專利名稱：單分量智能速度檢波器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種地球物理勘探裝置，特別涉及一種應用于工程地震勘探的數字化單分量速度傳感器。
背景技術：
隨著現(xiàn)代信息技術的迅速發(fā)展，近二十年來，地震儀器、信號處理方法及技術手段都有很大的進步，而唯獨物探中的單分量速度傳感器并無本質上的變化。傳統(tǒng)上的單分量速度傳感器，采用的是動圈式傳感器，它的基本原理是線圈和殼體固定，永久磁鐵用彈簧支承，當殼體隨被測物體一起振動時，由于彈性元件較軟而運動部件質量相對較大，因而有較大慣性，來不及跟隨振動體一起振動，振動能量幾乎全部被彈性元件吸收，永久磁鐵與線圈之間產生相對運動，線圈切割磁力線，從而產生感應電動勢。這種機械式傳感器，人們對它的研究已經超過了五十年，沒有本質上的突破。中國專利公開號CN201477213U，
公開日2010年5月19日，公開了一種動圈式數字地震檢波器，其技術方案是是現(xiàn)有動圈式地震檢波器依次進一步連接數字化單元和通信單元。此技術方案雖然采用了動圈式地震檢波器，但在使用的過程中存在著明顯缺點，因為動圈式單分量速度傳感器產生的信號是電壓模擬信號，在傳輸過程中容易受到干擾并且信號容易衰減，特別在多道采集的物探系統(tǒng)中，所布的信號線纜距離遠，其信號衰減巨大，受到的干擾也很嚴重，而為了采集大量地震數據，遠距離勘探方法使用非常廣泛，減小信號衰減和外部干擾亟待解決。而其技術方案中，使用的前置放大器增益不可調，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重，前置放大器增益不可調對測量精度有較大的影響。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術測量過程中受干擾較為嚴重，測量有較大誤差的問題，提供一種有采用數字化檢測、抗干擾能力較強，有較高測量精度的單分量智能速度檢波器。本實用新型解決其技術問題所采用的技術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、程序存儲器和數據存儲器，智能控制模塊電連接有時鐘電路和復位電路，所述的程序存儲器和數據存儲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輸入模塊和通訊輸出模塊，所述的單分量智能速度檢測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。這樣設置，使用的是數字化的單分量智能速度檢測輸入模塊對單分量速度進行檢測，能夠提高數據采集精度，被測參數振幅和頻率響應好、靈敏度高、動態(tài)范圍寬、提高數據實時處理能力，數據采集的速度也得到很大的改善，增強抗干擾能力，大大降低有效信號在傳輸過程中的損失，從而得到高品質的地震數據資料。作為優(yōu)選，所述的單分量智能速度檢測輸入模塊包括速度傳感器、A/D轉換器、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轉換器的輸入端電連接，所述A/D轉換器的輸出端、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。這樣設置是因為，單分量智能速度傳感器的輸出為模擬信號一般較弱，需要經過放大、然后進行模數轉換，而前置放大電路的作用就是將采樣信號進行增益放大、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，能量較弱的信號可以調大前置放大電路的增益，而能量較強的信號可以調小前置放大電路的增益，被測參數振幅和頻率響應好、靈敏度高，動態(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， 轉換成差分信號供A/D轉換器進行采集，A/D轉換器的作用則是將模擬信號轉換為數字信號傳輸至智能控制模塊。作為優(yōu)選，所述的速度傳感器為動圈式單分量速度傳感器。動圈式單分量速度傳感器體積小、無需供電，所以通過電子技術，選擇合適的高性能集成芯片，能夠方便地把供電、數字采集、數據存儲、數據通訊以及小型動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換模塊與所述的智能控制模塊電連接。設置電平轉換器，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轉換電平，實現(xiàn)智能控制模塊對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動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動模塊的輸出端電連接，所述通訊驅動模塊的輸入端和控制端均與智能控制模塊電連接。這樣設置是因為智能控制模塊存儲的采集數據要傳輸給專業(yè)處理主機，才能分析出結果以便得出被測對象的具體情況，這就涉及到數據通訊的問題其次由于接收模塊和發(fā)送模塊的驅動能力不足與外部電路直接連接，所以需要增加通訊驅動模塊對通訊接口模塊進行驅動。作為優(yōu)選，所述的通訊驅動模塊的輸出端還電連接有高壓保護模塊。這樣設置，當外部線纜有浪涌電壓時，高壓保護模塊立即吸收浪涌電壓，從而保護了內部電路。 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度，系統(tǒng)調試和程序下載固化都可通過它來實現(xiàn)。本實用新型的有益效果是本實用新型能夠較為精準地進行測量作業(yè)，具有被測參數振幅和頻率響應好、靈敏度高、動態(tài)范圍寬、抗干擾能力強的優(yōu)點。

圖1是本實用新型的一種電路方框圖。圖中1、智能控制模塊，11、時鐘電路，12、復位電路，21、A/D轉換器，22、緩沖放大電路，23、前置放大電路，24、動圈式單分量速度傳感器，25、電平轉換器，31、通訊驅動模塊， 32、通訊接口模塊，33、高壓保護模塊，4、數據存儲器，5、程序存儲器，51、JTAG接口。
具體實施方式
下面通過具體實施例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步的具體說明。實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電源由美國凌特公司的非隔離電荷泵芯片LTC1522CS8升壓產生，+3. 3V電源由美國凌特公司的線性低壓差LDO電源芯片LT1763CS8-3. 3產生，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電連接有時鐘電路11和復位電路12，時鐘電路11為24Mhz有源時鐘電路，主要為智能控制模塊提供高質量的系統(tǒng)時鐘，復位電路 12主要為智能控制模塊提供復位信號，智能控制模塊1還電連接有數據存儲器4和程序存儲器5，其中，數據存儲器4選擇通用的動態(tài)SDRAM，其型號為ffl~48LC2M32B2，數據存儲器4 的存儲容量為8M字節(jié)，與智能模塊1電連接，它的主要作用是存儲運行程序、各種采樣設置參數以及采集結果，這些操作都是通過智能控制模塊1來實現(xiàn)的，數據存儲器4的讀寫速度可達到120M。