專利名稱：一種頻率域電法儀gps精密同步斬波去耦器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種頻率域電法儀GPS精密同步斬波去耦器。
背景技術(shù)：
在頻率域電法儀器測(cè)量中普遍存在著電磁耦合效應(yīng)，是測(cè)量中的嚴(yán)重干擾， 國(guó)內(nèi)外目前多是基于數(shù)據(jù)處理的手段來(lái)進(jìn)行，其電磁耦合校正方案在電磁耦合 較弱時(shí)尚有較好的校正效果，當(dāng)電磁耦合效應(yīng)增強(qiáng)時(shí)，校正效果普遍較差。這 樣的一些去耦方法不僅需要增加野外工作量，而且難以適應(yīng)野外復(fù)雜的地電場(chǎng) 工作環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服軟件校正的缺點(diǎn)，提供一種在測(cè)量的同時(shí)采用硬件 實(shí)現(xiàn)斬波去耦的技術(shù)方法，無(wú)論電磁耦合效應(yīng)強(qiáng)或弱，都能有較好校正效果的 」種頻率域電法儀GPS精密同步斬波去耦器。
本發(fā)明的技術(shù)方案是包括GPS天線，GPS守時(shí)模塊U1、波形形成模塊 U2、隔離斬波模塊U3、橋式開(kāi)關(guān)模塊，單片機(jī)管理模塊U4，所述GPS天線與 GPS守時(shí)模塊Ul連接，GPS守時(shí)模塊Ul中內(nèi)置GPS接收模塊和恒溫晶體振 蕩器0CX0， GPS守時(shí)模塊與波形形成模塊U2相連，在斬波發(fā)送機(jī)中，波形形成 模塊U2產(chǎn)生的末級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與發(fā)送機(jī)內(nèi)置隔離驅(qū)動(dòng)電路的橋式功率開(kāi)關(guān)的輸 入端連接，經(jīng)橋式開(kāi)關(guān)電路將高壓直流電轉(zhuǎn)換成電法儀器發(fā)送機(jī)輸出的矩形電 流，向大地供電；斬波接收機(jī)中的波形形成模塊U2與隔離斬波模塊U3相連， 隔離斬波模塊U2與單片機(jī)管理模塊U4連接，隔離斬波模塊內(nèi)部的電子開(kāi)關(guān)， 受斬波脈沖控制，產(chǎn)生與斬波脈沖一致的開(kāi)關(guān)信號(hào)，該電子開(kāi)關(guān)插入到電法接
收機(jī)信號(hào)通道中的工頻濾波之后的位置，經(jīng)前置放大、工頻濾波后進(jìn)行同步斬 波。
所述GPS接收模塊中內(nèi)置的GPS解碼器產(chǎn)生UTC時(shí)間信號(hào)和1PPS秒時(shí)鐘 信號(hào)，1PPS信號(hào)分別輸入單片機(jī)管理模塊及可編程器件，可編程器件內(nèi)設(shè)計(jì)的 計(jì)數(shù)器對(duì)恒溫晶體輸出的振蕩信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)分頻，并與GPS模塊輸出的1PPS 信號(hào)進(jìn)行比較，其誤差信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換為誤差電壓，加在恒溫晶體壓控端，微 調(diào)恒溫晶體振蕩頻率，消除恒溫晶體可能產(chǎn)生的累計(jì)誤差。
所述GPS守時(shí)模塊的1腳與GPS天線相連，Ul的5、 6、 7腳分別與波形 形成模塊U2的3、 2、 l腳連接，8腳接電源。
所述波形形成模塊U2的12腳產(chǎn)生接收機(jī)斬波脈沖信號(hào)，斬波脈沖信號(hào)的 頻率由U2的9、. 10腳的電平設(shè)定，斬波脈沖寬度的選擇由U2的5、 6、 7腳的 電平設(shè)定，單片機(jī)管理模塊U4的2、 3、 4腳分別與U2的5、 6、 7腳相連，用 于設(shè)定U2產(chǎn)生的斬波脈沖的寬度，U4的5、 6腳分別與U2的9、 IO腳相連，用 于設(shè)定U2產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和斬波信號(hào)的頻率。
所述隔離斬波模塊U3的2、 3腳分別與接收機(jī)的波形形成模塊的12、 11 腳電相連，1、 4腳懸空，5腳為光耦輸出級(jí)接地端，8腳為光耦輸出級(jí)電源輸入 端，U3的內(nèi)部6、 7腳之間的電子開(kāi)關(guān)受U3的2腳輸入的斬波脈沖控制，當(dāng)U3 的2腳輸入高電平時(shí)，6、 7腳之間的電子開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，反之處于導(dǎo)通狀 態(tài)。
所述單片機(jī)管理模塊U4在工作時(shí)設(shè)定5、 6、 7、 9、 IO的工作電平，選擇 合適的工作頻率和斬波寬度。
本發(fā)明采用具有守時(shí)功能的GPS守時(shí)模塊輸出的秒時(shí)鐘作為同步基準(zhǔn)，同 步速度快、精度高，不需要人工校準(zhǔn)；采用硬件分頻技術(shù)形成發(fā)送機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)
