一种三轴节点式数字地震仪信号处理电路系统的制作方法

1.本发明涉及地震勘测技术领域，尤其涉及一种三轴节点式数字地震仪信号处理电路系统。


背景技术：

2.地震勘探法在陆地和海洋勘探石油和天然气的主要手段，同时也是其他矿产资源的重要勘探方法，并广泛应用于研究地球内部结构、工程地震勘探和检测、地灾害预测等等方面。地震勘探关键设备则是高精度多道数字地震数据采集设备，设备的各项性能参数决定了地震数据采集的精度，同时也决定着后期地震数据处理分析及结果解析的准确度。
3.传统的高精度多道数字地震数据采集系统主要由若干地震检波器﹑地震大线﹑地震记录仪3部分组成。地震检波器主要用于直接拾取人工或天然地震信号，并将振动转换成能被地震记录仪采集的电信号形式。地震大线用于检波器和地震记录仪之间的连接。地震记录系统对检波器输出的微弱电信号进行滤除干扰和增益放大控制，a/d转换后并将信号完整记录下来。
4.由于传统的有线地震勘探系统检波器和地震记录仪之间采用地震大线连接，地震大线一般设计成12道/24道模式，可以连接12道/24地震检波器。地震记录仪一般是设计成24道、48道等，体积较大、重量较重，操作较为繁琐，布设不灵活。同时由于连接电缆、接头等非常多，线路噪声干扰严重影响仪器的信噪比。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种三轴节点式数字地震仪信号处理电路系统。
6.实现本发明目的的技术方案是：一种三轴节点式数字地震仪信号处理电路系统，包括电源电路模块、传感器信号输入模块、信号处理电路模块和数字信号输出模块，所述传感器信号输入模块将地震信号传输给信号处理电路模块进行处理，再经数字信号输出模块数字化后输出后实时传输，所述电源电路模块为所述传感器信号输入模块、信号处理电路模块和数字信号输出模块供电。
7.作为优选，所述电源电路模块采用 12v锂电池供电，锂电池输入的 12v电源经过转换形成三路输出，其中一路是通过ldo低压差线性稳压器adm7150集成ic降压至dc 5v输出，一路经过dc-dc开关稳压器max868eub集成ic电平反转后，降压至dc-5v输出，一路经过dc-dc开关稳压器降压至vcc 3.3v输出。
8.作为优选，锂电池的 12v电源输入后，经过电容c51、电容c52，电感l4、电容c50、电容c55组成clc方式的“π”型滤波电路进行滤波处理，再输入adm7150集成ic降压至 5v,所述adm7150集成ic的byp、vreg引脚与地之间接电容c61、电容c57，用于内部电源去耦，adm7150集成ic的ref、ref_sense引脚与gnd引脚地之间接c56用于基准电源去耦，adm7150集成ic的vout引脚，通过电容c49、电容c54、电感l6及电容c60、电容c59组成的“π”型滤波电路处理后，输出vcc 5v为后续采集电路提供电源输入。
9.作为优选，所述adm7150集成ic的输出vout引脚连接至max868eub集成ic的输入in， 5v电源经过dc-dc开关稳压器max868eub集成ic进行电平反转，提供dc
–
5v输出；开关稳压器max868eub集成ic的in、out、fb引脚之间的电阻r25、电阻r26用于调节输出电压范围；max868eub集成ic的c1 引脚和c1-引脚间串联有反转电容c53，c2 引脚与c2-引脚间串联有反转电容c58；max868eub集成ic的vout信号经过电容c47、电容c48、电容c46、电容c45组成的“π”型滤波电路后，dc
–
5v输出；ldo低压差线性稳压器dp7182集成ic输出的dc-5v电源，经过电容c43、电容c44滤波后，给后续的模拟和混合信号电路部分供电。
10.作为优选，所述adm7150集成ic输出的 5v作为电源输入至ref5025集成ic，所述ref5025集成ic的输出端out引脚串接电容c62、电容c63、电容c64进行滤波，输出ref 2.5v参考电压。
11.作为优选，锂电池输出的 12v，通过dc-dc开关稳压器集成ic芯片tlv62130构成的buck电路进行降压输出vcc 3.3v，vcc为后续ad转换芯片ads1255供电；tlv62130的pvin、avin引脚端接 12v电源输入，电容c30、电容c91对输入电源进行滤波；tlv62130的ss/tr引脚接c122启动电容；tlv62130的sw引脚连接电感l17，电感l17在开关开通时储能,在开关关断时给负载续流；同时电感l17和相互并联的电容c93、电容c94、电容c120组成滤波系统输出电压和电流，输出电源vcc 3.3v。
