CN100573613C - 一种模拟超声波地震信号物理激发、接收***及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种模拟超声波地震信号物理激发、接收***及其方法。包括激励源、超声波发射探头、超声波接收探头、模数转换器、放大器、中央信号处理和控制单元以及输入/输出外设单元；还包括设置在信号激励源中的可控调压控制单元和设置在信号接收端的接收信号的增益控制单元。本发明对发射能量和接收增益进行定量化控制，以满足实验室复杂多层物理模型观测的需要。即本发明一方面在激励源中的增加了定量控制脉冲信号发射步骤和结构，使得对发射能量的高低幅度得以定量化控制，对于不同道信号，具体进行定量设定，另一方面在接收端中的放大器中增加了定量控制放大倍数的步骤和结构，解决了现有技术中精确度低以及接收信号失真的技术问题。

Description

一种模拟超声波地震信号物理激发、接收***及其方法

技术领域：

本发明涉及一种超声波发射和接收检测装置及其方法，尤其涉及一种在实验室条件下模拟野外地震勘探时对地质模型进行超声波探测和检测的实验室采集装置及其方法，属于超声波检测领域。

背景技术：

地震物理模拟是石油勘探开发的一种有效的实验技术。它是根据模型介质在其几何参数和物理参数满足相似比原理和对应原则的基础上开展的一种科学研究方法。现代的地震物理模拟是在实验室内将野外的地质构造和地质体按照一定的模拟比制作成物理模型，并利用超声波等方法对野外地震勘探方法进行模拟的一种地震模拟方法，它一方面探索研究新的波动理论和现象，比如各向异性的物理模拟研究等；另一方面还可以用来验证方法技术的可行性和解释结果的可信度，例如三维地震勘探的有效性的验证等。目前在地球物理实验室中经常用超声波检测装置对地质模型进行超声波检测，该装置主要部分有：

1、激励源(脉冲发生器)：输出高电压窄脉冲驱动超声波发射探头；

2、超声波发射探头：它将高电压窄脉冲信号转换为超声波信号发射给被测物体。在地质上通常一个发射位置称为一个炮点；

3、超声波接收探头：它将接收到的超声波信号转换为电压信号。地质上一个接收点位置通常称为一道，每一道通常要在0.3毫秒内采集6000个数据，每个数据通常为24位；

4、放大器：将超声波接收探头送出的微弱电压信号放大后送给模数转换器。

超声波检测过程是这样的：超声波发射探头发出超声波信号，该信号到达地质模型的反射界面后，部分信号被反射，由超声波接收探头接收后经放大和模数转换送给计算机处理。检测***的主要结构如附图1所示。

现有的超声波检测装置在进行数据采集时，在信号发射端的输出高电压窄脉冲的幅度和信号接收端的放大器的放大倍数在测量过程中都是固定死的，不能进行定量化地改变。因此，在对模型特别是复杂模型进行超声波采集时，产生了以下的技术问题：

1、激励源中脉冲发生器无法定量控制脉冲信号发射的高低幅度，造成精确度低以及失真的技术问题：对于不同道信号，为了使较远道的反射信号能反映出来，需要将信号源输出信号调大，但此时近炮道反射过强，输出被削顶即产生饱和畸变-失真。而当信号源输出信号较小时，近炮道反射正常了，但远炮道的反射由于信号太小，不能反映出来。即无法根据实际需要定量控制在信号发射端输出高电压窄脉冲的幅度。

2、接收端中的放大器无法具体根据各个地层对能量吸收及反射的不同变化放大倍数，造成精确度低以及接收信号失真的技术问题：对于同一道信号，深层和浅层的发射信号是不一样的，通常情况下，深层反射信号弱而浅层反射信号强。为了让深层的反射足够大，需要将放大器的放大倍数调大，但此时会出现浅层反射信号太强，输出被削顶-失真；反之将放大器的放大倍数降低则深层的信号出不来-失真。由于前置放大器输出通过长线送给模数转换器，当放大器输出信号较弱时，很容易受到环境噪音的干扰，有时小的有效信号被淹没在噪音中。

