同步时钟相位差测量系统和方法
【专利摘要】本发明公开一种同步时钟相位差测量系统和方法，其单极性转换单元分别对发射机和接收机的同步信号进行双极性到单极性的转换，上述两个在同一恒温晶振的控制下，同时送入到脉冲计数单元中对两者的相位差进行粗测量及同时送入到量化延时单元中对两者的相位差进行精测量，两者之和即为同步时钟信号的相位差。本发明能够精确的测量煤矿探水雷达的发射机和接收机之间同步时钟信号的相位差，并能对同步时钟相位差的矫正和对后续反演计算精度的提高起到了明显的作用。
【专利说明】同步时钟相位差测量系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及探水雷达【技术领域】，具体涉及一种同步时钟相位差测量系统和方法。
【背景技术】
[0002] 瞬变电磁法测量装置由发射系统和接收系统两部分组成。发射线圈中通以阶跃电 流I，发射电流突然由I下降到零，根据电磁感应理论，发射线圈中电流突然变化必将在其 周围产生变化的磁场，该磁场称为一次磁场，一次磁场在周围传播过程中，如遇到地下良导 电的地质体，将在其内部激发产生感应电流，又称涡流或二次电流，二次电流随时间变化， 因而在其周围又产生新的磁场，称为二次磁场。由于良导电地质体内感应电流的热损耗，二 次磁场大致按指数规律随时间衰减，形成瞬变磁场，二次磁场主要来源于良导电地质体的 感应电流，因此它包含着与地质体有关的地质信息，通过接收线圈对二次磁场进行观测，并 对观测的数据进行分析和处理，对地下地质体的相关物理参数进行解释。
[0003] 由于煤矿探水雷达利用瞬变电磁法的原理，在发射机关断发射电流的瞬间，接收 机采集接收地下介质产生的纯二次场，因此需要发射机和接收机之间必须同频同相的工 作，才能获得更为准确的观测数据。虽然煤矿探水雷达的发射机和接收机是通过GPS和恒 温晶振的互补协调工作来产生同步时钟的，但是勘探地质的复杂性和未知性，接收机和发 射机的同步时钟信号在空间上是分离的，使得发射机和接收机的时钟信号往往不是完全同 步的，会产生不可避免的相位差，而这个相位差的大小决定了整个系统采样的精度和后续 反演算法的准确性。虽然观测人员可以通过示波器来观察发射机和接收机的时钟信号来判 断时钟信号是否同步，但是示波器往往只是得到短期的观测数据，且不能对相位差数据进 行存储，因而得到的结论并不准确。可见，采用示波器观察发射机和接收机的时钟信号，对 于后续发射机和接收机同步时钟的矫正具有一定的局限性。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种同步时钟相位差测量系统和方法，其能够 精确的测量煤矿探水雷达的发射机和接收机之间同步时钟信号的相位差，并能对同步时钟 相位差的矫正和对后续反演计算精度的提高起到了明显的作用。
[0005] 为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
[0006] 同步时钟相位差测量方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤1，将采集到的双极性发射机同步时钟信号和双极性接收机同步时钟信号分 别转换为单极性发射机同步时钟信号和单极性接收机同步时钟信号；
[0008] 步骤2,将恒温晶振输出的频率进行倍频后生成计数脉冲信号，该计数脉冲信号的 周期为T ;
[0009] 步骤3,对发射机和接收机的相位差进行粗测量；即
[0010] 步骤3. 1，在单极性发射机同步时钟信号和单极性接收机同步时钟信号中，让先到 达的时钟周期信号的上升沿作为每个计数周期的计数开始信号，则另一个时钟周期信号即 后到达的时钟周期信号的上升沿作为每个计数周期的计数结束信号；
[0011] 步骤3. 2,计算每个计数周期内计数脉冲信号的完整脉冲个数N ;
[0012] 步骤4,对发射机和接收机的相位差进行精测量；即
[0013] 步骤4. 1，对每个计数周期的计数脉冲信号进行量化延时，以使得每个计数周期的 计数脉冲信号的第一个完整脉冲的上升沿或者下降沿与先到达的时钟周期信号的上升沿 对齐，并记录每个计数周期的计数脉冲信号所经过的延时器个数^;
[0014] 步骤4. 2,对每个计数周期的计数脉冲信号进行量化延时，以使得每个计数周期的 计数脉冲信号的最后一个完整脉冲的上升沿或者下降沿与后到达的时钟周期信号的上升 沿对齐，并记录每个计数周期的计数脉冲信号所经过的延时器个数n 2 ;步骤4. 3,计算发射 机和接收机的相位差八凡，即
[0015] 当计数脉冲信号在计数开始信号到来时为低电平，计数结束信号到来时为低电平 时，贝1J发射机和接收机的相位差Δ?\为
【权利要求】
