一种应用于mtem发送机的全波形电压及电流记录装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于信息记录设备领域，具体涉及一种应用于MTEM发送机的全波形电压及电流记录装置。
【背景技术】
[0002]对于我国这样一个矿产资源丰富的大国，勘察并合理开采我国矿产资源非常重要，电法(包括传导类和感应类电法)是用于金属矿勘查的重要方法;岩矿石的导电性、介电性和导磁性是电法勘探所利用的主要物理参数。目前，这些电法勘探方法存在的最突出问题是勘探地区干扰严重，而抗干扰最直接的办法是加大场源发射功率、扩大收发距(传导类电法)和降低观测信号频率(感应类电法)，其结果是信噪比改善不明显而且增加了勘探成本，因而不可能满足深部金属矿勘查的需要，所以必需研究既能节约勘探成本，又能提高勘探效果的电法勘探尚新技术。
[0003]多通道瞬变电磁法(Mult1-channelTransient Electromagnetic Method，MTEM)与传统的瞬变电磁法技术不同，MTEM的工作模式为:1)采用接地导线源形式;2)采用源信号PRBSCPseudo Random Binary Sequence，伪随机码)；3)采用阵列式观测方式;4)采用一个发射机发射，阵列式接收的形式。整个排列沿着测线移动，源和接收机之间的中心点作为MTEM探测的记录点；5)测量大地脉冲响应电压，同时测量发射电流；6)类似于地震反射方法，通过反褶积和微分得到大地脉冲响应的时间导数，整理成共中心点道集，并将结果以共偏移剖面显示；7)采用与地震方法相似的资料解释技术；8)实现对地下深部油气目标体(2000m-4000m)的定位。
[0004]目前国内MTEM仪器还存在需要解决的问题，如石英钟同步不精确、发射电流下降沿非线性且有振荡、发射电流下降沿时间不能自动调整或不可自测、配套探头研制困难、抗干扰能力不够强、仪器存在内噪声等问题。因此，改善仪器的发射波形、完善噪声抑制技术和时钟同步技术、发展弱信号检测技术以及实现仪器与装置良好匹配等方面是当前研究的主要方向。
【发明内容】
[0005]为了解决目前国内MTEM仪器存在的技术缺陷，本发明提供一种用于监测大功率MTEM发射机的全波形电压及电流记录装置。所述全波形记录装置能够对电压和电流分别以低速和高速实施双通道共四路信号的高精度采集，整机能够实现长时间稳定、可靠的数据米集。
[0006]为解决上述问题，本发明采用以下技术方案:
一种应用于MTEM发送机的全波形电压及电流记录装置，包括硬件部分和软件部分，其特征在于:所述装置的硬件部分包括前端调理电路、数据采集电路、高精度原子钟电路、以FPGA为核心的主控电路、供电电路和PC上位机，所述前端调理电路一端与MTEM发送机相连接，另一端与所述数据采集电路相连接;所述数据采集电路一端与所述前端调理电路相连接，另一端与所述以FPGA为核心的主控电路相连接;所述以FPGA为核心的主控电路与所述数据采集电路、高精度原子钟电路和PC上位机相连接;所述供电电路与所述前端调理电路、数据采集电路、以FPGA为核心的主控电路和高精度原子钟电路相连接;所述装置的软件部分包括FPGA内的HDL程序、USB芯片固件程序、MSP430驯服原子钟程序和PC上位机程序。
[0007]所述前端调理电路包括电压调理电路和电流调理电路;所述电压调理电路包括分压模块和电压放大模块;所述分压模块一端与所述MTEM发送机的高电压输入端相连接，另一端与所述电压放大模块相连接;所述电压放大模块包括低速电压仪用放大模块和高速电压仪用放大模块;所述低速电压仪用放大模块一端与所述分压模块相连接，另一端与所述电压数据采集电路的滞回比较电路和低速电压数据采集电路相连接;所述高速电压仪用放大模块一端与所述分压模块相连接，另一端与所述电压数据采集电路的高速电压采集电路相连接;所述电流调理电路包括取样模块和电流放大模块，所述取样模块一端与所述MTEM发送机的大电流输入端相连接，另一端与所述电流放大模块相连接;所述电流放大模块包括低速电流仪用放大模块和高速电流仪用放大模块，所述低速电流仪用放大模块一端与所述分流模块相连接，另一端与所述电流数据采集电路的低速电流采集电路相连接;所述高速电流仪用放大模块一端与所述分流模块相连接，另一端与所述电流数据采集电路的高速电流采集电路相连接。
