專利名稱：一種適用于礦用本安型瞬變電磁儀的信號(hào)采集電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及地球物理勘探儀器領(lǐng)域，特別涉及一種適用于礦用本安型瞬變電磁儀的信號(hào)采集電路。
背景技術(shù)：
瞬變電磁法的原理是利用人工在發(fā)射線圈加以脈沖電流，產(chǎn)生一個(gè)瞬變的電磁場(一次場)，當(dāng)磁場向地下巖層傳播遇到不同介質(zhì)時(shí)，產(chǎn)生渦流場。當(dāng)外加的瞬變磁場撤銷后，這些渦流場釋放出能量(二次場)，利用接收線圈測(cè)量接收到二次場的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)包含了地下介質(zhì)電性特征，通過種種解釋手段(一維反演，視電阻率等)得出地下巖層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。由于這種方法觀測(cè)的是二次場，可在近區(qū)進(jìn)行觀測(cè)(可采用重疊回線裝置)，具有對(duì)低阻含水體特別靈敏、體積效應(yīng)小、縱橫向分辨率高，且施工方便、快捷、效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此，近幾年來，該方法被不斷地應(yīng)用于煤礦井下探水，并獲得了不少成功案例，在礦井水文地質(zhì)勘探中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。然而，瞬變電磁法最終能否得到廣泛推廣應(yīng)用，關(guān)鍵取決于對(duì)二次場信號(hào)的采集效果，由于礦井下的防爆要求對(duì)儀器發(fā)射一次場能量的限制，再加上礦井中各種采掘設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備等人文環(huán)境產(chǎn)生的干擾和影響，往往使得儀器采集到的二次場信號(hào)非常微弱并夾雜有大量環(huán)境噪聲信號(hào)，嚴(yán)重影響了儀器的探測(cè)精度和準(zhǔn)確性，因此，迫切需要一種抗干擾能力強(qiáng)、高分辨率、高靈敏度和高可靠性的二次場信號(hào)采集方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種適應(yīng)于礦用本安型瞬變電磁儀的信號(hào)采集電路。該電路具有抗干擾能力強(qiáng)、聞分辨率、聞靈敏度和聞可罪性等優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種適用于礦用本安型瞬變電磁儀的信號(hào)采集電路，包括現(xiàn)場可編程邏輯單元、ADC模塊、信號(hào)調(diào)理單元、電源模塊和信號(hào)接收線圈，所述的信號(hào)接收線圈、信號(hào)調(diào)理單元、ADC模塊和現(xiàn)場可編程邏輯單元依次通信連接，所述的電源模塊為整個(gè)電路提供電力。所述的一種適用于礦用本安型瞬變電磁儀的信號(hào)采集電路，所述的現(xiàn)場可編程邏輯單元采用高頻EP2C5Q208C8N芯片，以基于FPGA的邏輯運(yùn)算處理濾除環(huán)境干擾信號(hào)。所述的一種適用于礦用本安型瞬變電磁儀的信號(hào)采集電路，所述的ADC模塊采用高速低噪、高分辨率、六通道的16bitADS8364芯片，以實(shí)現(xiàn)對(duì)微伏級(jí)信號(hào)的采集。所述的一種適用于礦用本安型瞬變電磁儀的信號(hào)采集電路，所述的信號(hào)調(diào)理單元包括前置放大電路、二級(jí)放大電路和電壓比較電路，所述的前置放大電路、二級(jí)放大電路和電壓比較電路依次串聯(lián)，前置放大電路的輸入端連接信號(hào)接收線圈，電壓比較電路的輸出端連接ADC模塊。所述的一種適用于礦用本安型瞬變電磁儀的信號(hào)采集電路，所述的信號(hào)接收線圈為采用電纜繞制成邊長為1. 5-2米的多匝線圈，所述的電纜為10-16芯的多芯電纜，線圈的周長為6-8米。本實(shí)用新型的技術(shù)效果在于1、本實(shí)用新型采用進(jìn)口 FPGA芯片，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行控制并對(duì)ADC轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，可有效濾除環(huán)境干擾信號(hào)，且信號(hào)處理速度快、效率高，運(yùn)算頻率可達(dá)320MHz。2、本實(shí)用新型運(yùn)放電路采用進(jìn)口低功耗、低噪聲、高速運(yùn)算放大器，其采樣率可達(dá)lMsps，具有快速的數(shù)字誤差矯正和自校準(zhǔn)功能，能保證在全采樣率時(shí)具有16位的線性度和160dB的非雜散動(dòng)態(tài)范圍，以及良好的信噪比和諧波失真特性；3、本實(shí)用新型的電路設(shè)計(jì)符合“GB3836. 1_2010爆炸性環(huán)境第I部分設(shè)備通用要求”和“GB 3836. 4-2010爆炸性環(huán)境第4部分由本質(zhì)安全型“i”保護(hù)的設(shè)備”標(biāo)準(zhǔn)，適用于礦用電子儀器低功耗、高精度及電路純本質(zhì)安全的要求。經(jīng)過實(shí)際測(cè)試表明，采用本實(shí)用新型的礦用本安型瞬變電磁儀在煤礦井下進(jìn)行超前探測(cè)含水構(gòu)造具有定向性(方位性)好、探測(cè)距離遠(yuǎn)(大于100米，最大有效距離可達(dá)120米)、準(zhǔn)確可靠等突出優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場前景。

