海底环境参数采集电路的硬件实现及其驱动软件设计

海底大地电磁探测与陆上同类探测的技术差别之一是其测量过程受环境因素的影响较大.为真实地获取海底岩石介质的电性模型, 在对海底大地电磁实测信号进行数据处理的同时, 需参考海底仪器的方位朝向、倾斜姿态等信息, 以便认识海底电磁场真实的矢量变化方向, 进而实现对整个测网多站位的统一资料解释.为达到这一目的, 海底大地电磁仪内部设有环境参数采集通道, 该通道对诸如方位、倾斜、温度等信息实施分时循环采集.电路包括PC104嵌入式计算机、多路选择开关、逻辑控制门阵列等硬件单元.在硬件架构搭建完成后, 开发出相配套的电路驱动软件, 实现对海底环境参数的实时记录与存储.近期的海洋试验效果显示, 所研制的电路硬件及其驱动软件已达到设计要求.      

四阶Δ-Σ过抽样电路原理及其在微弱地学信号检测中的应用

传统的测量电路无法解决诸如海底大地电磁场这样微弱地学信号的检测问题。近几年诞生了一种称之为ΔΣ的电路理论以及相应的硬件芯片 ,给微伏级的弱信号检测开辟一条新的技术路径。文章介绍与地学探测有关的一种ΔΣ电路类型 ,该类型以低频段微弱信号为检测对象。采用系统理论和电路分析方法对ΔΣ原理作了较深入的讨论 ,阐明这种电路技术对提高微弱信号观测的分辨率是有效的。结合海底大地电磁探测中的信号采集问题 ,介绍了在仪器中把多路的被测模拟量变为数字量的技术过程。经对实际采集的海底信息的频谱曲线进行分析 ,证实所采用的ΔΣ技术以及多路信号采集的电路方案是合理的。     

四阶△－∑过抽样电路原理及其在微弱地学信号检测中的应用

传统的测量电路无法解决诸如海底大地电磁场这样微弱地学信号的检测问题。近几年诞生了一种称之为△-∑的电路理论以及相应的硬件芯片，给微伏级的弱信号检测开辟一条新的技术路径。文章介绍与地学探测有关的一种△-∑电路类型，该类型以低频段微弱信号为检测对象。采用系统理论和电路分析方法对△-∑原理作了较深入的讨论，阐明这种电路技术对提高微弱信号观测的分辨率是有效的。结合海底大地电磁探测中的信号采集问题，介绍了在仪器中把多路的被测模拟量变为数字量的技术过程。经对实际采集的海底信息的频谱曲线进行分析，证实所采用的△-∑技术以及多路信号采集的电路方案是合理的。     

海底MT采集电路在非实时监控状态下的容错性设计

测量海底大地电磁场的仪器系统只能以非实时监控模式运行,这给信号的采集工作带来诸多不可预测的因素。在测量周期长、条件恶劣且与人员隔绝的时空条件下,信号测试过程会受到来自环境干扰和电路异常等方面的影响。因而,预防干扰及自动纠错成为海底大地电磁信号采集电路必须具备的功能。针对可能出现的电路故障,设计相应的软硬件纠错方案以确保海底的仪器始终正常工作是十分重要的。详细分析了海洋作业过程中由于强烈振动的影响、电子盘的写盘噪声以及方向传感器的电磁辐射等方面的故障及其产生的原因,并提出了软件与硬件相结合的容错性设计方案,实现了海底电磁信号采集在非实时监控状态下的容错功能。     

海底大地电磁信号采集的技术难点

海底大地电磁探测要解决的首要问题是海底信号采集。对于陆上已广泛使用且采集技术已较为成熟的大地电磁测深法来说 ,该方法在海洋中的应用并不是一个简单的方法移植问题。由于海洋环境的严酷、海上作业的风险和海底信号微弱 ,要实现海底大地电磁信号采集面临着重重困难。为实现预期的探测目标 ,需采用一系列高新技术 ,包括微弱信号检测技术、海底多台观测系统的高精度同步技术、智能化控制技术、水下密封承压技术以及硬件系统集成技术等等。对海底大地电磁探测所遇到的难点技术问题作了初步的探讨     

