[发明专利]一种高动态范围的微震信号采集方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及微震监测领域，具体涉及一种高动态范围的微震信号采集方法及设备。

背景技术

随着经济和科技的迅猛发展，微震检测技术在安全生产监测方面得到广泛的应用，微震监测系统是采矿安全管理中不可或缺的组成部分。微震检测系统主要是利用微震检测的数据进行分析、判断微震发生的地理位置，因此微震检测系统数据采集的质量直接影响监测的准确性。在微震监测系统中采用微震检波器拾取微震信号，并转换成电信号。由于不能预先确定前端信号振幅的大小，所以无法设定一个合适的放大器增益对信号进行放大。同时微震信号还会伴随着各种干扰，甚至微震信号被周围环境的噪声所淹没。所以如何提高信号采集的动态范围和提高信号的信噪比成为了微震检测系统的关键问题。

目前，提高微震信号的采集的动态范围和采样精度的通常方法有：(1)选用高位数的A/D转换器，但是这种器件价格非常昂贵。(2)对信号进行对数运算，即对信号的动态范围进行压缩，然后对信号进行采样，这种方法的缺点是降低信号采集的精度。(3)、通过对之前采样的数据进行相应的处理，调整放大器的增益，但是对于随机多变的信号，这种方法难以适应。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种高动态范围的微震信号采集方法及设备，该方法适用于大动态范围的微震信号采集，同时具有较高的分辨率，能对强弱不同的微震信号进行无失真采样,该设备精度高、稳定性好，价格低廉。

实现本发明目的的技术方案，

一种高动态范围的微震信号采集方法，包括如下步骤：

1)采用微震传感器把机械的微震信号转换成模拟的电信号；

2)预处理电路将得到的电信号进行初步的放大和滤波；

3)将经过预处理后的电信号与参考电压进行比较，确定信号幅度的范围；

4)对信号进行采样和对原始信号的真实值进行还原，当信号被放大到适合的范围后启动A/D转换，由于A/D转换后的数据为串行数据，所以首先要将串行数据转换为并行数据，并且每个采样值都为放大后的值，所以需要对每个采样值进行还原，数据处理程序可以通过双比较器电路产生的编码来对采样值增益还原，当采集进行时，每个采样值的放大倍数都是由FPGA通过I/O口读取双比较器电路产生的两位二进制编码来控制的，由于前置放大器的增益是事先设定的，所以可以通过数据处理程序进行采样值增益还原，即

从而获得原始信号的真实值；

其中，u_i为微震原始信号，u₀为采样得到的电压值，A₁为前置放大器增益，A₂为程控放大器增益；

5)对还原得到的原始信号进行滤波处理，滤除带外的干扰，减少噪声的影响，得到了高分辨率，高信噪比，高动态范围的微震信号；

步骤3)中，将步骤2)中预处理后的电信号分为两路，

一路输入程控放大器，

另一路经过取绝对值后，输入由两个比较器组成的双比较器电路，根据双比较器电路得到的编码来通过FPGA控制程控放大器的放大倍数，两个比较器输出有3种可能的结果：

当V_i＞V_H时，即经过预处理后信号的电压值高于参考电压的最大值，输出为PC1＝0、PC2＝0，

当V_H＞V_i＞V_L时，即经过预处理后信号的电压值介于两个参考电压之间，输出为PC1＝0、PC2＝1，

当V_i＜V_L时，即经过预处理后信号的电压值小于参考电压的最小值，输出为PC1＝1、PC2＝1，

根据双比较器电路得到的编码调整程控放大器的放大倍数，将信号调整到适

合的A/D采样范围，程控放大器的放大增益设置规则如下：

当PC1＝0、PC2＝0时，由于此时的电压值大于两个参考电压，信号较强，为了防止超出A/D的输入范围，因此通过FPGA选择程控放大器的放大倍数为1；

当PC1＝0、PC2＝1时，由于此时的电压值介于两个参考电压之间，因此通过FPGA选择程控放大器的放大倍数为10；

当PC1＝1、PC2＝1时，由于此时的电压值小于两个参考电压，信号电压很微弱，此时通过FPGA选择程控放大器的放大倍数为100；