一种瞬变电磁信号分段放大电路制造技术

本发明专利技术公开了一种瞬变电磁信号分段放大电路，包括AD采集模块、滤波模块、控制模块、多通道开关、信号放大模块；控制模块采用FPGA集成芯片；控制模块与多通道开关单向连接，用于控制多通道开关；多通道开关与信号放大模块单向连接，用于控制信号放大模块，将信号分段放大。将控制端由瞬变电磁接收机中的FPGA去控制，保证在瞬变电磁仪器数据采集过程中能改变放大电路增益，多通道开关将控制端接入FPGA管脚，方便增益设置过程对增益快速配置，以满足采集瞬变电磁信号过程中分段放大的要求，减少后续实验人员得到数据后在软件上对数据的操作，提高实验效率。提高实验效率。提高实验效率。

【技术实现步骤摘要】
一种瞬变电磁信号分段放大电路


[0001]本专利技术涉及地质探测领域，尤其涉及一种瞬变电磁信号分段放大电路。

技术介绍

[0002]在城市化进程当中，城镇人口连年递增，这造成了城市化建设进程当中用地面积的扩大和土地资源的紧缺，因此开发和利用城市地下空间成了缓解土地资源问题有效手段。较于探地雷达、地震勘探和频率域电磁法探测方法，瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method,TEM)是一种基于电磁感应定律的勘探方法，具有大深度，高穿透，无损探测，灵活性高等优势，目前以广泛应用于地下水、矿产等资源勘探中。
[0003]瞬变电磁仪器主要由发射
‑
接收线框、发射机和接收机三部分组成。如图1所为瞬变电磁原理图。发射机在发射线圈中通入阶跃电流，当发射线圈中的稳定电流突然关断后，由电磁感应原理可知，发射线圈的电流突然变化将在周围产生随时间变化的磁场，称为一次磁场(简称一次场)。一次场会向四周传播，当传播过程中遇到地质异常体，将在地质体内部激发产生感应电流，也称感应涡流，感应涡流在地下地质体中衰减，从而将产生随时间变化的新的感应电磁场，即二次磁场(简称二次场)。该二次场将包含与矿体相关的地质信息，通过接收机的接收线圈接收二次场的变化规律。对观测的数据进行分析处理，据此反演解释地下导电体的分布概况等信息。
[0004]其中，放大电路是瞬变电磁接收机的前置电路，放大电路的性能将直接影响接收到的瞬变电磁信号质量，进而影响仪器的精度。在放大电路设计中，要根据不同的应用领域选择相对应的放大电路性能指标。对于瞬变电磁，由于其信号具有早期大，晚期小的特点。对于同一个观测点的瞬变电磁信号而言，从早期到晚期的信号幅值从n
×
10
‑1V变到n
×
10
‑1μV，如此大的动态范围内的信号一般都要求准确测定。在实际深部勘探应用中，由于工程物探现场环境十分复杂，种类多样强度较大的噪声对信号造成极大的干扰，导致实际采集信号的信噪比较低，尤其是含有地质深部信息的晚期信号直接会被噪声湮灭，严重影响瞬变电磁法的勘探精度与深度。
[0005]但是由于AD采集电压的有限性，放大电路会设定一个较高的增益，从而使幅度较大的信号在采集时达到饱和状态，所以简单的高增益放大器并不完全适用于高动态信号，并且这也会导致设置增益大时前期信号饱和丢失，造成地质结构相关的潜层信息丢失。
[0006]目前，对于高动态信号，主要有线性放大电路，线性分段放大电路，非线性放大电路等。线性放大电路可按实际信号大小，用程序改变放大倍数。文章《宽带可变增益放大器的研究与设计》通过采用程序控制放大器，通过多级级联，设计了高增益的放大电路，该电路能自动增益调节，能够采集宽动态范围的信号，由于瞬变电磁信号高动态，早期变化较快，采用模拟开关的程控放大电路往往增益切换速度较慢，无法满足高频信号的采集。在此基础上，分段线性放大电路通过采集同一信号不同放大倍数下的信号，通过归一化、拼接等处理，实现高动态信号的采集。文章《隧道小线圈瞬变电磁仪器的设计与实现》设计了5连级放大电路，对每级输出进行采集，并通过归一化及拼接实现了瞬变电磁高动态信号的采集。
这种方法虽然能很好地放大瞬变电磁信号，但依赖于放大电路增益的准确性，增益不准确将导致后期数据拼接错误，并且多次在软件上完成数据拼接不如硬件上完成分段放大。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提出一种瞬变电磁信号分段放大电路，包括：
