三維電阻率成像系統(tǒng)多通道電測裝置制造方法
【專利摘要】一種三維電阻率成像系統(tǒng)的多通道電測裝置，它以兩個8通道24位高速高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器為模擬電路部分核心進行數(shù)據(jù)采集，每個通道配備獨立的由采樣保持器、低通濾波器、可編程放大器、電位平移電路和電壓基準電路組成的前置調(diào)理電路。數(shù)字部分以CortexM3為核心，通過兩路SPI總線控制與模擬部分進行數(shù)據(jù)傳輸，通過GPIO口控制高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器與前端調(diào)理電路相連形成反饋電路提高測量精度，提高CAN總線實現(xiàn)多個電測裝置的互聯(lián)。本實用新型采用16路并行采集方式，每路信號具有獨立的前端調(diào)理電路，利用LPC1788的高速數(shù)據(jù)處理功能，采用數(shù)字濾波算法對數(shù)據(jù)進行預處理，提高了電測裝置的數(shù)據(jù)可靠性和整個系統(tǒng)性能。
【專利說明】三維電阻率成像系統(tǒng)多通道電測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于地球物理勘探【技術領域】，涉及一種三維電阻率成像系統(tǒng)多通道電測裝置。
【背景技術】
[0002]電法勘探的研究工作始于十九世紀初，隨著科學的發(fā)展和找礦的需要，電法勘探理論和儀器日臻完善。進入本世紀初，隨著大規(guī)模集成電路的應用和計算速度的進一步提高，電法勘探已開始向三維方向發(fā)展，高密度電法儀已從第一代發(fā)展到第四代。
[0003]三維電阻率采集硬件系統(tǒng)由主控系統(tǒng)、電測裝置、智能電極系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、多芯電纜、傳輸電纜(總線)等組成。電測裝置作為硬件系統(tǒng)的重要組成部分，需要滿足以下幾點主要任務:(I)信號調(diào)理，電測裝置輸入信號由外部噪聲、系統(tǒng)噪聲和有用信號疊加組成的，通過信號采樣保持電路、無源低通濾波電路、可編程主放電路對前端輸入電路進行處理；(2)信號轉(zhuǎn)換處理，將調(diào)理電路輸出的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸入處理器進行數(shù)字濾波，并將濾波后的信號傳輸?shù)街鳈C；(3)顯示與控制，每個電測裝置都獨立具有用于實現(xiàn)人機交互功能的液晶屏和4X4標準鍵盤，實現(xiàn)參數(shù)輸入、數(shù)據(jù)顯示和裝置控制功能。(4)同步功能，通過GPS完成多個電測裝置在時間上的同步，實現(xiàn)同步并行數(shù)據(jù)采集與處理。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的就是提供一種能滿足三維電阻率成像系統(tǒng)中硬件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)電測裝置要求的三維電阻率成像系統(tǒng)多通道電測裝置。
[0005]本實用新型的三維電阻率成像系統(tǒng)多通道電測裝置，包括模擬部分、前置調(diào)理電路、數(shù)字部分，模擬部分包括兩個24位AD轉(zhuǎn)換器(況9、邪0)，每個AD轉(zhuǎn)換器采集處理8路輸入信號；前置調(diào)理電路由采樣保持電路(Ul?U16)、低通濾波電路(U17?U32)、可編程放大電路(U33?U48)、電位平移電路和電壓基準電路組成，輸入信號首先通過采樣保持電路(Ul?U16)，保證AD轉(zhuǎn)換輸入信號的穩(wěn)定性；低通濾波電路(U17?U32)電阻和電容組成的雙T低通濾波網(wǎng)絡，它具有濾除高頻干擾信號，消除噪聲的作用，并讓測量的直流輸入信號順利通過；可編程放大電路和AD驅(qū)動電路(U33?U48)，程控增益放大器的放大倍數(shù)根據(jù)第一次供電周期A/D轉(zhuǎn)換器輸出電壓由主控機設定，使輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的信號幅度總是處于A/D轉(zhuǎn)換器半量程和滿量程之間，保證A/D轉(zhuǎn)換的精度；數(shù)字部分為Cortex M3-LPC1788 (U51)通過SPI總線控制數(shù)據(jù)的采集與傳輸，通過CAN總線實現(xiàn)多個電測系統(tǒng)和主機之間的數(shù)據(jù)傳輸，通過GPIO 口控制人機交互界面和12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC8562 (U52)與前端電路組成反饋控制電路，通過485總線控制智能電極的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，通過串口控制GPS同步功能。