程序存儲器5采用采用美國Altera公司的EPCS4串行FLASH，為本實施例提供程序存儲空間，為了實現(xiàn)系統(tǒng)調試和程序下載固化，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用于測試被測物體的測試輸入端為單分量智能速度檢測輸入模塊，單分量智能速度檢測輸入模塊包括電平轉換器25、動圈式單分量速度傳感器M、A/D轉換器21、前置放大電路23和緩沖放大電路22。動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)中用電阻網絡調節(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換器25與智能控制模塊1電連接，電平轉換器25采用電平轉換器ADG3304BRU，設置電平轉換器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來轉換電平，使得智能控制模塊1可以調整前置放大電路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，轉換成差分信號供A/D轉換器21進行采集。緩沖放大電路22的輸出端與A/D轉換器21的輸入端電連接，A/D轉換器21的輸出端、控制端均與智能控制模塊1電連接，A/D轉換器21采用的是美國ADI公司的AD7766BRUZ，它是一種M位、轉換率高到12 的高性能模數轉換器，在智能控制模塊1的控制下，把緩沖放大器22輸出的差分信號轉換成數字信號并存儲起來。在模數轉換的過程中，按照AD7766BRUZ的數據手冊，嚴格遵循AD7766BRUZ 的控制時序，用硬件描述語言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了抗干擾能力，同時也提高了采集速度和消除了采集時間的不確定性。A/D轉換器21轉換結果由智能控制模塊1來控制存儲。智能控制模塊1通過通訊驅動模塊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的檢測搜集結果輸出至處理用計算機進行匯總、計算，通訊接口模塊 32為RS485通訊模塊，按照RS485通訊協(xié)議中的接收時序和發(fā)送時序，使用硬件描述語言
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的驅動能力不足與外部電路直接連接，所以本實施例采用通訊驅動模塊31驅動通訊接口模塊32，通訊驅動模塊31采用美國Sipex公司的SP3485EN，此芯片驅動速度快，功耗低，供電電壓僅為3. 3V。通訊驅動模塊31的輸出端還電連接有高壓保護模塊33，高壓保護模塊33采用的是2個同樣的保護芯片SMF9. 0AT1G，SMF9. OATlG的負極與通訊驅動模塊 31的輸出端電連接，SMF9. OATlG的正極接地，當外部線纜有浪涌電壓時，這2個保護芯片立即吸收浪涌電壓，從而保護了內部電路。本實施例使用時，智能控制模塊1通過JTAG接口 51進行程序的下載和調試，在工作階段，使用者首先通過復位電路12將智能控制模塊1復位，智能控制模塊1讀取程序存儲器5內的數據，然后進行工作，動圈式單分量速度傳感器M進行測試工作，當殼體隨被測物體一起振動時，動圈式單分量速度傳感器M產生感應電動勢，感應電動勢通過前置放大電路23進行放大，前置放大電路23的增益大小由智能控制模塊1控制，當感應電動勢較弱時前置放大電路23的增益較大；當感應電動勢較強時前置放大電路23的增益較??；智能控制模塊1輸出控制信號，控制信號經電平轉換器25轉換為前置放大電路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，將感應電動勢增益放大后的單端信號傳輸至緩沖放大電路22，緩沖放大電路22將單端信號轉換為差分信號，A/D轉換器21 將差分信號轉換為數字信號傳輸至智能控制模塊1，智能控制模塊1將接收的數據存入數據存儲器4，當搜集的數據完成后，智能控制模塊1將接收的數據通過RS485通訊協(xié)議與處理用計算機進行通訊。以上所述的實施例只是本實用新型的一種較佳的方案，并非對本實用新型作任何形式上的限制，在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。
權利要求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、程序存儲器和數據存儲器，智能控制模塊電連接有時鐘電路和復位電路，所述的程序存儲器和數據存儲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輸入模塊和通訊輸出模塊，所述的單分量智能速度檢測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.根據權利要求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輸入模塊包括速度傳感器、A/D轉換器、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轉換器的輸入端電連接，所述A/D轉換器的輸出端、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.根據權利要求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圈式單分量速度傳感器。
4.根據權利要求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換模塊與所述的智能控制模塊電連接。
5.根據權利要求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動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動模塊的輸出端電連接，所述通訊驅動模塊的輸入端和控制端均與智能控制模塊電連接。
6.根據權利要求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動模塊的輸出端還電連接有高壓保護模塊。
7.根據權利要求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。
專利摘要本實用新型涉及一種數字化單分量速度傳感器。本實用新型可以解決現(xiàn)有技術測量過程中受干擾較為嚴重，測量有較大誤差的問題，其技術方案要點是，一種單分量智能速度檢波器，包括智能控制模塊、程序存儲器和數據存儲器，智能控制模塊電連接有時鐘電路和復位電路，所述的程序存儲器和數據存儲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輸入模塊和通訊輸出模塊，所述的單分量智能速度檢測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。本實用新型能夠較為精準地進行測量作業(yè)，具有被測參數振幅和頻率響應好、靈敏度高、抗干擾能力強的優(yōu)點。
文檔編號G01V1/18GK202217065SQ20112028965
公開日2012年5月9日 申請日期2011年8月11日 優(yōu)先權日2011年8月11日
發(fā)明者林熙鵬, 游偉琳, 陳杰煒 申請人:義烏震星地質勘探儀器有限公司