便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)，包括：一主機、連接于所述主機的天線和定位裝置；所述主機包括一CPCI機箱、一電源模塊、一計算機模組和復(fù)數(shù)個功能模塊，所述CPCI機箱內(nèi)設(shè)置有一CPCI底板，所述電源模塊和復(fù)數(shù)個所述功能模塊通過所述CPCI底板與所述計算機模組通信連接。由于采用了本實用新型的一種便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)，具有體積小便于攜帶、功耗低、抗干擾能力強、靈敏度高。
【專利說明】便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種便攜式地下管線雷達，尤其涉及一種便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，現(xiàn)有的管線探測儀只能對金屬管線進行探測。而可對非金屬管道探測的通用型探地雷達系統(tǒng)普遍具有體積大、不便于攜帶，功能單一、功耗高，抗干擾能力較弱的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，而提供一種便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)，其基于CPCI技術(shù)結(jié)構(gòu)緊湊，功能模塊化，在一個小型機箱內(nèi)整合了系統(tǒng)的全部電路組件，只需外接天線和定位裝置就組成了完整的地下管線雷達探測系統(tǒng)，具有體積小便于攜帶、功耗低、抗干擾能力強、靈敏度高的優(yōu)點。
[0004]本實用新型所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0005]一種便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)，包括:一主機、連接于所述主機的天線和定位裝置；所述主機包括一 CPCI機箱、一電源模塊、一計算機模組和復(fù)數(shù)個功能模塊，所述CPCI機箱內(nèi)設(shè)置有一 CPCI底板，所述電源模塊和復(fù)數(shù)個所述功能模塊通過所述CPCI底板與所述計算機模組通信連接。
[0006]本實用新型的進一步改進在于，所述CPCI底板形成復(fù)數(shù)個插槽，所述電源模塊、所述計算機模組和所述功能模塊通過分別插設(shè)于對應(yīng)的插槽連接于所述CPCI底板。
[0007]本實用新型的進一步改進在于，功能模塊包括:通過所述CPCI底板與所述電源模塊連接的一時序產(chǎn)生模塊、一脈沖源模塊、至少一采樣接收機模塊和一數(shù)據(jù)采集模塊。
[0008]本實用新型的進一步改進在于，所述脈沖源模塊包括一托架、安裝于所述托架中的脈沖源、一第一輸入接口、一第一輸出接口和一第一電源接口 ；所述第一輸出接口連接所述天線，所述第一電源接口通過所述CPCI底板連接所述電源模塊；所述第一輸入接口連接所述時序模塊；
[0009]所述時序產(chǎn)生模塊包括一相互連接的第一模擬電路、一第一數(shù)字電路和一第一DC-DC電源模塊、一通信串口、一第二輸出接口、復(fù)數(shù)個第三輸出接口和一第二電源接口 ；所述第一數(shù)字電路連接所述通信串口并通過所述通信串口連接所述數(shù)據(jù)采集模塊；所述模擬電路連接所述第二輸出接口和所述第三輸出接口，且所述模擬電路通過所述第二輸出接口連接所述脈沖源模塊的所述第一輸入接口，所述模擬電路通過所述第三輸出接口連接所述采樣接收機模塊；所述第一 DC-DC電源模塊連接所述第二電源接口，并通過所述第二電源接口和所述CPCI底板連接所述電源模塊；
[0010]每一所述采樣接收機模塊包括一采樣接收機電路主體、連接于所述采樣接收機電路主體的一第二 DC-DC電源模塊、一第二輸入接口、一第三輸入接口、一第四輸出接口和一第三電源接口 ；所述第二輸入接口連接于所述天線，所述第三輸入接口連接于所述時序產(chǎn)生模塊的所述第三輸出接口，所述第四輸出接口連接所述數(shù)據(jù)采集模塊；所述第二 DC-DC電源模塊連接所述第三電源接口并通過所述第三電源接口和所述CPCI底板連接所述電源模塊；
[0011]所述數(shù)據(jù)采集模塊包括相互連接的一第二模擬電路、一第二數(shù)字電路、復(fù)數(shù)個第四輸入接口、一總線接口、一第一輸出串口、一第二輸出串口和一第三DC-DC電源模塊；所述第二模擬電路連接所述第三DC-DC電源模塊和所述第四輸入接口并通過所述第四輸入接口連接所述采樣接收機模塊；所述第二數(shù)字電路連接于所述總線接口、所述第一輸出串口和所述第二輸出串口 ；所述總線接口通過所述CPCI底板連接所述電源模塊和所述計算機模組；所述第一輸出串口連接所述定位裝置，所述第二輸出串口連接所述時序產(chǎn)生模塊的所述通信串口。
