【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属矿探，特别涉及一种基于多频lc滤波的地空频率域电磁探测系统信号采集装置。
技术介绍
1、频率域电磁探测仪是地下电性异常目标探测的有效工具。然而，在实际应用中，由于接收系统采集到的信号是完整的电压的时间序列，所以采集到的信号不仅是目标异常体产生的感应信号，而是空间中多源耦合后的信号，其中包括目标频点的信号和各种噪声。噪声主要分成两个部分，第一部分是与目标频率同一频率的噪声，为了减弱这类噪声的影响，在fdem中选择发射和接收的频点(目标频点)不会与主要的噪声频率点重合。第二部分是与目标频率不在同一频率的噪声(非目标频率的噪声)，比如工业谐波噪声、人文噪声，这些噪声会降低电磁数据采集的信噪比，对频域电磁探测的检测精度和勘探准确度产生不利的影响，这是本专利技术中主要考虑的噪声类型。频域电磁接收系统的数字采集模块有量程限制。当被测信号中的噪声过大时，被测信号峰值超过数字采集模块的量程，会导致系统采集饱和，频谱失真。为了减小或消除噪声对探测的影响，很多学者提出了多种方法。李刚，张春峰等人提出将正交锁相放大技术应用于fdem接收系统设计，该技术可直接得到被测信号中单一频率分量的幅值和相位；但目前fdem中，为了提高探测效率，通常需要同时发射和采集至少三个频率的信号，所以正交锁相放大技术无法满足这个需求，并且该技术对参考信号正交度和低通滤波器精度要求较高。kumngern等人提出的a digitally programmable gainamplifier，具有增益可调，通频带可调的优点；但该电路不能同时具有多个通频带，并且电
2、因此，综上各种问题，有必要提出一种对传统频域电磁接收系统的模拟采集模块的普适性优化设计方案，结合无源滤波电路和电流信号的强干扰能力，对非目标频率的噪声进行压制，避免接收系统饱和，同时对多个目标频点实现高信噪比电磁采集。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于多频lc滤波的频域电磁探测系统信号采集装置，包括电池、接收线圈、模拟调理模块、数字控制模块和上位机，所述的电池与模拟调理模块和数字控制模块相连，作为整体信号采集系统供电的电源；所述的接收线圈与模拟调理模块相连，所述的模拟调理模块与数字控制模块相连，所述的数字控制模块与上位机相连；
2、所述的模拟调理模块包括多频lc滤波电路、adc采集电路和磁耦隔离电路，lc滤波电路、adc采集电路和磁耦隔离电路顺次相连；
3、所述的数字控制模块包括fpga芯片、psram、配置电路和晶振及gps模块，所述的psram通过配置电路与fpga芯片相连，所述的晶振及gps模块与fpga芯片相连。
4、fpga芯片提供adc信号采集的数据传输协议，以及提供adc采集电路工作所需要的时钟信号，该信号频率由fpga时钟管理模块的数字锁相环将晶振的输出频率倍频分频得到。fpga芯片内部设计fifo作为总线数据分配的中转站，通过psram作为fpga和上位机的信号数据中转站，从而实现不同芯片数据之间的传输匹配。
5、所述的接收线圈的线圈骨架缠绕导线的内陷结构分为两层，每层绕制一定匝数的镀银铜线，且两层线圈的缠绕方向相反；每层引出导线与接收机模拟调理模块输入端相连。
6、所述的多频lc滤波电路的电路结构为：数个lc支路并联，并串联有采样电阻rs；
7、所述的多频lc滤波电路前端设有一个功率放大器；在所述的多频lc滤波电路中串联一个分压电阻r0来抵消功率放大器的放大效果，r0的阻值由式(1)、式(2)确定：
8、
9、u＝auus (2)
10、其中，u为滤波电路的总电压信号；us为rs两端的电压信号；au为功率放大器的放大倍数；rs为采样电阻的阻值；
11、由于在多频lc滤波电路前端加入了功率放大器，功率放大器的输出阻抗会对电路的频率特性产生影响，需要对电路进行阻抗匹配：
12、ui代表功率放大器放大后的电压信号源，ri为功率放大器的输出阻抗；多频lc滤波电路的输入阻抗由式(3)确定：
13、
