专利名称：一种频率域电法仪gps精密同步斩波去耦器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种频率域电法仪GPS精密同步斩波去耦器。
背景技术：
在频率域电法仪器测量中普遍存在着电磁耦合效应，是测量中的严重干扰， 国内外目前多是基于数据处理的手段来进行，其电磁耦合校正方案在电磁耦合 较弱时尚有较好的校正效果，当电磁耦合效应增强时，校正效果普遍较差。这 样的一些去耦方法不仅需要增加野外工作量，而且难以适应野外复杂的地电场 工作环境。
发明内容
本发明的目的在于克服软件校正的缺点，提供一种在测量的同时采用硬件 实现斩波去耦的技术方法，无论电磁耦合效应强或弱，都能有较好校正效果的 」种频率域电法仪GPS精密同步斩波去耦器。
本发明的技术方案是包括GPS天线，GPS守时模块U1、波形形成模块 U2、隔离斩波模块U3、桥式开关模块，单片机管理模块U4，所述GPS天线与 GPS守时模块Ul连接，GPS守时模块Ul中内置GPS接收模块和恒温晶体振 荡器0CX0， GPS守时模块与波形形成模块U2相连，在斩波发送机中，波形形成 模块U2产生的末级驱动信号与发送机内置隔离驱动电路的桥式功率开关的输 入端连接，经桥式开关电路将高压直流电转换成电法仪器发送机输出的矩形电 流，向大地供电；斩波接收机中的波形形成模块U2与隔离斩波模块U3相连， 隔离斩波模块U2与单片机管理模块U4连接，隔离斩波模块内部的电子开关， 受斩波脉冲控制，产生与斩波脉冲一致的开关信号，该电子开关插入到电法接
收机信号通道中的工频滤波之后的位置，经前置放大、工频滤波后进行同步斩 波。
所述GPS接收模块中内置的GPS解码器产生UTC时间信号和1PPS秒时钟 信号，1PPS信号分别输入单片机管理模块及可编程器件，可编程器件内设计的 计数器对恒温晶体输出的振荡信号进行计数分频，并与GPS模块输出的1PPS 信号进行比较，其误差信号经数模转换为误差电压，加在恒温晶体压控端，微 调恒温晶体振荡频率，消除恒温晶体可能产生的累计误差。
所述GPS守时模块的1脚与GPS天线相连，Ul的5、 6、 7脚分别与波形 形成模块U2的3、 2、 l脚连接，8脚接电源。
所述波形形成模块U2的12脚产生接收机斩波脉冲信号，斩波脉冲信号的 频率由U2的9、. 10脚的电平设定，斩波脉冲宽度的选择由U2的5、 6、 7脚的 电平设定，单片机管理模块U4的2、 3、 4脚分别与U2的5、 6、 7脚相连，用 于设定U2产生的斩波脉冲的宽度，U4的5、 6脚分别与U2的9、 IO脚相连，用 于设定U2产生的驱动信号和斩波信号的频率。
所述隔离斩波模块U3的2、 3脚分别与接收机的波形形成模块的12、 11 脚电相连，1、 4脚悬空，5脚为光耦输出级接地端，8脚为光耦输出级电源输入 端，U3的内部6、 7脚之间的电子开关受U3的2脚输入的斩波脉冲控制，当U3 的2脚输入高电平时，6、 7脚之间的电子开关处于断开状态，反之处于导通状 态。
所述单片机管理模块U4在工作时设定5、 6、 7、 9、 IO的工作电平，选择 合适的工作频率和斩波宽度。
本发明采用具有守时功能的GPS守时模块输出的秒时钟作为同步基准，同 步速度快、精度高，不需要人工校准；采用硬件分频技术形成发送机驱动信号
及同步的接收机斩波脉冲，斩波同步准确，斩波脉冲十分稳定；隔离斩波模块 避免了斩波电路对仪器接收机的干扰，隔离斩波模块内置高隔离、低导通阻抗 的电子开关避免了插入电子开关后对仪器接收机的影响。这种用硬件进行斩波 去耦的技术方法，可在测量的同时，消除电磁耦合效应对测量结果的不良影响， 不需要额外增加工作量，并避免了软件校正时的不便和不足。
图1为系统组成方框图； 图2为GPS守时模块U1示意图； 图3波形形成模块U2示意图； 图4为隔离斩波模块U3示意图5为发送机末级驱动信号及接收机同步斩波开关信号模块连接图； 图6为斩波发送机末级结构方框图； 图7为斩波器插入位置方框图。
