[发明专利]宽频智能化长周期大地电磁测量系统

摘要

本发明公开了一种宽频智能化长周期大地电磁测量系统，包括数据记录器，数据记录器通过电缆分别连接电极、三轴感应式磁传感器和三轴磁通门传感器；电极为不极化电极，实现电场信号观测；三轴感应式磁传感器为沿正北、正东、垂直向下三个方向布放的三支磁传感器，观测3分量高频磁场信号；磁通门传感器集成三轴线圈，实现3分量低频磁场观测；数据记录器对电极、三轴感应式磁传感器和三轴磁通门传感器电压输出信号进行高精度采集存储；数据记录器安装有多组铅酸电池并连接太阳能板，多组铅酸电池并联为数据记录器供电；太阳能板为多组铅酸电池充电。本发明面向长周期大地电磁观测台站建设需求，具有宽频、低噪声、低功耗、智能化的特点。

主权项

1.一种宽频智能化长周期大地电磁测量系统，其特征在于：所述测量系统由数据记录器、电极、三轴感应式磁传感器、三轴磁通门传感器、太阳能板、多组铅酸电池以及电缆组成；数据记录器通过电缆分别连接电极、三轴感应式磁传感器和三轴磁通门传感器；电极作为电场传感器，为不极化电极，实现电场信号观测；三轴感应式磁传感器为沿正北、正东、垂直向下三个方向布放的三支磁传感器，观测3分量高频磁场信号；磁通门传感器集成三轴线圈，实现3分量低频磁场观测；数据记录器对电极、三轴感应式磁传感器和三轴磁通门传感器电压输出信号进行高精度采集存储；数据记录器安装有多组铅酸电池并连接太阳能板，多组铅酸电池并联为数据记录器供电；太阳能板为多组铅酸电池充电；数据记录器由前端8通道斩波放大器、模数转换器ADC、FPGA、MCU、MCXO、SD卡、RTC、电源电路、GPS模块、GSM模块和WIFI模块组成；前端8通道斩波放大器完成电磁传感器输出的8通道信号低噪声放大，信号进放大后进入模数转换器ADC，实现量化编码；FPGA读取8路ADC数据后进行编排组合，并记录时间信息，通知MCU读取数据流；MCU读取FPGA数据流后写入SD卡；MCXO为低功耗高稳晶振，为电路工作提供高精度时钟源；RTC为实时钟，为系统保持时钟信息；GPS模块为电路提供标准时间，并提供PPS，实现多台仪器的同步采集；GSM模块提供短消息服务，MCU在规定的时间间隔内为指定的用户发送短信，同时接收用户状态查询要求；WIFI模块提供网络通讯服务，用户端通过WIFI接入仪器，实现参数配置、数据下载、状态查询；电源电路将电池电压向各模块电源电压进行高效率低噪声转换；所述电极按照东南西北方向正交布设，北南组成电场Ex分量、东西组成电场Ey分量，电极深埋至地下；三轴感应式磁传感器为沿正北、正东、垂直向下三个方向布放的三支磁传感器，并保持水平埋入至地下，防止风动对传感器制造干扰；磁通门传感器埋入地下时，借助水平气泡进行调平并保持x轴与北向同向；数据记录器接入传感器按照预定的采样率、滤波器参数及增益进行数据采集；数据记录器工作前获取GPS时间信息并对钟，可实现多台观测系统同步采集；用户终端通过WIFI与数据记录器连接，设置增益、采样率、滤波器参数，数据记录器对钟后，按照预定的参数进行数据采集、存储，状态信息汇总并通过GSM模块发送；采集一定时间后，通过WIFI下载数据，下载数据时，采集不间断运行；多组独立的铅酸电池通过理想二极管并联，实现对电源电路的供电；多组电池独立工作，某一组电池电压低或者故障时不会影响其他组电池正常放电；更换电池时，将电压低的电池换下，仪器不会受其影响而掉电，保证仪器不间断供电；理想二极管具有单向导电特性的同时，通电电流为1A时电压差仅为10mV；该特征提高了系统供电的灵活性，降低了电池电量损耗；斩波放大器由调制器、音频放大器、差动放大器、解调器、低通滤波器以及时钟发生器组成；时钟发生器为调制器、解调器提供同步时钟信号，时钟频率为20kHz；调制器在时钟信号控制下降输入信号斩波成20kHz方波信号，输入信号被调制；音频放大器对20kHz方波小信号进行低噪声放大，音频放大器在20kHz附近频段噪声为2nV/rt(Hz)；差动放大器将放大后的信号进行单端转差分，驱动解调器；解调器在同步时钟控制下对差动信号进行解调；低通滤波器抑制高频时钟馈通失调噪声信号，二阶低通，转角频率为2kHz；音频放大器可在外部控制下进行增益调整，实现可编程增益放大。