高精度無線自組網地震採集器的製造方法
2023-05-26 23:57:41 1
高精度無線自組網地震採集器的製造方法
【專利摘要】本實用新型為一種高精度無線自組網地震採集器，它包括：作為控制中心的主控單元，所述主控單元通過與其相連的無線組網通信單元與外部無線通信設備相連接；用於採集地震波數據信息的地震波傳感器，所述地震波傳感器的信號輸出端通過用於對地震波模擬信號進行濾波放大處理的信號處理單元連接主控單元；用於供電的電源單元，所述電源單元分別連接主控單元、信號處理單元、以及無線組網通信單元。本實用新型結構簡單，省去了布線的繁瑣，同時令最終得到的信號更加精準，為工作人員的分析提供了方便。本實用新型適用於地球內部結構研究、工程勘探和檢測、地質災害預測等領域對地震波進行檢測。
【專利說明】高精度無線自組網地震採集器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於地震波採集領域，尤其涉及無線自組網的地震波採集，具體地說是一種高精度無線自組網地震採集器。
【背景技術】
[0002]地震勘測方法是石油、天熱氣或礦床等有關勘探領域中經常使用的勘測地下層構造的重要方法，而地震勘測一般通過地震儀器實現。近年來隨著地震勘測規模的擴大，地震儀器野外施工道數越來越多、施工地表條件越來越複雜、施工效率要求越來越高。而傳統的地震儀器的採集道與道之間採用電纜連接，所以，施工前需要大量工作人員現場布線，測量結束時還需要收線，工作效率較低；當遇到高速路、鐵路及水系時，有線地震儀器的布線就成為了難題。因此，在複雜地形進行地震勘測時，需要一種無線數據傳輸的地震採集器對數據進行採集和傳輸，但現有技術中的無線地震採集器比較少，同時精度比較低，對數據的採集和處理不能夠滿足分析的需求。
實用新型內容
[0003]為了解決上述的技術問題，本實用新型提供了一種高精度無線自組網地震採集器，無需繁瑣的布線，就能夠適應多種地形需求，同時用它採集的數據精度高，能夠為後續分析提供可靠的數據。
[0004]為實現上述目的，本實用新型所採用的技術方案如下:
[0005]一種高精度無線自組網地震採集器，包括
[0006]作為控制中心的主控單元，它通過與其相連的無線組網通信單元與外部無線通信設備相連接；
[0007]用於採集地震波數據信息的地震波傳感器，其信號輸出端通過用於對地震波模擬信號進行濾波放大處理的信號處理單元連接主控單元；
[0008]用於供電的電源單元，它分別連接主控單元、信號處理單元，以及無線組網通信單
J Li ο
[0009]作為對本實用新型的限定:所述高精度無線自組網地震採集器還包括通過外部遠程控制進而控制主控單元通電運行的GPS授時單元，所述GPS授時單元設於電源單元與主控單元之間。
[0010]作為對本實用新型的另一種限定:所述信號處理單元包括用於對採集的模擬信號進行濾波處理的濾波模塊，所述濾波模塊的信號輸出端連接用於對模擬信號進行放大的浮點放大模塊的信號輸入端，所述浮點放大模塊的信號輸出端通過用於將模擬信號轉換成數位訊號的A/D轉換模塊連接主控單元。
[0011]作為對本實用新型的進一步限定:所述濾波模塊包括用於對模擬信號進行放大處理的前置放大電路，所述前置放大電路的信號輸入端連接地震波傳感器，其信號輸出端連接用於對模擬信號進行除雜的濾波電路的信號輸入端，所述濾波電路的信號輸出端連接用於對模擬信號進行緩衝處理的緩衝延時電路的信號輸入端；
[0012]所述浮點放大模塊包括用於對模擬信號進行幅值判斷、並能選擇對模擬信號進行放大的倍數的幅值預判電路；所述幅值預判電路的信號輸入端接收緩衝延時電路輸出的模擬信號，信號輸出端控制連接可變化放大倍數的浮點放大電路；所述浮點放大電路的輸入端接收緩衝延時電路輸出的模擬信號，信號輸出端連接後續的高精度A/D轉換電路
[0013]作為對本實用新型的再進一步限定:所述前置放大電路包括用於保護反向尖峰電壓的反向尖峰電壓保護電路，所述反向尖峰電壓保護電路的信號輸入端連接地震波傳感器，其信號輸出端連接用於對模擬信號進行放大的放大電路；