具体实施例方式
参照图1:
GPS天线与GPS守时模块Ul连接，GPS守时模块Ul中内置GPS接收模 块和恒温晶体振荡器0CX0， GPS守时模块与波形形成模块U2相连，在斩波发送 机中，波形形成模块U2产生的末级驱动信号与发送机内置隔离驱动电路的桥式 功率开关的输入端连接，经桥式开关电路将高压直流电转换成电法仪器发送机 输出的矩形电流，向大地供电；斩波接收机中的波形形成模块U2与隔离斩波模 块U3相连，隔离斩波模块内部的电子开关，受斩波脉冲控制，产生与斩波脉冲 一致的开关信号，该电子开关插入到电法接收机信号通道中的工频滤波之后的 位置，经前置放大、工频滤波后进行同步斩波。参照图2:其中A为GPS守时模块引脚图，B为内部组成方框图 GPS接收模块中内置的GPS解码器产生UTC时间信号和1PPS秒时钟信号， 1PPS信号分别输入单片机管理模块及可编程器件，可编程器件内设计的计数器 对恒温晶体输出的振荡信号进行计数分频，并与GPS模块输出的1PPS信号进 行比较，其误差信号经数模转换为误差电压，加在恒温晶体压控端，微调恒温 晶体振荡频率，消除恒温晶体可能产生的累计误差。
参照图3 :其中A为该模块引脚图，B为模块内部电路原理图； U2的12、 11脚分别与U3的2、 3脚相连。l脚为秒脉冲输入脚，3脚为恒 温晶体振荡信号输入脚，4脚为空脚，2、 8、 11、 13脚接地，16脚接电源，12 脚为斩波信号输出端，14、 15为发送机末级驱动信号输出端。
波形形成模块U2为设计的专用芯片，主要用于产生与1PPS秒脉冲同步的 发送机驱动信号、接收机斩波脉冲信号，发送机、接收机有4种不同的工作频 率供选择，工作时由U2的9、 IO脚电平设定，接收机斩波脉冲宽度有8种不同 的斩波宽度选项，由U2的5、 6、 7脚电平设定，工作时，由单片机模块设置5、 6、 7、 9、 IO脚电平，用于选择相应的发送机、接收机工作频率以及接收机斩波 宽度，要求发送机与接收机工作频率一致。
参照图4:其中A为该模块引脚图，B为模块内部电路原理图； U3的2、 3脚分别与接收机的波形形成模块的12、 ll脚电相连，1、 4脚悬 空，5脚为光耦输出级接地端，8脚为光耦输出级电源输入端，当U3的2脚为低 电平时，U3的6、 7脚(即SIG—0UT、 SIG—IN引脚)之间处于导通状态，阻抗很 低；当2脚为高电平(即斩波脉冲到来)时，U3的6、 7脚内部处于开路状态， 信号无法传送至下一级，从而将这部分信号斩除。
参照图5:图中(l)是斩波发送机末级驱动信号发生器，(2)是斩波接收机斩
波开关信号发生器。
U2的5、 6、 7引脚分别与单片机管理模块U4的2、 3、 4脚相连，用于设定 U2产生的斩波脉冲的宽度。U2的9、 10引脚分别与U4的5、 6脚相连，用于设 定U2产生的驱动信号和斩波信号的频率。U2的12脚产生接收机斩波脉冲信号， 斩波脉冲信号的频率由U2的9、 10脚的电平设定，斩波脉冲宽度的选择由U2 的5、 6、 7脚的电平设定，斩波脉冲信号经隔离驱动模块U3的隔离驱动，U3 的内部6、 7脚之间的电子开关受U3的2脚输入的斩波脉冲控制，当U3的2脚 输入高电平(斩波脉冲到来)时，6、 7脚之间的电子开关处于断开状态，反之 处于导通状态，单片机管理模块(U4)在工作时设定5、 6、 7、 9、 IO的工作电平， 选择合适的工作频率和斩波宽度。
产生发送机末级同步驱动信号的模块连接图只需去掉U3模块即可。末级同 步驱动信号的频率由U2的9、 IO脚电平设定，同步驱动信号经U2的15、 14引 脚输出到发送机末级电路，单片机管理模块(U4)在工作时设定9、 10的工作电 平，选定的工作频率应与接收机保持一致。
参照图6: U2输出的驱动信号(WAV A、 WAV B)经桥式开关模块内部的隔 离驱动，控制桥式开关，将高压直流电转换成相应的矩形电流对大地供电。