国家863计划课题“海底大地电磁探测技术”研究进展

1　研究内容和目标“海底大地电磁探测技术 ( 82 0 -0 3 -0 4 )”研究课题属于国家 863计划海洋技术研究领域。该课题由中国地质大学负责 ,参加单位有中南工业大学、广州海洋地质调查局、同济大学和长春科技大学。该课题研究的最终目标是建立我国的海底大地电磁探测技术 ,为即将开始的我国海域区域地质调查提供新的技术支撑 ,为发展我国的海洋电磁探测奠定基础。其主要研究内容包括 :( 1 )海底大地电磁仪器的研制 ;( 2 )海底大地电磁探测技术研究 (包括理论和海上作业技术研究 ,以及海上试验研究 ) ;( 3 )海底大地电磁数据处理和解释系统研…     

带远参考测量方式的海底大地电磁同步采集技术

在海底进行带远参考的大地电磁数据采集,需解决的技术问题包括：仪器的硬件电路中需含有高精度的时钟源,该时钟的走时误差仅为微秒级;需将GPS时间信息写入主控计算机中,使得高精度时钟源成为与标准时间一致的时钟;设计同步性能可靠的数据采集电路。在研发过程中,采用温补晶振技术使振荡频率稳定至10^-7秒;编写对钟驱动程序使PC104计算机能成功地在海面上实施与GPS对钟;运用同步控制电路芯片组成完善的采集系统。海洋试验证明了上述方案的有效可行性。     

中国大陆深探测的大地电磁测深研究

通过对地震波速度、密度、磁性、导电性等物理场进行观测,研究地壳与上地幔的物性与结构特征,将为研究地球内部物质状态、地壳运动过程及其动力学机制等科学命题提供科学依据,同时也将为寻找深部大型矿床提供信息。大地电磁深探测方法作为研究地球壳幔电性结构的主要地球物理方法,在国内外完成了大量探测工作,取得了许多重要的研究成果。在研究壳幔构造方面,大地电磁法和地震方法一起被视为两大支柱方法,在世界范围内解决大陆动力学问题方面已有许多成功的应用范例。但由于大地电磁探测以天然电磁场作为场源,在矿集区等强干扰地区往往很难采集到高信噪比的数据,抗干扰能力较弱。同时,大地电磁与地震数据的约束反演以及联合解释目前尚没有达到实用化,这些都限制了大地电磁数据的处理及解释精度。"深部探测技术与实验研究"(SinoProbe)专项下属的"深部探测技术实验与集成"项目将选择青藏高原、西部造山带与华南山区结晶岩等复杂地质条件和不同人文干扰水平地区,以大地电磁探测与地震探测作为主要手段,研究深部精细地球物理探测技术的集成,并且通过实验剖面研究这些实验区的壳幔结构特征。其中的"大地电磁测深大剖面观测实验与壳/幔三维电性研究"课题,将通过在实验区的大地电磁观测实验,研究适用于不同地质条件及干扰水平地区的大地电磁数据采集方法技术以及精细处理与反演方法,同时探讨大地电磁数据与地震数据的约束反演以及联合解释。该研究将提高深部地球物理探测精度,为深部精细地球物理探测方法技术集成以及区域地球物理精细探测提供范例。已经完成的青藏高原东北缘西秦岭造山带和福建结晶岩地区的大地电磁观测试验表明,在这些典型地质构造区域,虽然存在施工困难,干扰水平大等各种不利因素,但只要采取合适的野外观测技术,并通过数据精细处理与反演计算,是能够获得高质量的大地电磁数据以及可靠的电阻率分布模型。试验所取得的成果,将为实现"深部探测技术实验与集成"项目科学目标和研究任务提供重要的技术支撑与保障。     

抽取滤波在海底大地电磁探测中的应用

海底大地电磁仪使用了△-Σ调制技术来实现微伏级信号的采集.从抽样理论出发,讨论了针对△-∑调制器输出的高频位流信号而进行的抽取滤波的原理及其构成,指出抽取滤波过程中必须使用多级抽取结构进行抽取和滤波,海底大地电磁仪器中使用的三级抽取滤波结构实现了数字抽取、抗混叠和滤除基带以外量化噪声的功能.同时也介绍了滤波模块的接口和海底大地电磁数据采集器中数字通道原理.结合海底大地电磁仪器的海上试验,通过分析采集的时间序列及其频谱曲线,说明海底大地电磁仪中使用的抽取滤波是合理、可行的.     

