CN203673078U - 具有并行采集通道的地震信号采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了具有并行采集通道的地震信号采集装置，包括依次与检波器相连的信号调理电路、A/D转换器以及微控制器，信号调理电路为设有并行数据输入通道的信号采集模块，在信号调理电路上则设有供A/D转换器连接的单端转差分电路。本实用新型采用高集成化的硬件结构，实现了多路地震信号的并行输入与处理，在满足系统高集成化以及低功耗需求的同时，也提高了装置的便携性，使其更有利于野外施工及地质条件恶劣等地震探测环境中的应用，实用性极强。
Description
技术领域
本实用新型涉及信号采集领域，具体的说，是具有并行采集通道的地震信号采集装置。
背景技术
随着国民经济的迅速发展，城市建设的速度也越来越快，与此同时，基于城市建筑的抗震问题也日趋重要，在现有技术中，浅层地震（即工程地震）勘探作为寻找隐伏断层、地质构造勘查及隧道超前预报的主要技术手段，在工程地质调查与评价领域发挥了极为重要的作用。目前，主流的浅层地震勘探通常采用多道覆盖叠加的采集方法，即多道地震信号的并行采集，其原理如下：采用FPGA（现场可编程门阵列）或工控机的多道信号采集方法应用于集中式地震仪（如：DZQ48）中，在实际使用时，通常采取单板集成12道A/D（模数转换器），由4个FPGA来控制，这种方式虽然具有较强的并行采集能力，但却大大增加了仪器自身的体积和重量，尤其是集中式的设计结构更限制了设备在复杂环境下的施工能力。因此，针对上述问题，本实用新型提出了一种便携型的地震信号采集装置，不仅能实现地震数据的采集和存储，还能增加采集站的集成化程度和便携性，具有极好的推广价值。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供具有并行采集通道的地震信号采集装置，采用信号调理电路能有效的拾取检波器的微弱信号，并通过并行数据输入通道将其传送至微控制器进行处理，可实现地震信号的多路采集，并提高地震信息的精确度，尤其适用于野外施工及地质条件恶劣的地震探测中，实用性强。
本实用新型通过下述技术方案实现：具有并行采集通道的地震信号采集装置，包括依次与检波器相连的信号调理电路、A/D转换器以及微控制器，信号调理电路为设有并行数据输入通道的信号采集模块，在信号调理电路上则设有供A/D转换器连接的单端转差分电路，本实用新型采用并行数据输入通道的设计可实现地震信号的多路采集，同时，采用单端转差分电路、A/D转换器等模块的设计，还集成了本装置高度集成化以及低功耗的要求，从而实现了简化本装置硬件结构的目的，且具有良好的便携性。
为更好的对检波器释放的微弱信号进行采集，本实用新型采用信号调理电路对其进行采集，在实际使用时，检波器释放的地震信号通过并行数据输入通道，其结构如下：所述并行数据输入通道的数量为四路，均并行连接在检波器与单端转差分电路之间，每路并行数据输入通道主要由依次相连的前置放大器、可程控放大器以及抗混叠滤波器组成，前置放大器作用在检波器上，抗混叠滤波器则连接在单端转差分电路上。
为更好的实现上述结构，本实用新型所述的前置放大器为OPA2188；所述的可程控放大器为PGA205；所述的抗混叠滤波器为MAX263。
在本实用新型中，所述的微控制器为与计算机相连的控制单元，在微控制器上则设有供计算机无线连接的无线通信接口，在实际使用时，采集所得的大量地震数据可通过微控制器存储在其内部的存储空间内，同时，还可将数据通过无线通信接口传送至计算机（即主控中心）进行控制，提高装置的便携型。
本实用新型结构简单，所述的无线通信接口为与微控制器相连的无线收发器。
为更好的实现本实用新型，所述的微控制器为MSP430F149；所述的无线收发器为nRF24L01。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本实用新型设计合理，采用并行数据输入通道的设计可实现地震信号的多路采集和处理，不仅能最大程度的对检波器释放的微弱信号进行拾取，提高地震信息的精确度，同时，还能通过无线通信接口将其传送至计算机上，从而进一步的提高了本装置的便携型，尤其适用于野外施工及地质条件恶劣的地震探测中，实用性极强。
（2）本实用新型可实现四路采集信号的并行输入，并经放大、低通滤波后，同时送入单端转差分电路以匹配后端的A/D转换器，该结构不仅满足了系统高集成化以及低功耗的需求，同时，也实现了简化硬件结构的目的，并具有良好的便携性。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例：
