[实用新型]一种数字低频地震传感器

说明书

本实用新型提供了一种数字低频地震传感器，解决现有地震探测系统无法直接输出数字信号，或存在造价高、结构复杂、功耗较大，以及无法探测地壳深部低频地震信号的问题。该传感器包括摆体系统、电磁换能器、检测级电路、多级积分器、量化器、驱动级电路、PID控制器、DAC；摆体系统感应到振动产生振动信号，经电磁换能器转换为电压信号；电压信号经检测级电路反向放大，进入多级积分器经采样保持和积分滤波；经滤波后的电压信号由量化器进行模数转换；DAC用于将量化器输出的数字位流生成脉冲宽度调制电压，经PID控制器调理为控制电压，由驱动级电路转化为电磁换能器的线圈电流，线圈电流经磁场换能器转换为电磁力，用于平衡摆体系统的运动趋势。

技术领域

本实用新型涉及传感器领域，具体涉及一种数字低频地震传感器。

背景技术

目前勘探地震探测系统主要由地震检波器和数据采集器构成，其结构特点是地震检波器作为传感单元拾取地震信号并输出模拟电压，数据采集器将该电压信号转换为数字量。这类探测系统无法直接输出数字信号，其数字化采集依赖于模拟数字转换芯片，存在造价高、结构复杂及功耗较大等问题；另外，常用的动圈式地震检波器采用速度型电磁换能原理，为非反馈式开环结构，限制其下截止频率为4Hz～50Hz，无法探测地壳深部反射和透射而来的低频地震信号，影响对地下介质结构和油气资源的探测精度和深度。

实用新型内容

为了解决现有地震探测系统无法直接输出数字信号，或者采用模拟数字转换芯片存在造价高、结构复杂、功耗较大，以及无法探测地壳深部反射和透射的低频地震信号，影响对地下介质结构和油气资源的探测精度和深度技术问题，本实用新型提供了一种数字低频地震传感器。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：

一种数字低频地震传感器，其特殊之处在于：包括信号拾取单元和数字型反馈控制单元；所述信号拾取单元包括摆体系统、电磁换能器、检测级电路、多级积分器、量化器；

所述摆体系统感应到振动产生振动信号，经电磁换能器转换为电压信号；所述电压信号经检测级电路反向放大，进入多级积分器经采样保持和积分滤波；经滤波后的电压信号由量化器进行模数转换，若电压信号大于阈值，则量化器输出数字高电平+1；若电压信号小于等于阈值，则量化器输出数字低电平-1；

所述数字型反馈控制单元包括驱动级电路、PID控制器、DAC。

所述DAC与量化器的输出连接，用于将量化器输出的数字位流生成脉冲宽度调制电压；所述脉冲宽度调制电压经PID控制器调理为控制电压，由驱动级电路转化为电磁换能器的线圈电流，所述线圈电流经磁场换能器转换为电磁力，用于平衡摆体系统的运动趋势。

进一步地，所述电磁换能器包括感生电压Vcoil和线圈电阻Rcoil，感生电压Vcoil的一端与线圈电阻Rcoil的一端相连；

所述检测级电路包括检测级运算放大器和反馈电阻R1；

所述感生电压Vcoil的另一端经输入电阻R2接入检测级运算放大器的负输入端，反馈电阻R1的两端分别接检测级运算放大器的负输入端和接检测级运算放大器的输出端，检测级运算放大器的正输入端与线圈电阻Rcoil的另一端相连，线圈电阻Rcoil的另一端与匹配电阻R3的一端连接，匹配电阻R3的另一端接地。

进一步地，所述匹配电阻R3等于线圈电阻Rcoil，反馈电阻R1等于输入电阻R2。

进一步地，所述多级积分器采用3阶分布式反馈结构或2阶分布式反馈结构。

进一步地，所述3阶分布式反馈结构包括第一级滤波器、第二级滤波器及第三级滤波器；

所述第一级滤波器包括第一减法器、前馈放大器K1、第一积分器，所述第二级滤波器包括第二减法器、前馈放大器K2、第二积分器，所述第三级滤波器包括第三减法器、前馈放大器K3、第三积分器；