一种弹性波CT仪的前置电路系统技术方案

本发明专利技术公开一种弹性波CT仪的前置电路系统，包括第一前置电路模块、第二前置电路模块和第三前置电路模块，还包括用于切换不同传感器的转换器模块，所述第一前置电路模块包括依次连接的保护单元、第一滤波单元和放大单元，所述第二前置电路模块包括依次连接的电荷放大单元和第二滤波单元，所述第三前置电路模块包括依次连接的共模干扰抑制单元和差模干扰抑制单元。当在实际工作需要某种传感器时，可通过转换器模块切换到该种传感器，传感器进行弹性波接收后，经过对应的前置电路对信号进行初步处理，弹性波CT仪再对处理后的信号进行分析。本发明专利技术可使弹性波CT仪同时适用于动圈式地震检波器、压电晶体型加速度检波器和数字检波器。

【技术实现步骤摘要】
一种弹性波CT仪的前置电路系统
本专利技术涉及水电工程检测
，尤其涉及一种用于防渗墙质量检测、隧道围岩松动圈探测、堤坝隐患探测、岩溶探测等方面的弹性波CT仪的前置电路系统。
技术介绍
混凝土和钢筋混凝土结构物在施工过程中，有时因漏振、漏浆、石子架空在钢筋骨架上、停水、停电或其它施工管理不善和自然环境等原因，导致混凝土内部形成蜂窝、不密实、空洞或离析等缺陷，这些缺陷的存在将会严重影响混凝土结构的承载力和耐久性，给船闸、桥墩等大型水电工程带来安全隐患，采取有效方法查明这些缺陷的性质、范围及尺寸，以便及时进行技术处理，乃是工程建设中的一个十分重要课题。尤其是近几年来，随着科学技术的发展和大型水电工程建设的需要，对大体积混凝土缺陷的检测越来越多，并要求达到高精度和高分辨率，以客观、精确地评价混凝土内部质量。利用弹性波走时层析成像(ComputerizedTomography，简称CT)技术对大型水电工程混凝土内部质量进行无损检测，是一种精度高、速度快的探测方法，该方法是利用弹性波在正常混凝土和缺陷中弹性滤传播速度的差异，通过走时数据的拾取和计算机反演成像技术来重建介质的速度分布图像，进而直观地再现混凝土介质内部的精细结构。弹性波CT技术的发展，离不开稳定、可靠、精密的弹性波CT仪，弹性波CT仪由下面几部分组成：1）弹性波激发：包括雷管震源、炸药震源、电火花震源、超磁致震源等多种震源；2）弹性波接收传感器：包括动圈式地震检波器、压电晶体型加速度检波器和数字检波器；3）弹性波数据采集系统。目前应用于水电工程检测
的弹性波CT检测，大多用地球物理勘探中的浅层地震仪，但用于对水电工程混凝土内部质量进行无损检测的弹性波接收传感器应是高精度和高分辨率的精细探测，一般的浅层地震仪达不到要求。浅层地震仪一般采用动圈式地震检波器拾取地震波，而较高精度的压电晶体型加速度检波器和数字检波器尚不能用于浅层地震仪做它的传感器。弹性波CT仪通过弹性波接收传感器接收数据，由于传感数据存在较大的噪声和干扰，因此需要在传感器前端需要设置对应的前置电路对传感数据进行滤波、抗干扰等处理。业界尚未出现能够使弹性波CT仪同时适用于动圈式地震检波器、压电晶体型加速度检波器和数字检波器的前置电路系统。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种弹性波CT仪的前置电路系统，可使弹性波CT仪同时适用于动圈式地震检波器、压电晶体型加速度检波器和数字检波器。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种弹性波CT仪的前置电路系统，包括与动圈式地震检波器相连的第一前置电路模块、与压电晶体型加速度检波器相连的第二前置电路模块和与数字检波器相连的第三前置电路模块，还包括用于切换不同传感器的转换器模块，所述第一前置电路模块包括依次连接的保护单元、第一滤波单元和放大单元，所述第二前置电路模块包括依次连接的电荷放大单元和第二滤波单元，所述第三前置电路模块包括依次连接的共模干扰抑制单元和差模干扰抑制单元。进一步，所述保护单元包括一个二极管D1，所述第一滤波单元包括电阻R1、R2、R3、R4和电容C1、C2、C3，R1和C1串联后与R2并联，R4和C3串联后与R3并联，所述放大单元包括互相耦合的程控放大器PGA205和运算放大器OP27AH，PGA205的输出端与OP27AH的正相输入端相连，D1与C2并联后再与分别R2和R3连接，C1和C3分别连接PGA205的正相输入端和反相输入端，OP27AH的反相输入端通过电容C4和电阻R5、R6与OP27AH的输出端相连。进一步，所述二极管D1采用TVS二极管。进一步，所述第二前置电路模块包括两个相互连接的第一运放芯片和第二运放芯片，所述电荷放大单元包括第一运放芯片，电容C5通过相互并联的电容C6和电阻R7与第一运放芯片的反相输入端相连，第一运放芯片的正相输入端连接有一可变电阻R8，所述第二滤波单元包括第二运放芯片，所述第二运放芯片的正相输入端通过电阻R9和电容C7与第二运放芯片的输出端连接，所述第二运放芯片的正相输入端还连接有一电容C8。进一步，第一运放芯片和第二运放芯片采用CA3140芯片。进一步，所述C5的大小为0.22μF，所述R8的大小为10kΩ。进一步，所述共模干扰抑制单元包括运算放大器OP279GP，所述差模干扰抑制单元包括相互并联的电容C9和电阻R10，相互并联的C9和R10连接OP279GP的反相输入端和输出端。进一步，所述转换器模块包括ADG451芯片。本专利技术的有益效果是：一种弹性波CT仪的前置电路系统，当在实际工作需要某种传感器时，可通过转换器模块切换到该种传感器，传感器进行弹性波接收后，经过对应的前置电路对信号进行初步处理，弹性波CT仪再对处理后的信号进行分析，完成检测。本专利技术可使弹性波CT仪同时适用于动圈式地震检波器、压电晶体型加速度检波器和数字检波器。附图说明下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术第一前置电路模块的电路原理图；图2为本专利技术第二前置电路模块的电路原理图；图3为本专利技术第三前置电路模块的电路原理图。具体实施方式弹性波CT仪包括弹性波激发、弹性波接收传感器和弹性波数据采集系统三个部分，而弹性波接收传感器主要包括包括动圈式地震检波器、压电晶体型加速度检波器和数字检波器。不同的弹性波接收传感器有不同的技术特点和缺点，具体如下：动圈式地震检波器的基本工作原理是基于电磁感应，利用上、下两个线圈绕制在铝制线圈架上，组成一个惯性体，由弹簧片悬挂在永久磁铁产生的磁场中，永久磁铁与检波器外壳固定在一起。当检波器外壳随地面震动时，引起线圈相对于永久磁铁运动，两线圈产生感应电动势，感应电动势的大小随检波器外壳振动变化，振动幅度越大，感应电动势也大，反之亦然。在输出端输出相应的电信号，传输给弹性波CT仪。随着弹性波CT技术发展对数据采集质量的要求越来越高，因此动圈式地震检波器暴露的问题也越来越多，主要包括失真度高、一致性差和抗电磁干扰能力不足等。压电晶体型加速度检波器是以某些物质的压电效应为基础的一种有源传感器。在外力作用下，某些物质变形后其表面会产生电荷；当外力去掉后，又重新回到不带电状态。室外使用时，检波器与钢筋混凝土结构物耦合，当钢筋混凝土结构物振动时，由于弹簧的刚度较大，而质量块的质量相对较小，可以认为质量块的惯性较小。因此质量块感受到与检波器基座相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力的作用。这样质量块就有一个正比于加速度的交变力作用在压电片上。由于压电片具有压电效应，因此在它的两个表面就产生了交变电荷，利用这种压电效应，压电晶体型加速度检波器将地震波引起的压变效应转变为电信号，传输给弹性波CT仪。压电晶体型加速度检波器存在以下问题：由于是有源检波器，野外使用不方便；一致性不好，而且使用寿命较短。数字检波器由于输出的是直接数字化的信号，因此称为数字检波器。常规检波器输出的信号都是模拟信号，信号的数字化是在采集站里完成的。由于现在应用的数字检波器都采用MEMS技术，因此也称为MEMS（MICROELECTRONMECHANICSYSTEM）检波器。数字检波器主要由传感器、专用集成电路ASIC电路和数字信号处理器DSP和其它辅助电路组成。传感器检测大地震动信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹性波CT仪的前置电路系统，其特征在于：包括与动圈式地震检波器相连的第一前置电路模块、与压电晶体型加速度检波器相连的第二前置电路模块和与数字检波器相连的第三前置电路模块，还包括用于切换不同传感器的转换器模块，所述第一前置电路模块包括依次连接的保护单元、第一滤波单元和放大单元，所述第二前置电路模块包括依次连接的电荷放大单元和第二滤波单元，所述第三前置电路模块包括依次连接的共模干扰抑制单元和差模干扰抑制单元。