[0012]本實用新型的進一步改進在于，所述第一模擬電路包括一觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路和一采樣脈沖產(chǎn)生電路；所述觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路的輸出端連接所述第二輸出接口 ；所述采樣脈沖產(chǎn)生電路的輸出端連接所述第三輸出接口；
[0013]所述第一數(shù)字電路包括相互通信連接的一 CPLD芯片和一第一單片機；所述第一單片機連接所述通信串口。
[0014]本實用新型的進一步改進在于，所述觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路包括一第一比較器、一可變快斜波電路和一可變電平，所述第一比較器的輸入端連接所述可變快斜波電路和所述可變電平的輸出端，所述第一比較器的輸出端通過一脈沖整形模塊連接所述第二輸出接口，所述可變快斜波電路和所述可變電平的輸入端連接所述CPLD芯片的輸出端；
[0015]所述采樣脈沖產(chǎn)生電路包括一第二比較器、一快斜波電路和一慢斜波電路，所述第二比較器的輸入端連接所述快斜波電路和所述慢斜波電路的輸出端，所述第二比較器的輸出端通過一功分電路連接所述第三輸出接口 ；所述快斜波電路和所述慢斜波電路的輸入端連接所述CPLD芯片的輸出端。
[0016]本實用新型的進一步改進在于，所述第一模擬電路還包括一時差測量電路，所述時差測量電路的輸入端連接所述第一比較器和所述第二比較器的輸出端，所述時差測量電路的輸出端連接所述第一單片機。
[0017]本實用新型的進一步改進在于，所述采樣接收機電路主體包括一第一采樣門電路、一第二米樣門電路、一雙極脈沖產(chǎn)生電路和一差分放大電路；
[0018]所述雙極脈沖產(chǎn)生電路的一第一輸出端分別連接所述第一采樣門電路和所述第二米樣門電路的第一輸入端，所述雙極脈沖產(chǎn)生電路的一第二輸出端分別連接所述第一米樣門電路和所述第二采樣門電路的第二輸入端；所述雙極脈沖產(chǎn)生電路的輸入端通過一脈沖整形電路連接所述第三輸入接口；
[0019]所述第一采樣門的第三輸入端通過一放大器連接所述第二輸入接口 ；所述第二采樣門電路通過一定值電阻接地；所述第一采樣門和所述第二采樣門的輸出端連接所述差分放大電路的輸入端；
[0020]所述差分放大電路的輸出端依次通過一高頻補償網(wǎng)絡(luò)和一輸出緩沖放大電路連接所述第四輸出接口。
[0021]本實用新型的進一步改進在于，所述第二模擬電路包括兩通路，每一所述通路包括依次連接的緩沖放大器和低通濾波器；
[0022]所述第二數(shù)字電路包括一時變電壓發(fā)生器、一壓控增益放大器、一 PCI接口芯片、一先入先出存儲器和一第二單片機；所述壓控增益放大器連接兩所述雙通道的輸出端，且所述壓控增益放大器、所述先入先出存儲器、所述時變電壓發(fā)生器和所述PCI接口芯片依次通信連接；所述時變電壓發(fā)生器與所述第二單片機通信連接，并通過所述第二單片機連接所述第一輸出串口和所述第二輸出串口 ；所述PCI接口芯片連接所述總線接口。
[0023]本實用新型的進一步改進在于，所述第一模擬電路設(shè)置于一第一屏蔽盒內(nèi)；
[0024]所述第一采樣門電路、所述第二采樣門電路和所述放大器設(shè)置于一第二屏蔽盒內(nèi)；所述采樣接收機模塊設(shè)置于一第三屏蔽盒內(nèi)；
[0025]所述第二模擬電路設(shè)置于一第四屏蔽盒內(nèi)。
[0026]本實用新型由于采用了以上技術(shù)方案，使其具有以下有益效果是:
[0027]CPCI機箱的采用使得本實用新型的便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小便于攜帶的特點；電源模塊的采用為便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)提供了電源；計算機模組的采用為便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)提供了計算機平臺；時序產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號和采樣脈沖信號；采樣接收機的作用是在采樣脈沖控制下，將輸入的高頻周期信號變換成波形相似的低頻信號；數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)多通道的同步采樣任務(wù)，并兼顧完成與時序產(chǎn)生模塊和定位裝置的通信任務(wù)；脈沖源模塊用于提供功率脈沖信號；時差測量電路用于系統(tǒng)的自檢和校正；
