探究双频基于FPGA双频激电接收机研制网

摘要：激发极化法，是寻找金属矿藏最有效的一种地球物理勘探策略。它是以地下岩石、矿石在人工电场作用下发生的物理和电化学效应差别为基础的一种电法勘探策略。当向岩（矿）石供入电流时，在电流强度不变的情况下，能够观测到测量电极间的电位差随时间而变化，并在相当长的时间以后趋于某一稳定的饱和值。当断开电流后，测量电极间的电位差随时间而下降，并在相当长的时间后衰减到接近于零值。这是岩（矿）石及其中所含水溶液在外电流场作用下，产生电化学极化的结果。双频激电法的激发电流是两种不同频率的方波电流的叠加，向地下供入这个叠加电流，会使地下的激电场的电位信息中含有这两种频率成分，如果接收这个电位信息并通过仪器来进行处理，那么就可以一次得到低频和高频的电位差。在双频激电法中要求供电电流比时间域小几十倍，因而装置轻便，野外易于移动，效率高。双频激电法不需要变频，一次观测可以同时获得低频电位差和高频电位差数据，进一步提升了效率。由于双频同时供电，同时测量，一些偶然的因素对低频电位差和高频电位差的干扰相同，计算结果时因相减而抵消，以而提升了仪器精度。本论文在原理方面对双频激电系统进行了仿真，给出了仪器设计依据；在硬件电路方面主要包括电源电路、信号接收电路、信号采集制约电路设计；在软件设计方面包括FPGA程序设计、单片机程序设计和LabVIEW制约软件设计。其中FPGA程序完成了PLL模块、译码器模块、A/D制约模块、FFT模块和FIFO模块的设计工作，单片机程序实现接收仪器和上位机PDA之间的通讯，在上位机PDA中运用LabVIEW设计制约显示软件，来完成接收机的制约及数据处理显示工作。基于FPGA的双频激电接收机，在接收到采集的差分信号之后输入信号调理和A/D采集电路，经过A/D采集模块后的数字信号传输到FPGA电路中，在FPGA中进行FFT计算得到两个不同频率的频率分量信息，分别将两种频率信息通过单片机加通信协议，然后经串口连接的蓝牙无线传输模块将数据传输到上位机PDA中。在上位机PDA中运用LabVIEW进行数据进一步处理，数据计算处理后得到相位差和视幅频率，在LabVIEW制约面板上显示结果值。当前后两点的结果值差别显著时，说明有着异常点。每一测量点的相位差值和视幅频率值都将存储到PDA的内存中。当一次测量结束后，所有测量点的结果值可以在PC机中成图，以显示测量结果走势并观测异常位置所在。在接收机设计完成后，在实验室室内水池中进行了实验，给出了竖直放置铜板时的测量数据。通过实验结果的比较浅析，验证了基于FPGA的双频激电接收机工作的准确性和稳定性。关键词：双频激电法论文FFT-IP核论文接收机论文

摘要4-6

Abstract6-10

第1章 绪论10-15

1.1 本论文探讨背景10-11

1.2 激发极化探测技术进展历程11-13

1.3 本论文探讨作用和内容13-15

第2章 双频激电法接收机工作原理15-30

2.1 双频激电基本原理15-20

2.1.1 时间域激发极化效应15-17

2.1.2 频率域激发极化效应17-19

2.1.3 双频激电思想19-20

2.2 双频激电法系统仿真20-27

2.2.1 信号源仿真模型21

2.2.2 接收通道仿真模型21-22

2.2.3 带通滤波器仿真模型22-24

2.2.4 检波与积分模块仿真模型24-26

2.2.5 Fs 计算模块仿真模型26-27

2.3 双频激电接收机总体构架及工作历程27-29

2.3.1 接收机的总体构架27-28

2.3.2 接收机的工作历程28-29

2.4 本章小结29-30

第3章 接收机硬件电路设计30-36

3.1 电源电路设计30

3.2 信号接收电路设计30-32

3.2.1 信号接收电极30-31

3.2.2 信号调理电路设计31

3.2.3 A/D 转换模块电路设计31-32

3.3 信号采集制约电路设计32-35

3.3.1 FPGA 电路设计32-34

3.3.2 单片机电路设计34-35

3.4 本章小结35-36

第4章 接收机软件设计36-54

4.1 FPGA 程序设计36-45

4.1.1 PLL 模块37

4.1.2 译码器模块37-38

4.1.3 A/D 制约模块38-41

4.1.4 FFT 算法模块41-44

4.1.5 FIFO 功能模块44-45

4.2 单片机程序设计45-48

4.2.1 主函数程序45-46

4.2.2 中断程序46-47

4.2.3 串口蓝牙模块47-48

4.3 LabVIEW 制约软件设计48-53

4.3.1 软件界面及工作流程49-51

4.3.2 操作制约部分51-52

4.3.3 参数设置部分52

4.3.4 数据处理显示部分52-53

4.4 本章小结53-54

第5章 样机测试与结果浅析54-58

5.1 样机测试54-57

5.2 结果浅析57-58

第6章 全文总结58-60

6.1 本论文成果58

6.2 改善倡议58-60