CN220820269U - 地球物理数据采集电路及地球物理数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地球物理数据采集电路及地球物理数据采集装置，包括信号采集单元、信号调理单元、模数转换单元和主控单元，通过电场传感器、磁场传感器和震动传感器实时采集电场信号、磁场信号和震动信号，电场信号调理电路对电场信号进行滤波放大后经过第一模数转换器输入到主控单元，磁场信号调理电路对磁场信号进行滤波放大后经过第一模数转换器输入到主控单元，震动信号调理电路对震动信号进行滤波放大后经过第二模数转换器输入到主控单元，能够同时采集电场信号、磁场信号和震动信号，采集的信号具有连续性，采集效率高。

Description

地球物理数据采集电路及地球物理数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及地球物理技术领域，特别涉及一种地球物理数据采集电路及地球物理数据采集装置。

背景技术

压裂监测方法需要进行微地震监测和电磁法监测，通过磁场传感器、电场传感器和震动传感器分别采集磁场信号、电场信号、震动信号。然而传统的地球物理信息采集装置，往往只具备其中的某一种监测方法，只能连接某一种传感器采集信号。一种现有技术通过接口转换电路可以分时复用连接多种类型的传感器采集信号，但不能同时采集多种传感器信号，其需要等待采集完成一种传感器信号后，再切换连接到另外一种传感器，这样采集信号时间很长，且采集的信号不连续，不能实时记录现场情况，会损失关键信息，采集效率很低。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种地球物理数据采集电路及地球物理数据采集装置，能够解决现有的地球物理数据采集装置不能同时采集多种信号的问题。

根据本实用新型第一方面实施例的地球物理数据采集电路，包括：

信号采集单元，所述信号采集单元包括电场传感器、磁场传感器和震动传感器，所述电场传感器用于获得工区的电场信号，所述磁场传感器用于获得所述工区的磁场信号，所述震动传感器用于获得所述工区的震动信号；

信号调理单元，所述信号调理单元包括电场信号调理电路、磁场信号调理电路和震动信号调理电路，所述电场传感器的输出端连接所述电场信号调理电路的输入端以用于对所述电场信号进行滤波和放大，所述磁场传感器的输出端连接所述磁场信号调理电路的输入端以用于对所述磁场信号进行滤波和放大，所述震动传感器的输出端电性连接所述震动信号调理电路的输入端以用于对所述震动信号进行滤波和放大；

模数转换单元，所述电场信号调理电路的输出端连接所述模数转换单元的输入端，所述磁场信号调理电路的输出端连接所述模数转换单元的输入端，所述震动信号调理电路的输出端连接所述模数转换单元的输入端；

主控单元，所述模数转换单元的输出端连接所述主控单元的输入端。

根据本实用新型第一方面实施例的地球物理数据采集电路，至少具有如下有益效果：

通过电场传感器、磁场传感器和震动传感器实时采集电场信号、磁场信号和震动信号，电场信号调理电路对电场信号进行滤波放大后经过第一模数转换器输入到主控单元，磁场信号调理电路对磁场信号进行滤波放大后经过第一模数转换器输入到主控单元，震动信号调理电路对震动信号进行滤波放大后经过第二模数转换器输入到主控单元，能够同时采集电场信号、磁场信号和震动信号，采集的信号具有连续性，采集效率高。

根据本实用新型的一些实施例，所述磁场信号调理电路包括第一滤波器、第一差分放大器、第一滤波模块和第一程控增益放大器，所述磁场传感器的输出端连接所述第一滤波器的输入端，所述第一滤波器的输出端连接第一差分放大器的输入端，所述第一差分放大器的输出端连接所述第一滤波模块的输入端，所述第一滤波模块的输出端连接所述第一程控增益放大器的输入端，所述第一程控增益放大器的输出端连接所述模数转换单元的输入端。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一滤波模块包括第一单刀双掷模拟开关、第二单刀双掷模拟开关、第二滤波器和第三滤波器，所述第一差分放大器的输出端连接所述第一单刀双掷模拟开关的动端，所述第一单刀双掷模拟开关的第一不动端连接所述第二滤波器的输入端，所述第一单刀双掷模拟开关的第二不动端连接所述第三滤波器的输入端，所述第二滤波器的输出端连接所述第二单刀双掷模拟开关的第一不动端，所述第三滤波器的输出端连接所述第二单刀双掷模拟开关的第二不动端，所述第二单刀双掷模拟开关的动端连接所述第一程控增益放大器的输入端。