发明内容：

由于现有技术中存在因为激励源中脉冲发生器无法定量控制脉冲信号发射的高低幅度、以及接收端中的放大器无法具体根据各个地层对能量吸收及反射的不同变化放大倍数而同样造成精确度低以及失真的技术问题，发明人研制了本发明，对发射能量和接收增益进行定量化控制以满足实验室复杂多层物理模型观测的需要。

本发明中一种模拟超声波地震信号物理激发、接收***的技术方案是：

所述***包括激励源、超声波发射探头、超声波接收探头、模数转换器、放大器、中央信号处理和控制单元以及输入/输出外设单元；所述激励源用于输出高电压窄脉冲驱动超声波信号；所述超声波发射探头用于将高电压窄脉冲信号转换为超声波信号发射给被测物体；所述超声波接收探头用于将接收到的超声波信号转换为电压信号；所述放大器用于将超声波接收探头送出的电压信号放大后输入至模数转换器转换成数字信号，然后输入到中央信号处理和控制单元进行数据处理；

所述***还包括：设置在信号激励源中的可控调压控制单元和设置在信号接收端的接收信号的增益控制单元；所述可控调压控制单元用于根据不同的信号道集调节控制输出脉冲信号的幅度大小；所述接收信号的增益控制单元用于对进入所述放大器中的接收到的不同反射信号进行信号增益调节和时序控制，并将增益放大后的接收信号通过所述模数转换器变换成数字信号后传输给中央信号处理及控制单元。

上述的超声波发射探头和超声波接收探头是超声波换能器，用于将通过模数/数模转换后的信号发射或接收；所述激励源包含高电压窄脉冲驱动信号发生器。

在实际的应用中，所述设置在信号激励源中的可控调压控制单元包括脉宽控制模块、MCU模块、高压产生电路模块、开关电路以及时钟和电源模块；

所述脉宽控制模块采用CPLD对高速时钟源的精确计数，控制脉宽宽度以10ns精度为单位连续可调；

包含RS232接口的所述MCU模块接收中央信号处理和控制单元传来的脉宽数据和幅度数据，并且输出控制信号给高压产生电路模块和脉宽控制模块，控制发射脉冲的幅度和宽度；

所述高压产生电路模块用于产生连续可调的高压；

所述开关电路用于根据脉宽控制模块输出的时间宽度，控制输出，与所述超声波发射探头的频率和阻抗等匹配；

所述时钟和电源模块：产生***所需要的MCU驱动时钟和CPLD计数时钟；电源模块提供***需要的全部低压电源。

在实际的应用中所述设置在信号接收端的接收信号的增益控制单元包括：模拟通道模块和数字控制模块；

所述模拟通道模块包括模拟放大器组和多路开关组；所述接收信号经过超声波换能器后先经前置放大器Ain初步放大后输入至多路开关，通过第一道多路开关(1)根据要求选择导通具有不同放大增益效能的放大器A1到An中的一个，后经过第二道多路开关(2)根据要求选择导通输出放大器，由输出放大器将放大后的信号送给所述模数转换器；

所述数字控制模块包括RS232接口的控制单元、锁存器、可预置数计数器及一组逻辑控制电路组成；

当中央信号处理和控制单元将分段延迟时间、增益数通过232接口传输给所述数字控制模块中的控制单元，所述控制单元通过增益计算选择输出锁存并控制第一道多路开关(1)和第二道多路开关(2)选择起始的信号放大增益，同时所述控制单元将第一延迟时间值和第二延迟时间值通过第一输出锁存器(1)和第二输出锁存器(2)分别送给第一可预置数计数器(1)和第二可预置数计数器(2)。

上述所述放大器A1到An的放大增益从1到1024；

当放大器选择好后，放大电路总的放大增益为：

Ain增益×Aout增益×(A1到An中选择的放大器的增益)

所述数字控制模块除控制单元和232接口外，可包含在编程逻辑芯片，控制单元为DSP或单片机芯片。

本发明还包括一种模拟超声波地震信号物理激发和接收方法，技术方案是：

所述方法包括激励源产生步骤、超声波发射步骤、超声波接收步骤、模数转换步骤、信号放大步骤、中央信号处理和控制步骤以及输入/输出步骤；所述激励源产生步骤用于输出高电压窄脉冲驱动超声波信号；所述超声波发射步骤用于将高电压窄脉冲信号转换为超声波信号发射给被测物体；所述超声波接收步骤用于将接收到的超声波信号转换为电压信号；所述信号放大步骤和模数转换步骤用于将超声波接收步骤送出的电压信号放大后输入至模数转换器；经过信号放大步骤和模数转换步骤后的信号进入中央信号处理和控制步骤进行数据处理；