[0014]所述濾波電路包括對前置放大電路放大後的信號進行進一步除雜的陷波器電路；所述陷波器電路的信號輸入端連接放大電路的信號輸出端，其信號輸出端連接用於對模擬信號進行低通濾波的低通濾波器電路的信號輸入端；所述低通濾波器電路的信號輸出端連接用於對模擬信號進行高通濾波的高通濾波器電路的信號輸入端；
[0015]所述緩衝延時電路包括用於對模擬信號進行緩衝處理的輸入緩衝器電路；所述輸入緩衝器電路的信號輸入端連接高通濾波器電路的信號輸出端，其信號輸出端連接用於對模擬信號進行延時處理的延時輸入緩衝器電路的信號輸入端。
[0016]作為對本實用新型的更進一步限定:
[0017]所述前置放大電路還設有兩個用於對數據採集通道進行通順檢測的自檢信號輸入端，所述自檢信號輸入端的正極在進行自檢時與地震波採集器的主控單元相連，負極在進行自檢時接地；在反向尖峰電壓保護電路與放大電路之間設有選通檢測信號或自檢信號之一進行輸入的選擇開關電路。
[0018]所述幅值預判電路的信號輸入端連接緩衝延時電路的信號輸出端，包括作為控制中心的主控單元，所述主控單元內設有A/D轉換功能，且設置有至少兩個數位訊號的基準值；
[0019]所述浮點放大電路包括對信號不作放大改變的無放大電路，和至少一級對信號進行放大的放大電路；所述無放大電路與放大電路的信號輸入端在幅值預判電路的控制下，擇一接收地震波採集器緩衝延時電路輸出的模擬信號，所述無放大電路與放大電路的信號輸出端連接在幅值預判電路的控制下、對無放大電路與放大電路進行選通輸出的多路選擇器的信號輸入端；多路選擇器的信號輸出端連接後續高精度A/D轉換電路。
[0020]作為對本實用新型最深一步限定:所述幅值預判電路的主控單元為地震採集器中的主控單元；
[0021 ] 所述放大電路包括一級放大電路、二級放大電路、三級放大電路，
[0022]所述一級放大電路的信號輸入端在幅值預判電路的控制下接收緩衝延時電路輸出的模擬信號，信號輸出端在浮點預判電路的控制下連接二級放大電路或多路選擇器中的一個，
[0023]所述二級放大電路的信號輸出端在浮點預判模擬的控制下連接三級放大電路或多路選擇器中的一個，
[0024]所述三級放大電路的信號輸出端連接多路選擇器。
[0025]由於採用了以上技術方案，本實用新型可以達到如下的技術效果:
[0026](I)本實用新型設有無線組網通信單元，主控單元通過該通信單元可以與外部的無線通信單元進行通信，實現了信息的無線傳送，省去了布線的繁瑣，保證本實用新型能夠適用到任意地形進行地震波採集；
[0027](2)本實用新型還設有GPS授時單元，其可以在控制終端的遠程控制下，在任意時刻開啟地震採集器進行信息採集，實現了地震採集器勘測的實時性；
[0028](3)信號處理單元包括濾波模塊、浮點放大模塊、高精度A/D轉換模模塊，可以對採集的模擬信號進行濾波、放大和A/D轉換的處理，其中濾波模塊包括有前置放大電路、濾波電路和緩衝延時電路，因此可以對採集到的模擬信號進行充分的除雜、濾波，令得到的處理信號精度更高；而浮點放大模塊包括幅值預判電路和可以選擇放大倍數的浮點放大電路，可以對濾波模塊處理後的信號與預先存儲的基準值進行比對，比對後控制浮點放大電路選擇相應的放大倍數對模擬信號進行放大，保證得到的信號滿足高精度A/D轉換模塊的適用範圍，令最終得到的信號更加精確。
[0029]綜上所述，本實用新型結構簡單，省去了布線的繁瑣，同時令最終得到的信號更加精準，為工作人員的分析提供了方便。
[0030]本實用新型適用於地球內部結構研究、工程勘探和檢測、地質災害預測等領域對地震波進行檢測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1是本實用新型實施例的原理框圖；
[0032]圖2是圖1所示實施例信號處理單元3的濾波模塊31中前置放大電路311的電路原理圖；
[0033]圖3是圖1所示實施例信號處理單元3的濾波模塊31中濾波電路312的電路原理圖；
[0034]圖4是圖1所示實施例信號處理單元3的濾波模塊31中緩衝延時電路313的電路原理圖；
[0035]圖5是圖1所示實施例信號處理單元3的浮點放大模塊32的原理框圖；
[0036]圖6是圖5所示浮點放大模塊32中浮點放大電路U3的電路原理圖。
