專利名稱：一種頻率域電法儀gps精密同步斬波去耦器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種頻率域電法儀GPS精密同步斬波去耦器。
背景技術(shù)：
在頻率域電法儀器測量中普遍存在著電磁耦合效應(yīng)，是測量中的嚴(yán)重干擾， 國內(nèi)外目前多是基于數(shù)據(jù)處理的手段來進(jìn)行，其電磁耦合校正方案在電磁耦合 較弱時尚有較好的校正效果，當(dāng)電磁耦合效應(yīng)增強(qiáng)時，校正效果普遍較差。這 樣的一些去耦方法不僅需要增加野外工作量，而且難以適應(yīng)野外復(fù)雜的地電場 工作環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服軟件校正的缺點(diǎn)，提供一種在測量的同時采用硬件 實(shí)現(xiàn)斬波去耦的技術(shù)方法，無論電磁耦合效應(yīng)強(qiáng)或弱，都能有較好校正效果的 」種頻率域電法儀GPS精密同步斬波去耦器。
本發(fā)明的技術(shù)方案是包括GPS天線，GPS守時模塊U1、波形形成模塊 U2、隔離斬波模塊U3、橋式開關(guān)模塊，單片機(jī)管理模塊U4，所述GPS天線與 GPS守時模塊Ul連接，GPS守時模塊Ul中內(nèi)置GPS接收模塊和恒溫晶體振 蕩器0CX0， GPS守時模塊與波形形成模塊U2相連，在斬波發(fā)送機(jī)中，波形形成 模塊U2產(chǎn)生的末級驅(qū)動信號與發(fā)送機(jī)內(nèi)置隔離驅(qū)動電路的橋式功率開關(guān)的輸 入端連接，經(jīng)橋式開關(guān)電路將高壓直流電轉(zhuǎn)換成電法儀器發(fā)送機(jī)輸出的矩形電 流，向大地供電；斬波接收機(jī)中的波形形成模塊U2與隔離斬波模塊U3相連， 隔離斬波模塊U2與單片機(jī)管理模塊U4連接，隔離斬波模塊內(nèi)部的電子開關(guān)， 受斬波脈沖控制，產(chǎn)生與斬波脈沖一致的開關(guān)信號，該電子開關(guān)插入到電法接
收機(jī)信號通道中的工頻濾波之后的位置，經(jīng)前置放大、工頻濾波后進(jìn)行同步斬 波。
所述GPS接收模塊中內(nèi)置的GPS解碼器產(chǎn)生UTC時間信號和1PPS秒時鐘 信號，1PPS信號分別輸入單片機(jī)管理模塊及可編程器件，可編程器件內(nèi)設(shè)計(jì)的 計(jì)數(shù)器對恒溫晶體輸出的振蕩信號進(jìn)行計(jì)數(shù)分頻，并與GPS模塊輸出的1PPS 信號進(jìn)行比較，其誤差信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換為誤差電壓，加在恒溫晶體壓控端，微 調(diào)恒溫晶體振蕩頻率，消除恒溫晶體可能產(chǎn)生的累計(jì)誤差。
所述GPS守時模塊的1腳與GPS天線相連，Ul的5、 6、 7腳分別與波形 形成模塊U2的3、 2、 l腳連接，8腳接電源。
所述波形形成模塊U2的12腳產(chǎn)生接收機(jī)斬波脈沖信號，斬波脈沖信號的 頻率由U2的9、. 10腳的電平設(shè)定，斬波脈沖寬度的選擇由U2的5、 6、 7腳的 電平設(shè)定，單片機(jī)管理模塊U4的2、 3、 4腳分別與U2的5、 6、 7腳相連，用 于設(shè)定U2產(chǎn)生的斬波脈沖的寬度，U4的5、 6腳分別與U2的9、 IO腳相連，用 于設(shè)定U2產(chǎn)生的驅(qū)動信號和斬波信號的頻率。
所述隔離斬波模塊U3的2、 3腳分別與接收機(jī)的波形形成模塊的12、 11 腳電相連，1、 4腳懸空，5腳為光耦輸出級接地端，8腳為光耦輸出級電源輸入 端，U3的內(nèi)部6、 7腳之間的電子開關(guān)受U3的2腳輸入的斬波脈沖控制，當(dāng)U3 的2腳輸入高電平時，6、 7腳之間的電子開關(guān)處于斷開狀態(tài)，反之處于導(dǎo)通狀 態(tài)。
