电磁法勘探发送机控制装置和方法

摘要

本发明涉及一种电磁法勘探发送机控制装置及方法，包括：控制器，及分别与所述控制器相连的波形选择编码器和频率选择编码器；分别与所述控制器相连的第一晶振和第二晶振；所述控制器中预存有多种预设形状的波形序列，所述控制器用于按频率选择编码器设置参数将所述第一晶振或第二晶振产生的第一时钟信号进行分频，得到用户选择的最终时钟信号，激励所述波形选择编码器设置的用户选择的波形序列产生波形控制信号，并根据所述第一时钟信号同步输出至逆变器。因此，本发明提供的技术方案，能够产生多种可用于电法或电磁法勘探的常用波形，且信号周期或频率可根据需要进行调节，兼容各勘探方法间的发送机系统。

说明书

技术领域

本发明属于电法或电磁法勘探技术领域，具体涉及一种电磁法勘探发送机控制装置和方法。

背景技术

人工场源电/电磁法勘探通过对地建立传导电流场或感应电磁场，观测由于岩矿石的导电性差异而引起的电流场或电磁场的分布异常，进而推断出地下岩矿石的分布达到对地勘探的目的。因人工场源电/电磁法建场方式和观测场分量选择方式较多而使得勘探灵活多变。

相关技术中常用的场源激发方式有两种，一种是两端接地的水平电偶极子源；另一种是不接地的回线垂直磁偶极子源。通过发射控制器产生电流控制波形，将直流电压通过逆变器按控制波形输出，可产生所需要的波形电流。输出到接地水平电偶极子源或不接地回线垂直磁偶极子源就可激发勘探所需要的电流场或强磁场。而场的频率或时间特征由发射控制器产生的波形控制。

但是，人工源电/电磁法勘探领域用于不同工作方法的发送机，因为波形和频率范围不同，大多互不兼容，导致设备重复购置而利用率不高。例如，时间域大功率激电仪采用的电流波形是周期可调的正反向双极性脉冲波；频率域可控源电磁法采用的是不同频率的占空比100％的方波；双频激电仪采用的是周期可变的双频波；而广域电磁法采用的是2

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电磁法勘探发送机控制装置和方法，以克服目前不同厂家的发送机由于波形产生方式不一样、频率范围不同而互不通用，各勘探方法间的发送机兼容性较差的问题。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种电磁法勘探发送机控制装置，包括：控制器，及分别与所述控制器相连的波形选择编码器和频率选择编码器；分别与所述控制器相连的第一晶振和第二晶振；

所述控制器中预存有多种预设形状的波形序列，所述控制器用于根据所述频率选择编码器的设置，将所述第一晶振或第二晶振产生的第一时钟信号进行分频，得到用户选择的最终时钟信号，激励所述波形选择编码器设置的用户选择的波形序列产生波形控制信号，并根据所述第一时钟信号同步输出至逆变器。

优选的，所述控制器，包括：依次连接的时钟选择模块、可变模计数分频器、28位自由加法计数器、波形序列存贮器、波形综合模块；所述时钟选择模块、可变模计数分频器、28位自由加法计数器分别与所述频率选择编码器相连；所述波形序列存贮器与所述波形选择编码器相连；