[0008]所述数据采集电路包括电压数据采集电路和电流数据采集电路。所述电压数据采集电路包括低速电压数据采集电路、高速电压数据采集电路、滞回比较电路和电压数据采集电路光耦隔离模块，所述滞回比较电路一端与所述低速电压仪用放大模块相连接，另一端与所述电压数据采集电路光耦隔离模块相连接;所述低速电压数据采集电路包括单端转差分模块和低速电压采集模块;所述单端转差分模块一端与所述低速电压仪用放大模块相连接，另一端与所述低速电压采集模块相连接;所述低速电压采集模块一端与所述单端转差分模块相连接，另一端与所述电压数据采集电路光耦隔离模块相连接;所述高速电压数据采集电路包括放大模块、加法电路和高速电压采集模块;所述放大模块一端与所述高速电压仪用放大模块相连接，另一端与所述加法电路相连接;所述加法电路一端与所述放大模块相连接，另一端与所述高速电压采集模块相连接;所述高速电压采集模块一端与所述加法电路相连接，另一端与所述电压数据采集电路光耦隔离模块相连接;所述电压数据采集电路光耦隔离模块一端与所述滞回比较模块、低速电压采集模块和高速电压采集模块相连接，另一端与所述以FPGA为核心的主控电路相连接。
[0009]所述电流数据采集电路包括低速电流数据采集电路、高速电流数据采集电路和电流数据采集电路光耦隔离模块;所述低速电流数据采集电路包括单端转差分模块和低速电流采集模块;所述单端转差分模块一端与所述低速电流仪用放大模块相连接，另一端与所述低速电流采集模块相连接;所述低速电流采集模块一端与所述单端转差分模块相连接，另一端与所述电流数据采集电路光耦隔离模块相连接;所述高速电流数据采集电路包括比例放大电路和高速电流采集模块;所述比例放大电路一端与所述高速仪用放大模块相连接，另一端与所述高速电流采集模块相连接;所述高速电流采集模块一端与所述比例放大电路相连接，另一端与所述电流数据采集电路光耦隔离模块相连接;所述电流数据采集电路光耦隔离模块一端与所述低速电流采集模块和高速电流采集模块相连接，另一端与所述以FPGA为核心的主控电路相连接。所述低速采集模块采用△ -Σ型模数转换器，以满足持续低速采集要求;所述高速采集模块采用流水线型模数转换器，以满足间隔高速采集要求。
[0010]所述高精度原子钟电路包括单片机、GPS模块、原子钟模块、JTAG下载口、USB配置接口以及主控板接口。所述单片机通过串口 I与原子钟模块相连接，通过串口 2与GPS模块相连接;所述单片机与所述JTAG下载接口相连接;所述GPS模块通过串口与所述单片机相连接，通过PPS管脚与所述原子钟模块相连接;所述主控板接口与所述采集电路相连接;所述USB配置接口与所述以FPGA为核心的主控电路相连接;所述原子钟模块通过串口与所述单片机相连接，通过PPS管脚与所述GPS模块相连接，所述单片机和所述原子钟模块经主控板接口与所述以FPGA为核心的主控电路相连接。
[0011]所述以FPGA为核心的主控电路包括主控核心板与主控连接板两部分，所述两个部分相互连接，所述主控核心板由FPGA及外部存储器组成，所述存储器包括SDRAM和串行FLASH，所述SDRAM和所述串行FLASH与所述FPGA相连接;所述主控连接板包括电源接口模块、高速USB芯片模块、485及蓝牙模块、时钟接口模块、电压模拟板接口模块、电流模拟板接口模块、JTAG下载电路模块和测试信号输入接口模块，所述主控连接板通过所述电源接口模块与电源相连接，通过所述时钟接口模块与所述高速原子时钟电路相连接，通过所述电流模拟板接口模块与所述电流数据采集电路光耦隔离模块相连接，通过所述电压模拟板接口模块与所述电压数据采集电路光耦隔离模块相连接，通过所述高速USB芯片模块与所述PC上位机相连接，通过所述JTAG下载电路模块下载配置参数，通过所述测试信号输入接口模块引入测试信号。
[0012]所述供电电路与所述前端调理电路、数据采集电路、高精度原子钟电路和以FPGA为核心的主控电路相连接，为各电路或模块供电。
[0013]所述PC上位机通过高速USB接