12.作为优选，所述传感器信号输入模块包括电源端子和与所述电源端子连接的三轴传感器、芯片header10接线端子p1，所述三轴传感器中的第一个x分量传感器的引脚aiin1p、aiin1n连接接线端子p1的1、2号引脚，三轴传感器中的第二个y分量传感器的引脚aiin2p、aiin2n连接接线端子p1的4、5号引脚，三轴传感器中的第三个z分量传感器的引脚aiin3p、aiin3n连接接线端子p1的7、8号引脚，接线端子p1的3、6、9号引脚为地agnd，10号引脚为vcc 5v电源输出，供后续电路使用。
13.作为优选，所述信号处理电路模块和数字信号输出模块包括用于信号放大的ina128u集成ic、用于模数转换的ads1255芯片，所述三轴传感器的引脚aiin1p、aiin1n输出的模拟信号，经过ina128u集成ic进行信号放大、抗混叠滤波处理之后，通过ads1255芯片模数转换后将传感器模拟信号转换成数字信号输出。
14.作为优选，ina128u集成ic采用vcc 5v、vcc-5v双电源供电，电感l8、电容c69、电容c70对供电电源vcc 5v滤波，连接ina128u集成ic的引脚 v，电感l9、电容c78对vcc-5v供电电源滤波，连接ina128u集成ic的引脚-v，所述ina128u集成ic的差分输入引脚in-、引脚in 分别连接三轴传感器的引脚aiin1p、引脚aiin1n，电阻r31、电容c72、电阻r37串联后对三轴传感器输入信号进行滤波。
15.作为优选，所述信号处理电路模块还包括运放电压跟随器电路，所述运放电压跟随器电路包括集成运放芯片ada4528-2，所述集成运放芯片ada4528-2为双运放芯片，分为u13a、u13b两路运放，u13a集成运放ada4528-2的同向输入端3引脚，接ref 2.5v参考电压，电阻r42、电容c83、电容c84对ref 2.5v参考电压进行滤波，u13a集成运放ada4528-2的反向输入端2引脚直接连接输出引脚1，组成运放跟随电路；ina128u集成ic对三轴传感器的输入信号放大、以及u13a集成运放ada4528-2组成的运放电压跟随器电路偏置处理0- 5v后，通过ina128u集成ic的引脚5、6输出信号，输出信号经电阻r33、r36与电容c73、电容c74进行抗混叠滤波后输入ads1255模数转换器的模拟信号输入ain1、ain0引脚。
16.本发明采用上述技术方案，使地震检波器接收到地震波信号后直接输入信号处理电路系统处理并数字化，检波器数字信号化后再通过无线网络进行实时传输，且每个节点之间通过无线互联，不再需要地震大线连接各个检波器，检波器接收信号直接处理并数字化，因而大幅降低了由于线缆引入的噪声干扰。而且解决了现有技术体积较大、重量较重，操作较为繁琐，布设不灵活的技术问题，达到体积极小。重量极轻、操作简单、布设灵活的技术效果。
附图说明
17.为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
18.图1为本发明电源电路模块电路图；
19.图2为本发明传感器信号输入模块电路图；
20.图3为本发明信号处理电路模块和数字信号输出模块的电路图。
具体实施方式
21.实施例一
22.见图1至图3，本实施例的三轴节点式数字地震仪信号处理电路系统，包括电源电路模块、传感器信号输入模块、信号处理电路模块和数字信号输出模块，各模块电路在电路上可通过排线紧密连接在一起，所述传感器信号输入模块将地震信号传输给信号处理电路模块进行处理，再经数字信号输出模块数字化后输出后实时传输，所述电源电路模块为所述传感器信号输入模块、信号处理电路模块和数字信号输出模块供电。
23.所述电源电路模块采用 12v锂电池供电，锂电池输入的 12v电源经过转换形成三路输出，其中一路是通过ldo低压差线性稳压器adm7150集成ic降压至dc 5v输出，一路经过dc-dc开关稳压器max868eub集成ic电平反转后，降压至dc-5v输出。一路经过dc-dc开关稳压器降压至vcc 3.3v输出。具体的，锂电池提供的dc 12输出通过ldo低压差线性稳压器adm7150芯片降压后dc 5.0v固定输出，给后续电路提供dc 5v电源。同时dc 5v电源再经过dc-dc开关稳压器max868eub集成ic进行电平反转，提供dc
–
5v输出，后续再通dp7182低压差(ldo)线性稳压器调节输出稳定的-5v电源给后续的高性能模拟和混合信号电路部分供电。
24.锂电池的 12v电源输入后，经过电容c51、电容c52，电感l4、电容c50、电容c55组成clc方式的“π”型滤波电路进行滤波处理，再输入adm7150集成ic降压至 5v,所述adm7150集成ic的byp、vreg引脚与地之间接电容c61、电容c57，用于内部电源去耦，adm7150集成ic的ref、ref_sense引脚与gnd引脚地之间接c56用于基准电源去耦，adm7150集成ic的vout引脚，通过电容c49、电容c54、电感l6及电容c60、电容c59组成的“π”型滤波电路处理后，输出vcc 5v为后续采集电路提供电源输入。
