專利名稱：超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地震數(shù)據(jù)采集站，特別是涉及一種超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站。
背景技術(shù)：
在地質(zhì)勘探領(lǐng)域，目前勘探儀器中數(shù)據(jù)采集的模數(shù)轉(zhuǎn)換均采用高精度24位專用芯片，主要生產(chǎn)廠家有TI公司和Cirrus Logic公司。由于這些器件本身的噪音和穩(wěn)定性問題，低位的4位基本是不穩(wěn)定的，所以可以實現(xiàn)大約20位的有效輸出，也就是說目前的地質(zhì)勘探儀器可以達到120dB左右的動態(tài)范圍。在地震勘探中，由于排列不斷加長，近炮點和遠炮點信號的動態(tài)范圍已經(jīng)遠遠超過120dB，目前儀器的動態(tài)范圍已經(jīng)無法滿足要求。我們需要發(fā)明新技術(shù)提高勘探儀器的動態(tài)范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種能提高勘探儀器動態(tài)范圍的超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站由五大單元組成傳感器Sensor、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD (Analog to Digital)、數(shù)據(jù)疊加單元SU (Sum Unit)、控制模塊CM(Control Module)和供電電路PM (Power Module);模數(shù)轉(zhuǎn)換單兀AtoD的輸入端連接傳感器Sensor，輸出端連接數(shù)據(jù)疊加單元SU ;所述控制模塊CM為嵌入式CPU，完成檢測和控制模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD、數(shù)據(jù)疊加單元SU和供電電路PM的狀態(tài)；所述供電電路PM為傳感器Sensor、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD、數(shù)據(jù)疊加單元SU和控制模塊CM提供電源支持。本發(fā)明涉及石油、天然氣、煤田及礦產(chǎn)勘探、地質(zhì)工程勘察、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測等方面，是一種檢測人工或天然地震信號并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的裝置，屬于地震勘探與地震檢測領(lǐng)域。具有能提高勘探儀器動態(tài)范圍，實現(xiàn)超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的優(yōu)點。作為優(yōu)化，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD利用兩片24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，采用不同的組合方式，可以實現(xiàn)多種精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換。作為優(yōu)化，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD由兩片24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ADU (Analog toDigital Unit)組成，其中一片的前放增益設(shè)置為36dB，低位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換I至24位的數(shù)據(jù)；另一片的前放增益設(shè)置為OdB，作為高位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換25至30位的數(shù)據(jù)。所述I至24位為低位數(shù)據(jù)，25至30位為高位數(shù)據(jù)。目前數(shù)字地震儀器常用的模數(shù)轉(zhuǎn)換精度均為24位，但在很多使用環(huán)境下，我們需要超過24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，本發(fā)明裝置利用兩片24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，實現(xiàn)了 30位模數(shù)轉(zhuǎn)換的高動態(tài)范圍采集。作為優(yōu)化，所述數(shù)據(jù)疊加單元SU把模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD的I至24位低位數(shù)據(jù)和25至30位高位數(shù)據(jù)進行疊加合成。作為優(yōu)化，設(shè)SI為I至24位為低端數(shù)據(jù)，S2為25至30位為高端數(shù)據(jù)，則合成公式后的數(shù)據(jù)S為S = S1+S2 X 224。合成后的數(shù)據(jù)為30位二進制數(shù)據(jù)。
作為優(yōu)化，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD和數(shù)據(jù)疊加單元SU利用兩片24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ADU，實現(xiàn)了 30位的超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換。本發(fā)明可以用于任何需要超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集。作為優(yōu)化，所述數(shù)據(jù)疊加單元SU可以由多種疊加方式如低位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換I至24-n位的數(shù)據(jù)與高位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的25-n至30位的數(shù)據(jù)進行疊加。作為優(yōu)化，所述n< 16。選擇n< 16是考慮到模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的最后4位不穩(wěn)定性。作為優(yōu)化，所述傳感器Sensor可以是MEMS傳感器、動圈式檢波器等地震檢波器。作為優(yōu)化，為了容易說明，我們把數(shù)據(jù)疊加單元SU單獨列出，在實際電路中，數(shù)據(jù)疊加單元SU的功能可以由控制模塊CM完成。 采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站具有能提高勘探儀器動態(tài)范圍，實現(xiàn)超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的優(yōu)點。


圖I是本發(fā)明超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站原理框圖；圖2是本發(fā)明超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ADU轉(zhuǎn)換的低位數(shù)據(jù)和高位數(shù)據(jù)疊加合成示意圖。
具體實施例方式在地質(zhì)勘探領(lǐng)域，目前勘探儀器中數(shù)據(jù)采集的模數(shù)轉(zhuǎn)換均采用高精度24位專用芯片。由于這些器件本身的噪音和穩(wěn)定性問題，低位的4位基本是不穩(wěn)定的，所以可以實現(xiàn)大約20位的有效輸出，也就是說目前的地質(zhì)勘探儀器可以達到120dB左右的動態(tài)范圍。在地震勘探中，由于排列不斷加長，近炮點和遠炮點信號的動態(tài)范圍已經(jīng)遠遠超過120dB，目前儀器的動態(tài)范圍已經(jīng)無法滿足要求。我們需要發(fā)明新技術(shù)提高勘探儀器的動態(tài)范圍。參見圖1，本發(fā)明裝置超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站由五大單元組成包括傳感器Sensor、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD (Analogy to Digital)、數(shù)據(jù)疊加單元SU(Sum Unit)、控制模塊 CM (Control Module)和供電電路 PM (Power Module)。本發(fā)明超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站利用兩片24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ADU (Analog to Digital Unit),實現(xiàn)了 30位的超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換。本方法可以用于任何需要超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集。本發(fā)明的超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站中的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD由兩片24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ADU組成，其中一片的前放增益設(shè)置為36dB，作為低位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換I至24位的數(shù)據(jù)。另一片的前放增益設(shè)置為OdB，作為高位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換25至30位的數(shù)據(jù)。所述I至24位為低位數(shù)據(jù)，25至30位為高位數(shù)據(jù)。模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD的輸入端連接傳感器Sensor，輸出端連接數(shù)據(jù)疊加單元SU。