[實用新型]一種數字低頻地震傳感器

有效

• 申請號: 201922185254.6
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN211263792U
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 張曉鵬;王同東;王敏超;李欣;崔甲甲;朱維;肖衛國
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究院
• 主分類號: G01V1/18
• 分類號: G01V1/18
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 董娜

本實用新型提供了一種數字低頻地震傳感器，解決現有地震探測系統無法直接輸出數字信號，或存在造價高、結構復雜、功耗較大，以及無法探測地殼深部低頻地震信號的問題。該傳感器包括擺體系統、電磁換能器、檢測級電路、多級積分器、量化器、驅動級電路、PID控制器、DAC；擺體系統感應到振動產生振動信號，經電磁換能器轉換為電壓信號；電壓信號經檢測級電路反向放大，進入多級積分器經采樣保持和積分濾波；經濾波后的電壓信號由量化器進行模數轉換；DAC用于將量化器輸出的數字位流生成脈沖寬度調制電壓，經PID控制器調理為控制電壓，由驅動級電路轉化為電磁換能器的線圈電流，線圈電流經磁場換能器轉換為電磁力，用于平衡擺體系統的運動趨勢。

技術領域

本實用新型涉及傳感器領域，具體涉及一種數字低頻地震傳感器。

背景技術

目前勘探地震探測系統主要由地震檢波器和數據采集器構成，其結構特點是地震檢波器作為傳感單元拾取地震信號并輸出模擬電壓，數據采集器將該電壓信號轉換為數字量。這類探測系統無法直接輸出數字信號，其數字化采集依賴于模擬數字轉換芯片，存在造價高、結構復雜及功耗較大等問題；另外，常用的動圈式地震檢波器采用速度型電磁換能原理，為非反饋式開環結構，限制其下截止頻率為4Hz～50Hz，無法探測地殼深部反射和透射而來的低頻地震信號，影響對地下介質結構和油氣資源的探測精度和深度。

實用新型內容

為了解決現有地震探測系統無法直接輸出數字信號，或者采用模擬數字轉換芯片存在造價高、結構復雜、功耗較大，以及無法探測地殼深部反射和透射的低頻地震信號，影響對地下介質結構和油氣資源的探測精度和深度技術問題，本實用新型提供了一種數字低頻地震傳感器。

為實現上述目的，本實用新型提供的技術方案是：

一種數字低頻地震傳感器，其特殊之處在于：包括信號拾取單元和數字型反饋控制單元；所述信號拾取單元包括擺體系統、電磁換能器、檢測級電路、多級積分器、量化器；

所述擺體系統感應到振動產生振動信號，經電磁換能器轉換為電壓信號；所述電壓信號經檢測級電路反向放大，進入多級積分器經采樣保持和積分濾波；經濾波后的電壓信號由量化器進行模數轉換，若電壓信號大于閾值，則量化器輸出數字高電平+1；若電壓信號小于等于閾值，則量化器輸出數字低電平-1；

所述數字型反饋控制單元包括驅動級電路、PID控制器、DAC。

所述DAC與量化器的輸出連接，用于將量化器輸出的數字位流生成脈沖寬度調制電壓；所述脈沖寬度調制電壓經PID控制器調理為控制電壓，由驅動級電路轉化為電磁換能器的線圈電流，所述線圈電流經磁場換能器轉換為電磁力，用于平衡擺體系統的運動趨勢。

進一步地，所述電磁換能器包括感生電壓Vcoil和線圈電阻Rcoil，感生電壓Vcoil的一端與線圈電阻Rcoil的一端相連；

所述檢測級電路包括檢測級運算放大器和反饋電阻R1；

所述感生電壓Vcoil的另一端經輸入電阻R2接入檢測級運算放大器的負輸入端，反饋電阻R1的兩端分別接檢測級運算放大器的負輸入端和接檢測級運算放大器的輸出端，檢測級運算放大器的正輸入端與線圈電阻Rcoil的另一端相連，線圈電阻Rcoil的另一端與匹配電阻R3的一端連接，匹配電阻R3的另一端接地。

進一步地，所述匹配電阻R3等于線圈電阻Rcoil，反饋電阻R1等于輸入電阻R2。

進一步地，所述多級積分器采用3階分布式反饋結構或2階分布式反饋結構。

進一步地，所述3階分布式反饋結構包括第一級濾波器、第二級濾波器及第三級濾波器；

所述第一級濾波器包括第一減法器、前饋放大器K1、第一積分器，所述第二級濾波器包括第二減法器、前饋放大器K2、第二積分器，所述第三級濾波器包括第三減法器、前饋放大器K3、第三積分器；