所述方法中还包括：在所述的激励源步骤中还包括可控调压控制步骤和在所述超声波接收步骤前的接收信号的增益控制步骤；所述可控调压控制步骤用于根据不同的信号道集调节控制输出脉冲信号的幅度大小；所述接收信号的增益控制步骤用于对进入所述放大器中的接收到的不同反射信号进行信号增益调节和时序控制，并将增益后的接收信号通过所述模数转换步骤传输给中央信号处理及控制步骤中进行数据处理。

在上述步骤中激励源产生步骤中包括高电压窄脉冲驱动信号发生器；所述的超声波发射步骤和超声波接收步骤中均包含超声波换能器，用于将通过模数/数模转换后的信号发射或接收；所述模数转换步骤中包含模数转换器；信号放大步骤中包含信号放大器、中央信号处理和控制步骤中包含信号处理芯片；输入/输出步骤包含输入/输入外设。

在实际的方法中，所述可控调压控制步骤包括脉宽控制过程、MCU控制过程、高压产生过程、开关控制过程以及时钟和电源控制过程；

所述脉宽控制过程采用CPLD对高速时钟源的精确计数，控制脉宽宽度以10ns精度为单位连续可调；

包含RS232接口的所述MCU控制过程接收中央信号处理和控制步骤传来的脉宽数据和幅度数据，并且输出控制信号给高压产生过程和脉宽控制过程，控制发射脉冲的幅度和宽度；

所述高压产生控制过程用于产生连续可调的高压；

所述开关控制过程用于经过脉宽控制过程输出的时间宽度，控制输出，与所述超声波发射探头频率和阻抗等匹配；

所述时钟控制过程用于产生***所需要的MCU驱动时钟和CPLD计数时钟；电源控制过程提供***需要的全部低压电源。

在实际的方法中所述接收信号的增益控制步骤包括：模拟通道过程和数字控制过程；

所述模拟通道过程包含模拟放大器组和多路开关组；所述接收信号经过超声波换能器后先经前置放大器Ain初步放大后输入至多路开关，通过第一道多路开关(1)根据要求选择导通具有不同放大增益效能的放大器A1到An中的一个，后经过第二道多路开关(2)根据要求选择导通输出放大器，由输出放大器将放大后的信号送给所述模数转换器；

所述数字控制过程包括RS232接口的控制单元、锁存器、可预置数计数器及一组逻辑控制电路组成；

当中央信号处理和控制步骤将分段延迟时间、增益数通过232接口传输给所述数字控制过程中的控制单元，所述控制单元通过增益计算选择输出锁存并控制第一道多路开关(1)和第二道多路开关(2)选择起始的信号放大增益，同时所述控制单元将第一延迟时间值和第二延迟时间值通过第一输出锁存器(1)和第二输出锁存器(2)分别送给第一可预置数计数器(1)和第二可预置数计数器(2)。

上述放大器A1到An的放大增益比例从1到1024；

当放大器选择好后，放大电路总的放大增益为：

Ain增益×Aout增益×(A1到An中选择的放大器的增益)

所述控制单元为DSP或单片机芯片。

本发明对发射能量和接收增益进行定量化控制，以满足实验室复杂多层物理模型观测的需要。即本发明一方面在激励源中增加了定量控制脉冲信号发射步骤和结构，使得对发射能量的大小加以定量化控制，对于不同道信号，具体进行定量设定：对远道的反射信号将信号源输出信号调大，对近炮道的反射信号进行定量控制达到高保真的效果。另一方面在接收端中的放大器中增加了定量控制放大倍数的步骤和结构，解决了现有技术中精确度低以及接收信号失真的技术问题：对于深层信号设定大的放大倍数，对于浅层信号设定小的放大倍数或采取不放大的方法使得接收到的各个地层的信号精度高，减少失真。

