同步時鐘相位差測量系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種同步時鐘相位差測量系統，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。本實用新型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
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及探水雷達【技術領域】，具體涉及一種同步時鐘相位差測量系統。
【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。
實用新型內容
[0004]本實用新型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，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，本實用新型是通過以下技術方案實現的:
[0006]同步時鐘相位差測量系統，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、加法器和存儲器組成；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兀的另一輸入端上；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。
[0007]上述系統中，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Opt 1、0pt2，與非門NANDl、NAND2，異或門XORl，上拉電阻R2、R3、R5、R6，以及濾波電容C1、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Dl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NANDl的2個輸入端，光耦Optl的輸出端負極連接接地GND ;與非門NANDl的2個輸入端經上拉電阻R2連接電源正極VCC，與非門NANDl的輸出端經上拉電阻R3連接電源正極VCC，與非門NANDl的輸出端經濾波電容Cl接地GND ;與非門NANDl的輸出端連接異或門XORl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。
[0008]上述系統中，所述量化延時單元由多個延時器組成。
[0009]上述系統中，所述存儲器的輸出端上還接有一顯示器。
[0010]上述系統中，所述存儲器的輸出端還與一上位機相連。
[0011]與現有技術相比，本實用新型具有如下特點:
[0012]1、高分辨率和高穩定性，與傳統的示波器相比，最高分辨率可以達到200ps，且能對同步時鐘信號的相位差可以進行長時間的測量，并對相位差數據進行存儲和在LCD上顯示；
[0013]2、便捷、低功耗，與傳統的示波器相比，該同步時鐘測量系統更加便捷、低功耗，只需若干電池供電即可，且可以在野外沒有市電供電的情況下，可以進行長時間的工作；
[0014]3、容易實現、成本低，采用FPGA內部的D觸發器、延時器和計數脈沖，雙極性轉換電路、液晶模塊和存儲模塊就可以實現。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為一種同步時鐘相位差測量系統框圖。
[0016]圖2為單極性轉換單元原理圖。
【具體實施方式】
[0017]一種同步時鐘相位差測量系統，如圖1所示，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、加法器和存儲器組成。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，力口法器的輸出端連接存儲器。此外，為了能夠將測量結果進行直觀顯示，所述存儲器的輸出端上還接有一顯示器。而為了能夠對所得測量結果進行進一步處理和分析，所述存儲器的輸出端還與一上位機相連。
[0018]第一單極性轉換單元和第二單極性轉換單元的結構完全相同，如圖2所示，均由導通二極管Dl、D2，光耦Optl、0pt2，與非門NANDU NAND2，異或門X0R1，上拉電阻R2、R3、R5、R6，以及濾波電容C1、C2組成。如圖2所示。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Dl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NANDl的2個輸入端，光耦Optl的輸出端負極連接接地GND。與非門NANDl的2個輸入端經上拉電阻R2連接電源正極VCC，與非門NANDl的輸出端經上拉電阻R3連接電源正極VCC，與非門NANDl的輸出端經濾波電容Cl接地GND。與非門NANDl的輸出端連接異或門XORl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。
[0019]量化延時單元由多個延時器組成。在本實用新型優選實施例中，選用4級延時器作為示例計算Tl。計數脈沖信號經過內部延時器作為D觸發器的信號輸入，OUTA信號作為D觸發器的時鐘輸入，D觸發器在時鐘上升沿發生狀態轉換，輸出信號等于輸入信號。在延時器鏈中，每個延時器的延時時間為t = 200ps左右，因此每經過一個延時器，計數脈沖相對于OUTA信號會延時200ps。通過對D觸發器的編碼，就能知道計數脈沖的不對齊部分是低電平還是高電平。當計數脈沖與OUTA信號不對齊部分是低電平時，延時器鏈中前nl-1延時器是低電平，第nl個延時器是高電平，則說明計數脈沖經過nl個延時器后，計數脈沖的下降沿與OUTA的上升沿對齊，則時間Tl = nit。當計數脈沖與OUTA信號不對齊部分是高電平時，延時器鏈中前nl-Ι延時器是高電平，第nl個延時器是低電平，則說明計數脈沖經過nl個延時器后，計數脈沖的上升沿與OUTA的上升沿對齊，則時間Tl = nit。同理可以求得T2。
【權利要求】
1.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、加法器和存儲器組成；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。
2.根據權利要求1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、0pt2，與非門NANDl、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Dl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NANDl的2個輸入端，光耦Optl的輸出端負極連接接地GND ;與非門NANDl的2個輸入端經上拉電阻R2連接電源正極VCC，與非門NANDl的輸出端經上拉電阻R3連接電源正極VCC，與非門NANDl的輸出端經濾波電容Cl接地GND ;與非門NANDl的輸出端連接異或門XORl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。
3.根據權利要求1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。
4.根據權利要求1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。
5.根據權利要求1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】G01V3/10GK204028377SQ201420425852
【公開日】2014年12月17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, 周波, 張法全, 葉金才 申請人:桂林電子科技大學