同步時鐘相位差測量系統和方法
【專利摘要】本發明公開一種同步時鐘相位差測量系統和方法，其單極性轉換單元分別對發射機和接收機的同步信號進行雙極性到單極性的轉換，上述兩個在同一恒溫晶振的控制下，同時送入到脈沖計數單元中對兩者的相位差進行粗測量及同時送入到量化延時單元中對兩者的相位差進行精測量，兩者之和即為同步時鐘信號的相位差。本發明能夠精確的測量煤礦探水雷達的發射機和接收機之間同步時鐘信號的相位差，并能對同步時鐘相位差的矯正和對后續反演計算精度的提高起到了明顯的作用。
【專利說明】同步時鐘相位差測量系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及探水雷達【技術領域】，具體涉及一種同步時鐘相位差測量系統和方法。
【背景技術】
[0002] 瞬變電磁法測量裝置由發射系統和接收系統兩部分組成。發射線圈中通以階躍電 流I，發射電流突然由I下降到零，根據電磁感應理論，發射線圈中電流突然變化必將在其 周圍產生變化的磁場，該磁場稱為一次磁場，一次磁場在周圍傳播過程中，如遇到地下良導 電的地質體，將在其內部激發產生感應電流，又稱渦流或二次電流，二次電流隨時間變化， 因而在其周圍又產生新的磁場，稱為二次磁場。由于良導電地質體內感應電流的熱損耗，二 次磁場大致按指數規律隨時間衰減，形成瞬變磁場，二次磁場主要來源于良導電地質體的 感應電流，因此它包含著與地質體有關的地質信息，通過接收線圈對二次磁場進行觀測，并 對觀測的數據進行分析和處理，對地下地質體的相關物理參數進行解釋。
[0003] 由于煤礦探水雷達利用瞬變電磁法的原理，在發射機關斷發射電流的瞬間，接收 機采集接收地下介質產生的純二次場，因此需要發射機和接收機之間必須同頻同相的工 作，才能獲得更為準確的觀測數據。雖然煤礦探水雷達的發射機和接收機是通過GPS和恒 溫晶振的互補協調工作來產生同步時鐘的，但是勘探地質的復雜性和未知性，接收機和發 射機的同步時鐘信號在空間上是分離的，使得發射機和接收機的時鐘信號往往不是完全同 步的，會產生不可避免的相位差，而這個相位差的大小決定了整個系統采樣的精度和后續 反演算法的準確性。雖然觀測人員可以通過示波器來觀察發射機和接收機的時鐘信號來判 斷時鐘信號是否同步，但是示波器往往只是得到短期的觀測數據，且不能對相位差數據進 行存儲，因而得到的結論并不準確。可見，采用示波器觀察發射機和接收機的時鐘信號，對 于后續發射機和接收機同步時鐘的矯正具有一定的局限性。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是提供一種同步時鐘相位差測量系統和方法，其能夠 精確的測量煤礦探水雷達的發射機和接收機之間同步時鐘信號的相位差，并能對同步時鐘 相位差的矯正和對后續反演計算精度的提高起到了明顯的作用。
[0005] 為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：
[0006] 同步時鐘相位差測量方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1，將采集到的雙極性發射機同步時鐘信號和雙極性接收機同步時鐘信號分 別轉換為單極性發射機同步時鐘信號和單極性接收機同步時鐘信號；
[0008] 步驟2,將恒溫晶振輸出的頻率進行倍頻后生成計數脈沖信號，該計數脈沖信號的 周期為T ;
[0009] 步驟3,對發射機和接收機的相位差進行粗測量；即
[0010] 步驟3. 1，在單極性發射機同步時鐘信號和單極性接收機同步時鐘信號中，讓先到 達的時鐘周期信號的上升沿作為每個計數周期的計數開始信號，則另一個時鐘周期信號即 后到達的時鐘周期信號的上升沿作為每個計數周期的計數結束信號；
[0011] 步驟3. 2,計算每個計數周期內計數脈沖信號的完整脈沖個數N ;
[0012] 步驟4,對發射機和接收機的相位差進行精測量；即
[0013] 步驟4. 1，對每個計數周期的計數脈沖信號進行量化延時，以使得每個計數周期的 計數脈沖信號的第一個完整脈沖的上升沿或者下降沿與先到達的時鐘周期信號的上升沿 對齊，并記錄每個計數周期的計數脈沖信號所經過的延時器個數^;
[0014] 步驟4. 2,對每個計數周期的計數脈沖信號進行量化延時，以使得每個計數周期的 計數脈沖信號的最后一個完整脈沖的上升沿或者下降沿與后到達的時鐘周期信號的上升 沿對齊，并記錄每個計數周期的計數脈沖信號所經過的延時器個數n 2 ;步驟4. 3,計算發射 機和接收機的相位差八凡，即
[0015] 當計數脈沖信號在計數開始信號到來時為低電平，計數結束信號到來時為低電平 時，貝1J發射機和接收機的相位差Δ?\為
【權利要求】