[0037]圖中:1 一主控單元，2—地震波傳感器，3—信號處理單元，31—濾波模塊，311 一如置放大電路，312—濾波電路，313—緩衝延時電路，32—浮點放大模塊，33—A/D轉換模塊，4一無線組網通信單元，5—電源單元，6—GPS授時單元，Ul—八同相三態緩衝器，U2—幅值預判電路，U3—浮點放大電路，U4—多路選擇器。
【具體實施方式】
[0038]實施例一種高精度無線自組網地震採集器
[0039]本實施例提供了一種高精度無線自組網地震採集器，其結構參考圖1，它包括:
[0040](一)主控單元I
[0041]主控單元I為控制中心，本實施例採用嵌入式控制晶片STM32F103RBT6晶片作為主控單元I。所述主控單元I通過與其相連的無線組網通信單元4與外部無線通信設備相連接。
[0042]本實施例中的無線組網通信單元4採用現有技術中的CC2530通信晶片，且晶片的外部電路均為現有技術中常用的電路。
[0043](二)地震波傳感器2
[0044]地震波傳感器2用於採集地震波的數據信息，並將採集到的信息傳送給主控單元
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[0045]本實施例中的地震波傳感器2採用現有技術中的8340型地震傳感器的地震波採集器，其信號輸出端通過用於對地震波模擬信號進行濾波放大處理的信號處理單元3連接主控單元I。
[0046]其中，所述的信號處理單元3包括用於對採集的模擬信號進行濾波處理的濾波模塊31、用於對模擬信號進行放大的浮點放大模塊32，以及用於將模擬信號轉換成數位訊號的A/D轉換模塊33，其中濾波模塊31的信號輸入端接收地震波傳感器2採集的模擬信息，其信號輸出端連接浮點放大模塊32的信號輸入端，浮點放大模塊32的信號輸出端通過A/D轉換模塊33連接主控單元I。
[0047]而濾波模塊31包括:
[0048]( I)前置放大電路311
[0049]前置放大電路311用於對地震波傳感器2採集到的模擬信號進行放大處理，其信號輸入端連接地震波傳感器2。具體如圖2所示，包括:
[0050]①反向尖峰電壓保護電路
[0051]反向尖峰電壓保護電路用於保護反向尖峰電壓，所述反向尖峰電壓保護電路包括第一雙向穩壓管Dl與第二雙向穩壓管D2,所述第一雙向穩壓管Dl與第二雙向穩壓管D2構成的串聯電路通過前置放大電路311的兩個信號輸入端SI與S2連接外部地震波採集器。在第一雙向穩壓二極體Dl與第二雙向穩壓二極體D2的串聯電路之前並聯有第一電容器Cl，同時還並聯有第二電容器C2與第三電容器C3的串聯電路。
[0052]②放大電路
[0053]放大電路用於對地震波傳感器2採集到的模擬信號進行放大處理，如圖2所示，所述放大電路包括第一運算放大器UA1、第二運算放大器UA2、第三運算放大器UA3，以及其外圍的電阻、電容。
[0054]本實施例中，第一運算放大器UAl與第二運算放大器UA2均採用現有技術中的運算放大器0P777，而第三運算放大器UA3則採用現有技術中的運算放大器0P07。
[0055]其中第一運算放大器UAl的同相輸入端通過第一電阻Rl連接前置放大電路311的第一信號輸入端SI，反相輸入端通過第九電阻R9與第十電阻RlO的串聯電路連接第三運算放大器UA3的反相輸入端，輸出端連接第九電阻R9與第十電阻RlO的串聯電路的中間節點。第二運算放大器UA2的同相輸入端通過第二電阻R2連接前置放大電路311的第二信號輸入端S2，反相輸入端通過第十一電阻Rll與第十二電阻R12的串聯電路連接第三運算放大器UA3的同相輸入端，輸出端連接第十一電阻Rll與第十二電阻R12的串聯電路的中間節點。所述第三運算放大器UA3的輸出端作為前置放大電路311的輸出端，輸出放大後的模擬信號記為CSl。
[0056]③自檢信號輸入端
[0057]自檢信號輸入端用於檢測數據採集通道是否通順，本實施例設有兩個自檢信號輸入端TEST+和TEST-，所述自檢信號輸入端的正極TEST+在進行自檢時與外部地震波採集器的主控單元I相連，負極TEST-在進行自檢時接地。同時，自檢信號輸入端還與後續的放大電路相連接。
