[發(fā)明專利]一種海洋電法探測信號采集電路

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410288467.0
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN104199112A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設計）人: 鄭彥鵬;李先鋒;吳偉;李志華;曾信
• 申請（專利權(quán)）人: 國家海洋局第一海洋研究所;中國地質(zhì)大學（武漢）
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08
• 代理公司: 青島海昊知識產(chǎn)權(quán)事務所有限公司 37201
• 代理人: 王鐸

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種信號采集電路，尤其是涉及一種用于海洋電法探測中的信號采集電路。

背景技術(shù)

在各種海洋勘探方法中，海洋電法勘探是根據(jù)海底沉積物乃至地殼中不同物質(zhì)之間存在的電磁性質(zhì)差異，通過觀測天然的或人工激發(fā)的電場、電磁場分布特征，來研究海底地質(zhì)構(gòu)造、礦產(chǎn)資源分布，解決工程、環(huán)境、災害等地質(zhì)問題的一類地球物理勘探方法。在海上地震勘探難以發(fā)揮作用的特殊地質(zhì)情況下，海洋電法可以提供海底深部構(gòu)造的重要信息。近些年，海洋電法的研究與應用得到蓬勃發(fā)展，成為海洋勘探方法中炙手可熱的一個研究方向。

目前在國內(nèi)海洋拖曳式電法探測中，國家海洋局第一海洋研究所與中國地質(zhì)大學（武漢）合作，研制出了一套海洋雙頻激電探測系統(tǒng)，經(jīng)過多次海洋實驗，證實了其在該領(lǐng)域取得了重大突破并積累了大量非常寶貴的經(jīng)驗。該海洋雙頻激電儀的接收機在采集雙頻激電信號時，采用集中式的數(shù)據(jù)采集方式。多個接收電極連接在一條多芯電纜上，多路信號通過電纜內(nèi)的模擬信號傳輸線送入接收機中的數(shù)據(jù)采集卡進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。該方式類似于集中式的多道地震采集系統(tǒng)的工作方式，主要存在以下不足：首先，由于多個通道的模擬信號都在接收纜內(nèi)傳輸，而模擬信號容易受發(fā)送電纜大功率信號的干擾和道間串擾，影響系統(tǒng)測量精度并且由于信號衰減通信距離受限進一步限制了數(shù)據(jù)采集通道數(shù)。并且模擬信號需要單獨的線路傳輸，多通道數(shù)據(jù)采集會增加電纜的芯數(shù)，會增加電纜的直徑，導致電纜變得笨重，在拖曳工作與運輸過程中將非常不方便，而海洋作業(yè)環(huán)境又非常惡劣，電纜容易受到損壞，不易維修和更換。其次，隨著通道數(shù)增加，電纜直徑增加，會增加電纜的密封難度和成本。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種體積微小，易于密封的海洋電法探測信號采集電路，可以將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號在電纜中傳輸，提高測量精度，減少電纜芯數(shù)，減輕電纜重量。

為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：在每個接收電極處密封一個信號采集電路，將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號發(fā)送到電纜上，多個接收電極處的采集電路通過RS-485通訊組成采集網(wǎng)絡將信號傳輸?shù)絇C機上，減少電纜芯數(shù)。

所述每個信號采集電路包括信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、作為控制核心的單片機、數(shù)據(jù)存儲電路、通訊電路、實時監(jiān)控電路和電源管理電路。其中，所述單片機是信號采集的核心，由單獨的電池供電，它接收PC機發(fā)送來的指令控制電源管理單元選擇其他模塊電路由外部供電還是電池供電，并返回供電電壓值；在單片機控制下，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采集電信號，將得到的數(shù)據(jù)存儲到大容量SD卡，并通過RS-485通訊電路傳給水面PC機。

所述電源管理電路供電方式選擇由外部供電或由自帶的電池供電。當采用外部供電時，由外部電源線給電路提供電源。為了提高電能傳輸效率，減小能力損耗，將采用24V或者36V電壓輸電，通過降壓芯片將其轉(zhuǎn)成低電壓使用。為了減小降壓電路的功率損耗，電壓轉(zhuǎn)換電路選擇高效率的DC/DC芯片，同時，為了降低因DC/DC引入的電源噪聲，DC/DC后面再接一級低壓差線性穩(wěn)壓器。

所述單片機采用低功耗MSP430F1611單片機，用于控制串口通訊模塊、日歷時鐘模塊、SD卡存儲模塊、選擇供電源、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的存儲。

所述單片機包括有兩個串口：一個與水面PC機通訊，執(zhí)行包括狀態(tài)檢測信息、啟動與結(jié)束工作、參數(shù)設置的功能；另一個通過串口分時復用，分別與實時時鐘和存儲模塊通訊。

所述信號調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用一個3輸入通道的24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器變換電路對3通道的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，分別來自相鄰三個通道的電極輸出的電信號經(jīng)過前端差分輸入偏壓后，送入前置程控放大器進行放大，然后經(jīng)過一個二階的巴特沃斯低通濾波器后送入24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器中。模數(shù)轉(zhuǎn)換器在單片機的控制下，把采集的模擬電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過SPI總線將得到的數(shù)據(jù)存儲在大容量SD卡里，并通過RS-485總線網(wǎng)絡傳輸?shù)絇C機。

所述通訊電路包括232串口通訊、帶光電隔離的485通訊，其中：單片機與水面PC機采用光隔離的485通訊；單片機與模數(shù)轉(zhuǎn)換單元采用232串口通訊。通訊內(nèi)容包括單片機與PC機通訊，包括數(shù)據(jù)和指令的傳輸，串口的分時復用，命令的識別，數(shù)據(jù)的接收和校驗，通訊故障識別和處理；單總線讀取和設定日歷時鐘的基準時間和設置鬧鐘時間，以及包括監(jiān)測數(shù)據(jù)的報警判斷和打包上發(fā)PC機系統(tǒng)。

所述實時監(jiān)控電路由單片機控制核心通過串口分時復用方式獲得電壓、溫度信息，實時上傳至水面PC機。