[0006]器件優(yōu)選為:嵌入式微處理器Cortex M3 -LPC1788，模數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC8562，數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADS1278，可編程增益放大器PGA204，基準芯片REF525，放大器INA128，CAN總線隔離器 CTM8251。[0007]本實用新型的三維電阻率成像系統(tǒng)多通道電測裝置，為了提高電測裝置的采集速度和穩(wěn)定性，采用16路并行采集方式，每路信號具有獨立的前端調(diào)理電路，利用LPC1788的高速數(shù)據(jù)處理功能，采用數(shù)字濾波算法對數(shù)據(jù)進行預處理，提高了電測裝置的數(shù)據(jù)可靠性和整個系統(tǒng)性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示圖；
[0009]圖2為本實用新型實施例中模擬部分電路示意圖；
[0010]圖3為本實用新型實施例中數(shù)字部分電路示意圖。
具體實施方案
[0011]結(jié)合附圖對實例I作進一步說明:
[0012]圖1中，輸入信號通過采樣保持電路(Ul~U16)、電阻和電容組成的雙T低通濾波網(wǎng)絡低通濾波電路(U17~U32)、可編程放大電路和AD驅(qū)動電路(U33~U48)，輸入A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)通過SPI總線控制數(shù)據(jù)的采集與傳輸?shù)綌?shù)字部分核心為Cortex M3 -LPC1788(U51)。數(shù)字部分通過CAN總線實現(xiàn)多個電測系統(tǒng)和主機之間的數(shù)據(jù)傳輸，通過GPIO 口控制人機交互界面(串口液晶屏和4X4鍵盤)和12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC8562 (U52)與前端電路組成反饋控制電路。
[0013]模擬部分結(jié)構(gòu)如圖2所示。以INA128 (Ul~U16)為前端信號調(diào)理電路采樣保持器的核心的放大器一部分，電纜輸入接頭與其2、3號引腳相連作為輸入。根據(jù)公式放大增
,50ΚΩ
益1 + ^^，將1、8引腳掛空放大倍數(shù)設置為1，即不對信號進行放大，目的是使其采集系 %
統(tǒng)的輸入阻抗足夠大，使得測到的電位數(shù)值更加接近野外的真實值。為了防止數(shù)據(jù)在采集之后發(fā)生混疊失真減少外部噪聲，需要模擬低通濾波器、數(shù)字濾波器及兩者的結(jié)合，本實用新型設計的模擬濾波器是由電阻和電容組成的雙T低通濾波網(wǎng)絡。
[0014]野外電阻率測量過程中，測量電極接收到的電壓信號大的有IV~5V，小的有幾μ V,而后級的ADS1278 (U49、U50)高精度24位A/D轉(zhuǎn)換器的基準為5V，其轉(zhuǎn)換范圍為(-2.5V~+2.5V),如果幾μ V的輸入信號沒有被放大的話，那么U49、U50轉(zhuǎn)換幾μ V的電壓其誤差也是很大的，？64204 (仍3~說8)具有1、10、100、1000等可調(diào)的增益。增益通過微處理器LPC1788 (U51)控制PGA204的11、12號引腳來調(diào)節(jié)，而ΙΝΑ128 (Ul~U16)內(nèi)部輸入保護可以無損害的承受高達±40V的模擬輸入。程控增益放大器的放大倍數(shù)根據(jù)第一次供電周期A/D轉(zhuǎn)換器輸出電壓由主控機設定，使輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的信號幅度總是處于A/D轉(zhuǎn)換器半量程和滿量程之間，保證A/D轉(zhuǎn)換的精度。
[0015]ADS1278 (U49、U50)允許在速度、精度、功耗方面權(quán)衡從以下4種工作模式中選擇一種，而模式選擇是由MODE [I: O] (33`、34)引腳的輸入狀態(tài)確定，有七種數(shù)據(jù)輸出格式，數(shù)據(jù)輸出格式包括接口協(xié)議、數(shù)據(jù)輸出和數(shù)據(jù)位置。數(shù)據(jù)輸出格式控制引腳為FORMAT [2:0](30、31、32號引腳)，本實例將F0RMAT[2:0]設置為001，接口協(xié)議為SP1、輸出格式為TDM、數(shù)據(jù)位置選擇固定。