[0058]而為了令自檢信號與檢測到的地震波信號區分開，本實施例還於反向尖峰電壓保護電路與放大電路之間設置有選擇開關電路；為了信息傳遞方便，本實施例在自檢信號輸入端與地震波採集器的主控單元I之間還設有八同相三態緩衝器U1，本實施例中的八同相三態緩衝器Ul採用現有技術中的74HC244晶片。
[0059]所述選擇開關電路可以選通檢測信號或自檢信號中之一的信號輸入到前置放大電路311內。具體如圖2所示，所述選擇開關電路包括第一聯動開關Kl與第二聯動開關K2，第一聯動開關Kl與第二聯動開關K2均選用現有技術中的程控開關晶片DG303，具有兩個聯動的動觸點和四個靜觸點。所述第一聯動開關Kl並聯在第一雙向穩壓管Dl與第二雙向穩壓管D2構成的反向尖峰保護電路的後面，第一聯動開關Kl的第一動觸點連接前置放大電路311的第一輸入端SI,第二動觸點連接前置放大電路311的第二輸入端S2,第一靜觸點通過第三電阻R3與第五電阻R5的串聯電路連接自身的第三靜觸點，同時在第三電阻R3與第五電阻R5的串聯電路之前並聯有第四電阻R4，第二靜觸點連接自檢信號輸入端的正極TEST+，第四靜觸點連接自檢信號輸入端的負極TEST-。所述的第二聯動開關K2串接在第一電阻R1、第二電阻R2與放大電路之間，其中第二聯動開關K2的第一靜觸點連接第一電阻Rl ;第二靜觸點連接自檢信號輸入端的正極TEST+，同時第二靜觸點還連接八同相三態緩衝器Ul的與十四管腳Y3 ;第三靜觸點連接第二電阻R2，第四靜觸點連接自檢信號輸入端的負極TEST-，同時第四靜觸點還連接八同相三態緩衝器Ul第十二管腳Y4 ;第一動觸點連接第一運算放大器UAl的同相輸入端；第二動觸點連接第二運算放大器UA2的同相輸入端。
[0060]而八同相三態緩衝器Ul的信號輸入端連接地震波採集器的主控單元1，第十六管腳Y2與第十八管腳Yl通過第三開關K3連接放大電路，第九管腳Y5連接第二聯動開關K2的控制端，第七管腳Y6連接第一聯動開關Kl的控制端。
[0061]此外，本實施例中在前置放大電路311中還設有兩個屏蔽信號端Vl+與V1-，用於屏蔽外界信號的幹擾，所述兩個屏蔽信號端Vl+與Vl-共同通過第十三電阻R13連接第三運算放大器UA3的同相輸入端。
[0062](2)濾波電路312
[0063]濾波電路312用於對採集到的模擬信號進行濾波處理，具體結構如圖3所示，包括:
[0064]①陷波器電路
[0065]陷波器電路用於對前置放大電路311放大後的模擬信號進行除雜，所述陷波器電路包括第四運算放大器UA4、第五運算放大器UA5及外圍的電阻、電容器，本實施例中第四運算放大器UA4與第五運算放大器UA5均採用運算放大器0P27。其中第四運算放大器UA4的同相輸入端通過第十五電阻R15與第十六電阻R16的串聯電路連接前置放大電路311輸出的模擬信號CSl,在第十五電阻R15與第十六電阻R16串聯電路的兩端並聯有第五電容器C5與第六電容器C6構成的串聯電路，同時在第十五電阻R15與第十六電阻R16的串聯電路的中間節點，以及第五電容器C5與第六電容器C6串聯的電路的中間節點之間串接有第四電容器C4與第十七電阻R17構成的串聯電路。第四運算放大器UA4的反相輸入端與自身的輸出端相連，其輸出端通過第一電位器RPl接地。
[0066]而第五運算放大器UA5的同相輸入端連接第四電容器C4與第十七電阻R17串聯電路的中間節點，反相輸入端通過第一電位器RPl接地，輸出端連接自身的同相輸入端。
[0067]②低通濾波器電路
[0068] 低通濾波器電路用於對陷波器除雜後的模擬信號進行低通濾波，其具體結構如圖3所示，包括第六運算放大器UA6及其外圍的電阻、電容器，其中第六運算放大器UA6採用現有技術中的運算放大器0P07，而第六運算放大器UA6同相輸入端通過第十八電阻R18與第十九電阻R19的串聯電路連接第四運算放大器UA4的輸出端，其反相輸入端通過第二十電阻R20接地，同時還通過第二十一電阻R21連接自身的輸出端。
[0069]③高通濾波器電路
