[发明专利]一种高精度的应力波信号采集方法及设备

权利要求书

1.一种高精度的应力波信号采集方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)使用激励装置敲击锚杆，产生应力波信号；

(2)采用压电传感器采集敲击产生的应力波信号；

(3)应力波信号进入信号放大电路对信号进行放大；

(4)放大后的信号进入低通滤波电路，滤除干扰信号；

(5)低通滤波电路的输出信号一方面送入电压比较电路，另一方面送入程控放大电路；

(6)电压比较电路根据滤波后的信号与基准电压进行比较，比较后输出的高电平或低电平送入FPGA控制器；

(7)FPGA控制器根据得到的高电平或低电平，将编码值A0、A1发送给程控放大电路。

(8)程控放大电路接收FPGA控制器发送的编码值A0、A1，确定自身的增益值后，将信号再次放大，送入A/D转换器，经AD转换后的数字信号，送入FPGA控制器进行数据处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，激振装置为激励小锤。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(8)中，程控放大电路的增益值确定方法为，若A0＝0，A1＝0，程控放大电路放大倍数为1；若A0＝1，A1＝0，程控放大电路放大倍数为10；若A0＝0，A1＝1，程控放大电路放大倍数为100。

4.一种高精度的应力波信号采集设备，其特征在于，包括顺序连接的激励装置、压电传感器、信号放大电路和低通滤波电路，还包括电压比较电路、程控放大电路、A/D转换器和FPGA控制器；低通滤波器信号输出端分别与电压比较电路、程控放大电路连接，FPGA控制器分别与电压比较电路、程控放大电路和A/D转换器连接，程控放大电路还与A/D转换器连接。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述的信号放大电路，包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻；第一运算放大器的正输入端与压电传感器的正输出端连接，第一运算放大器的负输入端分别与第一电阻、第二电阻的一端连接；第一电阻的另一端与第二运算放大器的负输入端连接，还与第三电阻的一端连接；第二电阻的另一端与第一运算放大器的信号输出端连接；第一运算放大器的信号输出端还与第四电阻的一端连接；第四电阻的另一端与第六电阻的一端连接，还与第三运算放大器的负输入端连接；第六电阻的另一端与第三运算放大器的信号输出端连接；第三运算放大器的信号输出端输出放大信号V_out3；第二运算放大器的正输入端与压电传感器的负输出端连接，信号输出端与第三电阻的另一端连接，还与第五电阻的一端连接；第五电阻的另一端与第三运算放大器的正输入端连接，还与第七电阻的一端连接；第七电阻的另一端与GND连接。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述的信号放大电路为两级放大电路，第一级电路的放大增益为G₁＝1+2R₃/R₁，第二级放大增益，G₂＝R₆/R₄，则信号放大电路的增益为G＝G₁*G₂＝(1+2R₃/R₁)*R₆/R₄。

7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述的低通滤波电路，包括第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容和第四运算放大器；第八电阻的一端与信号放大电路的第三运算放大器的信号输出端连接，另一端分别与第九电阻和第一电容的一端连接；第九电阻的另一端分别与第二电容的一端和第四运算放大器的正输入端连接；第一电容的另一端分别与第四运算放大器的负输入端、信号输出端连接；第二电容的另一端与GND连接；所述的信号放大电路的第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器和低通滤波电路的第四运算放大器，1管脚接+5V电压，2管脚接-5V电压。