專利名稱：?jiǎn)畏至恐悄芩俣葯z波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種地球物理勘探裝置，特別涉及一種應(yīng)用于工程地震勘探的數(shù)字化單分量速度傳感器。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迅速發(fā)展，近二十年來(lái)，地震儀器、信號(hào)處理方法及技術(shù)手段都有很大的進(jìn)步，而唯獨(dú)物探中的單分量速度傳感器并無(wú)本質(zhì)上的變化。傳統(tǒng)上的單分量速度傳感器，采用的是動(dòng)圈式傳感器，它的基本原理是線圈和殼體固定，永久磁鐵用彈簧支承，當(dāng)殼體隨被測(cè)物體一起振動(dòng)時(shí)，由于彈性元件較軟而運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量相對(duì)較大，因而有較大慣性，來(lái)不及跟隨振動(dòng)體一起振動(dòng)，振動(dòng)能量幾乎全部被彈性元件吸收，永久磁鐵與線圈之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線圈切割磁力線，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這種機(jī)械式傳感器，人們對(duì)它的研究已經(jīng)超過了五十年，沒有本質(zhì)上的突破。中國(guó)專利公開號(hào)CN201477213U，
公開日2010年5月19日，公開了一種動(dòng)圈式數(shù)字地震檢波器，其技術(shù)方案是是現(xiàn)有動(dòng)圈式地震檢波器依次進(jìn)一步連接數(shù)字化單元和通信單元。此技術(shù)方案雖然采用了動(dòng)圈式地震檢波器，但在使用的過程中存在著明顯缺點(diǎn)，因?yàn)閯?dòng)圈式單分量速度傳感器產(chǎn)生的信號(hào)是電壓模擬信號(hào)，在傳輸過程中容易受到干擾并且信號(hào)容易衰減，特別在多道采集的物探系統(tǒng)中，所布的信號(hào)線纜距離遠(yuǎn)，其信號(hào)衰減巨大，受到的干擾也很嚴(yán)重，而為了采集大量地震數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)距離勘探方法使用非常廣泛，減小信號(hào)衰減和外部干擾亟待解決。而其技術(shù)方案中，使用的前置放大器增益不可調(diào)，地球物理勘探中震波能量大小不一樣，差異很大，而且共模干擾也比較嚴(yán)重，前置放大器增益不可調(diào)對(duì)測(cè)量精度有較大的影響。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量過程中受干擾較為嚴(yán)重，測(cè)量有較大誤差的問題，提供一種有采用數(shù)字化檢測(cè)、抗干擾能力較強(qiáng)，有較高測(cè)量精度的單分量智能速度檢波器。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種單分量智能速度檢波器， 由穩(wěn)壓電源供電，包括智能控制模塊、程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，智能控制模塊電連接有時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，所述的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均與智能控制模塊電連接，所述的單分量智能速度檢波器還包括有單分量智能速度檢測(cè)輸入模塊和通訊輸出模塊，所述的單分量智能速度檢測(cè)輸入模塊與所述的智能控制模塊電連接，所述的通訊輸出模塊與所述的智能控制模塊電連接。這樣設(shè)置，使用的是數(shù)字化的單分量智能速度檢測(cè)輸入模塊對(duì)單分量速度進(jìn)行檢測(cè)，能夠提高數(shù)據(jù)采集精度，被測(cè)參數(shù)振幅和頻率響應(yīng)好、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍寬、提高數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理能力，數(shù)據(jù)采集的速度也得到很大的改善，增強(qiáng)抗干擾能力，大大降低有效信號(hào)在傳輸過程中的損失，從而得到高品質(zhì)的地震數(shù)據(jù)資料。作為優(yōu)選，所述的單分量智能速度檢測(cè)輸入模塊包括速度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、前置放大電路和緩沖放大電路，所述速度傳感器的輸出端與前置放大電路的輸入端電連接， 所述前置放大電路的輸出端與緩沖放大電路的輸入端電連接，緩沖放大電路的輸出端與A/ D轉(zhuǎn)換器的輸入端電連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端、控制端均與所述智能控制模塊電連接，所述前置放大電路的控制端與所述的智能控制模塊電連接。這樣設(shè)置是因?yàn)?，單分量智能速度傳感器的輸出為模擬信號(hào)一般較弱，需要經(jīng)過放大、然后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，而前置放大電路的作用就是將采樣信號(hào)進(jìn)行增益放大、消除共模干擾，前置放大電路的控制端與智能控制模塊電連接可以保證，前置放大電路的增益可調(diào)，能量較弱的信號(hào)可以調(diào)大前置放大電路的增益，而能量較強(qiáng)的信號(hào)可以調(diào)小前置放大電路的增益，被測(cè)參數(shù)振幅和頻率響應(yīng)好、靈敏度高，動(dòng)態(tài)范圍寬；緩沖放大電路的作用是把前置放大電路放大后的單端信號(hào)， 轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)供A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采集，A/D轉(zhuǎn)換器的作用則是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸至智能控制模塊。