一种宽频地震仪高精度采集系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种宽频地震仪高精度采集系统，包括：电压基准电路为采集系统提供电压；单片机对采集系统的各个电路进行控制；上位机连接单片机，与单片机通讯，显示单片机接收来的采集信息；模拟开关电路与电压基准电路、单片机连接负责基准电压源和输入模拟信号的通断；双积分AD转换电路连接模拟开关电路，分别对输入基准电压信号和模拟电信号进行双积分转换，将模拟信号转化为一定数量的时间间隔；比较器电路连接双积分AD转换电路和单片机，接收双积分AD转换电路发出的信号，对信号进行判断、比较，将处理的结果传送至单片机。该系统基于双积分原理搭建，不仅使地震仪能在野外正常的进行采集工作，而且达到24位以上的高精度采集标准。

【技术实现步骤摘要】
一种宽频地震仪高精度采集系统
本技术属于地球物理勘探
，特别涉及一种宽频地震仪高精度采集系统。
技术介绍
宽频带地震仪是一个具有宽频带、高精度的三分量、大动态、智能化的地震观测系统。既可以用于天然地震数据采集，也可以用于大药量人工爆破地震数据采集。利用宽频地震仪进行地球深部探测，对研究地球深部构造信息和了解地球内部的动力学机制来防灾减害、寻找资源具有极其重要的意义。在数据采集系统中最关键的部分是AD转换器，AD转换器是将模拟信号转换为数字信号的关键器件，随着微电子技术的不断发展，人们对于数据转换的精度要求越来越高，在当代的地震勘探中，地震信号的动态范围大于120dB，为了能获取高分辨率的地震数据，要求采集系统的动态范围必须大于120dB，这就对采集系统AD转换器提出了很高的要求。目前，国内所研制的地震仪还与世界一流水平的地震仪有一段距离，对此，由吉林大学自主研制的宽频带地震仪在采集性能上达到了一流水平的标准，也打破了由国外仪器长期占据主导地位的形态。但是由于宽频地震仪采集系统所采用的是24位Δ-Σ型模数转换芯片，价格比较昂贵，所以没有得到广泛的应用。因此研究如何在提升宽频带地震仪采集性能的前提下，降低经济成本具有很大的必要性。
技术实现思路
为解决现有宽频带地震仪成本高的问题，本技术提供一种宽频地震仪高精度采集系统。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种宽频地震仪高精度采集系统，包括：电压基准电路，为所述采集系统提供电压；单片机，对所述宽频地震仪高精度采集系统的各个电路进行控制；上位机，连接所述单片机，与所述单片机通讯，显示单片机接收来的采集信息；模拟开关电路，与所述电压基准电路、单片机连接，负责基准电压源和输入模拟信号的通断，单片机控制模拟开关电路的开断；双积分AD转换电路，连接所述模拟开关电路，分别对输入基准电压信号和模拟信号进行双积分转换，将模拟信号转化为一定数量的时间间隔的输出信号；比较器电路，连接所述双积分AD转换电路和单片机，接收所述双积分AD转换电路发出的具有时间间隔的输出信号，对输出信号进行比较后结果传送至单片机。进一步,所述上位机通过J-link串口与单片机进行通讯。进一步,所述单片机采用单片机STM32型号。进一步,所述模拟开关电路采用MAX309芯片。进一步,所述双积分AD转换电路采用两片OPA2244运算放大器构成的积分电路。进一步,所述电压基准电路采用LT1884芯片以及辅助元件组成。本技术与现有技术相比，有益效果在于：本技术提供一种宽频地震仪高精度采集系统，基于双积分AD转换电路，选择运算放大器搭建。不仅能使得地震仪能在野外正常的进行采集工作，而且也达到了24位以上的高精度采集标准，由于本电路各部分主要器件都是由低功耗、低噪声的部件构成，使得整个系统的功耗有所降低；由于该电路系统是基于双积分AD转换电路搭建的，所以相比其他AD转换器节省了很大的经济成本。附图说明图1为本技术实施例提供的一种宽频地震仪高精度采集系统整体框图。图2为本技术双积分AD转换电路的电路图。1、单片机，2、模拟开关电路，3、电压基准电路，4、双积分AD转换电路，5、比较器电路，6、上位机。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。参见图1，本技术一种宽频带地震仪高精度采集系统，包括单片机1、上位机6、模拟开关电路2、电压基准电路3、双积分AD转换电路4以及比较器电路5构成。其中：模拟开关电路2，与所述电压基准电路3、单片机1连接，负责基准电压源和输入模拟信号的通断，单片机控制模拟开关电路2的开断；电压基准电路3，为所述采集系统提供电压，电压为-7v～+7v；双积分AD转换电路4，连接所述模拟开关电路2，分别对输入基准电压信号和模拟电信号进行双积分转换，将模拟信号转化为一定数量的时间间隔的输出信号；比较器电路5，连接所述双积分AD转换电路4和单片机1，接收所述双积分AD转换电路4发出的输出信号，对信号进行判断、比较，将处理的结果传送至单片机1。