25.具体的，如图1所示，从右往左，采用 12v锂电池提供dc 12v电源输入，锂电池 12v输入后，经过c51(100nf)、c52(10uf)，l4(100uh)、c50(100nf)、c55(10uf)组成clc方式的“π”型滤波电路，滤除电源中差模干扰和共模干扰，抑制电源纹波，输出电路更稳定。
26.具体的，如图1，从右往左，锂电池电源 12v输入经“π”型滤波电路处理后，输入adm7150集成ic线性稳压器ldo,进行降压至 5v,具体的adm7150集成ic的byp、vreg引脚与
地之间接c61(10uf)、c57(1uf)，用于内部电源去耦，adm7150集成ic的ref、ref_sense引脚与gnd引脚地之间接c56(1uf)用于基准电源去耦，adm7150集成ic的vout引脚，通过c49(10uf)、c54(100nf)、l6(10uh)及c60(10uf)、c59(100nf)组成的“π”型滤波电路处理后，输出非常稳定的vcc 5v为后续采集电路提供电源输入。
27.所述adm7150集成ic的输出vout引脚连接至max868eub集成ic的输入in， 5v电源经过dc-dc开关稳压器max868eub集成ic进行电平反转，提供dc
–
5v输出；开关稳压器max868eub集成ic的in、out、fb引脚之间的电阻r25(750kω)、电阻r26(500kω)用于调节输出电压范围；max868eub集成ic的c1 引脚和c1-引脚间串联有反转电容c53，c2 引脚与c2-引脚间串联有反转电容c58；max868eub集成ic的vout信号经过电容c47、电容c48、电容c46、电容c45组成的“π”型滤波电路后，dc
–
5v输出；max868eub集成ic提供的dc
–
5v，再通dp7182低压差(ldo)线性稳压器调节输出稳定的-5v电源，ldo低压差线性稳压器dp7182集成ic输出的dc-5v电源，经过电容c43、电容c44滤波后，给后续的高性能模拟和混合信号电路部分供电。
28.图1中第二排ref5025集成ic提供ref 2.5v参考电压给后续采集电路，具体的，ref5025集成ic，采用adm7150集成ic输出的 5v作为电源输入至ref5025集成ic，所述ref5025集成ic的输出端out引脚串接电容c62、电容c63、电容c64进行滤波，输出ref 2.5v参考电压。
29.图1中第三排，锂电池输出的 12v，通过dc-dc开关稳压器集成ic芯片tlv62130构成的buck电路进行降压输出vcc 3.3v，vcc为后续ad转换芯片ads1255供电；tlv62130的pvin、avin引脚端接 12v电源输入，电容c30、电容c91对输入电源进行滤波；tlv62130的ss/tr引脚接c122启动电容；tlv62130的sw引脚连接电感l17，电感l17在开关开通时储能,在开关关断时给负载续流；同时电感l17和相互并联的电容c93、电容c94、电容c120组成滤波系统输出电压和电流，输出电源vcc 3.3v。
30.如图2所示，传感器信号输入模块的设计方案提供三轴传感器的信号输入，并提供电源端子。
31.具体的，如图2，采用10针的header10接线端子p1，连接三轴传感器信号输入，接线端子上同时提供vcc 5v电源供后续电路使用。所述传感器信号输入模块包括电源端子和与所述电源端子连接的三轴传感器、芯片header10接线端子p1，所述三轴传感器中的第一个x分量传感器的引脚aiin1p、aiin1n连接接线端子p1的1、2号引脚，三轴传感器中的第二个y分量传感器的引脚aiin2p、aiin2n连接接线端子p1的4、5号引脚，三轴传感器中的第三个z分量传感器的引脚aiin3p、aiin3n连接接线端子p1的7、8号引脚，接线端子p1的3、6、9号引脚为地agnd，10号引脚为vcc 5v电源输出，供后续电路使用。
32.如图3所示，所述信号处理电路模块和数字信号输出模块包括用于信号放大的ina128u集成ic(u12)、用于模数转换的ads1255芯片(u11)，以x轴方向传感器信号输入为例，所述三轴传感器的引脚aiin1p、aiin1n输出的模拟信号，经过ina128u集成ic进行信号放大、抗混叠滤波处理之后，通过ads1255芯片模数转换后将传感器模拟信号转换成数字信号输出。
33.具体的，如图3，ina128u集成ic的rg引脚1、8之间连接精密电阻r30(10k)，对输入信号进行放大6倍。
