基于∑-△的地震采集系統前置放大器探討
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地震勘探中的地震儀，原前端采集系統采用采樣／保持電路+瞬時(shí)浮點(diǎn)放大器(FPA)+14位逐次比較式A／D轉換，由于采樣／保持電路的平頂處理過(guò)程是為了配合FPA來(lái)實(shí)現A／D轉換的范圍擴展，但其嚴重抑制了高頻地震反射信號，現大多改進(jìn)為∑-△技術(shù)來(lái)完成A／D轉換。目前使用∑-△ A／D轉換器的系統中，其前端前置放大器，在信號調理上多為線(xiàn)性放大器。本文通過(guò)對地震信號的時(shí)間衰減性分析，對配合∑-△ A／D轉換器的前置放大器改為非線(xiàn)性放大電路，盡可能發(fā)揮∑-△A／D轉換器的優(yōu)點(diǎn)，以求拓展其動(dòng)態(tài)范圍，提高小信號拾取能力。
1 地震信號時(shí)域特征分析
由Sinc子波改進(jìn)后得到的合成模型模擬實(shí)際地震記錄，如圖1所示。
在圖1中發(fā)現地震信號中處于能量相對集中的大信號段占了信號幅度的80％以上，而有效代表地震反射層的小信號段只能占10％以下。文獻提出一種智能程控型前置放大器，它的增益隨深度自動(dòng)增大，地層深度從O．5～3．0 s，放大器的增益依次為O dB，18 dB，24 dB，30 dB，36 dB和42 dB。顯然這種處理方法對配合∑-△技術(shù)完成A／D轉換，使∑-△A／D轉換器良好的24位處理能力等優(yōu)點(diǎn)能夠獲得到更好的體現。但這種步進(jìn)式增益調整的方法，其增益調整過(guò)程中在時(shí)域信號上的切換會(huì )破壞時(shí)域信號的連續性，而對于采用超采樣技術(shù)的∑-△A／D轉換器，會(huì )產(chǎn)生信號的畸變，使數據恢復回放過(guò)程產(chǎn)生干擾。由于其采用了固定時(shí)段的增益切換，不能將切換產(chǎn)生的干擾視同噪聲，故無(wú)法在∑-△A／D轉換器的數字濾波過(guò)程完成抑制處理。
這樣，問(wèn)題變?yōu)槿绾卧诒ＷC時(shí)域波形連續性的條件下，使前置放大器在信號調理上能夠對大、小信號不以同一增益進(jìn)行放大，且大小信號的分界點(diǎn)可以通過(guò)自動(dòng)確知性設定。
2 電路方案與電路原理
基于以上問(wèn)題，本文提出非線(xiàn)性前置信號調理的方法，非線(xiàn)性放大電路的原理圖如圖2所示。
由文獻分析可知：
(1)當輸入信號Ui滿(mǎn)足：
時(shí)，U0|EX+1．2 |，D1，D2均不導通，這時(shí)電路的放大倍數為：Av1=-16。
(2)當輸入信號Ui滿(mǎn)足：
時(shí)，U0>|EX+1．2|，D1，D2均導通，這時(shí)電路的放大倍數為：Av2=Av2’=-1。
(3)可調變的EX，可以對Ui設定不同的大小信號放大限幅范圍，同時(shí)對大信號輸入與輸出依然保持了線(xiàn)性關(guān)系，不會(huì )丟失大信號中的有效成分。
3 含單片機、DAC實(shí)現可調EX的電路
系統整體Proteus仿真電路如圖3所示，圖中單片機Ul采用了AT89C51，通過(guò)AT89C51的P2口對U2 DAC0808置入不同的8位數據(A1，A2，…，A8)，實(shí)現前述非線(xiàn)性放大電路中EX的步進(jìn)設置。
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