本发明使采集质量大为改善，浅、深层和近、远道的显示效果大为提高，对石油勘探和其他矿产的勘探的研究工作有巨大帮助，具有非常显著的经济效益和社会效益。

附图说明：

图1为现有技术中超声波发射/接收检测***的主要结构示意图；

图2为本发明***模块框图；

图3为本发明方法步骤示意图；

图4为本发明可控调压控制单元的电路结构示意图；

图5为本发明接收信号的增益控制单元示意图。

各附图中具体的技术内容将结合具体实施方式加以说明。

具体实施方式：

图1为现有技术中超声波发射/接收检测***的主要结构示意图

目前在地球物理实验室中经常用超声波检测装置对地质模型进行超声波检测，该装置主要部分有：

1、激励源(脉冲发生器)：输出高电压窄脉冲驱动超声波发射探头；

2、超声波发射探头：它将高电压窄脉冲信号转换为超声波信号发射给被测物体。在地质上通常一个发射位置称为一个炮点；

3、超声波接收探头：它将接收到的超声波信号转换为电压信号。地质上一个接收点位置通常称为一道，每一道通常要在0.3毫秒内采集6000个数据，每个数据通常为24位；

4、放大器：将超声波接收探头送出的微弱电压信号放大后送给模数转换器。

超声波检测过程是这样的：超声波发射探头发出超声波信号，该信号到达地质模型的反射界面后，部分信号被反射，由超声波接收探头接收后经放大和模数转换送给计算机处理。检测***的主要结构如附图1所示。

图2为本发明***模块框图。

本发明中一种模拟超声波地震信号物理激发、接收***的技术方案是：

所述***包括激励源、超声波发射探头、超声波接收探头、模数转换器、放大器、中央信号处理和控制单元以及输入/输出外设单元；所述激励源用于输出高电压窄脉冲驱动超声波信号；所述超声波发射探头用于将高电压窄脉冲信号转换为超声波信号发射给被测物体；所述超声波接收探头用于将接收到的超声波信号转换为电压信号；所述放大器用于将超声波接收探头送出的电压信号放大后输入至模数转换器；经放大器放大和模数转换器转换后的信号输入到中央信号处理和控制单元进行数据处理；

所述***还包括：设置在信号激励源中的可控调压控制单元和设置在信号接收端的接收信号的增益控制单元；所述可控调压控制单元用于根据不同的信号道集调节控制输出脉冲信号的幅度大小；所述接收信号的增益控制单元用于对进入所述放大器中的接收到的不同的反射信号进行信号增益调节和时序控制，并将增益放大后的接收信号通过所述模数转换器传输给中央信号处理及控制单元。

上述的超声波发射探头和超声波接收探头是超声波换能器，用于将通过模数/数模转换后的信号发射或接收；所述激励源包括高电压窄脉冲驱动信号发生器。

图3为本发明方法步骤示意图。

本发明还包括一种模拟超声波地震信号物理激发和接收方法，技术方案是：

所述方法包括激励源产生步骤、超声波发射步骤、超声波接收步骤、模数转换步骤、信号放大步骤、中央信号处理和控制步骤以及输入/输出步骤；所述激励源产生步骤用于输出高电压窄脉冲驱动超声波信号；所述超声波发射步骤用于将高电压窄脉冲信号转换为超声波信号发射给被测物体；所述超声波接收步骤用于将接收到的超声波信号转换为电压信号；所述信号放大步骤和模数转换步骤用于将超声波接收步骤送出的电压信号放大后输入至模数转换器；经过信号放大步骤和模数转换步骤后的信号进入中央信号处理和控制步骤进行数据处理；

所述方法中还包括：在所述的激励源产生步骤中还包括可控调压控制步骤和在所述超声波接收步骤前的接收信号的增益控制步骤；所述可控调压控制步骤用于根据不同的信号道集调节控制输出脉冲信号的幅度大小；所述接收信号的增益控制步骤用于对进入所述放大器中的接收到的不同反射信号进行信号增益调节和时序控制，并将增益后的接收信号通过所述模数转换步骤传输给中央信号处理及控制步骤中进行数据处理。