模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ADU可以采用Cirrus Logic公司的A/D轉(zhuǎn)換套件CS3301A/CS3302A、CS5373A和CS5378或TI公司的AD1282芯片，這兩種芯片均為地震勘探專用芯片，廣泛應(yīng)用于地震勘探儀器。本發(fā)明的超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站中的數(shù)據(jù)疊加單元SU把模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD的I至24位低位數(shù)據(jù)和25至30位高位數(shù)據(jù)進行疊加合成(見圖2)。設(shè)SI為I至24位為低端數(shù)據(jù)，S2為25至30位為高端數(shù)據(jù)，則合成公式后的數(shù)據(jù)S為S = S1+S2 X 224。合成后的數(shù)據(jù)為30位二進制數(shù)據(jù)。為了容易說明，我們把數(shù)據(jù)疊加單元SU單獨列出，在實際電路中，數(shù)據(jù)疊加單元SU的功能可以由控制模塊CM完成。本發(fā)明超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站中的數(shù)據(jù)疊加單元SU可以由多種疊加方式如低位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換I至24-n位的數(shù)據(jù)與高位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的25-n至30位的數(shù)據(jù)進行疊加(n < 16)，選擇n < 16是考慮到模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的最后4位不穩(wěn)定性。本發(fā)明的超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站中的控制模塊CM為嵌入式CPU，完成檢測和控制模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD、數(shù)據(jù)疊加單元SU和供電電路PM的狀態(tài)。本發(fā)明的超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站中的供電電路PM為傳感器Sensor、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD、數(shù)據(jù)疊加單元SU和控制模塊CM提供電源支持。本發(fā)明的超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站中的傳感器Sensor可以是MEMS傳感 器、動圈式檢波器等地震檢波器。本發(fā)明的超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站中的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD利用兩片24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ADU，采用不同的組合方式，可以實現(xiàn)多種精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換。
權(quán)利要求
1.一種超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站，其特征在于由五大單元組成傳感器Sensor、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD、數(shù)據(jù)疊加單元SU、控制模塊CM和供電電路PM ;模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD的輸入端連接傳感器Sensor,輸出端連接數(shù)據(jù)疊加單元SU ;所述控制模塊CM為嵌入式CPU，完成檢測和控制模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD、數(shù)據(jù)疊加單元SU和供電電路PM的狀態(tài)；所述供電電路PM為傳感器Sensor、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD、數(shù)據(jù)疊加單元SU和控制模塊CM提供電源支持。
2.根據(jù)權(quán)利要求I采集站，其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD利用兩片24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，采用不同的組合方式，實現(xiàn)多種精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2采集站，其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD由兩片24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ADU組成，其中一片的前放增益設(shè)置為36dB，作為低位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換I至24位的數(shù)據(jù)；另一片的前放增益設(shè)置為OdB，作為高位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換25至30位的數(shù)據(jù)。所述I至24位為低位數(shù)據(jù),25至30位為高位數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3采集站，其特征在于所述數(shù)據(jù)疊加單元SU把模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD的I至24位低位數(shù)據(jù)和25至30位高位數(shù)據(jù)進行疊加合成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4采集站，其特征在于設(shè)SI為I至24位為低端數(shù)據(jù)，S2為25至30位為高端數(shù)據(jù)，則合成公式后的數(shù)據(jù)S為S = S1+S2 X 224。合成后的數(shù)據(jù)為30位二進制數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I采集站，其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD和數(shù)據(jù)疊加單元SU利用兩片24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ADU，實現(xiàn)了 30位的超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換。
7.根據(jù)權(quán)利要求I采集站，其特征在于所述數(shù)據(jù)疊加單元SU可以由多種疊加方式如低位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換I至24-n位的數(shù)據(jù)與高位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的25-n至30位的數(shù)據(jù)進行疊加。
8.根據(jù)權(quán)利要求7采集站，其特征在于所述n< 16。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或者2或者3或者4或者5或者6或者7或者8采集站,其特征在于所述傳感器Sensor可以是MEMS傳感器、動圈式檢波器等地震檢波器。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或者2或者3或者4或者5或者6或者7或者8采集站,其特征在于在實際電路中，數(shù)據(jù)疊加單元SU的功能可以由控制模塊CM完成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集站，為解決現(xiàn)有勘探儀器動態(tài)范圍窄問題，其由五大單元組成傳感器Sensor、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD、數(shù)據(jù)疊加單元SU、控制模塊CM和供電電路PM；模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD的輸入端連接傳感器Sensor，輸出端連接數(shù)據(jù)疊加單元SU；所述控制模塊CM為嵌入式CPU，完成檢測和控制模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD、數(shù)據(jù)疊加單元SU和供電電路PM的狀態(tài)；所述供電電路PM為傳感器Sensor、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元AtoD、數(shù)據(jù)疊加單元SU和控制模塊CM提供電源支持。所述數(shù)據(jù)疊加單元SU可以由多種疊加方式如低位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換1至24-n位的數(shù)據(jù)與高位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的25-n至30位的數(shù)據(jù)進行疊加。所述n＜16。其具有能提高勘探儀器動態(tài)范圍，實現(xiàn)超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換的優(yōu)點。
文檔編號G01V1/18GK102761336SQ20121025224
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者郭建 申請人:中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所