所述波形综合模块还分别与所述逆变器、所述时钟选择模块相连，用于根据所述时钟选择模块输出的第一时钟信号，同步输出所述波形控制信号至所述逆变器。

优选的，所述控制器，还包括：控制单元，与所述逆变器相连，用于控制所述逆变器的启动和停止。

优选的，所述第一晶振和第二晶振，包括：所述第一晶振和第二晶振为硅晶振或高精度石英晶振。

第二方面，本发明提供一种电磁法勘探发送机控制方法，应用于发送机控制装置，包括：

获取波形序列并存储；

接收波形选择信号，及，频率选择信号；

根据所述频率选择信号，选择第一晶振或第二晶振生成第一时钟信号；

根据所述频率选择信号，将所述第一时钟信号分频为最终时钟信号；

用所述最终时钟信号激励所述波形选择信号对应的波形序列移位，产生波形控制信号并同步输出至逆变器。

优选的，所述根据所述频率选择信号，将所述第一时钟信号分频为最终时钟信号，包括：根据所述频率选择信号，通过可变模计数分频器将所述第一时钟信号分频为第二时钟信号；

根据所述频率选择信号，通过28位自由加法器将所述第二时钟信号分频为最终时钟信号。

优选的，所述根据所述频率选择信号，通过可变模计数分频器将所述第一时钟信号分频为第二时钟信号，包括：根据所述频率选择信号，选择所述可变模计数分频器中的计数模值，并根据所述计数模值，以使可变模计数分频器生成第二时钟信号。

优选的，所述根据所述频率选择信号，通过28位自由加法器将所述第二时钟信号分频为最终时钟信号，包括：控制所述28位自由加法器将所述第二时钟信号进行逐级二分频，使得28位自由加法器由高位到低位每一位均对低位信号二分频；

根据所述频率选择信号，选择所述28位自由加法器其中一位对应的时钟信号作为最终时钟信号。

优选的，所述产生波形控制信号并同步输出至逆变器，包括：控制波形综合模块接收第一时钟信号与波形控制信号，以使所述波形综合模块根据所述第一时钟信号同步输出所述波形控制信号至逆变器。

优选的，所述选择第一晶振或第二晶振生成第一时钟信号，包括：

所述第一晶振生成的所述第一时钟信号的频率为4194304赫兹；

所述第二晶振生成的所述第一时钟信号的频率为7812000赫兹。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明通过控制器接收频率选择编码器和波形选择编码器发出的信号，所述控制器中预存有多种预设形状的波形序列，所述控制器用于将所述第一晶振或第二晶振产生的第一时钟信号进行分频，得到多种最终时钟信号，激励所述波形选择编码器设置的用户选择的波形序列产生波形控制信号，并根据所述第一时钟信号同步输出至逆变器。因此，本发明提供的技术方案，能够产生多种可用于电法或电磁法勘探的常用波形，且信号周期或频率可根据需要进行调节，兼容各电磁勘探方法间的发送机系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例性实施例示出的一种电磁法勘探发送机控制装置示意框图；

图2是根据另一示例性实施例示出的一种电磁法勘探发送机控制装置示意框图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种波形控制信号举例示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种波形控制信号转换示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种电磁法勘探发送机控制方法步骤示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

请参阅图1，图1是根据一示例性实施例示出的一种电磁法勘探发送机控制装置示意框图，如图1所示，本发明提供的一种发送机控制装置，包括：

控制器100，及分别与所述控制器100相连的波形选择编码器200和频率选择编码器300；

分别与所述控制器100相连的第一晶振400和第二晶振500；

所述波形选择编码器200用于选择所述控制器100中预先存储的波形序列；所述频率选择编码器300用于选择所述第一晶振400或第二晶振500产生的并由所述控制器100分频的最终时钟信号，以使所述波形选择编码器200选择的波形序列根据所述最终时钟信号循环移位，产生波形控制信号并同步输出至逆变器600。

需要说明的是，本实施例提供的技术方案，能够应用于人工源电磁法勘探领域中的电磁法勘探发送机中。可产生50％占空比的双极性脉冲波、50％占空比的单极性脉冲波、25％占空比的双极性脉冲波、25％占空比的单极性脉冲波、100％占空比的方波、双频波、2

