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电法是最常用的地球物理勘探方法之一,主要用于寻找金属、非金属矿床、勘查地下水资源和能源、解决某些工程地质及深部地质问题。电法勘探具有可利用物性参数多,场源、装置形式多,观测内容或测量要素多以及应用范围广等特点。电法经过了一百多年的发展,在基础理论方面、方法技术和应用方面已经形成了很完整的体系。目前常用的电法勘探方法包括可控源音频大地电磁法(CSAMT)、时间域电磁法(也称为瞬变电磁法TEM)、频率域电磁法(FEM)、地质雷达、高密度电法、激电法(IP)、频谱激电法(SIP)、音频大地电磁法(AMT)、大地电磁测深法(MT)等。
电法仪器的发展趋势是综合性、多方法性、网络化、多通道等。在现代电子技术、计算机技术、信息处理技术发展的今天,电法仪器越来越依赖于软件的功能,即在一定硬件的基础上,仪器的功能将直接由软件协调。该论文的选题具有一定的现实意义。
本多功能电法仪的主要功能包括可控源音频大地电磁法、各种时域和频域电磁法、音频大地电磁法、大地电磁法、各种电阻率功能等。可控源音频大地电磁法是在探测深度和分辨率方面最有发展前景的电法之一。因而在本多功能电法仪的设计中,主要是对可控源音频大地电磁法部分的设计,对其他测试方法保留相关接口,有待进一步开发。
本多功能电法仪在软件的总体设计上,主要分为上位机软件设计,通讯接口设计和下位机软件设计三大部分。软件设计要求对各个功能模块单独设计,对可重用模块分离出来,减少系统冗余部分,提高程序执行效率。仪器控制实现网络化,上位机通过网络对下位机进行控制。每台多功能电法仪都有多个通道,每个通道都可以单独设置,可以同时单独测量不同类型的信号。多台仪器可以联网同时测量,每台仪器的每个测量通道都可以分别进行设置,既可以同时采集相同类型的信号,也可以同时采集不同类型的信号。
下位机软件设计主要分为两部分,一是解释执行部分,二是底层驱动和通用模块设计。解释执行部分主要是在接收到上位机的命令以后,正确调用相关函数以及控制相关硬件设备,并在完成相关功能后返回状态信息或者相关数据资料。底层驱动和通用模块设计主要包括通道设置、SD卡读写、数据采集等。由于硬件原因,下位机首先在EasyARM8962开发板上开发,该部分程序的开发环境是IAR Embedded Workbench IDE。
通讯接口部分考虑到下位机资源有限,网络通讯采用LWIP设计,LWIP是经典的轻量级TCP/IP协议栈,它对常用的TCP/IP协议栈进行了裁剪和优化,减少了一些不常用但不影响基本通信功能的协议模块,LWIP同时对保留下来的要实现的各个协议进行了简化,只实现其基本功能。LWIP可以在无操作系统支持环境下运行,LWIP具有代码量少,运行效率高和良好的可移植性等特点,特别适合于各类嵌入式设备。
上位机程序采用VC++2008开发,上位机开发要充分考虑人机接口的问题。上位机主要分为三个部分,一是各种功能方法,二是通用设置,三是完善的帮助系统。通用设置部分主要包括网络设置、GPS同步、通道自检等。
对本多功能电法仪还需要增加其他测量方法的处理程序,对于整个电法仪程序,还需要根据仪器使用的硬件设备更改底层驱动,需要在仪器中进行调试。还需要在以后的使用过程中不断完善。