作為優(yōu)選，所述的速度傳感器為動(dòng)圈式單分量速度傳感器。動(dòng)圈式單分量速度傳感器體積小、無(wú)需供電，所以通過電子技術(shù)，選擇合適的高性能集成芯片，能夠方便地把供電、數(shù)字采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通訊以及小型動(dòng)圈式單分量速度傳感器集成在一起，形成了一種小型的單分量智能速度檢波器。作為優(yōu)選，所述的前置放大電路的控制端通過電平轉(zhuǎn)換模塊與所述的智能控制模塊電連接。設(shè)置電平轉(zhuǎn)換器，是由于智能控制模塊中的控制I/O 口得電平和前置放大電路的控制電平不同，所以需要通過電平來(lái)轉(zhuǎn)換電平，實(shí)現(xiàn)智能控制模塊對(duì)前置放大電路的控制。作為優(yōu)選，所述的通訊輸出模塊包括通訊驅(qū)動(dòng)模塊和通訊接口模塊，所述通訊接口模塊的輸入端與通訊驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端電連接，所述通訊驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端和控制端均與智能控制模塊電連接。這樣設(shè)置是因?yàn)橹悄芸刂颇K存儲(chǔ)的采集數(shù)據(jù)要傳輸給專業(yè)處理主機(jī)，才能分析出結(jié)果以便得出被測(cè)對(duì)象的具體情況，這就涉及到數(shù)據(jù)通訊的問題其次由于接收模塊和發(fā)送模塊的驅(qū)動(dòng)能力不足與外部電路直接連接，所以需要增加通訊驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)通訊接口模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。作為優(yōu)選，所述的通訊驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端還電連接有高壓保護(hù)模塊。這樣設(shè)置，當(dāng)外部線纜有浪涌電壓時(shí)，高壓保護(hù)模塊立即吸收浪涌電壓，從而保護(hù)了內(nèi)部電路。 作為優(yōu)選，所述的單分量智能速度檢波器還包括有JTAG接口，所述JTAG接口的輸出端與所述的智能控制模塊電連接。JTAG編程方式是在線編程，流程為先固定器件到電路板上，再用JTAG編程，從而大大加快工程進(jìn)度，系統(tǒng)調(diào)試和程序下載固化都可通過它來(lái)實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型能夠較為精準(zhǔn)地進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，具有被測(cè)參數(shù)振幅和頻率響應(yīng)好、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型的一種電路方框圖。圖中1、智能控制模塊，11、時(shí)鐘電路，12、復(fù)位電路，21、A/D轉(zhuǎn)換器，22、緩沖放大電路，23、前置放大電路，24、動(dòng)圈式單分量速度傳感器，25、電平轉(zhuǎn)換器，31、通訊驅(qū)動(dòng)模塊， 32、通訊接口模塊，33、高壓保護(hù)模塊，4、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，5、程序存儲(chǔ)器，51、JTAG接口。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說明。實(shí)施例一種單分量智能速度檢波器(參見附圖1)，由3. 7V/1000mAH的聚合物鋰電池供電，+5V電源由美國(guó)凌特公司的非隔離電荷泵芯片LTC1522CS8升壓產(chǎn)生，+3. 3V電源由美國(guó)凌特公司的線性低壓差LDO電源芯片LT1763CS8-3. 3產(chǎn)生，包括智能控制模塊1，智能控制模塊1采用EP3C25F256C6芯片，智能控制模塊1電連接有時(shí)鐘電路11和復(fù)位電路12，時(shí)鐘電路11為24Mhz有源時(shí)鐘電路，主要為智能控制模塊提供高質(zhì)量的系統(tǒng)時(shí)鐘，復(fù)位電路 12主要為智能控制模塊提供復(fù)位信號(hào)，智能控制模塊1還電連接有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4和程序存儲(chǔ)器5，其中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4選擇通用的動(dòng)態(tài)SDRAM，其型號(hào)為ffl~48LC2M32B2，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4 的存儲(chǔ)容量為8M字節(jié)，與智能模塊1電連接，它的主要作用是存儲(chǔ)運(yùn)行程序、各種采樣設(shè)置參數(shù)以及采集結(jié)果，這些操作都是通過智能控制模塊1來(lái)實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4的讀寫速度可達(dá)到120M。