及同步的接收機(jī)斬波脈沖，斬波同步準(zhǔn)確，斬波脈沖十分穩(wěn)定；隔離斬波模塊 避免了斬波電路對(duì)儀器接收機(jī)的干擾，隔離斬波模塊內(nèi)置高隔離、低導(dǎo)通阻抗 的電子開(kāi)關(guān)避免了插入電子開(kāi)關(guān)后對(duì)儀器接收機(jī)的影響。這種用硬件進(jìn)行斬波 去耦的技術(shù)方法，可在測(cè)量的同時(shí)，消除電磁耦合效應(yīng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的不良影響， 不需要額外增加工作量，并避免了軟件校正時(shí)的不便和不足。


圖1為系統(tǒng)組成方框圖； 圖2為GPS守時(shí)模塊U1示意圖； 圖3波形形成模塊U2示意圖； 圖4為隔離斬波模塊U3示意圖5為發(fā)送機(jī)末級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)及接收機(jī)同步斬波開(kāi)關(guān)信號(hào)模塊連接圖； 圖6為斬波發(fā)送機(jī)末級(jí)結(jié)構(gòu)方框圖； 圖7為斬波器插入位置方框圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1:
GPS天線與GPS守時(shí)模塊Ul連接，GPS守時(shí)模塊Ul中內(nèi)置GPS接收模 塊和恒溫晶體振蕩器0CX0， GPS守時(shí)模塊與波形形成模塊U2相連，在斬波發(fā)送 機(jī)中，波形形成模塊U2產(chǎn)生的末級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與發(fā)送機(jī)內(nèi)置隔離驅(qū)動(dòng)電路的橋式 功率開(kāi)關(guān)的輸入端連接，經(jīng)橋式開(kāi)關(guān)電路將高壓直流電轉(zhuǎn)換成電法儀器發(fā)送機(jī) 輸出的矩形電流，向大地供電；斬波接收機(jī)中的波形形成模塊U2與隔離斬波模 塊U3相連，隔離斬波模塊內(nèi)部的電子開(kāi)關(guān)，受斬波脈沖控制，產(chǎn)生與斬波脈沖 一致的開(kāi)關(guān)信號(hào)，該電子開(kāi)關(guān)插入到電法接收機(jī)信號(hào)通道中的工頻濾波之后的 位置，經(jīng)前置放大、工頻濾波后進(jìn)行同步斬波。參照?qǐng)D2:其中A為GPS守時(shí)模塊引腳圖，B為內(nèi)部組成方框圖 GPS接收模塊中內(nèi)置的GPS解碼器產(chǎn)生UTC時(shí)間信號(hào)和1PPS秒時(shí)鐘信號(hào)， 1PPS信號(hào)分別輸入單片機(jī)管理模塊及可編程器件，可編程器件內(nèi)設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)器 對(duì)恒溫晶體輸出的振蕩信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)分頻，并與GPS模塊輸出的1PPS信號(hào)進(jìn) 行比較，其誤差信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換為誤差電壓，加在恒溫晶體壓控端，微調(diào)恒溫 晶體振蕩頻率，消除恒溫晶體可能產(chǎn)生的累計(jì)誤差。
參照?qǐng)D3 :其中A為該模塊引腳圖，B為模塊內(nèi)部電路原理圖； U2的12、 11腳分別與U3的2、 3腳相連。l腳為秒脈沖輸入腳，3腳為恒 溫晶體振蕩信號(hào)輸入腳，4腳為空腳，2、 8、 11、 13腳接地，16腳接電源，12 腳為斬波信號(hào)輸出端，14、 15為發(fā)送機(jī)末級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端。
波形形成模塊U2為設(shè)計(jì)的專用芯片，主要用于產(chǎn)生與1PPS秒脈沖同步的 發(fā)送機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)、接收機(jī)斬波脈沖信號(hào)，發(fā)送機(jī)、接收機(jī)有4種不同的工作頻 率供選擇，工作時(shí)由U2的9、 IO腳電平設(shè)定，接收機(jī)斬波脈沖寬度有8種不同 的斬波寬度選項(xiàng)，由U2的5、 6、 7腳電平設(shè)定，工作時(shí)，由單片機(jī)模塊設(shè)置5、 6、 7、 9、 IO腳電平，用于選擇相應(yīng)的發(fā)送機(jī)、接收機(jī)工作頻率以及接收機(jī)斬波 寬度，要求發(fā)送機(jī)與接收機(jī)工作頻率一致。
