基于FPGA 的瞬变电磁勘探仪设计与实现

0 引言

随着矿产资源勘探、地质灾害评估等领域对地下目标体精准探测需求的提升 [1]，传统电磁勘探设备的局限性日益凸显：大线框设备在复杂地形布置困难，部分设备采样精度不足难以捕捉微弱二次场信号，进口芯片导致成本高，且数据可视化工具低效 [2]。为解决这些问题，本设计开发了基于 FPGA 的便携式小线框瞬变电磁勘探仪，通过瞬变电磁法原理，利用发射与接收同步机制，结合高性能硬件与软件架构，实现对地下二次场信号的高精度采集、处理与可视化，旨在为相关领域提供灵活、高效、低成本的探测解决方案[3]。

1 总体方案设计：

小线框瞬变电磁勘探仪由电池供电，捕获的二次场信号接入模拟信号采集板，经过噪声抑制和调理后进行模数转换。FPGA 芯片在检测到发射机发出信号的瞬间，控制模拟信号采集板采集接收线圈的信号。在 FPGA 中开辟 FIFO 存储数据，并在数据存储数量达到上限后将其发送到上位机。上位机基于 LabVIEW 构建，显示衰减信号图。最后导出数据通专用的地质数据处理软件进行分析，得出相应的地质剖面图。

2 硬件系统设计：

小线框瞬变电磁勘探仪发射机主要包括电压与电流检测、开关控制器、发射控制开关、充电开关五部分组成。小线框瞬变电磁勘探仪发射机 PCB 如图 1 所示：

图1 便携式瞬变电磁仪发射机 PCB

3 软件系统设计：

本系统软件采用“下位机（FPGA） + 上位机（LabVIEW）”架构，实现瞬变电磁信号的同步采集、预处理、存储、传输与可视化分析。下位机软件以 FPGA 为主控核心，完成发射—接收同步控制、模拟信号采集、数据本地缓存；上位机基于 LabVIEW 开发，负责数据接收、实时衰减曲线显示、数据存储及与地质分析软件的对接。流程图如图2 所示。

图 2.LabVIEW 上位机流程图