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高分辨、低漂移地震数据采集技术的研究与实验

作　者: 张俊
导　师: 薛兵
学　校: 中国地震局地震预测研究所
专　业: 固体地球物理
关键词: 1/f噪声模拟数字转换器 AutoZero 音频 AD过采样分辨率
分类号: P631.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 41次
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内容摘要

对于测震观测,大动态和宽频带是当代最主要的技术特征,其关键设备是反馈地震计和数据采集器。地震数据采集是数字化地震观测的重要环节,其核心功能是将地震观测传感器输出的模拟信号转换为数字信号,模拟数字转换器的技术水平在很大程度上决定了数据观测质量。在这样的技术水平上,半导体芯片固有的低频噪声已经影响到长周期的观测,成为进一步提高观测水平的重要因素,同样也影响各种慢变量地震前兆观测水平的提高。而其中电子器件的内部噪声(特别是以1/f噪声为代表的低频噪声)是制约器件灵敏度和检测精度的一个关键指标。本文在对模拟数字转换器的技术分析的基础上,分别描述了近年来最流行的模拟数字转化器,然后根据相应的性能特点选取了实验所需用的Σ-ΔA/D转换器,还分析参照了高分辨的数字用万用表的“AutoZero”功能,并在其打开和关闭的情况下分别做了噪声的测试,看其对噪声的影响,并且对实验室中的EDAS-24IP型数据采集器做了噪声测试进行对比,在对单路输入,差分输入等进行了对比后得到了我们的实验方案,即利用前置开关的方法来对噪声进行消除和减小,并进行了仿真测试。在对1/f噪声进行了理论上的分析上后,通过了开关的方案,采样率的变换和过采样技术三个方面,全面阐述了方案的可行性,在经过了主流芯片的精心对比后,选择了适用于本实验的各种芯片,包括音频的AD芯片PCM4222,将其应用于地震数据采集方面,也是本文的一大创新。并且进行了电路的设计和实现,在对做出的实物进行了系统的测试后,得到了1/f噪声的确被减小和消除的最有力的证据,与之前所做的理论分析相一致。本文最终实现一种应用音频24位ADC芯片设计高分辨力、低漂移地震数据采集器的技术方案。并且应用了调制-解调技术将慢变化的电压量变换成音频交流信号,应用了大部分放大器芯片和ADC芯片在音频频段具有优秀指标的特点,从方波和伪随机两种方法上加以印证,且最后实物化的一个过程。从对最后电路的测试和比对中,得到了预期的效果。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-14
  1.1 数据采集与数字化地震观测  11
  1.2 地震观测对数据采集的要求  11-12
  1.3 地震数据采集技术综述  12-14
第二章地震数据采集技术  14-19
  2.1 地震数据采集器构成  14
  2.2 影响技术指标的关键电路——输入放大器、ADC  14-15
  2.3 过采样技术  15-19
第三章 1/f 噪声及减小1/f 噪声的方法  19-25
  3.1 1/f 噪声  19-20
  3.2 数据采集器中的1/f 噪声  20-21
  3.3 减小1/f 噪声的有效方法  21-25
第四章高分辨、低漂移地震数据采集技术方案设计  25-44
  4.1 减小1/f 噪声的方案  25-27
  4.2 仿真测试  27-29
  4.3 ADC 试验方案  29-30
  4.4 电路设计  30-39
    4.4.1 开关电路的设计  30-32
    4.4.2 放大器器件的选型  32-33
    4.4.3 AD 芯片的选型  33-35
    4.4.4 AD 电路的设计  35-37
    4.4.5 数据处理部分的电路设计  37
    4.4.6 供电电路的设计  37-39
  4.5 电路的制作与调试  39-44
    4.5.1 电路板设计  39
    4.5.2 逻辑方程的设计  39-41
    4.5.3 数据传输系统调试  41-42
    4.5.4 数据保存格式  42-44
第五章试验和测试结果  44-55
  5.1 电路的调试  44-49
    5.1.1 硬件系统的基础测试  44-45
    5.1.2 硬件系统的性能测试  45-49
  5.2 第二版的测试和结果  49-55
第六章伪随机序列调制的试验  55-59
  6.1 伪随机序列  55-56
  6.2 伪随机的生成和程序编写  56-57
  6.3 噪声试验  57-58
  6.4 最后的结论  58-59
第七章总结和展望  59-61
  7.1 全文总结  59
  7.2 对将来工作的展望  59-61
附录  61-69
  附录一试验所使用的电压源和信号源  61-62
  附录二所有的电路原理图  62-66
  附录三第一版的PCB 图  66-67
  附录四第二版的PCB 图  67-68
  附录五两个电路板的成板图  68-69
参考文献  69-71
致谢  71-72
作者简介  72-73

高分辨、低漂移地震数据采集技术的研究与实验

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