并行高密度电法发射系统的设计

论文摘要

高密度电阻率法是在常规电法基础上发展起来的一种阵列勘探方法,通过一次性布置数百个电极,即可实现一片区域的电性数据测量。该方法主要用于老矿区深陷探测、地下水资源探测、堤坝渗漏检测等一系列工程地质问题研究。高密度电法是一种先进的物理勘探方法,但由于目前市场上的仪器结构受限,其往往不具备太高的工作效率。此外,这类仪器多具有发射信号单一,功耗大,抗干扰能力差,采样精度不高,体积笨重的缺点,这就导致此类仪器工作范围的局限性。为解决传统仪器的不足,本文借鉴分布式地震观测系统的数据测量方式,实现了并行测量方式,通过对主控电路、发射电路进行优化设计,最终实现了并行高密度电法发射系统的设计。本文对发射系统的相关技术进行了研究,主要包括系统方案设计、硬件电路设计、软件程序设计及关键技术的研究。硬件设计主要包括各主控单元和各模块单元电路的设计,以及PCB电路板设计。软件设计主要包括ARM控制程序的设计和FPGA逻辑控制时序的设计,其中ARM控制程序由C语言实现,FPGA时序逻辑则采用Verilog HDL硬件描述语言实现。设计过程中对相关硬件进行了电路调试,软件程序进行了时序和功能仿真。此外本文对IGBT尖峰电压吸收、信号同步触发及系统可靠性设计等关键问题进行了深入研究,设计了相关电路和功能模块,并对电路及模块测试仿真,均可实现设计要求,针对某些模块撰写了相关学术论文,最后对该系统进行了相关测试,对测试结果进行了分析与介绍。文章最后对本设计进行了总结与展望,并介绍了下一步的工作内容。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 高密度电法的发展及原理

1.3 高密度电法仪器的国内外研究现状

1.4 高密度电法仪器的发展趋势

1.5 本文的主要研究内容和结构

第2章系统的总体设计

2.1 系统功能概述

2.2 总体设计方案

2.3 本章小结

第3章系统硬件设计

3.1 主控单元设计

3.1.1 主控芯片及其电路设计

3.1.2 数据传输与存储电路设计

3.1.3 人机交互功能电路设计

3.1.4 定位与同步电路设计

3.2 FPGA逻辑控制单元设计

3.2.1 FPGA电路设计

3.2.2 RS422串口驱动电路

3.2.3 电流采样电路设计

3.3 电源模块设计

3.4 隔离模块设计

3.5 高压驱动模块设计

3.6 PCB电路板设计

3.7 本章小结

第4章系统软件设计及其仿真测试

4.1 ARM控制中心程序结构设计

4.1.1 主程序流程设计

4.1.2 子程序流程设计

4.1.3 矩阵键盘读取程序设计

4.2 FPGA逻辑控制单元程序设计

4.2.1 时域激电波形产生程序设计

4.2.2 相位激电波形产生程序设计

4.2.3 ADC电流采样控制时序设计

4.3 串口波特率自检模块设计

4.3.1 波特率自检模块设计方案

4.3.2 模块程序设计与仿真

4.4 本章小结

第5章关键问题与测试结果分析

5.1 IGBT尖峰电压吸收

5.1.1 尖峰产生机理

5.1.2 尖峰电压抑制的方法及原理分析

5.1.3 缓冲电路的仿真效果与选择

5.2 信号同步触发技术研究

5.2.1 同步误差产生原因

5.2.2 同步校正模块设计原理

5.2.3 同步校正模块实现方案

5.2.4 同步校正模块测试结果分析

5.3 系统可靠性设计

5.3.1 过流与短路保护

5.3.2 信号隔离保护

5.3.3 过温保护

5.4 测试结果与分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙夫文

导师: 张增良,郑采君

关键词: 高密度电法,发射机

来源: 北华航天工业学院

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地质学,地球物理学,地球物理学,矿业工程

单位: 北华航天工业学院

分类号: P631.322;P641.7

总页数: 74

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