34.具体的，ina128u集成ic采用vcc 5v、vcc-5v双电源供电，电感l8(10uh)、电容c69(10uf)、电容c70(100nf)对供电电源vcc 5v滤波，连接ina128u引脚 v，电感l9(10uh)、电容c78(100nf)对vcc-5v供电电源滤波，连接ina128u引脚-v。
35.ina128u集成ic采用vcc 5v、vcc-5v双电源供电，电感l8、电容c69、电容c70对供电电源vcc 5v滤波，连接ina128u集成ic的引脚 v，电感l9、电容c78对vcc-5v供电电源滤波，连接ina128u集成ic的引脚-v，所述ina128u集成ic的差分输入引脚in-、引脚in 分别连接三轴传感器的引脚aiin1p、引脚aiin1n，电阻r31、电容c72、电阻r37串联后对三轴传感器输入信号进行滤波。
36.所述信号处理电路模块还包括运放电压跟随器电路，所述运放电压跟随器电路包括集成运放芯片ada4528-2，所述集成运放芯片ada4528-2为双运放芯片，分为u13a、u13b两路运放，u13a集成运放ada4528-2的同向输入端3引脚，接ref 2.5v参考电压，电阻r42、电容c83、电容c84对ref 2.5v参考电压进行滤波，u13a集成运放ada4528-2的反向输入端2引脚直接连接输出引脚1，组成运放跟随电路；ref 2.5v参考电压，经过u13a集成运放ada4528-2组成的运放电压跟随器电路处理，连接ina128u集成ic的ref引脚5，对传感器输入信号进行偏置处理至0- 5v的范围。
37.ina128u集成ic对三轴传感器的输入信号放大、以及u13a集成运放ada4528-2组成的运放电压跟随器电路偏置处理0- 5v后，通过ina128u集成ic的引脚5、6输出信号，输出信号经电阻r33、r36与电容c73、电容c74进行抗混叠滤波后输入ads1255模数转换器的模拟信号输入ain1、ain0引脚。
38.ref 2.5v参考电压，经过u13b集成运放ada4528-2组成的运放电压跟随器电路处理后输出至ads1255模数转换(a/d)芯片的vrep、vren引脚，为ads1255提供基准参考电压。
39.具体的，如图3，u13b集成运放ada4528-2同向输入引脚5连接电阻r43(10k)，ada4528-2反向输入引脚6直接连ada4528-2运放输出引脚7，组成运放跟随电路。
40.具体的，如图3，u13b集成运放ada4528-2的引脚8、引脚4为供电引脚，电感l14(10uh)、c121(100nf)、c85(22uf)对运放供电电源进行滤波。
41.具体的，如图3，u11集成ic，ads1255为模数转换器(adc)，采样精度24位、采样率每秒30k，spi数据传输，具有低噪声等特点。
42.具体的，如图3，u11集成ic，ads1255模数转换器(adc)引脚3、4为vrefn、vrefp参考电压输入引脚，c80(100pf)、c81(100nf)、c82(22uf)、r44(51ω)、r45(51ω)为参考电源进行滤波处理。
43.具体的，如图3，u11集成ic，ads1255模数转换器(adc)引脚1、10为avdd、dvdd供电引脚，分别采用vcc 5v、vcc( 3.3v)供电，l7(10uh)、c65(22uf)、c67(100nf)、c66(22uf)、c68(100nf)为供电电源滤波。
44.具体的，如图3，u11集成ic，ads1255模数转换器(adc)引脚16为dout数字信号输出引脚，读数据。ads1255模数转换器(adc)引脚15为drdyn ad转换完成(准备好)输出引脚。ads1255模数转换器(adc)引脚17为din，写输入引脚，给ads1255模数转换器(adc)写控制命令。ads1255模数转换器(adc)引脚18为sclk，读数据时钟引脚。ads1255模数转换器(adc)引脚14为csn为片选引脚，接gnd低电平有效。ads1255模数转换器(adc)引脚9为resetn复位引脚，控制ads1255芯片复位。ads1255模数转换器(adc)引脚8为syncn同步时钟引脚。ads1255
模数转换器(adc)引脚13为xtal1外部ad时钟输入。
45.具体的，如图3，ads1255模数转换器(adc)引脚8、9通过r27(100k)、r29(100k)两个上拉电阻接vcc( 3.3v)电源。
46.具体的，如图3，ads1255模数转换器(adc)引脚13、17、18分别接r34(100ω)、r35(100ω)、r39(100ω)，电阻用于阻抗匹配，减少信号反射等。ads1255模数转换器(adc)引脚2、11，为agnd、dgnd，电阻r41(0ω)用于单端接地。
47.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。