所述單片機(jī)管理模塊U4在工作時設(shè)定5、 6、 7、 9、 IO的工作電平，選擇 合適的工作頻率和斬波寬度。
本發(fā)明采用具有守時功能的GPS守時模塊輸出的秒時鐘作為同步基準(zhǔn)，同 步速度快、精度高，不需要人工校準(zhǔn)；采用硬件分頻技術(shù)形成發(fā)送機(jī)驅(qū)動信號
及同步的接收機(jī)斬波脈沖，斬波同步準(zhǔn)確，斬波脈沖十分穩(wěn)定；隔離斬波模塊 避免了斬波電路對儀器接收機(jī)的干擾，隔離斬波模塊內(nèi)置高隔離、低導(dǎo)通阻抗 的電子開關(guān)避免了插入電子開關(guān)后對儀器接收機(jī)的影響。這種用硬件進(jìn)行斬波 去耦的技術(shù)方法，可在測量的同時，消除電磁耦合效應(yīng)對測量結(jié)果的不良影響， 不需要額外增加工作量，并避免了軟件校正時的不便和不足。


圖1為系統(tǒng)組成方框圖； 圖2為GPS守時模塊U1示意圖； 圖3波形形成模塊U2示意圖； 圖4為隔離斬波模塊U3示意圖5為發(fā)送機(jī)末級驅(qū)動信號及接收機(jī)同步斬波開關(guān)信號模塊連接圖； 圖6為斬波發(fā)送機(jī)末級結(jié)構(gòu)方框圖； 圖7為斬波器插入位置方框圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖1:
GPS天線與GPS守時模塊Ul連接，GPS守時模塊Ul中內(nèi)置GPS接收模 塊和恒溫晶體振蕩器0CX0， GPS守時模塊與波形形成模塊U2相連，在斬波發(fā)送 機(jī)中，波形形成模塊U2產(chǎn)生的末級驅(qū)動信號與發(fā)送機(jī)內(nèi)置隔離驅(qū)動電路的橋式 功率開關(guān)的輸入端連接，經(jīng)橋式開關(guān)電路將高壓直流電轉(zhuǎn)換成電法儀器發(fā)送機(jī) 輸出的矩形電流，向大地供電；斬波接收機(jī)中的波形形成模塊U2與隔離斬波模 塊U3相連，隔離斬波模塊內(nèi)部的電子開關(guān)，受斬波脈沖控制，產(chǎn)生與斬波脈沖 一致的開關(guān)信號，該電子開關(guān)插入到電法接收機(jī)信號通道中的工頻濾波之后的 位置，經(jīng)前置放大、工頻濾波后進(jìn)行同步斬波。參照圖2:其中A為GPS守時模塊引腳圖，B為內(nèi)部組成方框圖 GPS接收模塊中內(nèi)置的GPS解碼器產(chǎn)生UTC時間信號和1PPS秒時鐘信號， 1PPS信號分別輸入單片機(jī)管理模塊及可編程器件，可編程器件內(nèi)設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)器 對恒溫晶體輸出的振蕩信號進(jìn)行計(jì)數(shù)分頻，并與GPS模塊輸出的1PPS信號進(jìn) 行比較，其誤差信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換為誤差電壓，加在恒溫晶體壓控端，微調(diào)恒溫 晶體振蕩頻率，消除恒溫晶體可能產(chǎn)生的累計(jì)誤差。
參照圖3 :其中A為該模塊引腳圖，B為模塊內(nèi)部電路原理圖； U2的12、 11腳分別與U3的2、 3腳相連。l腳為秒脈沖輸入腳，3腳為恒 溫晶體振蕩信號輸入腳，4腳為空腳，2、 8、 11、 13腳接地，16腳接電源，12 腳為斬波信號輸出端，14、 15為發(fā)送機(jī)末級驅(qū)動信號輸出端。
波形形成模塊U2為設(shè)計(jì)的專用芯片，主要用于產(chǎn)生與1PPS秒脈沖同步的 發(fā)送機(jī)驅(qū)動信號、接收機(jī)斬波脈沖信號，發(fā)送機(jī)、接收機(jī)有4種不同的工作頻 率供選擇，工作時由U2的9、 IO腳電平設(shè)定，接收機(jī)斬波脈沖寬度有8種不同 的斬波寬度選項(xiàng)，由U2的5、 6、 7腳電平設(shè)定，工作時，由單片機(jī)模塊設(shè)置5、 6、 7、 9、 IO腳電平，用于選擇相應(yīng)的發(fā)送機(jī)、接收機(jī)工作頻率以及接收機(jī)斬波 寬度，要求發(fā)送機(jī)與接收機(jī)工作頻率一致。