[0016]數(shù)字部分結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。U49、U50數(shù)據(jù)采集開始信號通過其11引腳(/SYNC)輸入，當/SYNC輸入端為低電平時，U49、U50八道停止采樣，內(nèi)部的數(shù)字濾波器復位，隨后/SYNC輸入端為變?yōu)楦唠娖?，U49、U50八道開始同步采樣，利用LPC1788 (U51)的26、52號引腳對 U49、U50 的/SYNC 端進行控制。U51 的 28、29、30、31、54、56、60、66 號引腳與 U50、U49進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0017]U51通過GPIO 口 83?95號引腳與數(shù)模轉(zhuǎn)換器U52的I?9、17、18、19號引腳相連作為U52的數(shù)字輸入，U52的模擬輸出13號引腳與Ul的5號基準引腳相連實現(xiàn)反饋控制。
[0018]U51的33、35、37、39、41、43、45、47八個GPIO 口與4X4標準防水鍵盤相連，通過18,20號引腳與串口液晶屏相連控制電測裝置的參數(shù)輸入、數(shù)據(jù)顯示與處理、數(shù)據(jù)存儲、GPS控制等功能。U51通過I路CAN總線控制器實現(xiàn)與多個電測裝置和主機之間的通信。
【權(quán)利要求】
1.一種三維電阻率成像系統(tǒng)多通道電測裝置，包括模擬部分、前置調(diào)理電路、數(shù)字部分，其特征在于:模擬部分包括兩個24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1278 (U49、U50)，前置調(diào)理電路由采樣保持電路(Ul?U16)、低通濾波電路(Ul7?U32)、可編程放大電路(U33?U48)、電位平移電路和電壓基準電路組成，數(shù)字部分核心Cortex M3 -LPC1788 (U51)控制數(shù)據(jù)的采集與傳輸、人機交互界面，12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC8562 (U52)與前端電路組成反饋控制電路；輸入信號由以INA128為核心的米樣保持電路(Ul?U16)的6號引腳輸入,通過低通濾波電路(U17?U32)，正向放大信號由可編程放大電路(U33?U48)的11號引腳輸出以并行方式輸入24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1278 (U49、U50)的3、1、63、61、51、49、47、45號引腳，16路輸入并聯(lián)接24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1278 (U49、U50)的4、2、64、62、52、50、48、46號引腳，電壓基準電路連接24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1278 (U49、U50)的10號引腳組成AD驅(qū)動電路；信號由模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，通過SPI總線傳輸?shù)綌?shù)字部分核心(U51)的兩路SPI控制器上，數(shù)字部分核心(U51)對信號進行處理后通過12個GPIO 口將數(shù)字信號以并行方式傳輸?shù)綌?shù)模轉(zhuǎn)換器DAC8562 (U52)的I?9、17、18號引腳，并與采樣保持電路(Ul?U16)的5號引腳相連形成反饋控制電路；數(shù)字部分核心(U51)通過I路串口與TFT液晶屏連接，通過8路GPIO 口與4X4防水鍵盤相連，通過串口連接GPS。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維電阻率成像系統(tǒng)多通道電測裝置，其特征在于:16路輸入信號擁有獨立的前端調(diào)理電路，采用差模方式輸入，實現(xiàn)了 16路信號并行采集。
【文檔編號】G01V3/04GK203551797SQ201320561732
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】鄧居智, 劉慶成, 徐哈寧, 曾正軍, 湯洪志, 黎正根, 肖慧, 龔育齡 申請人:東華理工大學