[0008]AD采集模块、滤波模块、控制模块、多通道开关、信号放大模块；
[0009]所述控制模块采用FPGA集成芯片；
[0010]所述控制模块与多通道开关单向连接，用于控制多通道开关；
[0011]所述多通道开关与信号放大模块单向连接，用于控制信号放大模块，将信号分段放大。
[0012]进一步地，所述信号放大模块包括芯片Ua201、二极管Da_1、电阻Ra5、电容Ca_1、电阻Ra6、电容Ca_2、电容Ca_3、二极管Da_2、电阻RGa0、电容Ca203、电容Ca204、电阻Ra211、电阻Ra210、芯片Ua202、电阻Ra202、电容Ca206、电容Ca207、电阻Ra203、电阻Ra204、电容Ca208、电容Ca209、电容Ca210、芯片Ua203、电阻Ra11、电阻Ra21、电阻Ra31、电容Ca202、电容Ca211、电阻Ra205、电阻Ra206、电容Ca214、电容Ca215、电容Ca216、芯片Ua205、电阻Ra207、电容Ca217、电容Ca218、电阻Ra212、电阻Ra213；
[0013]所述芯片Ua201的第1引脚用于接收信号SIN
‑
，且与电阻Ra5一端、电容Ca_1一端、电容Ca_3一端相连，电阻Ra5的另一端与电容Ca_1的另一端相连并接地；芯片Ua201的第4引脚用于接收信号SIN+，且与电容Ca_3的另一端、电容Ca_2一端、电阻Ra6一端相连，电容Ca_2的另一端与电阻Ra6的另一端相连并接地；
[0014]芯片Ua201的第1引脚还连接二极管Da_1，芯片Ua201的第4引脚还连接二极管Da_2，二极管Da_1和二极管Da_2另外两端分别接入电压+2.5V和
‑
2.5V；
[0015]芯片Ua201的第2引脚连接电阻RGa0一端，芯片Ua201的第3引脚连接电阻RGa0另一端，芯片Ua201的第5引脚连接电容Ca204一端并接入第一隔离电压
‑
2.5V，电容Ca204另一端接地，芯片Ua201的第8引脚连接电容Ca203一端并接入第一隔离电压+2.5V，电容Ca203另一端接地；
[0016]芯片Ua201的第7引脚连接电阻Ra211一端、电阻Ra203一端，电阻Ra211另一端与电阻Ra210一端、芯片Ua202的第2引脚相连，电阻Ra210另一端与芯片Ua201的第6引脚、芯片Ua202的第6引脚相连；
[0017]芯片Ua202的第3引脚连接电阻Ra202一端，电阻Ra202另一端接地，芯片Ua202的第4引脚连接电容Ca206一端并接入第一隔离电压
‑
2.5V，电容Ca206另一端接地；
[0018]芯片Ua202的第7引脚连接电容Ca207一端并接入第一隔离电压+2.5V，电容Ca207另一端接地；
[0019]芯片Ua202的第6引脚还连接电阻Ra204一端，电阻Ra204另一端与电容Ca208一端、电容Ca210一端、芯片Ua203的第3引脚相连，电容Ca210另一端接地；
[0020]电阻Ra203另一端与电容Ca208另一端、电容Ca209一端、芯片Ua203的第2引脚相连，电容Ca209另一端接地；
[0021]芯片Ua203的第5引脚接入第二隔离电压+2.5V，芯片Ua203的第6引脚与电阻Ra11一端相连，电阻Ra11另一端接地，芯片Ua203的第11引脚连接电容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种瞬变电磁信号分段放大电路，包括AD采集模块、滤波模块，其特征在于，还包括：控制模块、多通道开关、信号放大模块；所述控制模块采用FPGA集成芯片；所述控制模块与多通道开关单向连接，用于控制多通道开关；所述多通道开关与信号放大模块单向连接，用于控制信号放大模块，将信号分段放大。2.