圖1為本實(shí)用新型電路框圖；圖2為本實(shí)用新型的信號(hào)調(diào)理單元電路框圖；圖3為本實(shí)用新型的電路原理簡圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)用新型包括電源模塊、現(xiàn)場可編程邏輯單元(FPGA)、高速低噪的ADC模塊、信號(hào)調(diào)理單元、信號(hào)接收線圈。所述現(xiàn)場可編程邏輯單元和ADC模塊連接，所述ADC模塊與信號(hào)調(diào)理單元連接，所述信號(hào)調(diào)理單元與信號(hào)接收線圈連接，所述的電源模塊為整個(gè)電路提供電力。信號(hào)調(diào)理單元的輸入端連接信號(hào)接收線圈，信號(hào)調(diào)理單元的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接FPGA單元。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用六通道的16bitADS8364高精度ADC芯片。信號(hào)接收線圈為采用電纜繞制成邊長為1.5-2米的多匝線圈，所述的電纜為10-16芯的多芯電纜，線圈的周長為6-8米。參見圖2、圖3，信號(hào)調(diào)理單元包括前置放大電路、二級(jí)放大電路和電壓比較電路，前置放大電路、二級(jí)放大電路和電壓比較電路依次串聯(lián)，前置放大電路的輸入端連接信號(hào)接收線圈，電壓比較電路的輸出端連接現(xiàn)場可編程邏輯單元。前置高速運(yùn)放電路由高速運(yùn)算放大器Ul和U2組成一級(jí)放大電路，U3、U4組成二級(jí)放大電路，分別放大二次場的正半周和負(fù)半周，并用自動(dòng)增益方式以去除背景噪聲干擾。電壓比較電路包括電壓比較器U5和U6,分別為ADC芯片提供需要的各種基準(zhǔn)電壓，其中U5為ADC芯片正向參考電壓RFPF穩(wěn)壓電路，U6為ADC芯片負(fù)向參考電壓RFNF穩(wěn)壓電路。根據(jù)背景環(huán)境干擾信號(hào)的隨機(jī)性、非連續(xù)性、非穩(wěn)定性等無規(guī)律特點(diǎn)，利用FPGA模塊強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算特點(diǎn)，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行“實(shí)采”和“空采”控制，即實(shí)采有效信號(hào)與空采環(huán)境干擾信號(hào)，經(jīng)ADC模塊轉(zhuǎn)換后進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，可快速有效濾除環(huán)境干擾信號(hào)，提高采集信號(hào)的準(zhǔn)確性和可靠性。[0021]由于礦井下存在粉塵、瓦斯等不安全因素，國家對(duì)礦用電子儀器本質(zhì)安全有嚴(yán)格的要求，本實(shí)用新型采用純本質(zhì)安全設(shè)計(jì)，發(fā)射電路采用低電壓限流電路，實(shí)現(xiàn)礦井下安全探測(cè)。
權(quán)利要求1.一種適用于礦用本安型瞬變電磁儀的信號(hào)采集電路，其特征在于，包括現(xiàn)場可編程邏輯單元、ADC模塊、信號(hào)調(diào)理單元、電源模塊和信號(hào)接收線圈，所述的信號(hào)接收線圈、信號(hào)調(diào)理單元、ADC模塊和現(xiàn)場可編程邏輯單元依次通信連接，所述的電源模塊為整個(gè)電路提供電力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于礦用本安型瞬變電磁儀的信號(hào)采集電路，其特征在于，所述的現(xiàn)場可編程邏輯單元采用高頻EP2C5Q208C8N芯片，以基于FPGA的邏輯運(yùn)算處理濾除環(huán)境干擾信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于礦用本安型瞬變電磁儀的信號(hào)采集電路，其特征在于，所述的ADC模塊采用高速低噪、高分辨率、六通道的16bitADS8364芯片，以實(shí)現(xiàn)對(duì)微伏級(jí)信號(hào)的采集。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于礦用本安型瞬變電磁儀的信號(hào)采集電路，其特征在于，所述的信號(hào)調(diào)理單元包括前置放大電路、二級(jí)放大電路和電壓比較電路，所述的前置放大電路、二級(jí)放大電路和電壓比較電路依次串聯(lián)，前置放大電路的輸入端連接信號(hào)接收線圈，電壓比較電路的輸出端連接ADC模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于礦用本安型瞬變電磁儀的信號(hào)采集電路，其特征在于，所述的信號(hào)接收線圈為采用電纜繞制成邊長為1. 5-2米的多匝線圈，所述的電纜為10-16芯的多芯電纜，線圈的周長為6-8米。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種適用于礦用本安型瞬變電磁儀的信號(hào)采集電路，包括電源模塊、現(xiàn)場可編程邏輯單元(FPGA)、高速低噪ADC模塊、信號(hào)調(diào)理單元、信號(hào)接收線圈。所述現(xiàn)場可編程邏輯單元(FPGA)和高速低噪ADC模塊連接，所述高速低噪ADC模塊與信號(hào)調(diào)理單元連接，所述信號(hào)調(diào)理單元與信號(hào)接收線圈連接，所述的電源模塊為整個(gè)電路提供電力。本實(shí)用新型采樣速度快、能實(shí)現(xiàn)多通道、高速、高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換，靈敏度高且抗干擾能力強(qiáng)，接收效果好，數(shù)據(jù)處理速度快，非常適合于煤礦井下瞬變電磁儀的數(shù)據(jù)采集。
文檔編號(hào)G01V3/10GK202870310SQ20122055156
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者成術(shù)斌, 張厚晚 申請(qǐng)人:飛翼股份有限公司