根据本实用新型的一些实施例，所述电场信号调理电路包括第四滤波器、第二差分放大器、第二滤波模块和第二程控增益放大器，所述电场传感器的输出端连接所述第四滤波器的输入端，所述第四滤波器的输出端连接第二差分放大器的输入端，所述第二差分放大器的输出端连接所述第二滤波模块的输入端，所述第二滤波模块的输出端连接所述第二程控增益放大器的输入端，所述第二程控增益放大器的输出端连接所述模数转换单元的输入端。

根据本实用新型的一些实施例，所述第二滤波模块包括第三单刀双掷模拟开关、第四单刀双掷模拟开关、第五滤波器和第六滤波器，所述第二差分放大器的输出端连接所述第三单刀双掷模拟开关的动端，所述第三单刀双掷模拟开关的第一不动端连接所述第五滤波器的输入端，所述第三单刀双掷模拟开关的第二不动端连接所述第六滤波器的输入端，所述第五滤波器的输出端连接所述第四单刀双掷模拟开关的第一不动端，所述第六滤波器的输出端连接所述第四单刀双掷模拟开关的第二不动端，所述第四单刀双掷模拟开关的动端连接所述第二程控增益放大器的输入端。

根据本实用新型的一些实施例，所述震动信号调理电路包括阻抗匹配模块、扩频模块和第七滤波器，所述震动传感器的输出端连接阻抗匹配模块的输入端，所述阻抗匹配模块的输出端连接所述第七滤波器的输入端，所述第七滤波器的输出端连接所述模数转换单元的输入端。

根据本实用新型的一些实施例，还包括GPS同步时钟模块，所述主控单元连接所述GPS同步时钟模块。

根据本实用新型的一些实施例，还包括无线通信模块，所述主控单元连接无线通信模块。

根据本实用新型的一些实施例，还包括存储模块，所述存储模块连接所述主控单元。

根据本实用新型第二方面实施例的地球物理数据采集装置，包括上述的地球物理数据采集电路。

根据本实用新型第二方面实施例的地球物理数据采集装置，至少具有如下有益效果：

通过电场传感器、磁场传感器和震动传感器实时采集电场信号、磁场信号和震动信号，电场信号调理电路对电场信号进行滤波放大后经过第一模数转换器输入到主控单元，磁场信号调理电路对磁场信号进行滤波放大后经过第一模数转换器输入到主控单元，震动信号调理电路对震动信号进行滤波放大后经过第二模数转换器输入到主控单元，能够同时采集电场信号、磁场信号和震动信号，采集的信号具有连续性，采集效率高。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：

图1为本实用新型的功能框图；

图2为本实用新型的电路结构示意图。

附图标记：

信号采集单元100、

信号调理单元200、第一滤波器211、第一差分放大器212、第一程控增益放大器213、第一单刀双掷模拟开关214、第二单刀双掷模拟开关215、第二滤波器216、第三滤波器217、第四滤波器221、第二差分放大器222、第二程控增益放大器223、第三单刀双掷模拟开关224、第四单刀双掷模拟开关225、第五滤波器226、第六滤波器227、阻抗匹配模块231、扩频模块232、第七滤波器233、

模数转换单元300、第一模数转换器310、第二模数转换器320、

主控单元400、

GPS同步时钟模块500、

无线通信模块600、

存储模块700。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

下面参照图1至图2描述根据本实用新型实施例的地球物理数据采集电路。

根据本实用新型一实施例的地球物理数据采集电路，如图1所示，包括：信号采集单元100、信号调理单元200、模数转换单元300和主控单元400，信号采集单元100包括电场传感器、磁场传感器和震动传感器，电场传感器用于获得工区的电场信号，磁场传感器用于获得工区的磁场信号，震动传感器用于获得工区的震动信号，信号调理单元200包括电场信号调理电路、磁场信号调理电路和震动信号调理电路，电场传感器的输出端连接电场信号调理电路的输入端以用于对电场信号进行滤波和放大，磁场传感器的输出端连接磁场信号调理电路的输入端以用于对磁场信号进行滤波和放大，震动传感器的输出端电性连接震动信号调理电路的输入端以用于对震动信号进行滤波和放大，电场信号调理电路的输出端连接模数转换单元300的输入端，磁场信号调理电路的输出端连接模数转换单元300的输入端，震动信号调理电路的输出端连接模数转换单元300的输入端，模数转换单元300的输出端连接主控单元400的输入端。

