(8)综合电磁法测量系统
多道网络化综合电磁测量系统(附图10)是电场和磁场传感器直接与主机连接组成标准的MT,AMT,远参考道或CSAMT观测系统,与多个测站连接成多道网络或E-MAP观测系统 。通频宽从直流到250kHz,对不同通道可同时设置不同的采样率,可以同时采集不同频段的信号,除固定频带外还可以自由设置频带范围 。可通过以太网、局域网、蓝牙技术、Internet等手段对仪器进行控制或下载数据,最多可由32个测站组成网络系统同步工作,由内置GPS实现同步 。
⊙测量系统的主要特点:①具有10个数据采集通道;②通频带最宽,从直流到512kHz;③可通过网络和其他形式对仪器控制或下载数据;④在多道和网络系统中有高精度的内置GPS同步;⑤自检、自行标定、自动补偿电极极化电位;⑥实时处理、实时显示时间系列和各种MT参数;⑦12V电瓶供电,功耗3~5W 。
多功能电法找水仪多功能电法仪是快速进行地下水源探测、水文地质工程地质勘查的专用设备,它是集发送机、接收机、数据处理、数据存储、数据显示于一体的智能化电测工作站 。本节所叙述的多功能电法仪可直接用于电阻率法和激发极化法的测量,可同屏显示视电阻率、视极化率、半衰时、衰减度、偏离度、极化率累加和、自然电位、供电电流、一次场等测量值 。系统采用现代嵌入式系统技术、大规模集成技术、高精度转换技术,使多功能电法仪在野外勘探时实现信号采集、数据处理、和成像显示一体化 。
一、DWZ-6A多功能电法仪的基本结构与工作原理
多功能电法仪利用视电阻率和激发极化参数,广泛用于寻找地下水,解决工农业用水及生活用水问题 。可用于寻找断裂带、陷落柱、采空区、山体滑坡等 。可用于水文地质勘查、工程地质勘查、环境地质勘查,还可用于矿产勘查、能源勘查、地热勘查、城市物探等 。
如图6-1-1所示,DWZ-6A多功能电法仪是由ARM控制的智能型电法仪,电信号从M、N输入,经过阻抗变换和滤波后,通过双T陷波和低通滤波,滤除市电干扰和高频干扰信号 。将弱信号放大后,模数转换器把模拟信号转换成数字量,存储在数据存储器中 。发送控制信号经过高压隔离后,驱动供电桥路进行正反向供电 。电流信号由标准电阻采样后,经过隔离放大与滤波,由程控放大器放大后分时进行模数转换与存储 。ARM控制系统从数据存储器中取出一次场电位差、二次场位差、电流数据,进行计算与处理,然后显示处理结果并存储 。最后将数据拷贝到U盘或传输到计算机中 。键盘用于输入各种参数 。控制系统还可以监视仪器的工作状态,监控仪器的故障状态,当仪器内部或外部发生故障(如AB短路)时,仪器自动封锁供电回路停止供电并报警显示 。
图6-1-1 DWZ-6A多功能电法仪原理框图
二、DWZ-6A多功能电法仪的硬件电路设计
(一)硬件总体构架
DWZ-6A多功能电法仪的硬件电路总体构架如图6-1-2所示,仪器主要由发送装置、接收装置及其主控单元组成 。主控采用ARM7的S3C44BOX芯片,当需进行激电数据采集时,由主控向IPM模块发送控制命令,实现由供电点A、B向大地供电 。同时在测量电极M、N上接收激电信号,经激电信号处理电路,送入24位AD转换器CS5532后转换为数字信号,ARM7主控与CS5532进行信息交互实现对转换后数据的读取、存储、处理和显示 。
图6—1—2硬件总体构架
(二)DWZ-6A多功能电法仪发送电路设计
激电发送电路框图如图6-1-3所示 。强电部分采用PowerEX公司的IPM智能功率模块:PM10RSH120,其最高可控电压为1200V,可控电流为10A,在实际应用中取最高值的2/3作为仪器实际电压电流上限 。本激电发送电路经实际测试其功率可达900V@6.7A,即6kW,故高压供电电池包的供电电压范围为0~900V 。为了实现弱电控制强电,需在强弱电之间进行隔离,控制信号与IPM模块之间采用多片光耦器件HCPL-4504和PC817实现隔离 。在发送电路由A、B端向地下供电时,需监测其供电电流,采用高精度0.01Ω的取样电阻Rs将电流转换为电压后送至AD202,AD202为高精度隔离放大器,其通过变压器耦合方式将强电与弱电电路隔离开,并将放大后的信号Vout送至激电接收电路 。
图6-1-3DWZ-6A 多功能电法仪发送电路框图
(三)DWZ-6A多功能电法仪接收电路设计
图6-1-2中除IPM和高压包之外的其他部分均为激电接收电路框图 。主控采用ARM7的S3C44B0X芯片,其存储部分扩展了NorFlash芯片SST39VF16(存储程序)、NandFlash芯片K9F2808(存储数据)和SDRAM芯片HY57V2816(程序运行空间) 。为了实现人机交互,采用键盘进行信息输入,液晶显示器(320×240像素)进行信息显示 。IPsignalprcessingcircuit主要包括防雷击电路、前置放大、50Hz陷波、差分放大和低通滤波等电路,激电信号经此模块后进入24位可编程增益A/D转换芯片CS5532 。DAC芯片AD5660输出的模拟信号叠加到输入激电信号上实现模拟电路的自动调零 。当需要将数据上传至上位机时,可采用USB(采用PDIUSBD12芯片)接口对接,上位机中将识别出激电仪中的存储器为一个U盘,同时还可以采用NetWork接口(RTL8019芯片)实现上位机与激电仪的信息交互 。
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