表1

在具体实践中，优选的，控制器100由在系统可编程逻辑器件构成，人工源电磁法勘探中常用的波形序列通过在系统编程方式写入控制器100。在具体使用的过程中，通过操作波形选择编码器200对控制器100输入含有四个逻辑位的波形选择信号，通过该波形选择信号对存储在控制器100中的波形序列进行选择。同时，还通过操作频率选择编码器300对控制器100输入含有八个逻辑位的频率选择信号，该频率选择信号的最高位，即第八位对晶振进行选择以生成第一时钟信号，控制器100会根据频率选择信号的其余七位对第一时钟信号进行分频，生成最终时钟信号，激励所述波形选择编码器设置的用户选择的波形序列循环移位产生波形控制信号，并根据所述第一时钟信号同步输出至逆变器。

在现有技术中，电磁法勘探技术的快速发展对场源有了更高要求。双场源或多场源电磁测深法则需要用两套电磁法勘探发送机发送互不相关的电流信号激发电磁场，通过观测两个正交方向的电场或磁场获得两个正交方向的全区视电阻率，进而获得各个频率视电阻率各向异性系数，为推断地层分布提供更多信息。为了获得两个严格不相关电磁场信号，需要产生码制不同波形、频率选择范围大的电磁法勘探发送机控制信号。

而本发明提供的电磁法勘探发送机控制装置，不仅兼容大部分现有电法和电磁法勘探发送机系统，同时，也适用于双场源电磁测深法。在具体实践中，可以采用两台本发明提供的电磁法勘探发送机控制装置，来共同实现双场源电磁测深法。而由于本发明提供的电磁法勘探发送机控制装置能够产生方波及2

优选的，本发明控制器可由在系统可编程的现场可编程逻辑门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)上完成，而不需要单片机系统，简化了设计并降低功耗。在另一实施例中，还可提供3.3V直流电源对控制器进行供电。本实施例所述的波形序列可以由在系统可编程技术产生。

可以理解的是，本发明提供的电磁法勘探发送机控制装置，通过采用双晶振产生更多的信号频率，通过控制器及少量外围电路就可以产生多种可用于电法或电磁法勘探的常用波形，且信号周期或频率可根据需要进行调节。且可兼容并满足电法、电磁法勘探领域建立场源的需求，实现了一机多用。

请参阅图2，需要说明的是，本实施例提供的技术方案，所述控制器100，包括：依次连接的时钟选择模块101、可变模计数分频器102、28位自由加法计数器103、波形序列存贮器104、波形综合模块105；所述时钟选择模块101、可变模计数分频器102、28位自由加法计数器103分别与所述频率选择编码器300相连；所述波形序列存贮器104与所述波形选择编码器200相连；

所述波形综合模块105还分别与所述逆变器600、所述时钟选择模块101相连，用于根据所述时钟选择模块101输出的第一时钟信号，同步输出所述波形控制信号至所述逆变器600。

优选的，所述第一晶振生成的时钟信号的频率为4194304赫兹，第二晶振生成的时钟信号的频率为7812000赫兹。

在具体实践中，第一种情况，使用本实施例提供的电磁法勘探发送机控制装置产生如下波形的情况：50％占空比的双极性脉冲波、50％占空比的单极性脉冲波、25％占空比的双极性脉冲波、25％占空比的单极性脉冲波、方波、双频波、2

可变模计数分频器102按接收到的频率选择信号的第六位与第五位，生成对应的计数模值；两个逻辑位信号能够选择四种计数模值，分别为256，304，368，432四种，‘00’对应256，‘01’对应304，‘10’对应368，‘11’对应432，通过四种计数模值，可变模计数分频器102对第一时钟信号可分频生成四种时钟信号，频率分别为16384Hz、13797Hz、11398Hz、9709Hz，即在16384Hz和8192Hz频率之间增加3个频率，目的是增加频率密度，通过增加3个频率可以降低频率间隔，在电磁勘探中可以提高纵向分辨率，提高勘探精度。即频率选择信号的第六位与第五位对四种时钟信号进行选择，获得第二时钟信号。

