一種高動(dòng)態(tài)范圍的微震信號(hào)采集方法及設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微震監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種高動(dòng)態(tài)范圍的微震信號(hào)采集方法及設(shè) 備。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)和科技的迅猛發(fā)展，微震檢測(cè)技術(shù)在安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)方面得到廣泛的應(yīng) 用，微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是采礦安全管理中不可或缺的組成部分。微震檢測(cè)系統(tǒng)主要是利用微震 檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷微震發(fā)生的地理位置，因此微震檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量直接 影響監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。在微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采用微震檢波器拾取微震信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由 于不能預(yù)先確定前端信號(hào)振幅的大小，所以無法設(shè)定一個(gè)合適的放大器增益對(duì)信號(hào)進(jìn)行放 大。同時(shí)微震信號(hào)還會(huì)伴隨著各種干擾，甚至微震信號(hào)被周圍環(huán)境的噪聲所淹沒。所以如 何提高信號(hào)采集的動(dòng)態(tài)范圍和提高信號(hào)的信噪比成為了微震檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。
[0003] 目前，提高微震信號(hào)的采集的動(dòng)態(tài)范圍和采樣精度的通常方法有：（1)選用高位 數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換器，但是這種器件價(jià)格非常昂貴。（2)對(duì)信號(hào)進(jìn)行對(duì)數(shù)運(yùn)算，即對(duì)信號(hào)的動(dòng)態(tài) 范圍進(jìn)行壓縮，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，這種方法的缺點(diǎn)是降低信號(hào)采集的精度。（3)、通過對(duì) 之前采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，調(diào)整放大器的增益，但是對(duì)于隨機(jī)多變的信號(hào)，這種方法 難以適應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種高動(dòng)態(tài)范圍的微震信號(hào)采集方 法及設(shè)備，該方法適用于大動(dòng)態(tài)范圍的微震信號(hào)采集，同時(shí)具有較高的分辨率，能對(duì)強(qiáng)弱不 同的微震信號(hào)進(jìn)行無失真采樣，該設(shè)備精度高、穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案，
[0006] -種高動(dòng)態(tài)范圍的微震信號(hào)采集方法，包括如下步驟：
[0007] 1)采用微震傳感器把機(jī)械的微震信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬的電信號(hào)；
[0008] 2)預(yù)處理電路將得到的電信號(hào)進(jìn)行初步的放大和濾波；
[0009] 3)將經(jīng)過預(yù)處理后的信號(hào)與電壓進(jìn)行比較，確定信號(hào)幅度的范圍；
[0010] 4)采用電壓比較器得到的編碼調(diào)整增益控制放大器的放大倍數(shù)，將信號(hào)調(diào)整到適 合的A/D采樣范圍；
[0011] 5)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣和原信號(hào)值進(jìn)行還原；
[0012] 6)對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，濾除帶外的干擾，減少噪聲的影響，得到了高分辨率，高 信噪比，高動(dòng)態(tài)范圍的微震信號(hào)。
[0013] 步驟3)將經(jīng)過預(yù)處理后的信號(hào)與已知電壓進(jìn)行比較，確定信號(hào)幅度的范圍。預(yù)處 理后的信號(hào)分為兩路，一路輸入程控放大器，另一路輸入由兩個(gè)比較器組成的雙比較器電 路。將放大濾波電路后的信號(hào)經(jīng)過取絕對(duì)值后兩路信號(hào)均由比較器的反相端輸入，當(dāng)輸入 信號(hào)的電壓大于同相的基準(zhǔn)電壓時(shí)，輸出端將輸出低電平，反之，則為高電平。然后根據(jù)雙 比較器電路得到的值來選擇PGA (Programmable Gain Amplifier，可編程增益放大器）的放 大倍數(shù)。兩個(gè)比較器輸出有3種可能的結(jié)果：