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本實用新型便攜式探地雷達系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為本實用新型實施例之一的便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)的主機正視圖；
[0030]圖3為本實用新型實施例之一的便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)的主機后視圖；
[0031]圖4為本實用新型實施例之一的時序產(chǎn)生模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖5為本實用新型實施例之一的采樣接收機模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖6為本實用新型實施例之一的數(shù)據(jù)采集模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖7為本實用新型實施例之二的便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)的主機正視圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作進一步說明。
[0036]請參閱圖1-3，本實用新型實施例一的一種便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)，包括:一主機1、連接于主機I的天線2和定位裝置3 ;主機I包括一 CPCI機箱11、一電源模塊12、一計算機模組13和復(fù)數(shù)個功能模塊14，CPCI機箱11內(nèi)設(shè)置有一 CPCI底板，電源模塊12和復(fù)數(shù)個功能模塊14通過CPCI底板與計算機模組13通信連接。CPCI底板形成復(fù)數(shù)個插槽，電源模塊12、計算機模組13和功能模塊14通過分別插設(shè)于對應(yīng)的插槽連接于CPCI底板。且CPCI底板平面與CPCI機箱11 一側(cè)面平行設(shè)置，電源模塊12、計算機模組13和功能模塊14分別垂直插設(shè)于CPCI底板并與CPCI機箱11底面垂直設(shè)置。功能模塊14包括:通過CPCI底板與電源模塊12連接的一時序產(chǎn)生模塊、一脈沖源模塊、至少一采樣接收機模塊和一數(shù)據(jù)采集模塊。主機I底部設(shè)置有至少一風扇自冷卻組件。主機I上設(shè)有至少一把手15。CPCI機箱11外側(cè)設(shè)有液晶顯不器16。在本實施例中，液晶顯不器16設(shè)置于CPCI機箱11的第一側(cè)面，CPCI底板形成一電源模塊插槽、一計算機模組插槽和五個功能模塊插槽，各插槽的插入口設(shè)置于CPCI機箱11的第二側(cè)面，第二側(cè)面與第一側(cè)面對應(yīng)且平行。
[0037]本實施例中計算機模組13采用符合CPCI規(guī)范的計算機，作探地雷達系統(tǒng)的軟件運行提供平臺；計算機模組13采用凌華科技的CPC1-3700A系列模組，結(jié)構(gòu)緊湊，在3個槽位的空間內(nèi)集成了一個完整的工業(yè)計算機。具有看門狗定時器和完備的硬件監(jiān)測電路。
[0038]電源模塊12采用凌華科技的cPWR-15xxA系列3U Compact PCI電源模塊，其特點為前端抽取、熱插拔及N+1冗余。這一系列產(chǎn)品利用整流技術(shù)以及高功率密度設(shè)計，使其具有體積小、輸出功率大的特點。任意兩個或更多的電源都可以用在同一系統(tǒng)中以實現(xiàn)電流均分、N+1冗余以及容錯系統(tǒng)。該模組所有輸出都具有超載及短路保護，自動恢復(fù)功能。內(nèi)部溫度達到95°C時關(guān)機，可自動恢復(fù)。輸出電壓超過額定電壓20%時關(guān)機，可自動重啟。
[0039]脈沖源模塊包括一托架、安裝于托架中的脈沖源、一第一輸入接口、一第一輸出接口和一第一電源接口 ；第一輸出接口連接天線2，第一電源接口通過CPCI底板連接電源模塊12 ;第一輸入接口連接時序模塊。