【技术特征摘要】
1.一种弹性波CT仪的前置电路系统，其特征在于：包括与动圈式地震检波器相连的第一前置电路模块、与压电晶体型加速度检波器相连的第二前置电路模块和与数字检波器相连的第三前置电路模块，还包括用于切换不同传感器的转换器模块，所述第一前置电路模块包括依次连接的保护单元、第一滤波单元和放大单元，所述第二前置电路模块包括依次连接的电荷放大单元和第二滤波单元，所述第三前置电路模块包括依次连接的共模干扰抑制单元和差模干扰抑制单元。2.根据权利要求1所述的一种弹性波CT仪的前置电路系统，其特征在于：所述保护单元包括一个二极管D1，所述第一滤波单元包括电阻R1、R2、R3、R4和电容C1、C2、C3，R1和C1串联后与R2并联，R4和C3串联后与R3并联，所述放大单元包括互相耦合的程控放大器PGA205和运算放大器OP27AH，PGA205的输出端与OP27AH的正相输入端相连，D1与C2并联后再与分别R2和R3连接，C1和C3分别连接PGA205的正相输入端和反相输入端，OP27AH的反相输入端通过电容C4和电阻R5、R6与OP27AH的输出端相连。3.根据权利要求2所述的一种弹性波CT仪的前置电路系统，其特征在于：所述二极管D1采用TV...

【专利技术属性】
技术研发人员：王平，
申请(专利权)人：珠海国勘仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44