[發明專利]閉環數字加速度檢波器

在審

• 申請號: 201710452285.6
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN107272052A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 吳學兵;朱軍;趙永紅;付振堂;楊志強;王劍南;陳都;張秋;季松;瞿婉潔
• 申請（專利權）人: 中石化石油工程技術服務有限公司;中石化石油工程地球物理有限公司裝備管理中心;賽思地球物理有限責任公司
• 主分類號: G01V1/18
• 分類號: G01V1/18
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司37107
• 代理人: 羅文遠

技術領域

本發明涉及一種地震檢波器，特別涉及一種閉環數字加速度檢波器，主要用于石油、天然氣、煤炭已經其它礦物質的勘探設備。

背景技術

傳統動圈式檢波器已經在地震勘探數據采集中應用幾十年了，然而，它在共振頻率以下每倍頻程有12dB的衰減。如圖1中a曲線所示，以最為普遍應用的10Hz檢波器為例，當頻率降到1Hz時，已經有40dB的衰減；相位從35度變化到160度，存在嚴重的非線性。另外它有比較高的諧波失真（0.1%）。

為了克服以上的缺點，人們研發出了MEMS數字檢波器。MEMS檢波器有比較好的性能，比如通頻帶可以做到DC到375Hz；比較小的諧波失真（-90dB）。然而，MEMS數字檢波器價格昂貴，不能與第三方數據采集系統兼容以及易于損壞的缺點成為它不能被廣泛應用不可跨越的障礙。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術存在的上述缺陷，為地震勘探提供一種性能指標高，價格較低，工作穩定可靠的閉環數字加速度檢波器。

本發明提到的一種閉環數字加速度檢波器，其技術方案是：包括40Hz動圈式檢波器、前置放大器和四階積分器、反饋系統、數字降頻濾波，其中，40Hz動圈式檢波器包括檢波器傳遞函數和動圈傳遞函數，檢波器傳遞函數是把振動的加速度信號變為速度信號，是一個一階積分器；動圈傳遞函數是把速度信號轉換成電信號；

前置放大器是把輸入電信號調整到合適的大小來保證信噪比；

四階積分器的輸出是一個一位數字信號，作為反饋系統的控制開關同時也是數字濾波器的輸入信號；

反饋系統的輸入是一位數據流，輸出是加速度反饋輸出；

降頻數字濾波器包括多級濾波，經過多級濾波處理后，輸出的低頻端可以到0.1nHz， 而且在10nHz以上為零相位。

優選的，上述的降頻數字濾波器包括三級：第一級為CIC濾波器（CIC Decimation）， 第二級(TI_filter_a)，第三級(TI_filter_b)和第四級FIR濾波器。

優選的，上述的第四級濾波器包括兩種：線性相位輸出(TI_filter_c 和TI_filter_e)和最小相位輸出（TI_filter_d和TI_filter_f）。

優選的，上述的反饋系統包括周期控制器（period controller）, 電壓控制器 （voltage controller）,線圈等效電路（subsystem）, 和反饋加速度輸出單元，反饋系統是一個分時控制系統，從而實現對檢波器線圈電壓、電流的平衡控制，在感知時間內，反饋回路不會對感知電壓造成影響。

優選的，上述的周期控制器的傳遞函數的輸入為一位數據流（bitstream）和一個計數器（Counter Limited），傳遞函數的輸出是三個狀態控制信號，計數器的輸出為0到63反復循環，前10個狀態【0到9】為復位狀態， 接下來的28個狀態【10到37】為電感充電狀態，剩下的26個狀態【38到63】為電感放電狀態。

優選的，上述的電感線圈的電壓控制器有四個輸入，分別是復位狀態(P_rz=1)，前半個周期（P_firsthalf=1）（電感充電周期），后半個周期（P_secondhalf=1）（電感放電周期），和充放電電壓（Vf）；在復位時間段，線圈兩端同時接地，在前半個周期， 線圈的兩端分別接+Vf和-Vf, 這時線圈內的電流逐漸增大，在后半個周期，線圈兩端的電壓反向，這時線圈內的電流逐漸減小。

優選的，上述的線圈等效電路包括等效直流電阻R1、等效直流電阻R2，等效電感L1、等效電感L2，線圈各匝之間的分布電容C1，分布電容C2。

優選的，上述的加速度反饋單元的輸入為流過檢波器線圈的電流，輸出為質量塊的加速度。

優選的，檢波器輸出的通頻帶寬主要取決于系統噪聲的要求，在幅值域從0.1nHz一直平坦到64kHz，相位域從10nHz起為0相位。

優選的，線圈位移和諧波失真仿真的整體諧波失真小至-160dB，五階Delta Sigma 的第二節點頻率在1200Hz，在1500Hz時，噪聲小于-170dBng/rtHz。