[0070]高通濾波器電路用於對低通濾波電路除雜後的模擬信號進行高通濾波，其具體結構如圖3所示，包括第七運算放大器UA7及其外圍的電阻、電容器。本實施例中第七運算放大器UA7採用現有技術中的運算放大器0P4177，其中第七運算放大器UA7的同相輸入端通過第七電容器C7連接第六運算放大器UA6的輸出端，同時還通過第二十二電阻R22接地；其反相輸入端通過第二十三電阻R23與第八電容器CS的並聯電路連接自身的輸出端。
[0071](3)緩衝延時電路313
[0072]緩衝延時電路313用於對應該是濾波電路312輸出的模擬信號進行延時緩衝處理，其具體結構如圖4所示，包括:
[0073]①輸入緩衝器電路
[0074]輸入緩衝器電路用於對濾波電路312輸出的模擬信號進行緩衝處理，所述輸入緩衝器電路包括輸入第八運算放大器UA8、第九運算放大器UA9、第十運算放大器UA10，以及外圍的電阻、電容器，本實施例中第八運算放大器UA8、第九運算放大器UA9、第十運算放大器UAlO均採用現有技術中運算放大器LM741，其中第八運算放大器UA8的同相輸入端通過第二十四電阻R24與第九電容器C9構成的串聯電路連接第七運算放大器UA7的輸出端，同時還通過第十電容器ClO與第二十五電阻R25的並聯電路接地；其反相輸入端連接自身的輸出端。
[0075]所述第九運算放大器UA9的同相輸入端接地，反相輸入端通過第二十六電阻R26與第二十七電阻R27的串聯電路接地，同時還通過第十一電容器Cll連接自身的輸出端，所述第九運算放大器UA9的輸出端通過第二十八電阻R28連接第九電容器C9與第二十四電阻R24的中間節點。
[0076]所述第十運算放大器UAlO的同相輸入端接地，反相輸入端通過第二十九電阻R29與第三十電阻R30的串聯電路接地，同時還通過第十二電容器C12連接自身的輸出端。
[0077]②延時緩衝器電路
[0078]延時緩衝器電路用於對輸入緩衝器電路處理後的模擬信號進行處理，包括第十一運算放大器UA11，以及外圍的電阻、電容器，實施中的第十一運算放大器UAll採用現有技術中的運算放大器LM324。其中第十一運算放大器UAll的同相輸入端通過第三十一電阻R31連接第八運算放大器UA8的輸出端，同時還通過第十三電容器C13接地；所述反相輸入端通過第三十二電阻R32連接第八運算放大器UA8的輸出端，同時還通過第三十三電阻R33與第十四電容器C14的並聯電路連接自身的輸出端；所述第十一運算放大器UAll還通過第三十四電阻R34連接第十運算放大器UAlO的輸出端。
[0079]所述浮點放大模塊32如圖5所示包括:
[0080](I)幅值預判電路U2
[0081]幅值預判電路U2用於對濾波模塊31輸出的模擬信號進行幅值判斷、並能選擇對模擬信號進行放大的倍數。
[0082]幅值預判電路U2包括主控單元，主控單元作為控制中心，內部設有12位A/D轉換功能，同時內部存儲有至少兩個數位訊號的基準值，以及比對程序。
[0083]為了結構簡單，本實施例中直接採用地震波採集器內的主控單元I作為幅值預判電路U2的控制中心。
[0084]( 2)浮點放大電路U3
[0085]浮點放大電路U3的輸入端接收濾波模塊31輸出的模擬信號，在幅值預判電路的控制下，選擇相應的放大倍數對該模擬信號進行放大處理，處理後的信號通過多路選擇器U4輸出給後續的高精度A/D轉換電路，其中高精度A/D轉換電路採用現有技術中的24位AD放大轉換電路，多路選擇器U4採用現有的DG509晶片實現。
[0086]浮點放大電路U3結構如圖6所示，具體包括:
[0087]①無放大電路
[0088]無放大電路對輸入的模擬信號不作放大改變，即模擬信號不改變幅值大小，按照原來的幅值進行後續的A/D轉換處理。
[0089]本實施例中的無放大電路包括第十二運算放大器UA12，第十二運算放大器UA12採用現有的運算放大器0P777。
[0090]第十二運算放大器UA12的同相輸入端連接第八選擇開關K8的其中一個靜觸點，第八選擇開關K8的另一靜觸點連接第五選擇開關K5的一個靜觸點，第八選擇開關K8的動觸點連接緩衝延時電路處理後的模擬信號CS3 ;第十二運算放大器UA12的反相輸入端連接自身的輸出端，其輸出端連接多路選擇器U4的第四信號輸入端IN4。