參照圖4:其中A為該模塊引腳圖，B為模塊內(nèi)部電路原理圖； U3的2、 3腳分別與接收機(jī)的波形形成模塊的12、 ll腳電相連，1、 4腳懸 空，5腳為光耦輸出級接地端，8腳為光耦輸出級電源輸入端，當(dāng)U3的2腳為低 電平時，U3的6、 7腳(即SIG—0UT、 SIG—IN引腳)之間處于導(dǎo)通狀態(tài)，阻抗很 低；當(dāng)2腳為高電平(即斬波脈沖到來)時，U3的6、 7腳內(nèi)部處于開路狀態(tài)， 信號無法傳送至下一級，從而將這部分信號斬除。
參照圖5:圖中(l)是斬波發(fā)送機(jī)末級驅(qū)動信號發(fā)生器，(2)是斬波接收機(jī)斬
波開關(guān)信號發(fā)生器。
U2的5、 6、 7引腳分別與單片機(jī)管理模塊U4的2、 3、 4腳相連，用于設(shè)定 U2產(chǎn)生的斬波脈沖的寬度。U2的9、 10引腳分別與U4的5、 6腳相連，用于設(shè) 定U2產(chǎn)生的驅(qū)動信號和斬波信號的頻率。U2的12腳產(chǎn)生接收機(jī)斬波脈沖信號， 斬波脈沖信號的頻率由U2的9、 10腳的電平設(shè)定，斬波脈沖寬度的選擇由U2 的5、 6、 7腳的電平設(shè)定，斬波脈沖信號經(jīng)隔離驅(qū)動模塊U3的隔離驅(qū)動，U3 的內(nèi)部6、 7腳之間的電子開關(guān)受U3的2腳輸入的斬波脈沖控制，當(dāng)U3的2腳 輸入高電平(斬波脈沖到來)時，6、 7腳之間的電子開關(guān)處于斷開狀態(tài)，反之 處于導(dǎo)通狀態(tài)，單片機(jī)管理模塊(U4)在工作時設(shè)定5、 6、 7、 9、 IO的工作電平， 選擇合適的工作頻率和斬波寬度。
產(chǎn)生發(fā)送機(jī)末級同步驅(qū)動信號的模塊連接圖只需去掉U3模塊即可。末級同 步驅(qū)動信號的頻率由U2的9、 IO腳電平設(shè)定，同步驅(qū)動信號經(jīng)U2的15、 14引 腳輸出到發(fā)送機(jī)末級電路，單片機(jī)管理模塊(U4)在工作時設(shè)定9、 10的工作電 平，選定的工作頻率應(yīng)與接收機(jī)保持一致。
參照圖6: U2輸出的驅(qū)動信號(WAV A、 WAV B)經(jīng)橋式開關(guān)模塊內(nèi)部的隔 離驅(qū)動，控制橋式開關(guān)，將高壓直流電轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的矩形電流對大地供電。
參照圖7:圖中SIG—IN、 SIGJ)UT分別與隔離斬波模塊7、 6腳內(nèi)的電子開 關(guān)相連，經(jīng)前置放大和工頻濾波后的地電場信號受到斬波開關(guān)控制。當(dāng)沒有斬 波脈沖時，電子開關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)斬波脈沖到來時，電子開關(guān)斷開，達(dá)到斬波的目 的。
權(quán)利要求
1.一種頻率域電法儀GPS精密同步斬波去耦器，其特征在于包括GPS天線，GPS守時模塊U1、波形形成模塊U2、隔離斬波模塊U3、橋式開關(guān)模塊，單片機(jī)管理模塊U4，所述GPS天線與GPS守時模塊U1連接，GPS守時模塊U1中內(nèi)置GPS接收模塊和恒溫晶體振蕩器OCXO，GPS守時模塊與波形形成模塊U2相連，在斬波發(fā)送機(jī)中，波形形成模塊U2產(chǎn)生的末級驅(qū)動信號與發(fā)送機(jī)內(nèi)置隔離驅(qū)動電路的橋式功率開關(guān)的輸入端連接，經(jīng)橋式開關(guān)電路將高壓直流電轉(zhuǎn)換成電法儀器發(fā)送機(jī)輸出的矩形電流，向大地供電；斬波接收機(jī)中的波形形成模塊U2與隔離斬波模塊U3相連，隔離斬波模塊U2與單片機(jī)管理模塊U4連接，隔離斬波模塊內(nèi)部的電子開關(guān)，受斬波脈沖控制，產(chǎn)生與斬波脈沖一致的開關(guān)信號，該電子開關(guān)插入到電法接收機(jī)信號通道中的工頻濾波之后的位置，經(jīng)前置放大、工頻濾波后進(jìn)行同步斬波。