一種適用於重力儀的高精度數據轉換與採集系統的製作方法

2023-05-21 20:16:42 1

本發明屬於地質勘測領域，尤其是一種適用於重力儀的高精度數據轉換與採集系統。

背景技術：

重力儀是用來測定重力加速度的儀器，可以分為絕對重力儀和相對重力儀兩類，前者用來測定一點的絕對重力加速度值，後者用來測定兩點的絕對重力加速度差。由於其具有較高的靈敏度可以感受出微小的重力變化，可廣泛用於地球重力場的測量，固體潮觀測，地殼形變觀測，以及重力勘探等項工作中。

在進行地質勘測的時候，需要進行高精度的重力測量，測量解析度非常高，必須達到10-6伽以上，滿足高精度測量。

有鑑於此，特提出本發明。

技術實現要素：

本發明提供一種適用於重力儀的高精度數據轉換與採集系統。

一種適用於重力儀的高精度數據轉換與採集系統，所述系統包括信號衰減器、輸入緩衝器、差分輸入緩衝器、模數轉換器(AD轉換器)、電壓基準源和信號採集器，所述信號衰減器的輸出端連接所述輸入緩衝器的輸入端，所述輸入緩衝器的輸出端連接差分輸入緩衝器的輸入端，所述差分輸入緩衝器的輸出端連接模數轉換器的輸入端，所述模數轉換器的輸出端連接信號採集器的輸入端；所述電壓基準源連接在模數轉換器輸入端。

從信號衰減器衰減後得到的信號幅度減少；幅度減少的信號進入輸入緩衝器阻抗信號匹配，阻止信號損失；從輸入緩衝器出來的信號進入差分輸入緩衝器後轉換成2個具有差動信號；從差分輸入緩衝器出來的差動信號進入AD轉換器，將壓力信號轉化成計算機可識別的數位訊號；數位訊號被收集到信號採集器後進行後續處理。

進一步的，所述信號衰減器的電路中包括運算放大器。

進一步的，經過所述信號衰減器衰減後的幅度為0～5V。

重力傳感器輸出信號是直流信號，輸出幅度範圍為±18V，如此高的電壓信號不能直接輸入到AD轉換器，必須通過衰減電路將±18V衰減到0～5V， 通過AD轉換器將0～5V的模擬信號轉換成數字量，送入到計算機進行後續處理。

進一步的，所述輸入緩衝器的電路中採用AD8675作為緩衝放大器。

為了讓模數轉換器達到高的精度，選擇緩衝放大器時需要考慮的關鍵因素是：適當的帶寬、擺率、VP-P輸出、低噪聲、低失真和低失調。應保持儘可能低的緩衝放大器噪聲—遠遠低於ADC的SNR。放大器的整體失調誤差，包括漂移，在整個溫度範圍內都應小於所要求的精度誤差。基於以上考慮，精心選擇了AD8675作為緩衝放大器。

進一步的，所述差分輸入緩衝器的電路中採用LT1368運算放大器，LT1368有著較高的共模抑制比,極低的輸入失調電壓，使用雙跟隨器作為ADC的差分輸入緩衝器，可以有效消除失調電壓的影響。

進一步的，所述模數轉換器為24位模數轉換器。

優選的，所述模數轉換器為LTC2445AD，該轉換器具有2ppm的線性度，24位無漏碼；2.5ppm的滿度增益誤差，0.1ppm的失調誤差，0.16ppm的噪聲等優良直流性能和良好的低噪聲特性；該轉換器的輸入迴路無緩衝器，輸入電壓可以超過基準電壓範圍的12.5％，可以方便解決超量程和負電壓的測量問題；該轉換器與其他轉換器相比最大的特點是單周期零點和滿度校準透明，不需用戶編程參與ADC的自動校準，使用極其方便。此外，該轉換器擁有SPI數字接口。

結合信號輸入接口電路，轉換器的輸入迴路外接差分緩衝器,構成8通道24位高精度ADC數據採集系統。

進一步的，所述電壓基準源分為+5V基準電壓和+2.5V基準電壓。

進一步的，所述電壓基準源採用MAX6350晶片，MAX6350具有超低溫漂係數，如1ppm/℃，極低噪聲水平，1.5μVp-p(0.1Hz～10Hz)；長時間穩定性達30ppm/1000hr。

進一步的，所述信號採集器內部具有精度較高的集成震蕩器時鐘，外部不需任何頻率調整元件，內部的四階數字陷波濾波器對50Hz/60Hz的信號具有最小為87dB的衰減能力。

採用上述技術方案後，本發明與現有技術相比具有以下有益效果：該系 統可以高靈敏度、高解析度測出微小的重力變化，保證重力儀高精度的重力測量。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是信號衰減器的電路圖；

圖3是輸入緩衝器的電路圖；

圖4是電壓基準源的電路圖；

圖5是差分輸入緩衝器的電路；

圖6是信號採集器的電路。

具體實施方式

以下結合具體實施例和附圖對本發明做進一步解釋說明。

一種適用於重力儀的高精度數據轉換與採集系統，如圖1所示，所述系統包括信號衰減器1、輸入緩衝器2、差分輸入緩衝器3、24位AD轉換器4、電壓基準源6和信號採集器5，所述信號衰減器1的輸出端連接所述輸入緩衝器2的輸入端，所述輸入緩衝器2的輸出端連接差分輸入緩衝器3的輸入端，所述差分輸入緩衝器3的輸出端連接24位AD轉換器4的輸入端，所述24位AD轉換器4的輸出端連接信號採集器5的輸入端；所述電壓基準源6連接在24位AD轉換器4輸入端。

其中，所述信號衰減器1的電路由U10、C1、C2、C3、R1、R2、R3組成，如圖2所示，其中R3/R1＝3/20；R3/R2＝1/2；

所述輸入緩衝器2的電路由U11、C2、R4、R5、R6組成，如圖3所示；

所述電壓基準源6的電路由U4、U5、RT1、RN1A、RN1B、C11、C12、C13、C14等元器件組成，如圖4所示；

所述差分輸入緩衝器3的電路由U2A、U2B、C3、C4、C5等元器件組成，如圖5所示；

所述信號採集器5的電路由U1、U2B、C3、C4等元器件組成，如圖6所示。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤 飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。