[發(fā)明專利]一種長周期地電信號采集系統(tǒng)及測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710383368.4
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN106970270B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王世隆;劉群連;林君;姚堯
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學
• 主分類號: G01R29/00
• 分類號: G01R29/00
• 代理公司: 沈陽銘揚聯(lián)創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 21241
• 代理人: 屈芳

1.一種長周期地電信號采集系統(tǒng)，其特征在于：包括：

不極化電極傳感器，通過屏蔽電纜將地電差分信號輸入；

阻抗匹配與抗射頻干擾電路，接受所述不極化電極傳感器輸入的信號，降低由于信號傳輸線路較長帶來的射頻干擾誤差；

差分信號轉(zhuǎn)單端信號電路，將經(jīng)過所述阻抗匹配與抗射頻干擾電路處理的地電差分信號轉(zhuǎn)換成單端信號；

巴特沃斯低通濾波電路，將所述單端信號進行低通濾波處理；

2.5V基準電壓源，輸出2.5V基準電壓與所述經(jīng)過低通濾波處理的單端信號構(gòu)成偽差分對信號；

A/D驅(qū)動電路，接收偽差分對信號并輸出至A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)字信號；

微控制器，將二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為帶符號浮點型數(shù)字信號并通過串口通信隔離電路輸出；

上位機，接收微控制器的輸出信號，在所述上位機運行軟件LabVIEW顯示當前數(shù)據(jù)采集狀態(tài)；

設(shè)定阻抗匹配與抗射頻干擾電路的差分帶寬和共模帶寬，抗射頻干擾濾波的-3dB差分帶寬計算公式如式(1)所示，共模帶寬計算公式如式(2)所示：

其中，BW_DIFF：差分帶寬；BW_CM：共模帶寬；R：電阻R1和電阻R2之和，R1＝R2；C1：決定共模帶寬的電容；C2：決定差分帶寬的電容。

2.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述2.5V基準電壓源統(tǒng)一為裝置所在大地基準點、差分信號轉(zhuǎn)單端信號電路、巴特沃斯低通濾波電路、A/D驅(qū)動電路和A/D轉(zhuǎn)換電路提供2.5V基準電壓。

3.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，地電差分信號經(jīng)過阻抗匹配與抗射頻干擾電路后分別輸入差分信號轉(zhuǎn)單端信號電路的同相輸入端V_INP和反相輸入端V_INN，根據(jù)差分信號轉(zhuǎn)單端信號電路輸入電阻R₃和反饋電阻R₄設(shè)定差模增益為4，并將差分地電信號轉(zhuǎn)換成單端信號，參考端V_ref接2.5V基準電壓源。

4.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，巴特沃斯低通濾波器為由運算放大器組成的兩個四階巴特沃斯低通濾波器，運算放大器的同相端參考電平接2.5V基準電壓。

5.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，單端信號經(jīng)巴特沃斯低通濾波器輸出進入A/D驅(qū)動電路，包括一電阻R₇和一電容C₆，根據(jù)后端A/D轉(zhuǎn)換電路選擇電阻R₇和電容C₆，電容C₆一端與電阻R₇連接后，另一端接2.5V基準電壓源。

6.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，單端信號經(jīng)A/D驅(qū)動電路后接入A/D轉(zhuǎn)換電路偽差分同相端，偽差分反相端接2.5V基準電壓源。

7.按照權(quán)利要求1或6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)換電路為多路，每路A/D轉(zhuǎn)換電路中A/D同步端分別接入二輸入或門邏輯器件OR1和二輸入或門邏輯器件OR2輸入端，輸出端二輸入或門邏輯器件OR3輸入端，當A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)都準備就緒時，二輸入或門邏輯器件OR3輸出端輸出下降沿給微控制器。

8.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，2.5V基準電壓源接入2.5V輸出隔離電路輸入端K1端，2.5V輸出隔離電路輸出端與匹配電阻R₈連接，經(jīng)電容型的靜噪濾波器NFE61PT472C1H9L后K2端接鐵棒就近插入裝置所在大地，為東西向或南北向不極化電極提供2.5V電壓參考和地電壓偏置。

9.一種長周期地電信號測量方法，其特征在于：其方法包括如下的步驟：

采集地電差分信號，通過屏蔽電纜將地電差分信號輸入；

通過阻抗匹配與抗射頻干擾降低由于信號傳輸線路較長帶來的射頻干擾誤差；

將地電差分信號轉(zhuǎn)換成單端信號；

將所述單端信號進行低通濾波處理；

輸出2.5V基準電壓與所述單端信號構(gòu)成偽差分對信號；

接收偽差分對信號并輸出轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)字信號；

將二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為帶符號浮點型數(shù)字信號并通過串口通信隔離后輸出；

運行軟件LabVIEW顯示當前數(shù)據(jù)采集狀態(tài)。