在上述步骤中激励源产生步骤包括高电压窄脉冲驱动信号发生器；所述的超声波发射步骤和超声波接收步骤中均包含超声波换能器，用于将通过模数/数模转换后的信号发射或接收；所述模数转换步骤中包含模数转换器；信号放大步骤中包含信号放大器、中央信号处理和控制步骤中包含信号处理芯片；输入/输出步骤包含输入/输入外设。

具体的步骤采取：

①预先采集被测模型近远道对超声波反射的能量分布数据；

②对其进行自动分析处理得到能量分布曲线；

③然后根据能量分布曲线采用可控调压控制步骤对电压窄脉冲驱动信号发生器的输出根据近远道进行分段调整。

④将调整后的信号输出给电压窄脉冲驱动信号发生器；

⑤一方面电压窄脉冲驱动信号发生器将信号通过所述的超声波发射步骤对信号进行转换后发射；发射过程结束

⑥另一方面电压窄脉冲驱动信号发生器将信号通过模数转换步骤传输给中央信号处理控制单元；

⑦中央信号处理控制单元计算出放大器增益曲线；

⑧从超声波接收步骤中得到的接收信号和中央信号处理控制单元计算出放大器增益曲线数据输入进接收信号的增益步骤中进行操作，对输入放大器的放大增益进行分段、动态调整；

⑨将分段、调整后的信号输出给模数转换步骤，并传递给中央信号处理和控制步骤；

⑩输出步骤：接收信号过程结束，输出结果。

其中，对固体模型进行检测时，发送能量的或增益的调节在探头提起时进行，此时不进行数据采集，为了提高信噪比，可以在探头固定后，对同一点进行多次变发送能量或变放大增益的采集，然后按权进行叠加；当在液体中对模型进行检测时，对一条线可进行多次变发送能量或变放大增益的采集，然后按权进行叠加。例如对强信号浅层、近炮的权轻，深层、远炮的权重。

采取以上措施采集得到数据后，根据能量分布曲线和增益曲线对数据进行各种处理，以得到真实的数据。

图4为本发明可控调压控制单元的电路结构示意图。

如所示的发射电路，带有RS232接口，可以通过PC设置发射脉冲的宽度和幅度。所述设置在信号激励源中的可控调压控制单元包括脉宽控制模块、MCU模块、高压产生电路模块、开关电路以及时钟和电源模块；

脉宽控制模块：该模块通过采用CPLD(复杂可编程逻辑器件)对100Mhz高速时钟源的精确计数，控制脉宽宽度以10ns精度为单位连续可调。

MCU(微处理器单元)模块：该模块带有和PC连接的RS232接口，能够接收PC传来的脉宽数据和幅度数据，并且输出控制信号给高压产生模块和脉宽控制模块，控制发射脉冲的幅度和宽度

高压产生电路：产生电压连续可调的高压。

开关电路：由脉宽控制电路控制高压输出的时间宽度，输出电路设计和上述发射换能器频率和阻抗等匹配。时钟和电源模块：产生***所需要的MCU驱动时钟和100MhzCPLD计数时钟。电源模块提供***需要的所有低压电源。

图5为本发明接收信号的增益控制单元示意图。

该电路分为两大部分：模拟通道模块和数字控制模块

模拟通道模块：主要由模拟放大器和多路开关组成。图中前置放大器Ain将超声波换能器送来的信号进行初步放大，通过第一多路开关1选择送给具有不同放大增益的放大器A1到An中的一个，然后经过第二多路开关2选择送给输出放大器，再由输出放大器将放大后的信号送给模数转换器。上述所述放大器A1到An的放大增益从1到1024；当放大器选择好后，放大电路总的放大增益为

Ain增益×Aout增益×(A1到An中选择的放大器的增益)

数字控制模块：主要由控制单元、锁存器、可预置数计数器及其他一些逻辑控制电路组成。除控制单元和232接口外，其他部分电路可集成在一片FPGA即现场可编程逻辑芯片中。控制单元可以是DSP(数字信号处理器)或单片机芯片。