根据权利要求1所述的一种瞬变电磁信号分段放大电路，其特征在于，所述信号放大模块包括芯片Ua201、二极管Da_1、电阻Ra5、电容Ca_1、电阻Ra6、电容Ca_2、电容Ca_3、二极管Da_2、电阻RGa0、电容Ca203、电容Ca204、电阻Ra211、电阻Ra210、芯片Ua202、电阻Ra202、电容Ca206、电容Ca207、电阻Ra203、电阻Ra204、电容Ca208、电容Ca209、电容Ca210、芯片Ua203、电阻Ra11、电阻Ra21、电阻Ra31、电容Ca202、电容Ca211、电阻Ra205、电阻Ra206、电容Ca214、电容Ca215、电容Ca216、芯片Ua205、电阻Ra207、电容Ca217、电容Ca218、电阻Ra212、电阻Ra213；所述芯片Ua201的第1引脚用于接收信号SIN
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，且与电阻Ra5一端、电容Ca_1一端、电容Ca_3一端相连，电阻Ra5的另一端与电容Ca_1的另一端相连并接地；芯片Ua201的第4引脚用于接收信号SIN+，且与电容Ca_3的另一端、电容Ca_2一端、电阻Ra6一端相连，电容Ca_2的另一端与电阻Ra6的另一端相连并接地；芯片Ua201的第1引脚还连接二极管Da_1，芯片Ua201的第4引脚还连接二极管Da_2，二极管Da_1和二极管Da_2另外两端分别接入电压+2.5V和
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2.5V；芯片Ua201的第2引脚连接电阻RGa0一端，芯片Ua201的第3引脚连接电阻RGa0另一端，芯片Ua201的第5引脚连接电容Ca204一端并接入第一隔离电压
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2.5V，电容Ca204另一端接地，芯片Ua201的第8引脚连接电容Ca203一端并接入第一隔离电压+2.5V，电容Ca203另一端接地；芯片Ua201的第7引脚连接电阻Ra211一端、电阻Ra203一端，电阻Ra211另一端与电阻Ra210一端、芯片Ua202的第2引脚相连，电阻Ra210另一端与芯片Ua201的第6引脚、芯片Ua202的第6引脚相连；芯片Ua202的第3引脚连接电阻Ra202一端，电阻Ra202另一端接地，芯片Ua202的第4引脚连接电容Ca206一端并接入第一隔离电压
‑
2.5V，电容Ca206另一端接地；芯片Ua202的第7引脚连接电容Ca207一端并接入第一隔离电压+2.5V，电容Ca207另一端接地；芯片Ua202的第6引脚还连接电阻Ra204一端，电阻Ra204另一端与电容Ca208一端、电容Ca210一端、芯片Ua203的第3引脚相连，电容Ca210另一端接地；电阻Ra203另一端与电容Ca208另一端、电容Ca209一端、芯片Ua203的第2引脚相连，电容Ca209另一端接地；芯片Ua203的第5引脚接入第二隔离电压+2.5V，芯片Ua203的第6引脚与电阻Ra11一端相连，电阻Ra11另一端接地，芯片Ua203的第11引脚连接电容Ca202一端并接入第二隔离电压
‑
2.5V，电容Ca202另一端接地，芯片Ua203的第12引脚连接电容Ca211一端并接入第二隔离电压+2.5V，电容Ca211另一端接地；芯片Ua203的第7引脚与电阻Ra21一端、电阻Ra31一端相连，电阻Ra21另一端与芯片Ua203的第10引脚、电阻Ra205一端相连，电阻Ra31另一端与芯片Ua203的第9引脚、电阻
Ra206一端相连，电阻Ra205另一端与电容Ca214一端、电容Ca216一端、芯片Ua205的第2引脚相连，电容Ca214另一端接地；电阻Ra206另一端与电容Ca216另一端、电容Ca215一端、芯片Ua205的第3引脚相连，电容Ca215另一端接地；芯片Ua205的第5引脚接入第三隔离电压+2.5V，芯片Ua205的第6引脚与电阻Ra20...

【专利技术属性】
技术研发人员：王广君，张思维，郭志超，刘杨，贾鸿杰，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：