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率域電法儀GPS精密同步斬波去耦器，其特征 在于所述GPS接收模塊中內(nèi)置的GPS解碼器產(chǎn)生UTC時間信號和1PPS秒時鐘 信號，1PPS信號分別輸入單片機(jī)管理模塊及可編程器件，可編程器件內(nèi)設(shè)計(jì)的 計(jì)數(shù)器對恒溫晶體輸出的振蕩信號進(jìn)行計(jì)數(shù)分頻，并與GPS模塊輸出的1PPS 信號進(jìn)行比較，其誤差信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換為誤差電壓，加在恒溫晶體壓控端，微 調(diào)恒溫晶體振蕩頻率，消除恒溫晶體可能產(chǎn)生的累計(jì)誤差。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率域電法儀GPS精密同步斬波去耦器，其特征 在于GPS守時模塊的1腳與GPS天線相連，Ul的5、 6、 7腳分別與波形形成 模塊U2的3、 2、 l腳連接，8腳接電源。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率域電法儀GPS精密同步斬波去耦器，其特征 在于所述波形形成模塊U2的12腳產(chǎn)生接收機(jī)斬波脈沖信號，斬波脈沖信號的頻率由U2的9、 10腳的電平設(shè)定，斬波脈沖寬度的選擇由U2的5、 6、 7腳的 電平設(shè)定，單片機(jī)管理模塊U4的2、 3、 4腳分別與U2的5、 6、 7腳相連，用 于設(shè)定U2產(chǎn)生的斬波脈沖的寬度，U4的5、 6腳分別與U2的9、 IO腳相連，用 于設(shè)定U2產(chǎn)生的驅(qū)動信號和斬波信號的頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率域電法儀GPS精密同步斬波去耦器，其特征 在于所述隔離斬波模塊U3的2、 3腳分別與接收機(jī)的波形形成模塊的12、 11腳 電相連，1、 4腳懸空，5腳為光耦輸出級接地端，8腳為光耦輸出級電源輸入端， U3的內(nèi)部6、 7腳之間的電子開關(guān)受U3的2腳輸入的斬波脈沖控制，當(dāng)斬波脈 沖到來即U3的2腳輸入高電平時，6、 7腳之間的電子開關(guān)處于斷開狀態(tài)，反之 處于導(dǎo)通狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種頻率域電法儀GPS精密同步斬波去耦器。GPS天線與GPS守時模塊U1連接，GPS守時模塊U1中內(nèi)置GPS接收模塊和恒溫晶體振蕩器OCXO，GPS守時模塊與波形形成模塊U2相連，波形形成模塊U2產(chǎn)生的末級驅(qū)動信號與發(fā)送機(jī)內(nèi)置隔離驅(qū)動電路的橋式功率開關(guān)的輸入端連接，斬波接收機(jī)中的波形形成模塊U2與隔離斬波模塊U3相連，隔離斬波模塊U2與單片機(jī)管理模塊U4連接，隔離斬波模塊內(nèi)部的電子開關(guān)，受斬波脈沖控制，產(chǎn)生與斬波脈沖一致的開關(guān)信號，該電子開關(guān)插入到電法接收機(jī)信號通道中的工頻濾波之后的位置，經(jīng)前置放大、工頻濾波后進(jìn)行同步斬波。本發(fā)明可在測量的同時，消除電磁耦合效應(yīng)對測量結(jié)果的不良影響，不需要額外增加工作量，避免了軟件校正時的不便和不足。
文檔編號G01D3/028GK101178315SQ20071003579
公開日2008年5月14日 申請日期2007年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月24日
發(fā)明者付國紅, 何繼善, 佟鐵鋼, 彬 熊 申請人:湖南繼善高科技有限公司