14、式中，x为阻抗的虚部，ω为被测信号中目标频率分量的角频率；//为电路并联算子，计算方法如下：a//b＝(ab)/(a+b)；当阻抗的虚部为x＝0，电路的输入阻抗等于r0+rs，为了消除ri对滤波电路频率特性的影响，rs+r0应满足的条件为rs+r0>>ri,在该条件下，当阻抗的虚部为0时，rs+ro两端的电压最接近ui，此时ri对滤波电路的影响可忽略不计，此时可以得到式(4)：
15、
16、当电感和电容参数确定时，求解式(4)，得到角频率ω的n个正实数解；通过选择合适的电感和电容参数，实现对信号中任意多个目标频率的同时采集和对目标频率外噪声的压制：
17、实际探测中目标频率由具体的探测深度和发射子系统确定，为已知变量；根据//算子的计算方法，算子两端任意一个数为0，则计算结果为0，因此，式(4)的求解过程转换为式(5)：
18、
19、式中，k＝1,2…n，对应了不同的lc支路；将目标频率代入式(5)，求得的电感和电容值则为与该目标频率对应的lc支路的设计参数。
20、本专利技术的有益效果：
21、本专利技术提供的一种基于多频lc滤波的频域电磁探测系统信号采集装置来实现对被测信号中任意多个目标频率的成分的采集和噪声的压制。通过分析20db带宽bw与噪声的压制效果的关系，电容、电感参数与bw的关系，本专利技术给出了以bw为导向的参数设计流程。多频lc滤波电路可以实现保留被测信号中多个目标频率成分的同时，对噪声进行压制，噪声幅值降低90％以上。实验中，滤波后的信号，信噪比提高23.35db，这些改进有助于提高fdem的探测效果。通过对实验的多次重复和测量不确定度分析，确定了使用fdem接收系统的标定方法可以消除滤波器的插入损耗所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多频LC滤波的频域电磁探测系统信号采集装置，其特征在于：包括电池、接收线圈、模拟调理模块、数字控制模块和上位机，所述的电池与模拟调理模块和数字控制模块相连，作为整体信号采集系统供电的电源；所述的接收线圈与模拟调理模块相连，所述的模拟调理模块与数字控制模块相连，所述的数字控制模块与上位机相连；
2.根据权利要求1所述的一种基于多频LC滤波的频域电磁探测系统信号采集装置，其特征在于：FPGA芯片提供ADC信号采集的数据传输协议，以及提供ADC采集电路工作所需要的时钟信号，该信号频率由FPGA时钟管理模块的数字锁相环将晶振的输出频率倍频分频得到；FPGA芯片内部设计FIFO作为总线数据分配的中转站，通过PSRAM作为FPGA和上位机的信号数据中转站，实现不同芯片数据之间的传输匹配。
3.根据权利要求1所述的一种基于多频LC滤波的频域电磁探测系统信号采集装置，其特征在于：所述的接收线圈的线圈骨架缠绕导线的内陷结构分为两层，每层绕制一定匝数的铜线，且两层线圈的缠绕方向相反；每层引出导线与接收机模拟调理模块输入端相连。
4.根据权利要求1所述的
...【技术特征摘要】
1.一种基于多频lc滤波的频域电磁探测系统信号采集装置，其特征在于：包括电池、接收线圈、模拟调理模块、数字控制模块和上位机，所述的电池与模拟调理模块和数字控制模块相连，作为整体信号采集系统供电的电源；所述的接收线圈与模拟调理模块相连，所述的模拟调理模块与数字控制模块相连，所述的数字控制模块与上位机相连；
2.根据权利要求1所述的一种基于多频lc滤波的频域电磁探测系统信号采集装置，其特征在于：fpga芯片提供adc信号采集的数据传输协议，以及提供adc采集电路工作所需要的时钟信号，该信号频率由fpga时钟管理模块的数字锁相环将晶振的输出频率倍频分频得到...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘长胜，王立彬，刘书序，于双瑀，田桐川，苏洋，梁洁，李茁维，阚绍佑，刘俊洪，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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