[0091]②放大電路
[0092]放大電路用於對採集電路採集處理後的模擬信號進行放大處理，在使用時至少設置有一級放大電路，且放大電路也通過第八選擇開關K8接收緩衝延時電路輸出的模擬信號 CS3。
[0093]本實施例中按照採集地震波的情況共設置了三級放大電路:一級放大電路、二級放大電路和三級放大電路。
[0094]一級放大電路包括第十三運算放大器UA13，二級放大電路包括第十四運算放大器UA14、三級放大電路包括第十五四運算放大器UA15，第十三運算放大器UA13、第十四運算放大器UA14、第十五運算放大器UA15均採用現有技術中的運算放大器0P07。
[0095]第十三運算放大器UA13的同相輸入端通過第三十五電阻R35連接第五選擇開關K5的動觸點；而第十三運算放大器UA13的反相輸入端通過第十五電容器C15與第三十六電阻R36的並聯電路連接自身的輸出端，同時還通過第三十七電阻R37接地，其輸出端連接多路選擇器U4的第三信號輸入端IN3，同時第十三運算放大器UA13的輸出端還連接第六控制開關K6的一個靜觸點，第六控制開關K6的動觸點通過第三十八電阻R38連接第十四運算放大器UA14的同相輸入端；而第十四運算放大器UA14的反相輸入端通過第三十九電阻R39與第十六電容器C16的並聯電路連接自身的輸出端，同時還通過第四十電阻R40接地，其輸出端連接多路選擇器U4的第二信號輸入端IN2，同時還連接第七選擇開關K7的一個靜觸點，第七選擇開關K7的動觸點連接第十五運算放大器UA15的同相輸入端，且第七選擇開關K7的動觸點也在主控單元I的控制下選擇其中的一個靜觸點進行接通，而第十五運算放大器UA15的反相輸入端通過第四十一電阻R41與第十七電容器C17的並聯電路連接自身的輸出端，同時還通過第四十二電阻R42接地，其輸出端連接多路選擇器U4的第一信號輸出端IN1。
[0096]上述的第五選擇開關K5、第六選擇開關K6、第七選擇開關K7、第八選擇開關K8均在主控單元I的控制下令動觸點與其中的一個靜觸點接通。
[0097]此外，多路選擇器U4也受主控單元I的控制，選通四個信號輸入端中的一個輸入端導通。而多路選擇器U4的信號輸出端輸出放大處理後的信號CS4給下一級的高精度A/D轉換電路進行A/D轉換。
[0098](三)電源單元
[0099]電源單元用於供電，它分別連接主控單元1、信號處理單元3，以及無線組網通信單元4。
[0100](四)GPS授時單元
[0101 ] GPS授時單元通過外部遠程控制進而控制主控單元I定時通電運行，所述GPS授時單元設於電源單元與主控單元I之間。本實施例中的GPS授時單元採用現有技術中帶有內置陶瓷天線的UBL0XNE06M型號的GPS模塊。
[0102]本實施例的工作原理為:當地震波傳感器2採集到模擬信號時，首先將該模擬信號傳送給信號處理單元3進行處理，處理的過程為將第一屏蔽信號端V+連接地震波採集器的外殼，第二屏蔽信號端V-接地，然後將第一聯動開關Kl的第一動觸點接通第一靜觸點，第二動觸點接通第三靜觸點，而第二聯動開關K2的第一動觸點接通第一靜觸點，第二動觸點接通第三靜觸點，採集到的地震波模擬信號通過反向尖峰保護電路後，經過運算放大電路放大，放大後的模擬信號CSl傳遞給濾波電路312，依次經過陷波器電路、低通濾波器電路、高通濾波器電路進行除雜，除雜後的模擬信號CS2再依次經過緩衝延時電路313的輸入緩衝器電路和延時緩衝器電路，最終輸出較為純淨的模擬信號CS3。
[0103]所述的模擬信號CS3為純淨度較高的模擬信號，之後該模擬信號輸入至浮點放大模塊32內，在浮點放大模塊32內，模擬信號CS3會經過如下的處理:模擬信號CS3通過PCO引腳輸入給主控單元1，主控單元I會對該模擬信號進行A/D轉換，由於本實施例採用的是地震波採集器自身的主控單元I，因此，該主控單元I具有的是十二位A/D轉換，轉換後的信號變為數位訊號，該信號與主控單元I中存儲的基準值進行比對，同時由於本實施例中設置了三級放大電路，因此在主控單元I內存儲了四個基準值，將A/D轉換後的信號值首先與存在的最大基準值進行比對，如果轉換後的信號值不小於存儲的最大基準值，則該模擬信號無需放大，直接可以輸出給高精度A/D轉換電路，因此，主控單元I的第六控制腳PC6發出控制信號，令第八選擇開關K8接通第十二運算放大器UA12，令模擬信號CS3通過第十二運算放大器UA12直接輸出給多路選擇器U4，同時主控單元I的第一控制腳PCl與第二控制腳PC2控制多路選擇器U4隻選通第四信號輸入端IN4，最終有多路選擇器U4的信號輸出端OUT輸出信號CS4給後續的高精度A/D轉換電路。