海底MT信号采集电路的设计

设计海底大地电磁信号采集电路，需考虑海底信号特征、海上作业以及海底环境等各种因素。分析表明，除遵循电路设计的一般原则外，海底大地电磁测量要重点解决微弱信号检测、智能化数据采集、海底环境监测和同步记录等4个方面的问题。在设计方案中，电路灵敏度达到微伏级；使用嵌入式计算机实现采集控制；对方位、倾斜、振动、温度等参数进行巡回记录；仪器的时钟精度精准到微秒。所研制的电路经过了室内模拟测试和海洋试验。首次采集到中国海域的大地电磁数据。     

海底大地电磁数据采集电路的接口技术

为了实现智能化的海底大地电磁数据采集,必须应用计算机技术使采集过程自动控制、被测数据自动存储、且电路具有某些纠错功能.根据海洋工程的作业特点,较详细地介绍了自行研制的海底大地电磁仪中的数据采集接口技术.整套仪器系统经海洋试验,证实是有效的和实用的.     

煤矿井下钻机远程控制系统设计

为解决深部矿井冲击地压大、巷道高温高湿等危险条件对钻孔施工的影响,设计了一种钻机远程控制系统。该远控系统由钻机近端和远控端组成,两者之间采用CAN和光纤通信来实现数据和视频图像传输,钻机近端以车用PLC为控制核心实现数据采集和控制功能,以CoDeSys为工具开发底层程序。远控端以单片机和PC104为核心,实现远程指令的收发和显示,上位机扩展CAN接口,通过LabVIEW开发显示界面。实际应用结果表明:该远控系统实现了800 m远程控制,具备响应速度快、操作方便、可靠性高、人机交互友好等优点,为煤矿井下无人值守的自动化钻场提供了一种控制系统。      

24位高分辨率本安型瑞利波探测仪的研究

利用Σ-Δ24位ADC、嵌入式PC/104工控机和CPLD技术,开发了一种具有实时数字化采集系统的24位高分辨率本安型瑞利波探测仪,本文介绍了MRD-Ⅲ型瑞利波探测仪的用途、特点、系统组成、软硬件设计方法和应用效果等。      

CAN总线与LPT通信接口设计的与实现

现场总线是用于自动化系统最底层的现场设备或仪表互联的通信网络。CAN是现场总线中的一种,具有较高的性价比和较强的实时处理能力。微机LPT并行口具有增强工作方式(EPP),可以进行双向快速数据传输。用CAN控制器SJA1000设计实现计算机并口LPT与CAN总线通信,介绍了并行口EPP方式的信号定义,寄存器工作时序及利用EPP模式进行数据快速双向传输的方法。给出了通信接口电路的设计方法和CAN总线与并行口EPP模式的通信程序,并对通信程序进行了的调试与验证。     

8098单片机与软盘驱动器接口技术

８０９８系列单片机近几年在工业控制、数据采集等方面得到了广泛的应用。因缺少大容量存储器限制了它的应用。介绍了８０９８单片机与ＩＢＭ系列软盘驱动的接口,硬件连接,实现数据的读、写操作和数据传送方法,扩大了８０９８单片机的使用范围。     

基于CAN总线的远程抄表系统设计

阐述采用SJA1000 CAN总线控制器,设计远程自动抄表系统的结构组成和实现方法。以该方法为基础,设计了CAN总线与单片机之间的通信接口电路、通信协议、数据帧格式,最后基于CAN总线通信的楼宇集中控制器和多用户CAN节点的硬件电路以及软件设计技术。     

CSAMT法静态效应模拟及其校正方法对比

在可控源音频大地电磁法中,由于浅层不均匀体的存在,总会存在一些静态现象。而静态问题又一直是电磁测深领域一个棘手的问题,它直接影响到电磁测量结果的解释。因此,必须对这种影响进行校正。这里通过对低阻静态模型的响应特征进行分析,并选用几种常见的静校正方法进行校正,对比其校正效果。     

Window 9X下利用VtoolsD开发硬件中断设备驱动程序

作者在本文中介绍了基于PC和Windows 9X平台下用中断方式实现数据采集的方法；并对虚拟设备驱动程序（VxD）和VtoolsD工具箱进行了简要介绍，通过对源代码的分析，说明了实时硬件中断VxD的实现过程。