随着矿产资源勘探和开采力度的不断增强,矿产勘查工作面临“难识别、难发现、难利用”的局面,中国国务院《“十三五”国家科技创新规划》明确提出“深空、深海、深地、深蓝”等“深度”布局,号召运用深蓝技术,以深地和复杂地形找矿为重点,提高矿产勘探整体水平。“深地”包括地球深部的矿物资源、能源资源的勘探开发,“深蓝”包含网络技术、信息技术、人工智能等。电法勘探以地壳中岩矿石之间的导电、电化学、导磁性和介电性的差异为基础,通过观测和研究天然和人工的稳定电流场或交变电磁场在空间的分布规律,来揭示矿产资源或解决地质问题。电法勘探还可以探寻油气田、地下水、考古研究、地质填图等。电法勘探过程中,由于测量信号的微弱性和宽动态范围,需要电法接收机具备高放大倍数和宽范围可调增益;同时自然环境的各种干扰信号叠加在待测信号上,还要求电法接收机具备很强的抗干扰能力。目前市面上的电法接收机普遍体积较大,操作复杂,优质电法接收机被国外垄断。本文先对电法勘探相关理论及技术进行了分析与研究,然后基于激发极化法和相关辨识法,设计并研制了一款便携式电法接收机。该仪器利用激发极化法原理,通过发送机向大地输入电流,接收机接收到返回的数据后进行数据处理分析,通过查看数据的分布规律,来判断地壳中的地质分布情况,从而寻找有用岩矿石。本文研究设计的电法接收机主要包含:低噪声模拟前端电路、多通道数据采集电路、FPGA数据处理电路、嵌入式通信系统和低噪声高效率电源管理系统等。各部分主要研究内容有:(1)低噪声模拟前端电路的作用是将电法接收机探头收集到的微弱信号进行选择性放大,提高信噪比,抑制干扰噪声。其电路主要包括输入口差分低通滤波、宽范围差分程控增益和二级差分放大电路。(2)多通道数据采集部分围绕模数转换器AD7768-4展开,包括其配置电路、时钟电路和通信电路等,负责将前端模拟电路调理好的模拟量信号转换成离散数字量,供后续数字电路使用。(3)FPGA数据处理部分负责将ADC传来的高速串行信号解串并对数据进行滤波和处理,给每一个原始采样点打上时间戳,在后续分析数据时不仅可以离线还原幅值信息还可以还原发送机到接收机的信号传播时间和相位偏差等信息。该部分包含模数转换器输出数据解串、模拟前端程控增益值控制、卫星时钟同步、采样点时间戳组合和数据传输等。(4)嵌入式通信系统设计了基于BDS的时间同步,可有效避免本地时钟误差的累加,使本地时间始终与授时卫星时间保持一致。该系统还包含位置信息记录、基于触摸屏的用户交互逻辑、带文件系统的U盘和SD卡读写设计、蓝牙和Wi Fi通信电路等。(5)电源管理部分使用单节锂电池供电,通过结合使用DC-DC转换器的高转换效率和LDO的低噪声特点完成了电法接收机整机电源供应。锂电池电量管理使用安时积分法并设计了电池总容量自学习更新机制,保证了电量显示的准确性。最后对本文设计制作的电法接收机进行了相关测试。其中ADC信号采集测试结果表明模拟前端噪声抑制性能良好;增益线性度测试中,增益线性度达到0.99994;通道间一致性测试表明其通道间误差均在1%以内,并且其体积小重量轻,达到设计预期。