[0104]如果轉換後的信號值小於存儲的最大基準值，則將該信號值與存儲的第二大的基準值進行比對，如果該信號值不小於存儲的第二大的基準值，該模擬信號只需進行一級放大即可，因此，主控單元I的第六控制腳PC6、第五控制腳PC5，第四控制腳PC4，第三控制腳PC3分別發出控制信號，令第八選擇開關K8接通第五選擇開關K5，而控制第五選擇開關K5接通第十三運算放大器UA13，第六選擇開關K6不接通第十四運算放大器UA14，令模擬信號CS3通過第十三運算放大器UA13的一級放大後直接輸出給多路選擇器U4，同時主控單元I的第一控制腳PCl與第二控制腳PC2控制多路選擇器U4隻選通第三信號輸入端IN3，最終有多路選擇器U4的信號輸出端OUT輸出信號CS4給後續的高精度A/D轉換電路。
[0105]如果轉換後的信號值小於存儲的第二大的基準值，則將該信號值與存儲的第三大的基準值進行比對，如果該信號值不小於存儲的第三大的基準值，該模擬信號只需進行兩級放大即可，因此，主控單元I的第六控制腳PC6、第五控制腳PC5，第四控制腳PC4，第三控制腳PC3分別發出控制信號，令第八選擇開關K8接通第五選擇開關K5，而控制第五選擇開關K5接通第十三運算放大器UA13，第六選擇開關K6接通第十四運算放大器UA14，而第七選擇開關K7不接通第十五運算放大器UA15，令模擬信號CS3通過第十三運算放大器UA13的一級放大後，再經過第十四運算放大器UA14的二級放大，才輸出給多路選擇器U4，同時主控單元I的第一控制腳PCl與第二控制腳PC2控制多路選擇器U4隻選通第二信號輸入端IN2，最終有多路選擇器U4的信號輸出端OUT輸出信號CS4給後續的高精度A/D轉換電路。
[0106]如果轉換後的信號值小於存儲的第三大的基準值，則將該信號值與存儲的最小的基準值進行比對，如果該信號值不小於存儲的第二大的基準值，該模擬信號需要進行三級放大，因此，主控單元I的第六控制腳PC6、第五控制腳PC5，第四控制腳PC4，第三控制腳PC3分別發出控制信號，令第八選擇開關K8接通第五選擇開關K5，而控制第五選擇開關K5接通第十三運算放大器UA13，第六選擇開關K6接通第十四運算放大器UA14，同時第七選擇開關K7接通第十五運算放大器UA15，令模擬信號CS3依次通過第十三運算放大器UA13的一級放大、第十四運算放大器UA14的二級放大，以及第十五運算放大器UA15的三級放大後，輸出給多路選擇器U4，同時主控單元I的第一控制腳PCl與第二控制腳PC2控制多路選擇器U4隻選通第一信號輸入端INl,最終有多路選擇器U4的信號輸出端OUT輸出信號CS4給後續的高精度A/D轉換電路。
[0107]此外，本實施例在對模擬信號處理之前需要對整個的數據採集通道進行通順檢測，首先，主控單元I產生一固定頻率及振幅的正弦信號作為自檢信號送至前置放大電路311的TSET+，將第一聯動開關Kl的第一動觸點接通第二靜觸點，第二動觸點接通第四靜觸點，而第二聯動開關K2的第一動觸點接通第二靜觸點，第二動觸點接通第四靜觸點，此時自檢信號會依次通過濾波模塊31，浮點放大模塊32，A/D轉換模塊33，最終回到主控單元1，主控單元I將收到的信號與送出的自檢信號對比，如相同則說明數據檢測通道是通順的，可以對採集的地震波進行處理，反之，則不能用來採集地震波。
【權利要求】
1.一種高精度無線自組網地震採集器，其特徵在於它包括: 作為控制中心的主控單元，所述主控單元通過與其相連的無線組網通信單元與外部無線通信設備相連接； 用於採集地震波數據信息的地震波傳感器，所述地震波傳感器的信號輸出端通過用於對地震波模擬信號進行濾波放大處理的信號處理單元連接主控單元； 用於供電的電源單元，所述電源單元分別連接主控單元、信號處理單元，以及無線組網通信單元。