28位自由加法器103对第二时钟信号逐级二分频，从高位到低位，每一位均是低一位的二分频，且每一位均能够引出信号频率，通过频率选择信号的低五位，选择需要引出哪一位的信号频率，进而作为最终时钟信号驱动波形存贮器104产生循环移位。

对于方波，从0.0093Hz～16384Hz可产生80个频率供选择。

第二种情况，使用本实施例提供的电磁法勘探发送机控制装置产生m序列伪随机信号(寄存器阶数有4阶、5阶、6阶)和逆M序列伪随机信号(4阶、5阶、6阶)，首先，操作波形选择编码器200对控制器100输入四个逻辑位的波形选择信号，波形存贮器104根据该信号，通过查表法选择出需要的波形序列；操作频率选择编码器对控制器100输入八个逻辑位的频率选择信号，该频率选择信号的最高位，即第七位控制时钟选择模块101对晶振进行选择，例如，此时最高位为“0”，则第一晶振(频率4194304Hz)的使能端为“0”，处于休眠状态，不工作；第二晶振(频率7812000Hz)的使能端为“1”，起振工作，输出第一时钟信号。

可变模计数分频器102按频率选择信号的第六位与第五位，生成对应的计数模值；两个逻辑位信号能够选择四种计数模值，“00”设置计数器模值为14，“01”设置计数器模值为30，“10”设置计数器模值为62，“11”设置计数器模值为126，分别为3阶、4阶、5阶、6阶逆重复M序列准备激励时钟信号，即频率选择信号的第六位与第五位对四种时钟信号进行选择，生成第二时钟信号，再由28位自由加法器103逐级二分频，产生需要的最终时钟信号，用于激励m序列伪随机信号或逆M序列伪随机信号。能够保证序列周期是工频信号的偶数倍，提高电磁法勘探抗干扰能力。

请参阅图3和图4，用最终时钟信号驱动波形存贮器104选择的波形序列循环移位产生波形控制信号。而由于逆变器的开关器件IGBT导通和关断需要死区时间，因而在控制正反向导通的波形控制信号ssp中加入IGBT死区关断时间，根据IGBT死区保护时间，用所选晶振第一时钟信号的二分频信号将波形控制信号ssp一次移位后，得temp1及其反向信号temp2＝not(temp)，对temp2信号再移位一次，得到信号ssp1，将ssp1与原信号ssp异或运算(ssp xor ssp1)得到IGBT死区关断脉冲tcut，将信号temp1及其反向信号temp2和关断脉冲tcut作与运算，即可得到加了开关死区保护的波形控制信号wave0(wave0＝temp1 andtcut)和wave1(wave1＝temp2 and tcut)。将该波形控制信号wave0和wave1输入至波形综合模块105中，波形综合模块105在时钟选择模块输出的第一时钟信号驱动下，同步输出波形控制信号wave0,wave1至逆变器。

优选的，所述控制器100，还包括：

控制单元，与所述逆变器相连，用于控制所述逆变器的启动和停止。

控制器还能产生控制逆变器启动和停止控制信号，经控制信号线控制逆变器启动和关停。

优选的，所述第一晶振和第二晶振，包括：

所述第一晶振和第二晶振为硅晶振或高精度石英晶振。

优选的，控制器型号选择以能满足计数分频器、波形产生移位寄存器等对逻辑单元的需要均可应用。

优选的，所述波形选择编码器和频率选择编码器可以是拨码开关或旋转编码开关，或按键编码器实现。

本发明该实施例可实现方波频率(第一晶振时钟源)从0.0093Hz～16384Hz共80个频率，用这些频率作为时钟信号激励产生的2

本发明实施例控制器基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)片上系统功能实现，可通过在系统编程接口重新设计内部功能。

