论文摘要
半航空电磁探测兼顾航空电磁法的效率与地面电磁法的精度,并且随着无人机技术的成熟,被广泛应用于石油、金属矿、地质结构勘探等领域。现有以工控机加采集卡组合形式的收录系统重量往往超过3kg,并不适用于无人机平台,而基于微控器的收录系统性能较低,仅为单通道50kSPS采样率。为实现无人机平台多通道频率域信号的收录,本文对半航空频率域电磁法嵌入式收录系统进行了研究。收录系统作为电磁探测系统的关键部分,主要用于接收并存储包含有地下地质结构感应出二次场信息的总场信息。针对无人机平台小型化、低功耗的需求,根据频率域信号连续的特点对收录系统方案可行性进行分析,采用以FPGA与STM32为控制核心的设计方案。通过线圈结构传感器将总场信号转化为电压信号,利用差分放大电路对微弱信号放大,根据信号特点使用高精度24位ADC设计了4通道同步采集电路,并对数据的接收、缓存、传输和存储时序进行了分析与研究。利用FPGA内部FIFO缓存与整合数据,并设计了一种端口资源占用较少的并行传输方式将缓存的数据传输至STM32,STM32通过移植FAT32文件系统将数据存储至Micro SD卡,实现数据的连续采集与存储。在系统同步方面,针对GPS模块受到天气等因素影响,时间同步信息短时丢失的问题,对现有收录系统同步方式进行了分析,设计了基于FPGA硬件时间流与GPS的时间同步系统,该系统能够在数据处理时,利用线性插值方法补充丢失的同步信息。最后,利用虚拟仪器技术,在LabVIEW开发平台上编写了数据提取与整合程序,并通过FFT功率谱模块将时域信号转换至频域信号,进而提取频率信息,实现数据的预处理。首先通过采集信号发生器进行测试,结果表明收录系统能够实现24位4通道的连续采集与存储功能,并且采样率可达97.66kSPS,同步精度约为62.2ns,相比过去基于微控器的收录系统,提高了数据量;然后在电磁屏蔽室内对系统噪声进行了测试,测试结果显示系统底噪约为-110.71dB,达到指标要求;最后在贵州凯里附近矿区进行野外实验,结果表明,采集的信号能够有效反映出50Hz电力线的位置,具备实际应用价值。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 张嘉霖
导师: 于生宝
关键词: 电磁探测,半航空,频率域,收录系统,连续采集,同步
来源: 吉林大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑
专业: 地质学,地球物理学,矿业工程,航空航天科学与工程
单位: 吉林大学
分类号: P631.325;V248.1
总页数: 63
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