2.根據權利要求1所述的高精度無線自組網地震採集器，其特徵在於:它還包括通過外部遠程控制進而控制主控單元通電運行的GPS授時單元，所述GPS授時單元設於電源單元與主控單元之間。
3.根據權利要求1或2所述的高精度無線自組網地震採集器，其特徵在於: 所述信號處理單元包括用於對採集的模擬信號進行濾波處理的濾波模塊， 所述濾波模塊的信號輸出端連接用於對模擬信號進行放大的浮點放大模塊的信號輸入端， 所述浮點放大模塊的信號輸出端通過用於將模擬信號轉換成數位訊號的A/D轉換模塊連接主控單元。
4.根據權利要求3所述的高精度無線自組網地震採集器，其特徵在於: 所述濾波模塊包括用於對模擬信號進行放大處理的前置放大電路， 所述前置放大電路的信號輸入端連接地震波傳感器，其信號輸出端連接用於對模擬信號進行除雜的濾波電路的信號輸入端， 所述濾波電路的信號輸出端連接用於對模擬信號進行緩衝處理的緩衝延時電路的信號輸入端； 所述浮點放大模塊包括用於對模擬信號進行幅值判斷、並能選擇對模擬信號進行放大的倍數的幅值預判電路；所述幅值預判電路的信號輸入端接收緩衝延時電路輸出的模擬信號，信號輸出端控制連接可變化放大倍數的浮點放大電路；所述浮點放大電路的輸入端接收緩衝延時電路輸出的模擬信號，信號輸出端連接後續的高精度A/D轉換電路。
5.根據權利要求4所述的高精度無線自組網地震採集器，其特徵在於: 所述前置放大電路包括用於保護反向尖峰電壓的反向尖峰電壓保護電路， 所述反向尖峰電壓保護電路的信號輸入端連接地震波傳感器，其信號輸出端連接用於對模擬信號進行放大的放大電路； 所述濾波電路包括對前置放大電路放大後的信號進行進一步除雜的陷波器電路；所述陷波器電路的信號輸入端連接放大電路的信號輸出端，其信號輸出端連接用於對模擬信號進行低通濾波的低通濾波器電路的信號輸入端；所述低通濾波器電路的信號輸出端連接用於對模擬信號進行高通濾波的高通濾波器電路的信號輸入端； 所述緩衝延時電路包括用於對模擬信號進行緩衝處理的輸入緩衝器電路；所述輸入緩衝器電路的信號輸入端連接高通濾波器電路的信號輸出端，其信號輸出端連接用於對模擬信號進行延時處理的延時輸入緩衝器電路的信號輸入端。
6.根據權利要求5所述的高精度無線自組網地震採集器，其特徵在於:所述前置放大電路還設有兩個用於對數據採集通道進行通順檢測的自檢信號輸入端，所述自檢信號輸入端的正極在進行自檢時與地震波採集器的主控單元相連，負極在進行自檢時接地；在反向尖峰電壓保護電路與放大電路之間設有選通檢測信號或自檢信號之一進行輸入的選擇開關電路。
7.根據權利要求5或6所述的高精度無線自組網地震採集器，其特徵在於:所述幅值預判電路的信號輸入端連接緩衝延時電路的信號輸出端，包括作為控制中心的主控單元，所述主控單元內設有A/D轉換功能，且設置有至少兩個數位訊號的基準值； 所述浮點放大電路包括對信號不作放大改變的無放大電路，和至少一級對信號進行放大的放大電路；所述無放大電路與放大電路的信號輸入端在幅值預判電路的控制下，擇一接收緩衝延時電路輸出的模擬信號，所述無放大電路與放大電路的信號輸出端連接在幅值預判電路的控制下、對無放大電路與放大電路進行選通輸出的多路選擇器的信號輸入端；多路選擇器的信號輸出端連接後續高精度A/D轉換電路。
8.根據權利要求7所述的高精度無線自組網地震採集器，其特徵在於:所述幅值預判電路的主控單元為地震採集器中的主控單元； 所述放大電路包括一級放大電路、二級放大電路、三級放大電路， 所述一級放大電路的信號輸入端在幅值預判電路的控制下接收緩衝延時電路輸出的模擬信號，信號輸出端在浮點預判電路的控制下連接二級放大電路或多路選擇器中的一個， 所述二級放大電路的信號輸出端在浮點預判模擬的控制下連接三級放大電路或多路選擇器中的一個， 所述三級放大電路的信號輸出端連接多路選擇器。
【文檔編號】G01V1/18GK203705651SQ201320790052
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】李明亮, 亢俊健, 王翠翠 申請人:石家莊經濟學院