[0040]脈沖源是無載波脈沖探地雷達的重要組成部分之一。其主要技術(shù)指標有:脈沖半高寬度、脈沖幅度、重復(fù)頻率。不同的脈沖源用于不同深度、不同目的的探測。脈沖源的特性直接決定了探測深度和目標分辨率。脈沖源采用鋁塊制作的機盒封裝，密封性能較好，具有良好的電磁兼容性(EMC特性)。通過在脈沖源外加裝托架制作成標準3U CPCI模塊的脈沖源模塊，脈沖源模塊插設(shè)安裝于CPCI機箱11中。
[0041]請參閱圖4,時序產(chǎn)生模塊141包括一相互連接的第一模擬電路1411、一第一數(shù)字電路和一第一 DC-DC電源模塊1414、一通信串口、一第二輸出接口、復(fù)數(shù)個第三輸出接口和一第二電源接口 ；第一數(shù)字電路連接通信串口并通過通信串口連接數(shù)據(jù)采集模塊；模擬電路連接第二輸出接口和第三輸出接口，且模擬電路通過第二輸出接口連接脈沖源模塊的第一輸入接口，模擬電路通過第三輸出接口連接采樣接收機模塊；第一 DC-DC電源模塊1414連接第二電源接口，并通過第二電源接口和CPCI底板連接電源模塊12。
[0042]其中，第一模擬電路1411設(shè)置于一第一屏蔽盒內(nèi)；第一模擬電路1411包括一觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路和一采樣脈沖產(chǎn)生電路；觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路的輸出端連接第二輸出接口 ；采樣脈沖產(chǎn)生電路的輸出端連接第三輸出接口。
[0043]觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路包括一第一比較器1412、一可變快斜波電路和一可變電平，第一比較器1412的輸入端連接可變快斜波電路和可變電平的輸出端，第一比較器1412的輸出端通過一脈沖整形模塊連接第二輸出接口，可變快斜波電路和可變電平的輸入端連接CPLD芯片的輸出端。
[0044]采樣脈沖產(chǎn)生電路包括一第二比較器1413、一快斜波電路和一慢斜波電路，第二比較器1413的輸入端連接快斜波電路和慢斜波電路的輸出端，第二比較器1413的輸出端通過一功分電路連接第三輸出接口 ；快斜波電路和慢斜波電路的輸入端連接CPLD芯片的輸出端。
[0045]第一模擬電路1411還包括一時差測量電路，時差測量電路的輸入端連接第一比較器1412和第二比較器1413的輸出端,時差測量電路的輸出端連接第一單片機1415。
[0046]第一數(shù)字電路包括相互通信連接的一 CPLD芯片和一第一單片機1415 ;第一單片機1415連接通信串口。
[0047]時序產(chǎn)生模塊是探地雷達系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它主要用于產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號和采樣脈沖信號?？紤]到模塊的獨立性及通用性，該模塊的工作參數(shù)由數(shù)據(jù)采集模塊控制，通過通信串口通信，本實施例中通信串口采用RS-232串口。由于每一個采樣接收機需要一個采樣脈沖，所以在時序產(chǎn)生模塊中設(shè)置了一功分電路，將米樣脈沖信號進行功分輸出。由于這兩個脈沖信號都屬于高頻信號，所以在模塊上要注意良好的屏蔽，因此采用屏蔽盒，將兩個脈沖產(chǎn)生電路設(shè)置于屏蔽盒的槽位中。本實施例的第一比較器和第二比較器采用TI公司的TL3016極高速比較器，其響應(yīng)時間為6ns，可以滿足電路的要求。
[0048]快斜波電路用精密恒流源與高穩(wěn)定度電容組成，經(jīng)實踐證明，這種電路形式產(chǎn)生的斜波信號具有較好的線性。對于觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路，充電電容是固定的，快斜波上升時間控制在400ns左右，去除快斜波起點和終點的非線性部分后，使得觸發(fā)脈沖還有300ns的調(diào)節(jié)范圍。對于采樣脈沖電路，用模擬開關(guān)(或繼電器)切換不同的充電電容，使得快斜波上升時間有20ns、50ns、200ns三種，根據(jù)不同的時窗可以選擇不同的快斜波，以減小系統(tǒng)在小時窗時的時基抖動。
[0049]慢斜波電路和可變電平電路用10位DAC組成，它輸出一個可變的電平信號送到高速比較器的一端，快斜波信號送到比較器的另一端，經(jīng)比較輸出，就可得到觸發(fā)脈沖和采樣脈沖信號。改變慢斜坡的電壓范圍，可以改變采樣步進脈沖的延時范圍，也就是改變采樣時窗；改變觸發(fā)脈沖的延時，就改變了采樣時窗與觸發(fā)脈沖的相對時間關(guān)系，也就是改變了對信號的采樣位置。
