專利名稱：電磁脈沖地下探測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于工程地質(zhì)勘探技術(shù)領(lǐng)域。
在工程地質(zhì)勘探、地下埋設(shè)物的檢測(cè)等工程中，需要了解從地表至地下數(shù)米處的地質(zhì)構(gòu)造以及埋設(shè)物的位置、性質(zhì)、形狀等。美國(guó)地球物理勘探公司于一九七九年研制生產(chǎn)的SIR－7地下界面雷達(dá)(Survey Interface Radar)和一九八四年改進(jìn)制成的SIR－8地下界面雷達(dá)，在探查淺層地層埋深、巖性界面、斷層破碎帶、隱伏巖溶、地下管路、地下電纜、地下工程、江、河、湖水底地形、古墓群等地下目標(biāo)的探測(cè)中獲得成功。該地下界面雷達(dá)為脈沖沖擊式雷達(dá)，即連續(xù)向地下發(fā)射大功率視頻脈沖電磁波，這種視頻脈沖電磁波，遇到高阻地層界面或介電常數(shù)差異較大的界面時(shí)，將反射回地面。接收機(jī)將反回的視頻脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)，經(jīng)過一條專用長(zhǎng)電纜傳輸給雷達(dá)控制器，經(jīng)過放大和濾波處理后，輸送給圖像記錄儀進(jìn)行記錄，直接獲得地質(zhì)雷達(dá)時(shí)間剖面圖像。也可將信號(hào)輸送給磁帶機(jī)儲(chǔ)存，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或長(zhǎng)期保存。該地下界面雷達(dá)的缺點(diǎn)是內(nèi)存容量較小，沒有進(jìn)一步開發(fā)的功能，無法加入用戶自己開發(fā)的信號(hào)處理軟件；同時(shí)探測(cè)結(jié)果只能通過圖像記錄儀輸出的記錄紙才能看到，若需要對(duì)探測(cè)結(jié)果作不同處理時(shí)，整個(gè)探測(cè)過程必需重新進(jìn)行；而且該地下界面雷達(dá)的價(jià)格昂貴，每臺(tái)約8－10萬美元，所用的記錄紙全靠進(jìn)口，盡管國(guó)內(nèi)很多部門對(duì)此產(chǎn)品感興趣。但因價(jià)格昂貴，無法廣泛應(yīng)用，至今只有少量引進(jìn)，如黃河水利委員會(huì)，鐵道部第三設(shè)計(jì)院等。
本實(shí)用新型的目的是提供一種充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)內(nèi)存容量加以擴(kuò)展，使數(shù)據(jù)能夠得到實(shí)時(shí)處理，并將整個(gè)系統(tǒng)的操作軟件及用戶自己開發(fā)的軟件固化在可擦除只讀存貯器中，利用掃描顯示器可以實(shí)時(shí)觀測(cè)探測(cè)結(jié)果，并可將探測(cè)結(jié)果隨時(shí)送入處理器進(jìn)行處理，無須整個(gè)探測(cè)過程重新進(jìn)行，同時(shí)配有微機(jī)接口。
本實(shí)用新型的另一個(gè)目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，顯示直觀，成本低廉，便于在我國(guó)廣泛應(yīng)用的電磁脈沖地下探測(cè)儀。
本實(shí)用新型由信號(hào)收發(fā)器、信號(hào)處理控制器和掃描顯示器以及磁記錄器組成。信號(hào)收發(fā)器裝在一架可移動(dòng)的木制小車上，可以緊貼地面移動(dòng)，并通過一根約十米長(zhǎng)的電纜與信號(hào)處理控制器中的數(shù)據(jù)采集器相連。當(dāng)小車移動(dòng)時(shí)，收發(fā)天線不斷地向下發(fā)射脈沖，當(dāng)發(fā)射的脈沖遇到高阻地層界面或介電常數(shù)差異較大的界面時(shí)，再反射回地面，收發(fā)天線將接收的目標(biāo)反射信號(hào)送到信號(hào)處理控制器，然后將處理后的信號(hào)送到掃描顯示器進(jìn)行圖形屏幕顯示。如果需要對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行處理時(shí)，可隨時(shí)送入信號(hào)處理控制器處理，探測(cè)結(jié)果也可以送入磁記錄器。磁記錄器記錄的探測(cè)結(jié)果亦可再送回至信號(hào)處理控制器中進(jìn)行再顯示或進(jìn)行更復(fù)雜的處理。
本實(shí)用新型采用了單片微機(jī)及大容量存貯器，因此可存貯的信息量大，便于進(jìn)行較為復(fù)雜的信號(hào)處理工作。