程序存儲(chǔ)器5采用采用美國(guó)Altera公司的EPCS4串行FLASH，為本實(shí)施例提供程序存儲(chǔ)空間，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)試和程序下載固化，智能控制模塊1電連接有JTAG接口 51，JTAG接口 51為十針JTAG接口，JTAG接口 51的輸出引腳與智能控制模塊1電連接。智能控制模塊1用于測(cè)試被測(cè)物體的測(cè)試輸入端為單分量智能速度檢測(cè)輸入模塊，單分量智能速度檢測(cè)輸入模塊包括電平轉(zhuǎn)換器25、動(dòng)圈式單分量速度傳感器M、A/D轉(zhuǎn)換器21、前置放大電路23和緩沖放大電路22。動(dòng)圈式單分量速度傳感器M的輸出端與前置放大電路23的輸入端電連接，前置放大電路23采用美國(guó)ADI公司的AD8231ACPZ-R7，這種放大器自帶增益控制器，節(jié)省傳統(tǒng)中用電阻網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)增益，從而減小外部干擾和線路板占用空間，另外它溫漂小，噪聲低，共模抑制比高，失調(diào)電壓及偏置電流都很小。前置放大電路23的控制端通過電平轉(zhuǎn)換器25與智能控制模塊1電連接，電平轉(zhuǎn)換器25采用電平轉(zhuǎn)換器ADG3304BRU，設(shè)置電平轉(zhuǎn)換器25是由于智能控制模塊1中的控制I/O 口的電平是3. 3V, 而前置放大電路的控制電平高于4. 0V,所以通過ADG3304BRU來(lái)轉(zhuǎn)換電平，使得智能控制模塊1可以調(diào)整前置放大電路23的增益。前置放大電路23的輸出端與緩沖放大電路22的輸入端電連接，緩沖放大電路選用ADA4941-1芯片，它的作用是把前置放大電路放大后的單端信號(hào)，轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)供A/D轉(zhuǎn)換器21進(jìn)行采集。緩沖放大電路22的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器21的輸入端電連接，A/D轉(zhuǎn)換器21的輸出端、控制端均與智能控制模塊1電連接，A/D轉(zhuǎn)換器21采用的是美國(guó)ADI公司的AD7766BRUZ，它是一種M位、轉(zhuǎn)換率高到12 的高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在智能控制模塊1的控制下，把緩沖放大器22輸出的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)起來(lái)。在模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程中，按照AD7766BRUZ的數(shù)據(jù)手冊(cè)，嚴(yán)格遵循AD7766BRUZ 的控制時(shí)序，用硬件描述語(yǔ)言Verilog HDL編寫控制過程，形成的程序通過編譯固化在智能控制模塊核心中，這種方式提高了可靠性和增強(qiáng)了抗干擾能力，同時(shí)也提高了采集速度和消除了采集時(shí)間的不確定性。A/D轉(zhuǎn)換器21轉(zhuǎn)換結(jié)果由智能控制模塊1來(lái)控制存儲(chǔ)。智能控制模塊1通過通訊驅(qū)動(dòng)模塊31與通訊接口模塊32電連接，通訊接口模塊 32將智能控制模塊1的檢測(cè)搜集結(jié)果輸出至處理用計(jì)算機(jī)進(jìn)行匯總、計(jì)算，通訊接口模塊 32為RS485通訊模塊，按照RS485通訊協(xié)議中的接收時(shí)序和發(fā)送時(shí)序，使用硬件描述語(yǔ)言
5VHDL分別編寫了接收程序和發(fā)送程序，通過編譯形成了通訊接口模塊32，由于通訊接口模塊32的驅(qū)動(dòng)能力不足與外部電路直接連接，所以本實(shí)施例采用通訊驅(qū)動(dòng)模塊31驅(qū)動(dòng)通訊接口模塊32，通訊驅(qū)動(dòng)模塊31采用美國(guó)Sipex公司的SP3485EN，此芯片驅(qū)動(dòng)速度快，功耗低，供電電壓僅為3. 3V。通訊驅(qū)動(dòng)模塊31的輸出端還電連接有高壓保護(hù)模塊33，高壓保護(hù)模塊33采用的是2個(gè)同樣的保護(hù)芯片SMF9. 0AT1G，SMF9. OATlG的負(fù)極與通訊驅(qū)動(dòng)模塊 31的輸出端電連接，SMF9. OATlG的正極接地，當(dāng)外部線纜有浪涌電壓時(shí)，這2個(gè)保護(hù)芯片立即吸收浪涌電壓，從而保護(hù)了內(nèi)部電路。本實(shí)施例使用時(shí)，智能控制模塊1通過JTAG接口 51進(jìn)行程序的下載和調(diào)試，在工作階段，使用者首先通過復(fù)位電路12將智能控制模塊1復(fù)位，智能控制模塊1讀取程序存儲(chǔ)器5內(nèi)的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行工作，動(dòng)圈式單分量速度傳感器M進(jìn)行測(cè)試工作，當(dāng)殼體隨被測(cè)物體一起振動(dòng)時(shí)，動(dòng)圈式單分量速度傳感器M產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過前置放大電路23進(jìn)行放大，前置放大電路23的增益大小由智能控制模塊1控制，當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較弱時(shí)前置放大電路23的增益較大；當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較強(qiáng)時(shí)前置放大電路23的增益較小；智能控制模塊1輸出控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換器25轉(zhuǎn)換為前置放大電路23適用的電平輸入至前置放大電路23，前置放大電路23增益大小確定，將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增益放大后的單端信號(hào)傳輸至緩沖放大電路22，緩沖放大電路22將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換器21 將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸至智能控制模塊1，智能控制模塊1將接收的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4，當(dāng)搜集的數(shù)據(jù)完成后，智能控制模塊1將接收的數(shù)據(jù)通過RS485通訊協(xié)議與處理用計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。