面向海洋可控源電磁勘探的電磁數(shù)據(jù)記錄儀設(shè)計(jì).pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,人類對(duì)地球資源的依賴日益增大。陸上資源已經(jīng)無(wú)法滿足經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需要。海洋資源因其巨大的經(jīng)濟(jì)潛力,越來(lái)越被各個(gè)國(guó)家所重視。尤其是我國(guó)對(duì)能源的需求逐年攀升。能源危機(jī)已影響到了國(guó)家的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)展。研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電磁數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)是提高海底資源勘探能力的重要舉措。本文依托國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)課題“海洋可控源水下系統(tǒng)裝備研制和理論研究”和山東省科技發(fā)展計(jì)劃課題“深海電場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”結(jié)

2、合項(xiàng)目實(shí)際研發(fā)過(guò)程中的技術(shù)積累,以超低噪聲、低頻斬波放大和高精度、低漂移時(shí)鐘技術(shù)為保障,利用高精度Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器和FPGA+ARM技術(shù)完成高分辨率、低噪聲、低頻微弱信號(hào)放大的電磁數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
　　本文主要圍繞數(shù)據(jù)采集站中的電磁數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行研制。電磁數(shù)據(jù)記錄儀主要將電磁場(chǎng)傳感器接收回來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大處理,然后再利用FPGA技術(shù)對(duì)多個(gè)Σ-Δ型ADC進(jìn)行同步采集。將采集回來(lái)的數(shù)據(jù)利用FSMC總線傳給ARM,利用ARM結(jié)

3、合FATFS文件系統(tǒng)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到CF卡。設(shè)計(jì)中集成了超低噪聲低頻斬波放大、可編程放大器、多采樣率的24位Σ-Δ型ADC、高可靠性數(shù)據(jù)存儲(chǔ),并以高精度時(shí)鐘控制單元對(duì)多臺(tái)采集站之間實(shí)現(xiàn)同步采集。利用FPGA為核心的數(shù)字設(shè)計(jì)對(duì)采集系統(tǒng)進(jìn)行采樣控制和數(shù)據(jù)處理,提高了數(shù)據(jù)處理速度和精度,同時(shí)也優(yōu)化了整個(gè)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)的規(guī)模。
　　本文從課題的研究意義、國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)、實(shí)現(xiàn)方法和技術(shù)等方面入手,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的理論分析并完成了軟硬

4、件設(shè)計(jì)。論文主要取得以下研究成果:完成了電磁數(shù)據(jù)記錄儀的硬件原理圖設(shè)計(jì),并加工成PCB板,完成整個(gè)硬件電路的調(diào)試;利用Verilog HDL語(yǔ)言完成整個(gè)FPGA的控制邏輯設(shè)計(jì),通過(guò)仿真驗(yàn)證了邏輯功能的正確性;以ARM為平臺(tái),完成了所有軟件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和調(diào)試。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)調(diào),在野外做了一系列測(cè)試完成了項(xiàng)目提出的性能指標(biāo)。
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要?jiǎng)?chuàng)新性主要體現(xiàn)在:采用基于FPGA的數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)方式,在硬件方面降低了電路設(shè)計(jì)的規(guī)模,節(jié)約