一种时域电磁弱极化效应快速识别装置的制作方法

本实用新型属于涉及地质勘探的技术领域，尤其涉及一种时域电磁弱极化效应快速识别装置。

背景技术：

激发极化效应(inducedpolarizationeffects,ip)是一种重要的电化学现象，通常存在于金属矿、浸染状矿产资源以及含水地质中，具有极高的经济价值，主要表现为电磁信号的快速衰减、符号反转现象。利用极化数据对地质进行多参数联合解释方法，也被广泛应用于寻找金属矿、水资源、地热资源、喀斯特岩溶等更广领域，成为国内外学者的研究热点。然而对于未知地质结构是否具有极化特性，都是通过肉眼识别测量的电磁响应数据是否出现符号反转(负响应)单一特征来得出结论，这种情况下，对于强极化介质大多可以分辨出来，而对弱极化或更复杂的极化地形，肉眼识别的方式具有极大的主观臆断性和偶然性，在实际应用中存在局限，同时可能会导致弱极化效应被忽略。因此，对时域弱极化效应的快速准确识别是亟待解决的关键问题。

专利cn101189533a公开了一种对电磁信号进行目标识别和分类的方法及装置，设置了一个分析接收信号的分析装置和一个存储特征图形的存储器，电磁辐射用一个传感器发射，将它所存储的图形与分析的信号比较，并根据这种比较推断出目标的分类。但主要针对电磁信号进行处理分类，步骤较繁琐，过程较复杂。不能做到现场识别，不利于对该处地下极化信息的全面掌握。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有弱极化效应识别装置的不足，提供一种时域电磁极化效应的快速识别装置。

本实用新型是这样实现的，一种时域电磁弱极化效应快速识别装置，包括：

实测信号读取模块、零点特征提取模块、主控模块、显示模块、同步模块、以及电源模块；其中，

实测信号读取模块，与零点特征提取模块的输入端连接，用于获取野外实测电磁响应；零点特征提取模块，与主控模块的输入端连接；显示模块，与所述主控模块直接相连；同步模块，与所述主控模块、计数器直接相连，采用gps同步，用于实现接收机、发射机的同步和触发计数器；存储模块，与所述主控模块直接相连，采用microsd卡；电源模块，用于为整个时域弱极化效应快速识别装置供电。

进一步地，所述实测信号读取模块，包括接收线圈、前端差分放大电路，地下传来的电磁信号由接收线圈采集到后，转化为电压的形式，经前端差分放大电路放大，进入下一电路模块。

进一步地，所述零点特征提取模块，包括过零比较器、计数器、ad采集器，其中过零比较器与实测信号读取模块的输出端连接，选择高精度的lm311，ad采集器选用24位的ads1255，计数器与过零比较器连接，用于获取响应曲线中的符号反转时刻；ad采集电路连接在实测信号读取模块的输出端与主控模块之间，当接收到gps的同步信号后，ad采集电路开始采样，ad采集电路将接收到的电压量转化为主控模块可读的数字量；同时计数器开始计数，当过零比较器检测到信号的过零点时，将给计数器一个触发，计数器停止计数，根据计数器的计数大小计算符号反转时刻。

进一步地，主控模块包括主控制器，主控制器选取stm32f103芯片。

进一步地，所述显示模块采用0.96寸的12864显示屏，主要显示识别结果、测量地点的经纬度、海拔、以及时间信息。

进一步地，所述同步模块选用型号为neo-6的gps电路，与主控模块采用通用同步异步收发器进行通信。

进一步地，所述存储模块选用microsd卡，与主控模块采用通用串行外设接口进行通信。

进一步地，所述电源模块采用低压差线性稳压电源模块ams1117-3.3与智能电源模块tps767d301组合的模式，低压差线性稳压电源模块ams1117-3.3工作在待机模式下，接收机一经触发后，将由智能电源模块tps767d301为整个识别装置供电。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型提供一种瞬变电磁接收装置，具体为主要针对弱极化效应特征不明显、识别精度差等问题，可以快速有效识别极化效应，大大简化了结构，解决了现有的肉眼识别中，由主观臆断性和偶然性所带来的准确度低的技术问题。因此，本实用新型成功提出一种方案，可实现实际勘探中弱极化效应的快速准确自动识别，提高了电磁数据的解释精度，降低了勘探成本。

