[实用新型]闭环数字加速度检波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种地震检波器，特别涉及一种闭环数字加速度检波器，主要用于石油、天然气、煤炭已经其它矿物质的勘探设备。

背景技术

传统动圈式检波器已经在地震勘探数据采集中应用几十年了，然而，它在共振频率以下每倍频程有12dB的衰减。如图1中a曲线所示，以最为普遍应用的10Hz检波器为例，当频率降到1Hz时，已经有40dB的衰减；相位从35度变化到160度，存在严重的非线性。另外它有比较高的谐波失真（0.1%）。

为了克服以上的缺点，人们研发出了MEMS数字检波器。MEMS检波器有比较好的性能，比如通频带可以做到DC到375Hz；比较小的谐波失真（-90dB）。然而，MEMS数字检波器价格昂贵，不能与第三方数据采集系统兼容以及易于损坏的缺点成为它不能被广泛应用不可跨越的障碍。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，为地震勘探提供一种性能指标高，价格较低，工作稳定可靠的闭环数字加速度检波器。

本发明提到的一种闭环数字加速度检波器，其技术方案是：包括40Hz动圈式检波器、前置放大器和四阶积分器、反馈系统、数字降频滤波器，所述40Hz动圈式检波器通过前置放大器、四阶积分器连接到数字降频滤波器，

其中，40Hz动圈式检波器包括检波器传递函数器和动圈传递函数器，检波器传递函数器是把振动的加速度信号变为速度信号，是一个一阶积分器；动圈传递函数器是把速度信号转换成电信号；

前置放大器是把输入电信号调整到合适的大小来保证信噪比；

四阶积分器的输出是一个一位数字信号，作为反馈系统的控制开关同时也是数字滤波器的输入信号；

反馈系统的输入是一位数据流，输出是加速度反馈输出；

降频数字滤波器包括多级滤波器，经过多级滤波处理后，输出的低频端可以到0.1nHz，而且相位域从10nHz起为0相位。

优选的，上述的降频数字滤波器包括三级：第一级为CIC滤波器，第二级TI_filter_a，第三级TI_filter_b和第四级滤波器。

优选的，上述的第四级滤波器包括两种：线性相位输出滤波器TI_filter_c 和线性相位输出滤波器TI_filter_e和最小相位输出滤波器TI_filter_d和最小相位输出滤波器TI_filter_f。

本发明的有益效果是：本发明基于五阶Delta Sigma 模数转换模型和传统动圈检波器的闭环数字检波器；其中动圈检波器为五阶Delta Sigma模型中的一阶；反馈回路是一个分时系统，在一个反馈周期内反馈电压反向。本发明闭环数字检波器具有很高的各项指标且成本大大下降，通频带宽主要取决于系统噪声的要求，在幅值域从0.1nHz一直平坦到64kHz，相位域从10nHz起为0相位；线圈位移和谐波失真仿真的整体谐波失真非常小（-160dB），五阶Delta Sigma 的第二节点频率在1200Hz，在1500Hz时，它的噪声小于-170dBng/rtHz （10ng/rtHz）；

本发明为地震勘探提供一种性能指标高，价格较低，工作稳定可靠的闭环数字加速度检波器。

附图说明

附图1是现有技术的检波器的曲线图；

附图2是本发明的电路连接示意图；

附图3是动圈（COIL）传递函数是把速度信号转换成电信号的示意图；

附图4是降频数字滤波器的连接示意图；

附图5是降频数字滤波器的频率响应曲线图；

附图6是反馈控制系统的示意图；

附图7是线圈的等效电路图；

附图8是检波器机芯线圈内的电流变化波形图；

附图9是线圈位移结果示意图；

附图10是谐波失真仿真示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本新发明的闭环加速度检波器结构包括：

1.传统40Hz动圈式检波器（GEOPHONE TRANSFER FUNCTION和COIL）

GEOPHONE TRANSFER FUNCTION (检波器传递函数) 是把振动的加速度信号变为速度信号，是一个一阶积分器。它的频率特征曲线如图1所示。之所以选择比较高的共振频率是为了提高它的假频，使之在通频带以外。另外可以保证检波器适合野外的恶劣施工环境，保证它的使用寿命。