[0050]本實施例在第一模擬電路1411中，還設(shè)置了一個時差測量電路，用于系統(tǒng)自檢和校正。在進入校正狀態(tài)時，由第一單片機1415控制采樣脈沖電路輸出一個固定延時的采樣脈沖，使得采樣脈沖與觸發(fā)脈沖之間的延時為固定值，這兩個信號經(jīng)過時差測量電路轉(zhuǎn)換后送到第一單片機1415。第一單片機1415可以利用該測量電路實現(xiàn)對電路溫漂的校正。但是要注意，需要仔細考慮時差測量電路自身的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性。
[0051]另外對于第一數(shù)字電路，其中的CPLD芯片在單片機控制下，輸出各個斜波產(chǎn)生電路所需的時鐘信號和數(shù)據(jù)，同時還具有同步輸出和同步輸入功能。本實施例中CPLD芯片采用Xilinx公司的XC9500系列產(chǎn)品。第一單片機則要與數(shù)據(jù)采集模塊通信，根據(jù)上位機下傳的參數(shù)來配置CPLD芯片。第一單片機的任務(wù)比較簡單，本實施例中采用MCS-51系列產(chǎn)品O
[0052]對觸發(fā)脈沖延時和步進采樣脈沖的控制是探地雷達系統(tǒng)的主要控制任務(wù)，這兩個脈沖信號的時間穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性直接影響系統(tǒng)的性能。在電路設(shè)計時，重點考慮選用元器件的溫度穩(wěn)定性，并對元器件作老化處理。在采用第一 DC-DC電源模塊1414供電的同時，可對關(guān)鍵電路考慮采用線性穩(wěn)壓器件進行二次穩(wěn)壓供電。
[0053]請參閱圖3、圖5，每一采樣接收機模塊142包括一采樣接收機電路主體、連接于采樣接收機電路主體的一第二 DC-DC電源模塊1421、一第二輸入接口、一第三輸入接口、一第四輸出接口和一第三電源接口 ；第二輸入接口連接于天線2，第三輸入接口連接于時序產(chǎn)生模塊的第三輸出接口，第四輸出接口連接數(shù)據(jù)采集模塊；第二 DC-DC電源模塊1421連接第三電源接口并通過第三電源接口和CPCI底板連接電源模塊12。
[0054]米樣接收機電路主體包括一第一米樣門電路、一第二米樣門電路、一雙極脈沖產(chǎn)生電路和一差分放大電路。
[0055]其中，雙極脈沖產(chǎn)生電路的一第一輸出端分別連接第一米樣門電路和第二米樣門電路的第一輸入端，雙極脈沖產(chǎn)生電路的一第二輸出端分別連接第一米樣門電路和第二米樣門電路的第二輸入端；雙極脈沖產(chǎn)生電路的輸入端通過一脈沖整形電路連接第三輸入接口 ；第一采樣門的第三輸入端通過一放大器連接第二輸入接口 ；第二采樣門電路通過一定值電阻接地；第一采樣門和第二采樣門的輸出端連接差分放大電路的輸入端；差分放大電路的輸出端依次通過一高頻補償網(wǎng)絡(luò)和一輸出緩沖放大電路連接第四輸出接口。
[0056]采樣接收機模塊的作用是在采樣脈沖控制下，將輸入的高頻周期信號變換成波形相似的低頻信號。采樣接收機的性能對探地雷達系統(tǒng)的性能優(yōu)劣有著至關(guān)重要的影響。采樣接收機的帶寬、靈敏度和信噪比是三個關(guān)鍵技術(shù)指標。[0057]本實施例中的第一采樣門電路和第二采樣門電路是由微波二極管組成的極高速開關(guān)電路，其導(dǎo)通和反向恢復(fù)時間是其重要指標，設(shè)計時要根據(jù)系統(tǒng)帶寬選擇合適的微波二極管。第一采樣門電路和第二采樣門電路前的放大器可采用微波放大器，其作用有兩個:一個是阻抗匹配，作為天線2和采樣門之間的寬帶阻抗匹配電路；另一個是限幅放大。控制放大器的輸出電平在2V以內(nèi)，當天線2的輸入信號過大時(直接耦合波和地面反射波)，放大器的輸出飽和，保護第一采樣門電路和第二采樣門電路。當天線2的信號較小時，放大器將信號放大，提高系統(tǒng)的靈敏度。本實施例的便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)可探測地表淺層的目標，也就是說，能夠很好地接收大信號(地面反射波)之后的小信號回波，放大器的退飽和時間很小。由于第一采樣門電路、第二采樣門電路和放大器都屬于微波電路，為了防止各組件間的干擾，將第一采樣門電路、第二采樣門電路和放大器設(shè)置于一第二屏蔽盒內(nèi)，將內(nèi)部信號線通過引腳和SMA座引出，作為一個電路組件焊接在采樣接收機的電路板上。采樣接收機模塊設(shè)置于一第三屏蔽盒內(nèi)。