整个增益控制电路的工作过程是这样的：计算机将分段延迟时间、增益数通过232接口送给控制单元，控制单元首先通过增益选择输出锁存控制多路开关1和2选择起始的信号放大增益，同时将第一延迟时间值和第二延迟时间值通过输出锁存器1和输出锁存器2分别送给可预置数计数器1和可预置数计数器2。***启动数据采集后的同时，外界同步脉冲送到。此脉冲启动计数器1减计数工作，延迟时间为10纳秒×时间值，当延迟时间到后，计数器1发出归零信号。归零信号有几个作用，首先它通过控制单元将下时段的一个增益值打入增益选择输出，同时启动计数器2，通过控制单元的中断信号，通知它将下一延迟时间值送给计数器1并将下一增益值准备好送给输出锁存控制的输入端。这样以此类推，继续下一个控制过程。当一道采集过程结束后，控制单元等待下一个命令，以重复上面的过程。由于采样速度达到20M即在50纳秒内完成一个样点的采集，为了保证在10纳秒内完成放大器放大增益的切换，采用双计数器切换的方法进行定时控制，同时除了起始的信号放大增益值由控制单元打入外，其余的增益值都由计数器打入。

Claims (9)

1.一种模拟超声波地震信号物理激发、接收***，所述***包括激励源、超声波发射探头、超声波接收探头、模数转换器、放大器、中央信号处理和控制单元以及输入/输出外设单元；所述激励源用于输出高电压窄脉冲驱动超声波信号；所述超声波发射探头用于将高电压窄脉冲信号转换为超声波信号发射给被测物体；所述超声波接收探头用于将接收到的超声波信号转换为电压信号；所述放大器用于将超声波接收探头送出的电压信号放大后输入至模数转换器变为数字信号后输入到中央信号处理和控制单元进行数据处理；

其特征在于：所述***还包括：设置在信号激励源中的可控调压控制单元和设置在信号接收端的接收信号的增益控制单元；所述可控调压控制单元用于根据不同的信号道集调节控制输出脉冲信号的幅度大小；所述接收信号的增益控制单元用于对进入所述放大器中的接收到的不同的反射信号进行信号增益调节和时序控制，并将增益调节后的信号通过所述模数转换器传输给中央信号处理及控制单元。

2.根据权利要求1所述的一种模拟超声波地震信号物理激发、接收***，其特征在于：所述的超声波发射探头和超声波接收探头是超声波换能器，用于将通过模数/数模转换后的信号发射或接收；所述激励源包括高电压窄脉冲驱动信号发生器。

3.根据权利要求1所述的一种模拟超声波地震信号物理激发、接收***，其特征在于：所述设置在信号激励源中的可控调压控制单元包括脉宽控制模块、MCU模块、高压产生电路模块、开关电路以及时钟和电源模块；

所述脉宽控制模块采用CPLD对高速时钟源的精确计数，控制脉宽宽度以10ns精度为单位连续可调；

包含RS232接口的所述MCU模块接收中央信号处理和控制单元传来的脉宽数据和幅度数据，并且输出控制信号给高压产生电路模块和脉宽控制模块，控制发射脉冲的幅度和宽度；

所述高压产生电路模块用于产生连续可调的高压；

所述开关电路用于根据脉宽控制模块输出的时间宽度，控制输出，与所述超声波发射探头的频率及阻抗匹配；

所述时钟和电源模块：产生***所需要的MCU驱动时钟和CPLD计数时钟；电源模块提供***需要的全部低压电源。

4.根据权利要求1-3之一所述的一种模拟超声波地震信号物理激发、接收***，其特征在于：所述设置在信号接收端的接收信号的增益控制单元包括：模拟通道模块和数字控制模块；

所述模拟通道模块包括模拟放大器组和多路开关组；所述接收信号经过超声波换能器后先经前置放大器Ain初步放大后输入至多路开关，通过第一道多路开关(1)根据要求选择导通具有不同放大增益效能的放大器A1到An中的一个，后经过第二道多路开关(2)根据要求选择导通输出放大器，由输出放大器AOUT将放大后的信号送给所述模数转换器；

所述数字控制模块包括RS232接口的控制单元、锁存器、可预置数计数器及一组逻辑控制电路；

当中央信号处理和控制单元将分段延迟时间、增益数通过RS232接口传输给所述数字控制模块中的控制单元，所述控制单元通过增益计算选择输出锁存并控制第一道多路开关(1)和第二道多路开关(2)选择起始的信号放大增益，同时所述控制单元将第一延迟时间值和第二延迟时间值通过第一输出锁存器(1)和第二输出锁存器(2)分别送给第一可预置数计数器(1)和第二可预置数计数器(2)。