第二方面，请参阅图5，本发明提供一种电磁法勘探发送机控制方法，应用于电磁法勘探发送机控制装置，包括：

步骤S11、获取波形序列并存储；

首先，对人工源电法或电磁法常用的波形序列进行编码，通过在系统编程方式存贮在控制器的波形序列存贮器中。

步骤S12、接收波形选择信号，及，频率选择信号；

步骤S13、根据所述频率选择信号，选择第一晶振或第二晶振生成第一时钟信号；

步骤S14、根据所述频率选择信号，将所述第一时钟信号分频为最终时钟信号；

步骤S15、用所述最终时钟信号激励所述波形选择信号对应的波形序列循环移位，产生波形控制信号并同步输出至逆变器。

可以理解的是，本实施例提供的技术方案，能够应用于人工源电磁法勘探领域中的电磁法勘探发送机中。可产生50％占空比的双极性脉冲波、50％占空比的单极性脉冲波、25％占空比的双极性脉冲波、25％占空比的单极性脉冲波、100％占空比的方波、双频波、2

优选的，所述根据所述频率选择信号，将所述第一时钟信号分频为最终时钟信号，包括：

根据所述频率选择信号，通过可变模计数分频器将所述第一时钟信号分频为第二时钟信号；

根据所述频率选择信号，通过28位自由加法器将所述第二时钟信号逐级二分频为最终时钟信号。

可以理解的是，通过可变模计数分频器与28位自由加法器，将第一时钟信号分频为最终时钟信号，能够增加时钟信号的频率选择空间，使得最终生成的波形序列的频率选择区间更大。

优选的，所述根据所述频率选择信号，通过可变模计数分频器将所述第一时钟信号分频为第二时钟信号，包括：

根据所述频率选择信号，选择所述可变模计数分频器中的计数模值，并根据所述计数模值，以使可变模计数分频器生成第二时钟信号。

可以理解的是，本实施例通过可变模计数分频器将所述第一时钟信号分频为第二时钟信号，能够起加密频点的作用，增加频率密度。

优选的，所述根据所述频率选择信号，通过28位自由加法器将所述第二时钟信号分频为最终时钟信号，包括：

控制所述28位自由加法器将所述第二时钟信号逐级二分频，使得28位自由加法器由高位到低位每一位均对低位信号二分频；

根据所述频率选择信号，选择所述28位自由加法器其中一位对应的时钟信号作为最终时钟信号。

可以理解的是，本实施例通过28位自由加法器将所述第二时钟信号分频为最终时钟信号，能够增加更多时钟信号频率的选择，使得最终生成的波形控制信号频率可选择范围加大。

优选的，所述产生波形控制信号并同步输出至逆变器，包括：

控制波形综合模块接收第一时钟信号与波形控制信号，以使所述波形综合模块根据所述第一时钟信号同步输出所述波形控制信号至逆变器。

优选的，所述选择第一晶振或第二晶振生成第一时钟信号，包括：

所述第一晶振生成的所述第一时钟信号的频率为4194304赫兹；

所述第二晶振生成的所述第一时钟信号的频率为7812000赫兹。

可以理解的是，通过设定第一晶振生成的所述第一时钟信号的频率为4194304赫兹，第二晶振生成的所述第一时钟信号的频率为7812000赫兹，能够减少因为分频而占用控制器资源。选用频率过高消耗资源多，频率过低，产生所用频率少，因此，对上述第一晶振和第二晶振的频率设定能够避免消耗的资源过多，同时产生所需要的频率。

本发明通过设定频率选择编码器和波形选择编码器，就可由控制器产生所需要的波形控制信号。所述控制器中预存有多种预设形状的波形序列，所述控制器用于将所述第一晶振或第二晶振产生的第一时钟信号进行分频，得到多种最终时钟信号，激励所述波形选择编码器设置的用户选择的波形序列产生波形控制信号，并根据所述第一时钟信号同步输出至逆变器。因此，本发明提供的技术方案，能够产生多种可用于电法或电磁法勘探的常用波形，且信号周期或频率可根据需要进行调节，兼容各勘探方法间的电磁法勘探发送机系统。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。