[发明专利]一种高动态范围的微震信号采集方法及设备

摘要

本发明公开了一种高动态范围的微震信号采集方法及设备，所述设备包括信号处理部分、FPGA处理部分、电源部分和输出部分，信号处理部分与FPGA处理部分、电源部分相连接，FPGA处理部分与电源部分、输出部分相连接。这种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，精度高、稳定性好，动态范围大，能适用于强弱不同的微震信号采集，对于弱信号，该方法还具有很高的分辨率。对于随机多变的微震信号，系统能及时调整放大器增益，使信号能无失真采集；这种设备精度高、稳定性好，价格低廉。

主权项

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ui=u0A1A2---(1)]]>从而获得原始信号的真实值；其中，ui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；其特征在于，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Vi＞VH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VH＞Vi＞VL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Vi＜VL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；其中，Vi为输入信号的绝对值电压，VH双比较器电路参考电压的最大值，VL为双比较器电路参考电压的最小值，PC1、PC2为双电压比较器输出的低位和高位。