电流的宽度随机变化，幅度周期出现正负方波信号，因此，克服了传统高密度电法仪数据采集***抗干扰能力差，测量精度低，分辨率低，***性能不稳定的问题，能很好的应用于煤矿井下探测，很好的保障了煤矿开采人员的安全，减少煤矿企业的经济损失。

Description

一种矿用超高密度电法仪自适应数据采集***
技术领域
本发明涉及矿用数据采集技术领域，具体为一种矿用超高密度电法仪自适应数据采集***。
背景技术
由于超高密度电法仪采用跑极的方式采集电极间的电位差，因此往往有两种极端的情况，一种是测量电极离发射电极很近时，测量电极的电位差可能会很大，超过A/D转换器的最大输入电压，轻者造成削波现象，重者烧坏A/D转换器；另一种情况是测量电极离发射电极很远，信号非常的微弱，达不到A/D转换器的有效转换范围。目前常规高密度电法仪没有很好的处理高动态范围数据的机制，仪器的分辨率较低，而且对于来至深井下的微弱信号抗干扰性差，矿井周边的高压电缆，城乡居民用电设备等会造成很大的干扰，其干扰幅度会大于地电信号幅值，常规高密度电法仪往往不能很好的处理这些干扰信号。为此，我们设计了一种矿用超高密度电法仪自适应数据采集***。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿用超高密度电法仪自适应数据采集***，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种矿用超高密度电法仪自适应数据采集***，包括信号处理模块，所述信号处理模块包括电极、通道切换模块、预处理电路、低通滤波电路、信号自适应处理网络和A/D转换器，所述信号自适应处理网络包括PGA程控放大器、信号直通、信号衰减网络、双压比较器2和双压比较器1，所述电极电性连接通道切换模块，所述通道切换模块电性连接预处理电路，所述预处理电路电性连接低通滤波电路，所述低通滤波电路电性连接信号自适应处理网络，所述信号自适应处理网络电性连接A/D转换器，所述信号处理模块电性连接FPGA处理器，所述FPGA处理器分别电性连接PC机和m序列发生器，所述m序列发生器电性连接信号发射模块，所述信号发射模块电性连接电流测量模块，所述信号处理模块、FPGA处理器、PC机、m序列发生器、信号发射模块和电流测量模块均电性连接***电源。
一种矿用超高密度电法仪自适应数据采集***，包括以下步骤：
S1：当输入信号幅度超过9V时，双压比较器1输出00，将信号衰减为原来的1/5，衰减后的信号交给A/D转换器；
S2：当信号输入范围在1-9V之间时，双压比较器1输出01，信号直接交给A/D转换器处理；
S3：当输入信号小于1V时，双压比较器1输出11，双电压比较器2的基准电压为1mV和10mV,当比较器2输出为00时，表明输入信号的范围为10mV-1V,此时启用PGA程控放大器对信号进行10倍放大，送入A/D转换器达到有效转换范围；
S4：当双电压比较器2输出为01时，表明信号的范围为1-10mV,启用PGA程控放大器对信号进行100倍放大，然后送入A/D转换器；
S5：当双压比较器2输出为11时，送入A/D转换器之前启用PGA程控放大器进行1000倍的放大，信号达到有效的转换范围。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本矿用超高密度电法仪自适应数据采集***，电压信号通过电极到达预处理电路，预处理电路使用稳压二极管来对电路进行过压保护，使用低通滤波电路来抑制差模干扰，因此，***稳定性好，抗干扰性能强，能够无失真的采集大动态范围的数据，提高了***的分辨率和测量精度高，而FPGA处理器则控制m序列发生器产生抗干扰能力强的最长伪随机码二进制序列，进而使得发射电流的宽度随机变化，幅度周期出现正负方波信号，因此，克服了传统高密度电法仪数据采集***抗干扰能力差，测量精度低，分辨率低，***性能不稳定的问题，能很好的应用于煤矿井下探测，很好的保障了煤矿开采人员的安全，减少煤矿企业的经济损失。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种矿用超高密度电法仪自适应数据采集***，包括信号处理模块，所述信号处理模块包括电极、通道切换模块、预处理电路、低通滤波电路、信号自适应处理网络和A/D转换器，所述信号自适应处理网络包括PGA程控放大器、信号直通、信号衰减网络、双压比较器2和双压比较器1，所述电极电性连接通道切换模块，所述通道切换模块电性连接预处理电路，所述预处理电路电性连接低通滤波电路，所述低通滤波电路电性连接信号自适应处理网络，所述信号自适应处理网络电性连接A/D转换器，所述信号处理模块电性连接FPGA处理器，所述FPGA处理器分别电性连接PC机和m序列发生器，所述m序列发生器电性连接信号发射模块，所述信号发射模块电性连接电流测量模块，所述信号处理模块、FPGA处理器、PC机、m序列发生器、信号发射模块和电流测量模块均电性连接***电源。