[0058]由時序產(chǎn)生電路產(chǎn)生的采樣脈沖為TTL電平，電平的幅度不夠大，上升沿也不夠陡峭，通過脈沖整形電路的采用，將采樣脈沖變換成幅度為60V，上升沿為4ns的高壓高速脈沖信號，送到雙極脈沖產(chǎn)生電路。第一采樣門電路、第二采樣門電路采用4管平衡門，因此需要雙極性的采樣脈沖，采樣脈沖采用雪崩二極管加L / 4短路線的方式產(chǎn)生。采樣門電路的帶寬與采樣脈沖的底寬有直接的聯(lián)系。當采樣脈沖的形狀為鐘形脈沖時，兩者關(guān)系如下:
[0059] B= 0.6160/L (B:帶寬；L采樣脈沖底寬)
[0060]本系統(tǒng)要求采樣電路帶寬大于5G Hz，由上式計算，L要小于123ps。在電路設(shè)計時要根據(jù)來確定L/4短路線的長度。
[0061]差分放大電路的作用是將第一采樣門電路和第二采樣門電路的輸出的信號進行差分放大。采用雙采樣門的目的是利用兩個采樣門結(jié)構(gòu)的一致性來抵消采樣脈沖泄漏和電路噪聲。由于采樣脈沖的底寬很小，在采樣保持電容上保持的電量也很小，所以對差分放大電路的要求是輸入阻抗高，帶寬大，共模抑制比高。本實施例選用了微波差分對管設(shè)計該電路。
[0062]由于采樣門電路對高頻信號的響應(yīng)呈逐漸衰減的特性，在采樣之后，高頻補償網(wǎng)絡(luò)的采用，實現(xiàn)了對采樣后信號進行校正，恢復(fù)損失的高頻分量。本實施例中高頻補償網(wǎng)絡(luò)采用無源阻容網(wǎng)絡(luò)。
[0063]通過輸出緩沖放大電路的采用，將信號的幅度放大到±2.5V。整個采樣接收機模塊外加有一個第三屏蔽盒，用于隔絕外界干擾。
[0064]請參閱圖3、圖6，數(shù)據(jù)采集模塊143包括相互連接的一第二模擬電路1431、一第二數(shù)字電路、復(fù)數(shù)個第四輸入接口、一總線接口、一第一輸出串口、一第二輸出串口和一第三DC-DC電源模塊1432 ;第二模擬電路1431連接第三DC-DC電源模塊1432和第四輸入接口并通過第四輸入接口連接采樣接收機模塊；第二數(shù)字電路連接于總線接口、第一輸出串口和第二輸出串口 ；總線接口通過CPCI底板連接電源模塊和計算機模組13 ;第一輸出串口連接定位裝置3，第二輸出串口連接時序產(chǎn)生模塊的通信串口。
[0065]其中，第二模擬電路1431包括兩通路，每一通路包括依次連接的緩沖放大器和低通濾波器，第二模擬電路1431設(shè)置于一第四屏蔽盒內(nèi)。第二數(shù)字電路包括一時變電壓發(fā)生器、一壓控增益放大器、一 PCI接口芯片、一先入先出存儲器1434和一第二單片機1433 ;壓控增益放大器連接兩雙通道的輸出端，且壓控增益放大器、先入先出存儲器1434、時變電壓發(fā)生器和PCI接口芯片依次通信連接；時變電壓發(fā)生器與第二單片機1433通信連接，并通過第二單片機1433連接第一輸出串口和第二輸出串口 ；PCI接口芯片連接總線接口。
[0066]數(shù)據(jù)采集模塊是主要用于實現(xiàn)兩通道14位的同步采樣任務(wù)，同時還兼顧完成與時序產(chǎn)生模塊和定位裝置3的通信任務(wù)。為了保證數(shù)據(jù)采集的一致性，兩通道必須同步采樣，而且采樣時鐘要與采樣接收機模塊的時鐘同步。
[0067]第二模擬電路1431主要完成對采樣接收機輸出的低頻模擬信號進行放大、濾波的任務(wù)。
[0068]由于探測越深的目標，雷達回波越小。為了提高對深層目標的分辨率，要采用時變放大器對取樣接收機輸出的信號進行放大。時變放大器由壓控增益放大器和時變電壓發(fā)生器組成。本實施例中，壓控增益放大器選用AD公司的AD603，該芯片的增益調(diào)節(jié)范圍達40dB，可以滿足系統(tǒng)要求；時變電壓發(fā)生器由并行輸入DAC和FPGA組成，F(xiàn)PGA在時鐘的控制下，將數(shù)據(jù)流不斷送到DAC，使DAC輸出一個時變的電壓，以改變VGA的增益。計算機模組13通過CPCI底板的CPCI總線來更新FPGA中RAM的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)對時變增益曲線的控制。
[0069]第二模擬電路1431中的緩沖放大器和低通濾波器采用通用運放。第二模擬電路1431設(shè)置于第四屏蔽盒內(nèi)，以隔絕外界干擾。通過第三DC-DC電源模塊1432給第二模擬電路1431供電。
[0070]由于兩路模擬信號需要16位同步采樣轉(zhuǎn)換，本實施例中ADC采用AD公司的AD7865或MAXM公司的MAX125。這兩種器件都是四通道16位同步采樣ADC。模擬電壓的輸入范圍是±2.5V。