附图说明

图1为基于双参数的时域电磁弱极化效应的快速识别装置整体结构示意图；

图2为前端差分放大电路原理图；

图3为零点特征提取模块的电路原理图；

图4为显示模块的电路原理图；

图5为gps同步模块的电路原理图；

图6为存储模块的电路原理图；

图7为主控模块与各模块连接的电路原理图；

图8为组合电源模块电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1所示，本实用新型提供一种时域电磁弱极化效应快速识别装置，包括：实测信号读取模块，包括相连的接收线圈和前端差分放大电路；零点特征提取模块，由过零比较器、计数器、ad采集器组成，其中过零比较器与实测信号读取模块的输出端连接，选择高精度的lm311，ad采集器选用24位的ads1255，计数器与过零比较器连接，用于获取响应曲线中的符号反转时刻；ad采集电路连接在实测信号读取模块的输出端与主控模块之间，用于获取野外实测电磁响应中的符号反转时刻，并将电压信号转化为单片机可读的数字量，这里计数器采用加法计数器；主控模块，包括主控制器，采用arm系列的stm32f103rg为控制芯片，用于获取晚期斜率；同步模块，采用gps同步，用于实现接收机、发射机的同步和触发计数器；电源模块，采用低压差线性稳压电源模块ams1117-3.3与智能电源模块tps767d301组合模式，用于为整个时域极化效应快速识别装置供电；存储模块，选用microsd卡进行存储，用于存储采集到的电磁响应结果等；按键，用于对整个装置输入命令；显示模块，采用0.96寸的12864显示屏，用于显示判别结果等。主控模块通过零点特征提取模块与前端差分放大器连接，前端差分放大器与接收线圈相连，同步模块、按键、存储模块与显示模块直接与主控模块连接，零点特征提取模块中，过零比较器与前端差分放大器相连，后端与计数器相连，ad采集模块前端与前端差分放大器相连，其后端与计数器后端均与主控模块相连。

发射机向地下通以发射电流时，在发射电流关断瞬间，同步模块8将产生一个脉冲到主控模块中，接收机开始工作，计数器开始计数；同时，在关断瞬间，地下极化体感应出来的电流产生感应-极化二次磁场，此时，包含地下极化体信息的二次磁场被接收线圈接收到，并转化为电压的形式，信号可达25毫伏，经过前端差分放器放大后，将达到1伏特(放大倍数为40倍)；信号到达过零比较器，当电压值过零点时，过零比较器将产生一个脉冲至计数器中，计数器停止继续计数，已知stm32f103rg主频为72mhz，本实施例中进行了9分频，因此计数器周期变为8mhz，即1s计数8m次。同时，实测信号经ad采集器，电压值将会被转化为单片机可读的数字量。

若计数大小记为m，那么实测响应中的符号反转时间为：

在主控模块将结果输出到显示屏12上，整个过程中采集到的数据和结果将存储在microsd卡10中，方便后续查看。

参见图2所示为前端差分放大电路的原理图，通过放置对称的lt1028、elh0002运放芯片(各两个)组成差分放大电路，并通过芯片79l05组成电压偏置电路，为放大电路提供±7.4v、±5v的电压，通过电容并联将±5v的电压与地相连，考虑到阻抗、自激的影响，在两个运放间的反馈电阻两端并入电容c1、电容c4。

参见图3所示为零点特征提取模块的电路原理图，包括过零比较器、计数器、ad采集器；考虑到对模拟量电压信号的低噪声大动态范围采集的需求，确定采用ti公司的24位模数转换器ads1255，ads1255具有高达23位的有效分辨率，采样率分为15khz和30khz两种，工作模式下功耗为38mw，待机模式下功耗低至0.4mw，能够保证长时间测量。当gps传递一个脉冲信号时，接收机开始工作，计数器开始计数；同时，在关断瞬间，包含地下极化体信息的二次磁场被接收线圈接收到，并转化为电压的形式；信号到达过零比较器，当电压值过零点时，过零比较器将产生一个脉冲至计数器中，计数器停止继续计数；根据计数的大小可以计算零点对应的时刻。同时信号经ad采集器后变为单片机可读的数字量。

参见图4所示为显示模块的电路原理图，采用低功耗128*32点阵的12832液晶屏，由主控芯片的57-62管脚控制，主要显示内容为符号反转时刻、采集的数据结果、工作/待机、gps对应的经纬度、时间。

参见图5所示为gps同步模块的电路原理图，gps模块neo-6提供了高精度的秒脉冲信号，利用秒脉冲的下降沿与发射机进行同步，数据传输速率从4.8到230kbit/s，由主控芯片的15-17管脚控制，与主控制器采用通用同步异步收发器进行通信，以获取精确的时间和位置信息。

参见图6所示为存储模块的电路原理图，选用microsd卡，该卡采用sd架构和slc控制技术，体积小，传输速率大，保证了数据的快速存储。

参见图7所示为主控模块与各模块连接的电路原理图，控制器选择arm系列的stm32f103rg，最高主频72mhz，程序架构采用cortex-m3，支持spi、usart和i²c接口，分别保证了stm32f103rg与microsd卡，gps模块和ad采集器的通信。

参见图8所示为组合电源模块电路原理图，采用低压差线性稳压电源模块ams1117-3.3与智能电源模块tps767d301组合模式，ams1117-3.3工作在待机模式下，接收机一经触发开始工作后，将由tps767d301为整个识别装置供电

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。