參照?qǐng)D4:其中A為該模塊引腳圖，B為模塊內(nèi)部電路原理圖； U3的2、 3腳分別與接收機(jī)的波形形成模塊的12、 ll腳電相連，1、 4腳懸 空，5腳為光耦輸出級(jí)接地端，8腳為光耦輸出級(jí)電源輸入端，當(dāng)U3的2腳為低 電平時(shí)，U3的6、 7腳(即SIG—0UT、 SIG—IN引腳)之間處于導(dǎo)通狀態(tài)，阻抗很 低；當(dāng)2腳為高電平(即斬波脈沖到來(lái))時(shí)，U3的6、 7腳內(nèi)部處于開(kāi)路狀態(tài)， 信號(hào)無(wú)法傳送至下一級(jí)，從而將這部分信號(hào)斬除。
參照?qǐng)D5:圖中(l)是斬波發(fā)送機(jī)末級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，(2)是斬波接收機(jī)斬
波開(kāi)關(guān)信號(hào)發(fā)生器。
U2的5、 6、 7引腳分別與單片機(jī)管理模塊U4的2、 3、 4腳相連，用于設(shè)定 U2產(chǎn)生的斬波脈沖的寬度。U2的9、 10引腳分別與U4的5、 6腳相連，用于設(shè) 定U2產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和斬波信號(hào)的頻率。U2的12腳產(chǎn)生接收機(jī)斬波脈沖信號(hào)， 斬波脈沖信號(hào)的頻率由U2的9、 10腳的電平設(shè)定，斬波脈沖寬度的選擇由U2 的5、 6、 7腳的電平設(shè)定，斬波脈沖信號(hào)經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)模塊U3的隔離驅(qū)動(dòng)，U3 的內(nèi)部6、 7腳之間的電子開(kāi)關(guān)受U3的2腳輸入的斬波脈沖控制，當(dāng)U3的2腳 輸入高電平(斬波脈沖到來(lái))時(shí)，6、 7腳之間的電子開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，反之 處于導(dǎo)通狀態(tài)，單片機(jī)管理模塊(U4)在工作時(shí)設(shè)定5、 6、 7、 9、 IO的工作電平， 選擇合適的工作頻率和斬波寬度。
產(chǎn)生發(fā)送機(jī)末級(jí)同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)的模塊連接圖只需去掉U3模塊即可。末級(jí)同 步驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率由U2的9、 IO腳電平設(shè)定，同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)U2的15、 14引 腳輸出到發(fā)送機(jī)末級(jí)電路，單片機(jī)管理模塊(U4)在工作時(shí)設(shè)定9、 10的工作電 平，選定的工作頻率應(yīng)與接收機(jī)保持一致。
參照?qǐng)D6: U2輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(WAV A、 WAV B)經(jīng)橋式開(kāi)關(guān)模塊內(nèi)部的隔 離驅(qū)動(dòng)，控制橋式開(kāi)關(guān)，將高壓直流電轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的矩形電流對(duì)大地供電。
參照?qǐng)D7:圖中SIG—IN、 SIGJ)UT分別與隔離斬波模塊7、 6腳內(nèi)的電子開(kāi) 關(guān)相連，經(jīng)前置放大和工頻濾波后的地電場(chǎng)信號(hào)受到斬波開(kāi)關(guān)控制。當(dāng)沒(méi)有斬 波脈沖時(shí)，電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)斬波脈沖到來(lái)時(shí)，電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，達(dá)到斬波的目 的。
權(quán)利要求
1.一種頻率域電法儀GPS精密同步斬波去耦器，其特征在于包括GPS天線，GPS守時(shí)模塊U1、波形形成模塊U2、隔離斬波模塊U3、橋式開(kāi)關(guān)模塊，單片機(jī)管理模塊U4，所述GPS天線與GPS守時(shí)模塊U1連接，GPS守時(shí)模塊U1中內(nèi)置GPS接收模塊和恒溫晶體振蕩器OCXO，GPS守時(shí)模塊與波形形成模塊U2相連，在斬波發(fā)送機(jī)中，波形形成模塊U2產(chǎn)生的末級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與發(fā)送機(jī)內(nèi)置隔離驅(qū)動(dòng)電路的橋式功率開(kāi)關(guān)的輸入端連接，經(jīng)橋式開(kāi)關(guān)電路將高壓直流電轉(zhuǎn)換成電法儀器發(fā)送機(jī)輸出的矩形電流，向大地供電；斬波接收機(jī)中的波形形成模塊U2與隔離斬波模塊U3相連，隔離斬波模塊U2與單片機(jī)管理模塊U4連接，隔離斬波模塊內(nèi)部的電子開(kāi)關(guān)，受斬波脈沖控制，產(chǎn)生與斬波脈沖一致的開(kāi)關(guān)信號(hào)，該電子開(kāi)關(guān)插入到電法接收機(jī)信號(hào)通道中的工頻濾波之后的位置，經(jīng)前置放大、工頻濾波后進(jìn)行同步斬波。