单片机1提供整个电路系统的时钟源，负责对宽频带地震仪采集系统的各个电路进行控制，内部的计数器接收比较器输送的数字逻辑信号。上位机6通过J-link串口给单片机1发出控制命令。电压基准电路3为整个采集电路系统提供标准、稳定的-7V～+7V的基准电压，本技术选用LT1884芯片构成电路的核心，芯片内部具有轨到轨输出摆幅的放大器带来高精度输入性能，同时提供比其他精密放大器更快的响应，由于此电路采用的是常规的电路，此处不再赘述。模拟开关电路2是负责基准电压源和输入模拟信号的通断，模拟开关电路2采用MAX309芯片，MAX309芯片采用MOS管的开关方式实现了对信号的控制，提供小于100欧姆的导通电阻和低的截止漏电流，有着功耗低、速度快的特点。并且，该芯片采用4通道差分输入的结构，与其送入的模拟电压信号有着很好的匹配，对共模信号起到了很好的抑制作用。双积分AD转换电路4负责分别对其输入基准电压信号和模拟电信号进行双积分转换，将模拟信号转化为一定数量的时间间隔，送入到比较器电路5中。参见图2，本技术采用两片OPA2244型号的运算放大器并联构成的两个积分器，每个积分器均有包括一片OPA2244型号的运算放大器，当一个积分器输出的信号被比较器电路5送入计数器进行数字化时，另一个积分器对输入信号进行积分，这种结构提供一种非常稳定的延时，采用多级积分器进行连接，提高了转换时间。而且双积分AD转换电路4的输入部分由电阻构成，不存在不配问题，这也是采集电路达到很高精度的原因。比较器电路5主要对积分电路输送来的差分信号判断、比较，将处理的结果送入单片机1中，本技术选用LT1716芯片作为比较器电路5的核心部件，该芯片内置电阻保护输入，可以承受44v的差动和共模电压，且输出电压摆幅为负电源35mV以内，正电源为55mV，使比较器成为低压单电源运行的良好选择。单片机1，本技术采用单片机STM32，选用STM32F407ZGT芯片为核心，负责对宽频带地震仪采集系统的各个电路进行控制。首先，通过单片机1控制模拟开关，使其动作，被测模拟信号进入积分电路中，单片机1中计数器开始计数，达到设定值时，计数器停止。同时，基准电压接通，被测模拟信号断开，计数器工作。这两次过程分别将被测模拟信号和基准电压通过比较器转化为时间间隔，而单片机1利用时钟脉冲和计数器将时间间隔转化为数字量输出，进而检测出地震波。上位机6通过J-link串口与控制芯片STM32F407ZGT进行通讯，接收来的采集信息在上位机6上显示。宽频带地震仪高精度采集系统的工作过程：开机上电系统初始化，双积分AD转换电路4清零，检波器接收来的地震波送入采集系统中，CPU控制模拟开关关闭，电信号经过积分组合电路进行正向积分，经过定时时间T1，地震信号断开，基准电压接入进行反向积分，直到放电为零，这段时间为T2，这两段信号分别通过比较器送入单片机STM32中，计数器计数为N1、N2，根据T1、N1、T2、N2的关系，最后换算出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽频地震仪高精度采集系统，其特征在于，包括：电压基准电路，为所述采集系统提供电压；单片机，对所述宽频地震仪高精度采集系统的各个电路进行控制；上位机，连接所述单片机，与所述单片机通讯，显示单片机接收来的采集信息；模拟开关电路，与所述电压基准电路、单片机连接，负责基准电压源和输入模拟信号的通断，单片机控制模拟开关电路的开断；双积分AD转换电路，连接所述模拟开关电路，分别对输入基准电压信号和模拟信号进行双积分转换，将模拟信号转化为一定数量的时间间隔的输出信号；比较器电路，连接所述双积分AD转换电路和单片机，接收所述双积分AD转换电路发出的具有时间间隔的输出信号，对输出信号进行比较后结果传送至单片机。

【技术特征摘要】
1.一种宽频地震仪高精度采集系统，其特征在于，包括：电压基准电路，为所述采集系统提供电压；单片机，对所述宽频地震仪高精度采集系统的各个电路进行控制；上位机，连接所述单片机，与所述单片机通讯，显示单片机接收来的采集信息；模拟开关电路，与所述电压基准电路、单片机连接，负责基准电压源和输入模拟信号的通断，单片机控制模拟开关电路的开断；双积分AD转换电路，连接所述模拟开关电路，分别对输入基准电压信号和模拟信号进行双积分转换，将模拟信号转化为一定数量的时间间隔的输出信号；比较器电路，连接所述双积分AD转换电路和单片机，接收所述双积分AD转换电路发出的具有时间间隔的输出信号，对输出信号进行比...

【专利技术属性】
技术研发人员：张怀柱，袁帅，玄金鹏，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林,22