本實(shí)用新型還可以加入用戶自己開發(fā)的信號(hào)處理軟件，針對(duì)不同的用戶要求，將用戶自己開發(fā)的軟件固化在可編程數(shù)據(jù)處理中，可以使探測(cè)結(jié)果以更適合用戶要求的方式顯示出來。
本實(shí)用新型采用掃描顯示器顯示探測(cè)結(jié)果，可以使用戶及時(shí)地、直觀地觀測(cè)地表至地下的地質(zhì)構(gòu)造以及埋設(shè)物的位置、性質(zhì)、形狀等，探測(cè)結(jié)果可滾動(dòng)顯示，亦可固定顯示。如果顯示的探測(cè)結(jié)果不滿意時(shí)，可再送入信號(hào)處理控制器中處理。磁記錄器也可將其記錄的探測(cè)結(jié)果送至信號(hào)處理控制器中進(jìn)行更為復(fù)雜的處理和顯示。探測(cè)深度與土壤狀況有關(guān)，一般為數(shù)米。土壤干燥、衰減小時(shí)，可達(dá)近十米。土壤衰減大時(shí)，則可探測(cè)三米左右。
本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，成本低廉，僅需1萬元左右人民幣，便于在國(guó)內(nèi)廣泛推廣應(yīng)用。
以下結(jié)合附圖
做進(jìn)一步的說明圖一是本實(shí)用新型的整體方框圖。
圖二是信號(hào)收發(fā)器(1)的方框圖。
圖三是信號(hào)處理控制器(2)的方框圖。
圖四是信號(hào)處理控制器(2)的電路圖。
圖五是信號(hào)處理控制器(2)的電路圖。圖四、圖五合成信號(hào)控制器(2)的電路圖。
其中，圖一中的(1)是信號(hào)收發(fā)器，(2)是信號(hào)處理控制器，(3)是掃描顯示器，(4)是磁記錄器。圖二中的(5)是脈沖源，(6)是取樣頭，(7)是收發(fā)天線。圖三中的(8)是計(jì)算機(jī)接口，(9)是存貯器，(10)是單片微機(jī)，(11)是掃描控制，(12)是可編程只讀存貯器，(13)是數(shù)據(jù)采集和模／數(shù)轉(zhuǎn)換，(14)是顯示輸出。
本實(shí)用新型的信號(hào)收發(fā)器(1)由脈沖源(5)、取樣頭(6)、收發(fā)天線(7)組成。取樣頭(6)發(fā)出同步信號(hào)，使脈沖源(5)同步地產(chǎn)生一個(gè)幅度約為200伏，寬度為1－3毫微秒的高壓高速脈沖，經(jīng)收發(fā)天線(7)不斷向被探物表面發(fā)射。當(dāng)此高壓高速脈沖遇到高阻地層界面或介電常數(shù)差異較大的界面時(shí)，再反射回地面，收發(fā)天線(7)將收到的目標(biāo)反射信號(hào)送到取樣頭(6)，經(jīng)取樣后的取樣信號(hào)送到信號(hào)處理控制器(2)。信號(hào)處理控制器(2)中的可編程只讀存貯器(12)是一個(gè)將整個(gè)系統(tǒng)的操作軟件及用戶自己開發(fā)的軟件固化的可擦除只讀存貯器，在其指令控制下，對(duì)接收到的目標(biāo)反射信號(hào)送入信號(hào)處理控制器(2)的存貯器(9)中按可編程只讀存貯器(12)中的處理程序進(jìn)行處理，爾后送到掃描顯示器(3)中顯示探測(cè)結(jié)果，并可在信號(hào)處理控制器(2)的控制下，對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行不斷處理，直至顯示結(jié)果滿意為止。探測(cè)結(jié)果也可送入磁記錄器(4)的磁帶或磁盤記錄保存。同時(shí)磁記錄器(4)中保存的數(shù)據(jù)也可重新送入信號(hào)處理控制器(2)中進(jìn)一步處理。
信號(hào)處理控制器(2)中的單片微機(jī)(10)以INTEL公司最新推出MCS－51系列單片微機(jī)8031作為中心控制與處理單元。將信號(hào)收發(fā)器(1)送來的信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集和A／D轉(zhuǎn)換(13)中的8位A／D0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將其存貯在由8片動(dòng)態(tài)存貯器6264組成的存貯器(9)中，然后由單片微機(jī)(10)的8031通過掃描控制(11)中的D／A0832產(chǎn)生掃描顯示器(3)所需的各種控制信號(hào)，使掃描顯示器(3)按信號(hào)收發(fā)器(1)的移位方位和相應(yīng)的信號(hào)回波時(shí)間顯示，并由顯示輸出(14)中的0832產(chǎn)生灰度信號(hào)，由于信號(hào)收發(fā)器(1)的信號(hào)隨地下目標(biāo)的不同而變化，從而在掃描顯示器(3)上產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于地下情況的灰色電平圖，判斷地下目標(biāo)的位置和形狀，并且通過單片微機(jī)(10)的8031可對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)處理和信號(hào)處理，使掃描顯示器(3)上顯示的灰色電平圖更為直觀和易于辨認(rèn)。