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率域電法儀GPS精密同步斬波去耦器，其特征 在于所述GPS接收模塊中內(nèi)置的GPS解碼器產(chǎn)生UTC時(shí)間信號(hào)和1PPS秒時(shí)鐘 信號(hào)，1PPS信號(hào)分別輸入單片機(jī)管理模塊及可編程器件，可編程器件內(nèi)設(shè)計(jì)的 計(jì)數(shù)器對(duì)恒溫晶體輸出的振蕩信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)分頻，并與GPS模塊輸出的1PPS 信號(hào)進(jìn)行比較，其誤差信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換為誤差電壓，加在恒溫晶體壓控端，微 調(diào)恒溫晶體振蕩頻率，消除恒溫晶體可能產(chǎn)生的累計(jì)誤差。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率域電法儀GPS精密同步斬波去耦器，其特征 在于GPS守時(shí)模塊的1腳與GPS天線相連，Ul的5、 6、 7腳分別與波形形成 模塊U2的3、 2、 l腳連接，8腳接電源。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率域電法儀GPS精密同步斬波去耦器，其特征 在于所述波形形成模塊U2的12腳產(chǎn)生接收機(jī)斬波脈沖信號(hào)，斬波脈沖信號(hào)的頻率由U2的9、 10腳的電平設(shè)定，斬波脈沖寬度的選擇由U2的5、 6、 7腳的 電平設(shè)定，單片機(jī)管理模塊U4的2、 3、 4腳分別與U2的5、 6、 7腳相連，用 于設(shè)定U2產(chǎn)生的斬波脈沖的寬度，U4的5、 6腳分別與U2的9、 IO腳相連，用 于設(shè)定U2產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和斬波信號(hào)的頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率域電法儀GPS精密同步斬波去耦器，其特征 在于所述隔離斬波模塊U3的2、 3腳分別與接收機(jī)的波形形成模塊的12、 11腳 電相連，1、 4腳懸空，5腳為光耦輸出級(jí)接地端，8腳為光耦輸出級(jí)電源輸入端， U3的內(nèi)部6、 7腳之間的電子開(kāi)關(guān)受U3的2腳輸入的斬波脈沖控制，當(dāng)斬波脈 沖到來(lái)即U3的2腳輸入高電平時(shí)，6、 7腳之間的電子開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，反之 處于導(dǎo)通狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種頻率域電法儀GPS精密同步斬波去耦器。GPS天線與GPS守時(shí)模塊U1連接，GPS守時(shí)模塊U1中內(nèi)置GPS接收模塊和恒溫晶體振蕩器OCXO，GPS守時(shí)模塊與波形形成模塊U2相連，波形形成模塊U2產(chǎn)生的末級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與發(fā)送機(jī)內(nèi)置隔離驅(qū)動(dòng)電路的橋式功率開(kāi)關(guān)的輸入端連接，斬波接收機(jī)中的波形形成模塊U2與隔離斬波模塊U3相連，隔離斬波模塊U2與單片機(jī)管理模塊U4連接，隔離斬波模塊內(nèi)部的電子開(kāi)關(guān)，受斬波脈沖控制，產(chǎn)生與斬波脈沖一致的開(kāi)關(guān)信號(hào)，該電子開(kāi)關(guān)插入到電法接收機(jī)信號(hào)通道中的工頻濾波之后的位置，經(jīng)前置放大、工頻濾波后進(jìn)行同步斬波。本發(fā)明可在測(cè)量的同時(shí)，消除電磁耦合效應(yīng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的不良影響，不需要額外增加工作量，避免了軟件校正時(shí)的不便和不足。
文檔編號(hào)G01D3/028GK101178315SQ20071003579
公開(kāi)日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2007年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月24日
發(fā)明者付國(guó)紅, 何繼善, 佟鐵鋼, 彬 熊 申請(qǐng)人:湖南繼善高科技有限公司