大值，輸出為PCl =0、 PC2 = 0 ； 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PCl =0、PC2 = 1 ; 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，V H雙比較器電路參考電壓的最大值，V 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。
3. 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4)中根據(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： 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選擇程控放大器的放大倍數(shù)為1 ; 當(dāng)PCl = 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 ; 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。
4. 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5)中對(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； 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
其中，Ui為微震原始信號(hào)，u ^為采樣得到的電壓值，A i為前置放大器增益，A 2為程控放 大器增益； 從而獲得原始信號(hào)的真實(shí)值。
5. 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6)中對(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；A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)為微震傳感器直接 采集到的信號(hào)，這些信號(hào)在模擬處理端僅經(jīng)過有源低通濾波器的處理，濾波效果不理想，為 了提高微震信號(hào)檢測(cè)的精度，降低噪聲對(duì)系統(tǒng)的干擾，在輸入數(shù)據(jù)緩存之前需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn) 行一次數(shù)據(jù)濾波，在實(shí)現(xiàn)時(shí)借助Matlab中的fdatool工具來設(shè)計(jì)FIR濾波器的參數(shù)，采用 并行分布式流水線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)16階低通濾波器。全并行FIR濾波器采用多個(gè)延時(shí)單元，多個(gè) 乘法器和加法器按并行結(jié)構(gòu)工作，可以提高運(yùn)算的吞吐率； 長(zhǎng)度為M的因果有限沖激響應(yīng)濾波器由傳輸函數(shù)H(Z)描述：
它是次數(shù)為M-I的z-1的一個(gè)多項(xiàng)式。在時(shí)域中，上述有限沖激響應(yīng)濾波器的輸入輸 出關(guān)系為： M-X
其中y (η)和x(n)分別是輸出和輸入序列，h(k)為系統(tǒng)函數(shù)，k是常數(shù)； 根據(jù)微震信號(hào)的特征，將低通濾波器的截止頻率設(shè)為500Hz，采樣頻率為10KH，用32階 的布萊克曼窗進(jìn)行截取，用fdatool設(shè)計(jì)工具生產(chǎn)濾波器系數(shù)，然后對(duì)其進(jìn)行歸一化處理， 量化為12位的有符號(hào)定點(diǎn)數(shù)，利用線性相位有限沖激響應(yīng)濾波器的對(duì)稱或反對(duì)稱性質(zhì)，可 以將傳輸函數(shù)的直接型實(shí)現(xiàn)所需的乘法器總量減少一半。
6. -種高動(dòng)態(tài)范圍的微震信號(hào)采集設(shè)備，其特征在于，包括 信號(hào)處理部分，對(duì)電信號(hào)進(jìn)行初步的放大、濾波、幅度調(diào)節(jié)、把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號(hào)； FPGA處理部分，為了使信號(hào)的幅度滿足A/D的輸入范圍，通過FPGA選擇程控放大器的 放大倍數(shù)； 電源部分，電源部分為設(shè)備供電； 輸出部分，將采集得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C，方便對(duì)信號(hào)的保存和處理； 信號(hào)處理部分與FPGA處理部分、電源部分相連接，F(xiàn)PGA處理部分與電源部分、輸出部 分相連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高動(dòng)態(tài)范圍的微震信號(hào)采集設(shè)備，其特征在于，所述的信號(hào) 處理部分包括前級(jí)預(yù)處理，程控增益放大器，抗混疊濾波器，A/D轉(zhuǎn)換電路，絕對(duì)值電路，雙 比較器電路，所述的前級(jí)預(yù)處理和程控增益放大器、絕對(duì)值電路相連接，雙比較器電路與絕 對(duì)值電路相連接，程控增益放大器與抗混疊濾波器相連接，抗混疊濾波器與A/D轉(zhuǎn)換電路 相連； 雙比較器電路與FPGA處理部分的FPGA處理器相連接，抗混疊濾波器與FPGA處理部分 的FPGA處理器相連接，A/D轉(zhuǎn)換器與FPGA處理部分的FPGA處理器相連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高動(dòng)態(tài)范圍的微震信號(hào)采集設(shè)備，其特征在于，所述的FPGA 處理部分包括FPGA處理器，F(xiàn)PGA處理器與輸出部分的RS422接口電路相連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高動(dòng)態(tài)范圍的微震信號(hào)采集設(shè)備，其特征在于，所述的電源 部分包括一級(jí)穩(wěn)壓器、二級(jí)穩(wěn)壓器、比較器電壓基準(zhǔn)、極性反轉(zhuǎn)，一級(jí)穩(wěn)壓器與二級(jí)穩(wěn)壓器 相連接，二級(jí)穩(wěn)壓器與極性反轉(zhuǎn)、比較器電壓基準(zhǔn)相連接； 比較器電壓基準(zhǔn)與信號(hào)處理部分的雙比較器電路相連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高動(dòng)態(tài)范圍的微震信號(hào)采集設(shè)備，其特征在于，所述輸出部 分包括RS422接口電路，RS422接口電路與FPGA處理部分的FPGA處理器相連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高動(dòng)態(tài)范圍的微震信號(hào)采集方法及設(shè)備，所述設(shè)備包括信號(hào)處理部分、 FPGA處理部分、電源部分和輸出部分，信號(hào)處理部分與FPGA處理部分、電源部分相連接，F(xiàn)PGA處理部分與電源部分、輸出部分相連接。這種方法適用于大動(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，精度高、穩(wěn)定性好，動(dòng)態(tài)范圍大，能適用于強(qiáng)弱不同的微震信號(hào)采集，對(duì)于弱信號(hào)，該方法還具有很高的分辨率。對(duì)于隨機(jī)多變的微震信號(hào)，系統(tǒng)能及時(shí)調(diào)整放大器增益，使信號(hào)能無失真采集；這種設(shè)備精度高、穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉。
【IPC分類】G01V1-16, G01V1-28, G01V1-36
【公開號(hào)】CN104730573
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510120663
【發(fā)明人】張法全, 李宗敏, 王國(guó)富, 葉金才, 張海如, 龐成, 韋秦明
【申請(qǐng)人】桂林電子科技大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月19日