整体的工作流程是***电源给整个***供电，FPGA处理器控制m序列发生器产生抗干扰能力强的最长伪随机码二进制序列进而使得发射电流I(t)是宽度随机变化，幅度为I0且周期出现的正负方波信号，信号处理模块采集电极间的电位差ΔU(t)，采集回的电流和电压数据传回给FPGA处理器处理。由于可以大地看成是线性时不变***，电极的之间的电位差ΔU(t)可以看成是地球***的输出，而发射电流I(t)可以地球***的输入，既有其中为***的冲击响应。可通过ΔU(t)和I(t)的反卷积求得，对积分可得***的阶跃响应Z(t)，为对做傅氏变换可得到***的频谱ejwt为时间因子。由阶跃响应可算出常规电法时间域观测的充放电过程，由装置系数k和频谱Z(jw)可以求出视复电阻率ρs(jw)＝KZ(jw)。这些运算本身就是数字滤波运算，可以压制干扰，获得较高的信噪比。那么接下来的关键问题就是如何精确的进行数据采集。
采集通道选通之后，电压信号通过电极到达预处理电路，预处理电路使用稳压二极管来对电路进行过压保护，使用LC无源滤波电路来抑制差模干扰，由于发射信号频率较低，采用低通滤波器可以滤除带外干扰，然后信号进入信号自适应处理网络，把信号分为5路，第1路信号进入双电压比较器1，比较器的基准电压为1V和9V，A/D转换器的允许输入电压范围为0-10V。
一种矿用超高密度电法仪自适应数据采集***，包括以下步骤：
S1：当输入信号幅度超过9V时，双压比较器1输出00，此时信号衰减网络把信号做衰减处理，将信号衰减为原来的1/5，衰减后的信号交给A/D转换器；
S2：当信号输入范围在1-9V之间时，双压比较器1输出01，信号直接交给A/D转换器处理；
S3：当输入信号小于1V时，双压比较器1输出11，说明输入信号的幅度可能较小，此时观察双电压比较器2的输出，双电压比较器2的基准电压为1mV和10mV,当比较器2输出为00时，表明输入信号的范围为10mV-1V,此时启用PGA程控放大器对信号进行10倍放大，送入A/D转换器达到有效转换范围；
S4：当双电压比较器2输出为01时，表明信号的范围为1-10mV,启用PGA程控放大器对信号进行100倍放大，然后送入A/D转换器；
S5：当双压比较器2输出为11时，表明信号比较微弱，送入A/D转换器之前启用PGA程控放大器进行1000倍的放大，信号达到有效的转换范围。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种矿用超高密度电法仪自适应数据采集***，包括信号处理模块，其特征在于：所述信号处理模块包括电极、通道切换模块、预处理电路、低通滤波电路、信号自适应处理网络和A/D转换器，所述信号自适应处理网络包括PGA程控放大器、信号直通、信号衰减网络、双压比较器2和双压比较器1，所述电极电性连接通道切换模块，所述通道切换模块电性连接预处理电路，所述预处理电路电性连接低通滤波电路，所述低通滤波电路电性连接信号自适应处理网络，所述信号自适应处理网络电性连接A/D转换器，所述信号处理模块电性连接FPGA处理器，所述FPGA处理器分别电性连接PC机和m序列发生器，所述m序列发生器电性连接信号发射模块，所述信号发射模块电性连接电流测量模块，所述信号处理模块、FPGA处理器、PC机、m序列发生器、信号发射模块和电流测量模块均电性连接***电源。
2.一种如权利要求1所述的一种矿用超高密度电法仪自适应数据采集***，其特征在于：包括以下步骤：
S1：当输入信号幅度超过9V时，双压比较器1输出00，将信号衰减为原来的1/5，衰减后的信号交给A/D转换器；
S2：当信号输入范围在1-9V之间时，双压比较器1输出01，信号直接交给A/D转换器处理；
S3：当输入信号小于1V时，双压比较器1输出11，双电压比较器2的基准电压为1mV和10mV,当比较器2输出为00时，表明输入信号的范围为10mV-1V,此时启用PGA程控放大器对信号进行10倍放大，送入A/D转换器达到有效转换范围；
S4：当双电压比较器2输出为01时，表明信号的范围为1-10mV,启用PGA程控放大器对信号进行100倍放大，然后送入A/D转换器；
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