5.根据权利要求4所述的一种模拟超声波地震信号物理激发、接收***，其特征在于：

所述放大器A1到An的放大增益比例从1到1024；

当放大器选择好后，放大电路总的放大增益为：

Ain增益×Aout增益×(A1到An中选择的放大器的增益)

所述数字控制模块除控制单元和RS232接口外，可包含在编程逻辑芯片中，控制单元为DSP或单片机芯片。

6.根据权利要求1-5之一所述的***进行模拟超声波地震信号物理激发和接收方法，所述方法包括激励源产生步骤、超声波发射步骤、超声波接收步骤、模数转换步骤、信号放大步骤、中央信号处理和控制步骤以及输入/输出步骤；所述激励源产生步骤用于输出高电压窄脉冲驱动超声波信号；所述超声波发射步骤用于将高电压窄脉冲信号转换为超声波信号发射给被测物体；所述超声波接收步骤用于将接收到的超声波信号转换为电压信号；所述信号放大步骤和模数转换步骤用于将超声波接收步骤送出的电压信号放大后输入至模数转换器变为数字信号，然后输入到中央信号处理和控制单元进行数据处理；

其特征在于：所述方法中还包括：在所述的激励步骤中还包括可控调压控制步骤和在所述超声波接收步骤前的接收信号的增益控制步骤；所述可控调压控制步骤用于根据不同的信号道集调节控制输出脉冲信号的能量；所述接收信号的增益控制步骤用于对进入所述放大器中的接收到的不同反射信号进行信号增益调节和时序控制，并将增益调节后的信号通过所述模数转换步骤传输给中央信号处理及控制步骤中进行数据处理。

7.根据权利要求6所述的一种模拟超声波地震信号物理激发和接收方法，其特征在于：

所述可控调压控制步骤包括脉宽控制过程、MCU控制过程、高压产生过程、开关控制过程以及时钟和电源控制过程；

所述脉宽控制过程采用CPLD对高速时钟源的精确计数，控制脉宽宽度以10ns精度为单位连续可调；

所述MCU控制过程中，通过所述RS232接口接收中央信号处理和控制步骤传来的脉宽数据和幅度数据，并且输出控制信号给高压产生过程和脉宽控制过程，控制发射脉冲的幅度和宽度；

所述高压产生控制过程用于产生连续可调的高压；

所述开关控制过程用于经过脉宽控制过程输出的时间宽度，控制输出，与所述超声波发射探头的频率及阻抗匹配；

所述时钟控制过程用于产生***所需要的MCU驱动时钟和CPLD计数时钟；电源控制过程提供***需要的全部低压电源。

8.根据权利要求6或7所述的一种模拟超声波地震信号物理激发和接收方法，其特征在于：

所述接收信号的增益控制步骤包括：模拟通道过程和数字控制过程；

所述模拟通道过程中采用模拟放大器组和多路开关组；所述接收信号经过超声波换能器后先经前置放大器Ain初步放大后输入至多路开关，通过第一道多路开关(1)根据要求选择导通具有不同放大增益效能的放大器A1到An中的一个，后经过第二道多路开关(2)根据要求选择导通输出放大器，由输出放大器将放大后的信号送给所述模数转换器；

所述数字控制过程中使用RS232接口的控制单元、锁存器、可预置数计数器及一组逻辑控制电路；

根据中央信号处理和控制步骤将分段延迟时间、增益数通过RS 232接口传输给所述数字控制过程中的控制单元，所述控制单元通过增益计算选择输出锁存并控制第一道多路开关(1)和第二道多路开关(2)选择起始的信号放大增益，同时所述控制单元将第一延迟时间值和第二延迟时间值通过第一输出锁存器(1)和第二输出锁存器(2)分别送给第一可预置数计数器(1)和第二可预置数计数器(2)。

9.根据权利要求8所述的一种模拟超声波地震信号物理激发和接收方法，其特征在于：所述放大器A1到An的放大增益比例从1到1024；

当放大器选择好后，放大电路总的放大增益为：

Ain增益×Aout增益×(A1到An中选择的放大器的增益)

所述控制单元为DSP或单片机芯片。

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