参照图7:图中SIG—IN、 SIGJ)UT分别与隔离斩波模块7、 6脚内的电子开 关相连，经前置放大和工频滤波后的地电场信号受到斩波开关控制。当没有斩 波脉冲时，电子开关导通；当斩波脉冲到来时，电子开关断开，达到斩波的目 的。
权利要求
1.一种频率域电法仪GPS精密同步斩波去耦器，其特征在于包括GPS天线，GPS守时模块U1、波形形成模块U2、隔离斩波模块U3、桥式开关模块，单片机管理模块U4，所述GPS天线与GPS守时模块U1连接，GPS守时模块U1中内置GPS接收模块和恒温晶体振荡器OCXO，GPS守时模块与波形形成模块U2相连，在斩波发送机中，波形形成模块U2产生的末级驱动信号与发送机内置隔离驱动电路的桥式功率开关的输入端连接，经桥式开关电路将高压直流电转换成电法仪器发送机输出的矩形电流，向大地供电；斩波接收机中的波形形成模块U2与隔离斩波模块U3相连，隔离斩波模块U2与单片机管理模块U4连接，隔离斩波模块内部的电子开关，受斩波脉冲控制，产生与斩波脉冲一致的开关信号，该电子开关插入到电法接收机信号通道中的工频滤波之后的位置，经前置放大、工频滤波后进行同步斩波。
2. 根据权利要求1所述的频率域电法仪GPS精密同步斩波去耦器，其特征 在于所述GPS接收模块中内置的GPS解码器产生UTC时间信号和1PPS秒时钟 信号，1PPS信号分别输入单片机管理模块及可编程器件，可编程器件内设计的 计数器对恒温晶体输出的振荡信号进行计数分频，并与GPS模块输出的1PPS 信号进行比较，其误差信号经数模转换为误差电压，加在恒温晶体压控端，微 调恒温晶体振荡频率，消除恒温晶体可能产生的累计误差。
3. 根据权利要求1所述的频率域电法仪GPS精密同步斩波去耦器，其特征 在于GPS守时模块的1脚与GPS天线相连，Ul的5、 6、 7脚分别与波形形成 模块U2的3、 2、 l脚连接，8脚接电源。
4. 根据权利要求1所述的频率域电法仪GPS精密同步斩波去耦器，其特征 在于所述波形形成模块U2的12脚产生接收机斩波脉冲信号，斩波脉冲信号的频率由U2的9、 10脚的电平设定，斩波脉冲宽度的选择由U2的5、 6、 7脚的 电平设定，单片机管理模块U4的2、 3、 4脚分别与U2的5、 6、 7脚相连，用 于设定U2产生的斩波脉冲的宽度，U4的5、 6脚分别与U2的9、 IO脚相连，用 于设定U2产生的驱动信号和斩波信号的频率。
5.根据权利要求1所述的频率域电法仪GPS精密同步斩波去耦器，其特征 在于所述隔离斩波模块U3的2、 3脚分别与接收机的波形形成模块的12、 11脚 电相连，1、 4脚悬空，5脚为光耦输出级接地端，8脚为光耦输出级电源输入端， U3的内部6、 7脚之间的电子开关受U3的2脚输入的斩波脉冲控制，当斩波脉 冲到来即U3的2脚输入高电平时，6、 7脚之间的电子开关处于断开状态，反之 处于导通状态。
全文摘要
本发明公开了一种频率域电法仪GPS精密同步斩波去耦器。GPS天线与GPS守时模块U1连接，GPS守时模块U1中内置GPS接收模块和恒温晶体振荡器OCXO，GPS守时模块与波形形成模块U2相连，波形形成模块U2产生的末级驱动信号与发送机内置隔离驱动电路的桥式功率开关的输入端连接，斩波接收机中的波形形成模块U2与隔离斩波模块U3相连，隔离斩波模块U2与单片机管理模块U4连接，隔离斩波模块内部的电子开关，受斩波脉冲控制，产生与斩波脉冲一致的开关信号，该电子开关插入到电法接收机信号通道中的工频滤波之后的位置，经前置放大、工频滤波后进行同步斩波。本发明可在测量的同时，消除电磁耦合效应对测量结果的不良影响，不需要额外增加工作量，避免了软件校正时的不便和不足。
文档编号G01D3/028GK101178315SQ20071003579
公开日2008年5月14日 申请日期2007年9月24日 优先权日2007年9月24日
发明者付国红, 何继善, 佟铁钢, 彬 熊 申请人:湖南继善高科技有限公司