论文总字数：22650字

摘 要

在当前工业矿产需求量巨大的背景下，对矿产的勘探技术要求也越来越高，于是电法勘探应运而生。在目前的资源勘探领域中，该方法已广泛用于油气、矿产等资源的勘探，以及在水文地质、工程地质的勘察中也有非常重要的应用，除此之外，电法勘探还可用于各类地质灾害的监察和预警工作。在这种大环境下，我国的相关产品在性能上却较为低劣。针对目前我国电法仪器的相关不足，我们需要在新的电法仪器设计过程中重点研究。

本文根据文章章节，循序渐进地对电法仪器的原理、背景、工作特点等方面的内容进行了详细介绍。接着提出了一个基于GPS同步的激发极化发射系统的软硬件设计方案。本设计是设计制作一款电磁法勘探仪器的发射系统模块。发射系统通过GPS同步，发射一个伪随机信号并采集其作用下的激发电流值。

发射系统主要由数据采样电路、FPGA控制系统、上位机三部分构成。其中采样电路主要完成信号的采样和调理，数据采样电路中A/D转换芯片采用了24位高精度的AD7763芯片，STM32与FPGA控制电路采样与数据传输以及与GPS模块的通信。人机交互界面功能包括设定参数以及显示数据。

在完成相关设计与硬件制作后，本文对各模块进行了测试，并对结果进行了分析，最终结合设计初衷提出了不足与改进方法。

关键字：电法勘探，伪随机信号，STM32，FPGA，LabVIEW

ABSTRACT

In the current circumstance of huge industrial mineral demand, the mineral exploration technology requirements are getting higher and higher, so the electrical exploration came into being. Chinese products in the performance is relatively poor when be compared to foreign products. We need to focus on the design of new electrical equipment to make up for these deficiencies.

Then a hardware and software design scheme of an excited polarized emission system based on GPS synchronization is proposed. This system is designed to produce a set of electrical exploration equipment. The transmitting system is synchronized with GPS. Then this system transmits a random signal and acquires the excitation current value under its action.

The transmission system is mainly composed of data sampling circuit, FPGA control system, host computer three parts: AD7763 chip, STM32 and FPGA control circuit module. The man-machine interaction interface functions include setting parameters and displaying data.

After the completion of the relevant program design, this article completed the hardware and software design on the basis of the system were tested. After the test, this paper analyzes the final results and puts forward the shortcomings and improvement of this design.

Key words: electrical exploration, pseudo-random signals, STM32, FPGA, LabVIEW

目 录

摘 要 I

ABSTRACT I

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2 国内外电磁法勘探的发展现状 1

1.2.1国外研究现状及趋势 1

1.2.2国内研究现状及趋势 2

1.3本文研究内容 3

第二章 电磁法勘探发射系统的基本原理和方案设计 5

2.1 天然场源电磁法 5

2.2人工场源电磁法 6

2.2.1 频率域可控源电磁法 6

2.2.2 时间域电磁法 7

2.3 电磁法测量传感器 8

2.4系统设计 8

2.4.1 系统设计指标分析 8

2.4.2系统总体设计方案 9

2.5本章小结 9

第三章 系统硬件设计 10

3.1 伪随机序列波发射电路设计 10

3.2 数据采集电路设计 11

3.2.1仪表放大电路设计 11

3.2.2 A/D转换电路设计 12

3.3控制电路设计 13

3.4通讯接口设计 14

3.5本章小节 15

第四章 系统软件设计 16

4.1 系统软件设计概要 16

4.2 基于GPS同步发射系统控制程序设计 16

4.3 FPGA与AD7763模块通讯软件设计 18

4.3.1 寄存器控制程序设计 18

4.3.2转换结果读取程序设计 18

4.4基于Nios II软核的SOPC设计 19

4.5上位机应用程序设计 20

4.6本章小结 21

第五章 系统测试 23

5.1硬件发射电路测试实验 23

5.2 AD7763采集模块测试 24

5.3 综合系统测试 26

5.4本章小结 26

第六章 总结与展望 27

6.1总结 27

6.2展望 27

致 谢 28

参考文献 29

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

在人类的历史中，一切发展都离不开矿产资源的勘探与开发，尤其是现如今的人类社会，从某些方面说，矿产资源已经成为国家经济发展和维持社会稳定的一项重要保证。我国近年来的经济发展速度越来越快，对于矿产资源的依赖也越来越大，如石油、金属、天然气、煤炭、非金属等矿物。由于近几十年对于矿产资源的高强度开发，原有的一些矿床，特别是较浅层的矿床、矿层，已经明显出现枯竭的趋势，因此，如何发现并开采较深层矿产成为目前我国矿产技术发展的重中之重。

电磁法勘探中的重要一环就是场源信号，因此根据场源信号的不同可以分为天然场源（被动方式）电磁法和人工场源（主动方式）电磁法两种。

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