1. 同步时钟相位差测量方法，其特征是包括如下步骤： 步骤1，将采集到的双极性发射机同步时钟信号和双极性接收机同步时钟信号分别转 换为单极性发射机同步时钟信号和单极性接收机同步时钟信号； 步骤2,将恒温晶振输出的频率进行倍频后生成计数脉冲信号，该计数脉冲信号的周期 为τ ; 步骤3,对发射机和接收机的相位差进行粗测量；即 步骤3. 1，在单极性发射机同步时钟信号和单极性接收机同步时钟信号中，让先到达的 时钟周期信号的上升沿作为每个计数周期的计数开始信号，则另一个时钟周期信号即后到 达的时钟周期信号的上升沿作为每个计数周期的计数结束信号； 步骤3. 2,计算每个计数周期内计数脉冲信号的完整脉冲个数N ; 步骤4,对发射机和接收机的相位差进行精测量；即 步骤4. 1，对每个计数周期的计数脉冲信号进行量化延时，以使得每个计数周期的计数 脉冲信号的第一个完整脉冲的上升沿或者下降沿与先到达的时钟周期信号的上升沿对齐， 并记录每个计数周期的计数脉冲信号所经过的延时器个数 ηι ; 步骤4. 2,对每个计数周期的计数脉冲信号进行量化延时，以使得每个计数周期的计数 脉冲信号的最后一个完整脉冲的上升沿或者下降沿与后到达的时钟周期信号的上升沿对 齐，并记录每个计数周期的计数脉冲信号所经过的延时器个数n 2 ; 步骤4. 3,计算发射机和接收机的相位差Λ凡，即 当计数脉冲信号在计数开始信号到来时为低电平，计数结束信号到来时为低电平时， 则发射机和接收机的相位差八1\为
(1) 当计数脉冲信号在计数开始信号到来时为低电平，计数结束信号到来时为高电平时， 则发射机和接收机的相位差八1\为
(2) 当计数脉冲信号在计数开始信号到来时为高电平，计数结束信号到来时为低电平时， 则发射机和接收机的相位差八1\为
(3) 当计数脉冲信号在计数开始信号到来时为高电平，计数结束信号到来时为高电平时， 则发射机和接收机的相位差八儿为 ATi = ΝΤ+(T-riit) - (T-n2t) (4) 式（1)-(4)中，N是完整计数脉冲个数，T是计数脉冲信号的周期，&是与先到达的时 钟周期信号对齐时、计数脉冲信号所经过的延时器个数，η2是与后到达的时钟周期信号对 齐时、计数脉冲信号所经过的延时器个数，t是延时器的延时时间； 步骤5,将所计算出的发射机和接收机的相位差Λ'进行存储。
2. 根据权利要求1所述的同步时钟相位差测量方法，其特征是：还进一步包括对所计 算出的发射机和接收机的相位差进行显示的步骤。
3. 根据权利要求1或2所述的同步时钟相位差测量方法，其特征是：还进一步包括对 所计算出的发射机和接收机的相位差At送入上位机进行同步分析的步骤。
4. 基于权利要求1所述同步时钟相位差测量方法而设计的同步时钟相位差测量系统， 其特征在于：主要由第一单极性转换单元、第二单极性转换单元、恒温晶振、锁相环电路、计 数脉冲单元、量化延时单元、加法器和存储器；其中发射机同步时钟信号经第一单极性转换 单元后分别连接到计数脉冲单元和量化延时单元的一输入端上，接收机同步时钟信号经第 二单极性转换单元后分别连接到计数脉冲单元和量化延时单元的另一输入端上；恒温晶振 的输出端与锁相环电路的输入端相连，锁相环电路的输出端分别连接计数脉冲单元和量化 延时单元的又一输入端；计数脉冲单元的输出端连接到加法器的一输入端，量化延时单元 的输出端连接到加法器的另一输入端，加法器的输出端连接存储器。
5. 根据权利要求4所述的同步时钟相位差测量系统，其特征在于：所述第一单极性 转换单元和第二单极性转换单元均由导通二极管Dl、D2,光耦Optl、Opt2,与非门NAND1、 NAND2,异或门X0R1，上拉电阻R2、R3、R5、R6,以及滤波电容Cl、C2组成；双极性的发射机 或接收机同步时钟信号的正极分为2路，一路经导通二极管D1连接光耦Optl的输入端正 极，另一路连接光耦0pt2的输入端负极；同步时钟信号的负极分为2路，一路经导通二极管 D2连接光耦0pt2的输入端正极，另一路连接光耦Optl的输入端负极；光耦Optl的输出端 正极同时连接与非门NAND1的2个输入端，光耦Optl的输出端负极连接接地GND ;与非门 NAND1的2个输入端经上拉电阻R2连接电源正极VCC，与非门NAND1的输出端经上拉电阻 R3连接电源正极VCC，与非门NAND1的输出端经滤波电容C1接地GND ;与非门NAND1的输 出端连接异或门X0R1的一端；光耦0pt2的输出端正极同时连接与非门NAND2的2个输入 端，光耦0pt2的输出端负极连接接地GND ;与非门NAND2的2个输入端经上拉电阻R5连接 电源正极VCC，与非门NAND2的输出端经上拉电阻R6连接电源正极VCC，与非门NAND2的输 出端经滤波电容C2接地GND ;与非门NAND2的输出端连接异或门X0R2的一端。
6. 根据权利要求4所述的同步时钟相位差测量系统，其特征在于：所述量化延时单元 由多个延时器组成。
7. 根据权利要求4所述的同步时钟相位差测量系统，其特征在于：所述存储器的输出 端上还接有一显示器。
8. 根据权利要求4所述的同步时钟相位差测量系统，其特征在于：所述存储器的输出 端还与一上位机相连。
【文档编号】G01V3/10GK104111481SQ201410369321
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】王国富, 陈巍, 张法全, 叶金才, 庞成, 韦秦明 申请人:桂林电子科技大学