[0014] 當(dāng)Vi> VJt，即經(jīng)過預(yù)處理后信號(hào)的電壓值高于參考電壓的最大值，輸出為PCl =0、PC2 = 0〇
[0015] 當(dāng)VH> V i>八時(shí)，即經(jīng)過預(yù)處理后信號(hào)的電壓值介于兩個(gè)參考電壓之間，輸出為 PCI = 0、PC2 = Io
[0016] 當(dāng)Vi<八時(shí)，即經(jīng)過預(yù)處理后信號(hào)的電壓值小于參考電壓的最小值，輸出為PCl =1、PC2 = 1。其中，Vi為輸入信號(hào)的絕對(duì)值電壓，Vh雙比較器電路參考電壓的最大值， 為雙比較器電路參考電壓的最小值，PC1、PC2為雙電壓比較器輸出的低位和高位。
[0017] 步驟4)根據(jù)雙比較器電路得到的編碼調(diào)整增益控制放大器的放大倍數(shù)，將信號(hào) 調(diào)整到適合的A/D采樣范圍。程控放大器的放大增益設(shè)置規(guī)則如下：
[0018] 當(dāng)PCl = 0、PC2 = 0時(shí)，由于此時(shí)的電壓值大于兩個(gè)參考電壓，信號(hào)較強(qiáng)，為了防 止超出A/D的輸入范圍，因此通過FPGA (Field - Programmable Gate Array，現(xiàn)場(chǎng)可編程門 陣列）選擇程控放大器的放大倍數(shù)為1 ;
[0019] 當(dāng)PCI = 0、PC2 = 1時(shí)，由于此時(shí)的電壓值介于兩個(gè)參考電壓之間，因此通過FPGA 選擇程控放大器的放大倍數(shù)為10 ;
[0020] 當(dāng)PCl = 1、PC2 = 1時(shí)，由于此時(shí)的電壓值小于兩個(gè)參考電壓，信號(hào)電壓很微弱， 此時(shí)通過FPGA選擇程控放大器的放大倍數(shù)為100。
[0021] 步驟5)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣和對(duì)原信號(hào)值進(jìn)行還原。當(dāng)信號(hào)被放大到適合的范圍后 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，由于A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)為串行數(shù)據(jù)，所以首先要將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù) 據(jù)，并且每個(gè)采樣值都為放大后的點(diǎn)，所以需要對(duì)每個(gè)采樣值進(jìn)行還原。
[0022] 數(shù)據(jù)處理程序可以通過比較器電路產(chǎn)生的編碼來對(duì)數(shù)據(jù)增益還原。當(dāng)采集進(jìn)行 時(shí)，每個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的放大倍數(shù)都是由FPGA通過I/O 口讀取比較器電路產(chǎn)生的兩位二進(jìn)制 編碼來控制的。由于前置放大器的增益是事先設(shè)定的，所以可以通過數(shù)據(jù)處理程序進(jìn)行數(shù) 據(jù)增益還原，即
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高動(dòng)態(tài)范圍的微震信號(hào)采集方法，其特征是，包括如下步驟： 1) 采用微震傳感器把機(jī)械的微震信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬的電信號(hào)； 2) 預(yù)處理電路將得到的電信號(hào)進(jìn)行初步的放大和濾波； 3) 將經(jīng)過預(yù)處理后的信號(hào)與電壓進(jìn)行比較，確定信號(hào)幅度的范圍； 4) 采用電壓比較器得到的編碼調(diào)整增益控制放大器的放大倍數(shù)，將信號(hào)調(diào)整到適合的 A/D米樣范圍； 5) 對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣和原信號(hào)值進(jìn)行還原； 6) 對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，濾除帶外的干擾，減少噪聲的影響，得到了高分辨率，高信噪 比，高動(dòng)態(tài)范圍的微震信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高動(dòng)態(tài)范圍的微震信號(hào)采集方法，其特征是，步驟3)中，將經(jīng) 過預(yù)處理后的信號(hào)與已知電壓進(jìn)行比較，確定信號(hào)幅度的范圍，預(yù)處理后的信號(hào)分為兩路， 一路輸入程控放大器，另一路輸入由兩個(gè)比較器組成的雙比較器電路。放大濾波電路后的 信號(hào)經(jīng)過取絕對(duì)值后兩路信號(hào)均由比較器的反相端輸入，當(dāng)輸入信號(hào)的電壓大于同相的基 準(zhǔn)電壓時(shí)，輸出端將輸出低電平，反之，則為高電平，然后根據(jù)雙比較器電路得到的值來選 擇PGA的放大倍數(shù)，兩個(gè)比較器輸出有3種可能的結(jié)果： 當(dāng)VJt，即經(jīng)過預(yù)處理后信號(hào)的電壓值高于參考電壓的最