1. 同步時鐘相位差測量方法，其特征是包括如下步驟： 步驟1，將采集到的雙極性發射機同步時鐘信號和雙極性接收機同步時鐘信號分別轉 換為單極性發射機同步時鐘信號和單極性接收機同步時鐘信號； 步驟2,將恒溫晶振輸出的頻率進行倍頻后生成計數脈沖信號，該計數脈沖信號的周期 為τ ; 步驟3,對發射機和接收機的相位差進行粗測量；即 步驟3. 1，在單極性發射機同步時鐘信號和單極性接收機同步時鐘信號中，讓先到達的 時鐘周期信號的上升沿作為每個計數周期的計數開始信號，則另一個時鐘周期信號即后到 達的時鐘周期信號的上升沿作為每個計數周期的計數結束信號； 步驟3. 2,計算每個計數周期內計數脈沖信號的完整脈沖個數N ; 步驟4,對發射機和接收機的相位差進行精測量；即 步驟4. 1，對每個計數周期的計數脈沖信號進行量化延時，以使得每個計數周期的計數 脈沖信號的第一個完整脈沖的上升沿或者下降沿與先到達的時鐘周期信號的上升沿對齊， 并記錄每個計數周期的計數脈沖信號所經過的延時器個數 ηι ; 步驟4. 2,對每個計數周期的計數脈沖信號進行量化延時，以使得每個計數周期的計數 脈沖信號的最后一個完整脈沖的上升沿或者下降沿與后到達的時鐘周期信號的上升沿對 齊，并記錄每個計數周期的計數脈沖信號所經過的延時器個數n 2 ; 步驟4. 3,計算發射機和接收機的相位差Λ凡，即 當計數脈沖信號在計數開始信號到來時為低電平，計數結束信號到來時為低電平時， 則發射機和接收機的相位差八1\為
(1) 當計數脈沖信號在計數開始信號到來時為低電平，計數結束信號到來時為高電平時， 則發射機和接收機的相位差八1\為
(2) 當計數脈沖信號在計數開始信號到來時為高電平，計數結束信號到來時為低電平時， 則發射機和接收機的相位差八1\為
(3) 當計數脈沖信號在計數開始信號到來時為高電平，計數結束信號到來時為高電平時， 則發射機和接收機的相位差八兒為 ATi = ΝΤ+(T-riit) - (T-n2t) (4) 式（1)-(4)中，N是完整計數脈沖個數，T是計數脈沖信號的周期，&是與先到達的時 鐘周期信號對齊時、計數脈沖信號所經過的延時器個數，η2是與后到達的時鐘周期信號對 齊時、計數脈沖信號所經過的延時器個數，t是延時器的延時時間； 步驟5,將所計算出的發射機和接收機的相位差Λ'進行存儲。
2. 根據權利要求1所述的同步時鐘相位差測量方法，其特征是：還進一步包括對所計 算出的發射機和接收機的相位差進行顯示的步驟。
3. 根據權利要求1或2所述的同步時鐘相位差測量方法，其特征是：還進一步包括對 所計算出的發射機和接收機的相位差At送入上位機進行同步分析的步驟。
4. 基于權利要求1所述同步時鐘相位差測量方法而設計的同步時鐘相位差測量系統， 其特征在于：主要由第一單極性轉換單元、第二單極性轉換單元、恒溫晶振、鎖相環電路、計 數脈沖單元、量化延時單元、加法器和存儲器；其中發射機同步時鐘信號經第一單極性轉換 單元后分別連接到計數脈沖單元和量化延時單元的一輸入端上，接收機同步時鐘信號經第 二單極性轉換單元后分別連接到計數脈沖單元和量化延時單元的另一輸入端上；恒溫晶振 的輸出端與鎖相環電路的輸入端相連，鎖相環電路的輸出端分別連接計數脈沖單元和量化 延時單元的又一輸入端；計數脈沖單元的輸出端連接到加法器的一輸入端，量化延時單元 的輸出端連接到加法器的另一輸入端，加法器的輸出端連接存儲器。
5. 根據權利要求4所述的同步時鐘相位差測量系統，其特征在于：所述第一單極性 轉換單元和第二單極性轉換單元均由導通二極管Dl、D2,光耦Optl、Opt2,與非門NAND1、 NAND2,異或門X0R1，上拉電阻R2、R3、R5、R6,以及濾波電容Cl、C2組成；雙極性的發射機 或接收機同步時鐘信號的正極分為2路，一路經導通二極管D1連接光耦Optl的輸入端正 極，另一路連接光耦0pt2的輸入端負極；同步時鐘信號的負極分為2路，一路經導通二極管 D2連接光耦0pt2的輸入端正極，另一路連接光耦Optl的輸入端負極；光耦Optl的輸出端 正極同時連接與非門NAND1的2個輸入端，光耦Optl的輸出端負極連接接地GND ;與非門 NAND1的2個輸入端經上拉電阻R2連接電源正極VCC，與非門NAND1的輸出端經上拉電阻 R3連接電源正極VCC，與非門NAND1的輸出端經濾波電容C1接地GND ;與非門NAND1的輸 出端連接異或門X0R1的一端；光耦0pt2的輸出端正極同時連接與非門NAND2的2個輸入 端，光耦0pt2的輸出端負極連接接地GND ;與非門NAND2的2個輸入端經上拉電阻R5連接 電源正極VCC，與非門NAND2的輸出端經上拉電阻R6連接電源正極VCC，與非門NAND2的輸 出端經濾波電容C2接地GND ;與非門NAND2的輸出端連接異或門X0R2的一端。
6. 根據權利要求4所述的同步時鐘相位差測量系統，其特征在于：所述量化延時單元 由多個延時器組成。
7. 根據權利要求4所述的同步時鐘相位差測量系統，其特征在于：所述存儲器的輸出 端上還接有一顯示器。
8. 根據權利要求4所述的同步時鐘相位差測量系統，其特征在于：所述存儲器的輸出 端還與一上位機相連。
【文檔編號】G01V3/10GK104111481SQ201410369321
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月30日 優先權日:2014年7月30日
【發明者】王國富, 陳巍, 張法全, 葉金才, 龐成, 韋秦明 申請人:桂林電子科技大學