基于现有地震仪采取的由12道A/D（模数转换器）以及4个FPGA来实现并行采集与处理所存在的缺陷，本实用新型提出了具有并行采集通道的地震信号采集装置，该装置可通过高集成化的硬件结构，实现多路采集信号的并行输入与处理，在满足系统高集成化以及低功耗需求的同时，也提高了装置的便携性，使其更有利于野外施工及地质条件恶劣等地震探测环境中的应用，实用性极强。其结构如图1所示，主要由依次相连的信号调理电路、单端转差分电路、A/D转换器以及微控制器组成，其中，信号调理电路为设有并行数据输入通道的信号采集模块，在实际使用时，信号调理电路作用在检波器上，而上述并行数据输入通道的设计则能有效的对检波器释放的多路采集信号实现并行输入和处理，然后再送入单端转差分电路以匹配后端的A/D转换器，较现有地震仪采用12道A/D（模数转换器）以及4个FPGA进行采集与处理的电路结构而言，具有较高的集成度，从而在保证其性能的同时还具有更高的便携性，尤其适用于野外施工及地质条件恶劣的地震探测中，实用性极强。
在地震勘测过程中，根据野外施工的条件和地质环境、勘探方法的不同，均要求地震仪的采集系统参数能够根据实际情况进行调整，以保证系统能够最大程度地拾取到人工震源激发的微弱地震信号。而在本实用新型中，由于系统前端的检波器为动圈式检波器，该设备主要是靠高灵敏度地感应地下震动拾取人工地震信号，这种微弱信号是一种衰减较快的瞬时信号，而且不同的施工条件下，其信号幅度及变化范围也有所不同，因此，本实用新型提出了信号调理电路的设置，该电路由四路并行的并行数据输入通道组成，其前端连接在检波器上，可输入四路检波器释放的地震信号，其后端连接在单端转差分电路上，而其结构主要如图1所示，每路并行数据输入通道主要由依次相连的前置放大器、可程控放大器以及抗混叠滤波器组成，其中，前置放大器作用在检波器上，抗混叠滤波器则连接在单端转差分电路上，在实际使用时，该电路结构可调整的参数包括放大增益、滤波器截止频率、采样率、采样长度等，主要用于放大前端检波器的微弱信号，采用多路输入，还能有效的提高采样数据的精确度，当然，在实际制作过程中，该设计还能提高采集装置的集成化程度及便携性，而为更好的实现上述结构，前置放大器采用OPA2188，以5倍固定增益对检波器的信号进行放大，然后再配合可程控放大器实现可调增益放大功能，可采用PGA205，其输入失调电压是前置放大器中最低的50μV，而OPA2188的输入失调电压为10μV；抗混叠滤波器可用于消除因野外现场各种噪音而造成的频率混叠现象，通常采用MAX263。
经信号调理电路处理后的信号可送入单端转差分电路以匹配后端的A/D转换器，为了满足集成化及低功耗需求，本实用新型采用单片集成4路差分输入的A/D转换器（如：ADS1256）来完成模数转换功能，并由微控制器来控制各单元功能，在实际使用时，微控制器可采用16位的低功耗处理器MSP430F149，在其工作过程中，大量的地震数据暂存于MSP430F149的内部存储空间，同时，再通过无线通信接口将数据传输至主控中心（即：计算机），因此，本实用新型在微控制器上还设有供计算机无线连接的无线通信接口，如图1所示，该无线通信接口为与微控制器相连的无线收发器，可采用nRF24L01。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.具有并行采集通道的地震信号采集装置，其特征在于：包括依次与检波器相连的信号调理电路、A/D转换器以及微控制器，信号调理电路为设有并行数据输入通道的信号采集模块，在信号调理电路上则设有供A/D转换器连接的单端转差分电路。
2.根据权利要求1所述的具有并行采集通道的地震信号采集装置，其特征在于：所述并行数据输入通道的数量为四路，均并行连接在检波器与单端转差分电路之间，每路并行数据输入通道主要由依次相连的前置放大器、可程控放大器以及抗混叠滤波器组成，前置放大器作用在检波器上，抗混叠滤波器则连接在单端转差分电路上。
3.根据权利要求2所述的具有并行采集通道的地震信号采集装置，其特征在于：所述的前置放大器为OPA2188；所述的可程控放大器为PGA205。
4.根据权利要求3所述的具有并行采集通道的地震信号采集装置，其特征在于：所述的抗混叠滤波器为MAX263。
5.根据权利要求1～4任一项所述的具有并行采集通道的地震信号采集装置，其特征在于：所述的微控制器为与计算机相连的控制单元，在微控制器上则设有供计算机无线连接的无线通信接口。
6.根据权利要求5所述的具有并行采集通道的地震信号采集装置，其特征在于：所述的无线通信接口为与微控制器相连的无线收发器。
7.根据权利要求6所述的具有并行采集通道的地震信号采集装置，其特征在于：所述的微控制器为MSP430F149。
8.根据权利要求7所述的具有并行采集通道的地震信号采集装置，其特征在于：所述的无线收发器为nRF24L01。
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