以上所述的實(shí)施例只是本實(shí)用新型的一種較佳的方案，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。
權(quán)利要求1.一種單分量智能速度檢波器，由穩(wěn)壓電源供電，包括智能控制模塊、程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，智能控制模塊電連接有時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，所述的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均與智能控制模塊電連接，其特征在于所述的單分量智能速度檢波器還包括有單分量智能速度檢測(cè)輸入模塊和通訊輸出模塊，所述的單分量智能速度檢測(cè)輸入模塊與所述的智能控制模塊電連接，所述的通訊輸出模塊與所述的智能控制模塊電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單分量智能速度檢波器，其特征在于所述的單分量智能速度檢測(cè)輸入模塊包括速度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、前置放大電路和緩沖放大電路，所述速度傳感器的輸出端與前置放大電路的輸入端電連接，所述前置放大電路的輸出端與緩沖放大電路的輸入端電連接，緩沖放大電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端電連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端、控制端均與所述智能控制模塊電連接，所述前置放大電路的控制端與所述的智能控制模塊電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單分量智能速度檢波器，其特征在于所述的速度傳感器為動(dòng)圈式單分量速度傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的單分量智能速度檢波器，其特征在于所述的前置放大電路的控制端通過電平轉(zhuǎn)換模塊與所述的智能控制模塊電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單分量智能速度檢波器，其特征在于所述的通訊輸出模塊包括通訊驅(qū)動(dòng)模塊和通訊接口模塊，所述通訊接口模塊的輸入端與通訊驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端電連接，所述通訊驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端和控制端均與智能控制模塊電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單分量智能速度檢波器，其特征在于所述的通訊驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端還電連接有高壓保護(hù)模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或5或6所述的單分量智能速度檢波器，其特征在于所述的單分量智能速度檢波器還包括有JTAG接口，所述JTAG接口的輸出端與所述的智能控制模塊電連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種數(shù)字化單分量速度傳感器。本實(shí)用新型可以解決現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量過程中受干擾較為嚴(yán)重，測(cè)量有較大誤差的問題，其技術(shù)方案要點(diǎn)是，一種單分量智能速度檢波器，包括智能控制模塊、程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，智能控制模塊電連接有時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，所述的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均與智能控制模塊電連接，所述的單分量智能速度檢波器還包括有單分量智能速度檢測(cè)輸入模塊和通訊輸出模塊，所述的單分量智能速度檢測(cè)輸入模塊與所述的智能控制模塊電連接，所述的通訊輸出模塊與所述的智能控制模塊電連接。本實(shí)用新型能夠較為精準(zhǔn)地進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，具有被測(cè)參數(shù)振幅和頻率響應(yīng)好、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01V1/18GK202217065SQ20112028965
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月11日
發(fā)明者林熙鵬, 游偉琳, 陳杰煒 申請(qǐng)人:義烏震星地質(zhì)勘探儀器有限公司