[0071]時變電壓發(fā)生器的FPGA是第二數(shù)字電路的核心，它完成所有的接口邏輯和時序控制工作，在它的控制下ADC的輸出通過一個18位的先入先出存儲器1434(FIFO)送入FPGA, FPGA再將數(shù)據(jù)送到PCI接口芯片或者第二單片機1433。第二單片機1433連接有一USB接口?？赏ㄟ^設(shè)置一硬跳線決定采用總線接口或USB接口作為數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)傳輸接口。上位機通過這兩種接口之一下傳控制指令來實現(xiàn)對整個探地雷達系統(tǒng)的控制。本實施例中FPGA采用Xilinx公司的XC2S30。
[0072]另外，本實施例的第二單片機1433采用Cypress公司的EZ-USBFX2 (CY7C68013)單片機。
[0073]請參閱圖7，本發(fā)明實施例二的一種便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)，其主要結(jié)構(gòu)與本發(fā)明實施例一基本相同，其區(qū)別在于:CPCI底板形成一電源模塊插槽、一計算機模組插槽和八個功能模塊14插槽,各插槽的插入口與液晶顯不器16設(shè)置于CPCI機箱11的同一面。
[0074]以上結(jié)合附圖實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說明對本實用新型做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對本實用新型的限定，本實用新型將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)，其特征在于，包括:一主機、連接于所述主機的天線和定位裝置；所述主機包括一 CPCI機箱、一電源模塊、一計算機模組和復(fù)數(shù)個功能模塊，所述CPCI機箱內(nèi)設(shè)置有一 CPCI底板，所述電源模塊和復(fù)數(shù)個所述功能模塊通過所述CPCI底板與所述計算機模組通信連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)，其特征在于，所述CPCI底板形成復(fù)數(shù)個插槽，所述電源模塊、所述計算機模組和所述功能模塊通過分別插設(shè)于對應(yīng)的插槽連接于所述CPCI底板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)，其特征在于，功能模塊包括:通過所述CPCI底板與所述電源模塊連接的一時序產(chǎn)生模塊、一脈沖源模塊、至少一采樣接收機模塊和一數(shù)據(jù)采集模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)，其特征在于， 所述脈沖源模塊包括一托架、安裝于所述托架中的脈沖源、一第一輸入接口、一第一輸出接口和一第一電源接口 ；所述第一輸出接口連接所述天線，所述第一電源接口通過所述CPCI底板連接所述電源模塊；所述第一輸入接口連接所述時序模塊； 所述時序產(chǎn)生模塊包括一相互連接的第一模擬電路、一第一數(shù)字電路和一第一 DC-DC電源模塊1414、一通信串口、一第二輸出接口、復(fù)數(shù)個第三輸出接口和一第二電源接口 ；所述第一數(shù)字電路連接所述通信串口并通過所述通信串口連接所述數(shù)據(jù)采集模塊；所述模擬電路連接所述第二輸出接 口和所述第三輸出接口，且所述模擬電路通過所述第二輸出接口連接所述脈沖源模塊的所述第一輸入接口，所述模擬電路通過所述第三輸出接口連接所述采樣接收機模塊；所述第一 DC-DC電源模塊1414連接所述第二電源接口，并通過所述第二電源接口和所述CPCI底板連接所述電源模塊； 每一所述采樣接收機模塊包括一采樣接收機電路主體、連接于所述采樣接收機電路主體的一第二 DC-DC電源模塊、一第二輸入接口、一第三輸入接口、一第四輸出接口和一第三電源接口 ；所述第二輸入接口連接于所述天線，所述第三輸入接口連接于所述時序產(chǎn)生模塊的所述第三輸出接口，所述第四輸出接口連接所述數(shù)據(jù)采集模塊；所述第二 DC-DC電源模塊連接所述第三電源接口并通過所述第三電源接口和所述CPCI底板連接所述電源模塊； 所述數(shù)據(jù)采集模塊包括相互連接的一第二模擬電路、一第二數(shù)字電路、復(fù)數(shù)個第四輸入接口、一總線接口、一第一輸出串口、一第二輸出串口和一第三DC-DC電源模塊；所述第二模擬電路連接所述第三DC-DC電源模塊和所述第四輸入接口并通過所述第四輸入接口連接所述采樣接收機模塊；所述第二數(shù)字電路連接于所述總線接口、所述第一輸出串口和所述第二輸出串口 ；所述總線接口通過所述CPCI底板連接所述電源模塊和所述計算機模組；所述第一輸出串口連接所述定位裝置，所述第二輸出串口連接所述時序產(chǎn)生模塊的所述通信串口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一模擬電路包括一觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路和一米樣脈沖產(chǎn)生電路；所述觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路的輸出端連接所述第二輸出接口 ；所述采樣脈沖產(chǎn)生電路的輸出端連接所述第三輸出接口 ； 所述第一數(shù)字電路包括相互通信連接的一 CPLD芯片和一第一單片機；所述第一單片機連接所述通信串口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)，其特征在于，所述觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路包括一第一比較器、一可變快斜波電路和一可變電平，所述第一比較器的輸入端連接所述可變快斜波電路和所述可變電平的輸出端，所述第一比較器的輸出端通過一脈沖整形模塊連接所述第二輸出接口，所述可變快斜波電路和所述可變電平的輸入端連接所述CPLD芯片的輸出端； 所述采樣脈沖產(chǎn)生電路包括一第二比較器、一快斜波電路和一慢斜波電路，所述第二比較器的輸入端連接所述快斜波電路和所述慢斜波電路的輸出端，所述第二比較器的輸出端通過一功分電路連接所述第三輸出接口 ；所述快斜波電路和所述慢斜波電路的輸入端連接所述CPLD芯片的輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一模擬電路還包括一時差測量電路，所述時差測量電路的輸入端連接所述第一比較器和所述第二比較器的輸出端，所述時差測量電路的輸出端連接所述第一單片機。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣接收機電路主體包括一第一米樣門電路、一第二米樣門電路、一雙極脈沖產(chǎn)生電路和一差分放大電路； 所述雙極脈沖產(chǎn)生電路的一第一輸出端分別連接所述第一采樣門電路和所述第二采樣門電路的第一輸入端，所述雙極脈沖產(chǎn)生電路的一第二輸出端分別連接所述第一米樣門電路和所述第二采樣門電路的第二輸入端；所述雙極脈沖產(chǎn)生電路的輸入端通過一脈沖整形電路連接所述第三輸入接口； 所述第一采樣門的第三輸入端通過一放大器連接所述第二輸入接口 ；所述第二采樣門電路通過一定值電阻接地；所述第一采樣門和所述第二采樣門的輸出端連接所述差分放大電路的輸入端； 所述差分放大電路的輸出端依次通過一高頻補償網(wǎng)絡(luò)和一輸出緩沖放大電路連接所述第四輸出接口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)，其特征在于，所述第二模擬電路包括兩通路，每一所述通路包括依次連接的緩沖放大器和低通濾波器； 所述第二數(shù)字電路包括一時變電壓發(fā)生器、一壓控增益放大器、一 PCI接口芯片、一先入先出存儲器和一第二單片機；所述壓控增益放大器連接兩所述雙通道的輸出端，且所述壓控增益放大器、所述先入先出存儲器、所述時變電壓發(fā)生器和所述PCI接口芯片依次通信連接；所述時變電壓發(fā)生器與所述第二單片機通信連接，并通過所述第二單片機連接所述第一輸出串口和所述第二輸出串口 ；所述PCI接口芯片連接所述總線接口。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜式地下管線雷達探測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一模擬電路設(shè)置于一第一屏蔽盒內(nèi)； 所述第一采樣門電路、所述第二采樣門電路和所述放大器設(shè)置于一第二屏蔽盒內(nèi)；所述采樣接收機模塊設(shè)置于一第三屏蔽盒內(nèi)； 所述第二模擬電路設(shè)置于一第四屏蔽盒內(nèi)。
【文檔編號】G01V3/12GK203720372SQ201420074736
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】陳德莉 申請人:上海航征測控系統(tǒng)有限公司