權(quán)利要求1.一種涉及工程地質(zhì)勘探領(lǐng)域的電磁脈沖地下探測(cè)儀，它由信號(hào)收發(fā)器(1)、信號(hào)處理控制器(2)、掃描顯示器(3)和磁記錄器(4)組成，其特征在于信號(hào)收發(fā)器(1)、信號(hào)處理控制器(2)、掃描顯示器(3)和磁記錄器(4)相互之間用電纜連接和傳輸信號(hào)；信號(hào)處理控制器(2)由計(jì)算機(jī)接口(8)、存貯器(9)、單片微機(jī)(10)、掃描控制(11)、可編程只讀存貯器(12)、數(shù)據(jù)采集和A/D(13)、顯示輸出(14)組成；數(shù)據(jù)采集和A/D(13)將信號(hào)收發(fā)器(1)接收到的目標(biāo)反射信號(hào)經(jīng)取樣頭(6)取樣后的取樣信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和模/數(shù)轉(zhuǎn)換，然后送至單片微機(jī)(10)；單片微機(jī)(10)按可編程只讀存貯器(12)中的處理程序處理；單片微機(jī)(10)將處理后的數(shù)據(jù)送至存貯器(9)存貯，并由電纜送至磁記錄器(4)；單片微機(jī)(10)同時(shí)產(chǎn)生掃描控制信號(hào)和顯示輸出信號(hào)，由電纜送至掃描顯示器(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁脈沖地下探測(cè)儀，其特征在于單片微機(jī)(10)以MCS－51系列單片微機(jī)8031作為中心控制與處理單元，以8位A／D0809為數(shù)據(jù)采集和A／D轉(zhuǎn)換(13)，將信號(hào)收發(fā)器(1)送來的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，存貯在由8位動(dòng)態(tài)存貯器6264組成的存貯器(9)中，掃描控制(11)中的D／A0832產(chǎn)生掃描顯示器(3)所需的各種控制信號(hào)，使掃描顯示器(3)按信號(hào)收發(fā)器(1)的移位方位和相應(yīng)的信號(hào)回波時(shí)間顯示，單片微機(jī)(10)的8031可對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)處理和信號(hào)處理，使掃描顯示器(3)上顯示的灰色電平圖更為直觀和易于辨認(rèn)，信號(hào)處理控制器(2)中的可編程只讀存貯器(12)是一個(gè)將整個(gè)系統(tǒng)的操作軟件及用戶自己開發(fā)的軟件固化的可擦除只讀存貯器。
專利摘要一種屬于工程地質(zhì)勘探領(lǐng)域的電磁脈沖地下探測(cè)儀，其信號(hào)處理采用單片微機(jī)作為中心控制與處理單元，系統(tǒng)采用可編程數(shù)據(jù)處理，整個(gè)系統(tǒng)的操作軟件及用戶開發(fā)軟件固化在可擦除只讀存貯器中，利用掃描顯示器可以實(shí)時(shí)觀測(cè)探測(cè)結(jié)果，并可將探測(cè)結(jié)果隨時(shí)送入處理器進(jìn)行處理和顯示。它可用于探測(cè)淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)及地下金屬與非金屬埋設(shè)物，探測(cè)深度與土壤狀況有關(guān)，土壤干燥時(shí)探測(cè)深度可達(dá)十米，土壤衰減大時(shí)，可探測(cè)三米左右。
文檔編號(hào)G01V3/38GK2052542SQ8920269
公開日1990年2月7日 申請(qǐng)日期1989年3月16日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月16日
發(fā)明者章錫元, 汪文秉, 廖春林 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)