本实施例中，通过电场传感器、磁场传感器和震动传感器实时采集电场信号、磁场信号和震动信号，电场信号调理电路对电场信号进行滤波放大后经过第一模数转换器310输入到主控单元400，磁场信号调理电路对磁场信号进行滤波放大后经过第一模数转换器310输入到主控单元400，震动信号调理电路对震动信号进行滤波放大后经过第二模数转换器320输入到主控单元400，能够同时采集电场信号、磁场信号和震动信号，采集的信号具有连续性，采集效率高。

可以理解的是，第一模数转换器310采用四通道模数转换器，具有两路电场信号采集通道和两路磁场信号采集通道。第二模数转换器320采用三通道模数转换器，具有三路震动信号采集通道。第一模数转换器310和第二模数转换器320还可以采用具有其他通道数的多通道模数转换器。

根据本实用新型的一实施例，如图2所示，磁场信号调理电路包括第一滤波器211、第一差分放大器212、第一滤波模块和第一程控增益放大器213，磁场传感器的输出端连接第一滤波器211的输入端，第一滤波器211的输出端连接第一差分放大器212的输入端，第一差分放大器212的输出端连接第一滤波模块的输入端，第一滤波模块的输出端连接第一程控增益放大器213的输入端，第一程控增益放大器213的输出端连接模数转换单元300的输入端。

本实施例中，通过第一滤波器211对磁场信号进行滤波，衰减高频噪声信号，再通过第一差分放大器212放大磁场信号的幅值，再通过第一滤波模块再次对磁场信号滤波，提高信噪比，磁场信号经过第一程控增益放大器213放大后输入到第一模数转换器310，滤波效果好。

根据本实用新型的一些实施例，如图2所示，第一滤波模块包括第一单刀双掷模拟开关214、第二单刀双掷模拟开关215、第二滤波器216和第三滤波器217，第一差分放大器212的输出端连接第一单刀双掷模拟开关214的动端，第一单刀双掷模拟开关214的第一不动端连接第二滤波器216的输入端，第一单刀双掷模拟开关214的第二不动端连接第三滤波器217的输入端，第二滤波器216的输出端连接第二单刀双掷模拟开关215的第一不动端，第三滤波器217的输出端连接第二单刀双掷模拟开关215的第二不动端，第二单刀双掷模拟开关215的动端连接第一程控增益放大器213的输入端。

本实施例中，控制第一单刀双掷模拟开关214和第二单刀双掷模拟开关215的动端导通第一不动端，即导通第二滤波器216，通过第二滤波器216对磁场信号滤波。控制第一单刀双掷模拟开关214和第二单刀双掷模拟开关215的动端导通第二不动端，即导通第三滤波器217，通过第三滤波器217对磁场信号滤波。第二滤波器216和第三滤波器217的截止频率不同，通过第一单刀双掷模拟开关214、第二单刀双掷模拟开关215可以切换第二滤波器216和第三滤波器217，达到不同的滤波效果。

根据本实用新型的一些实施例，如图2所示，电场信号调理电路包括第四滤波器221、第二差分放大器222、第二滤波模块和第二程控增益放大器223，电场传感器的输出端连接第四滤波器221的输入端，第四滤波器221的输出端连接第二差分放大器222的输入端，第二差分放大器222的输出端连接第二滤波模块的输入端，第二滤波模块的输出端连接第二程控增益放大器223的输入端，第二程控增益放大器223的输出端连接模数转换单元300的输入端。

本实施例中，通过第四滤波器221对电场信号进行滤波，衰减高频噪声信号，再通过第二差分放大器222放大电场信号的幅值，再通过第二滤波模块再次对电场信号滤波，提高信噪比，电场信号经过第二程控增益放大器223放大后输入到第一模数转换器310，滤波效果好。

根据本实用新型的一些实施例，如图2所示，第二滤波模块包括第三单刀双掷模拟开关224、第四单刀双掷模拟开关225、第五滤波器226和第六滤波器227，第二差分放大器222的输出端连接第三单刀双掷模拟开关224的动端，第三单刀双掷模拟开关224的第一不动端连接第五滤波器226的输入端，第三单刀双掷模拟开关224的第二不动端连接第六滤波器227的输入端，第五滤波器226的输出端连接第四单刀双掷模拟开关225的第一不动端，第六滤波器227的输出端连接第四单刀双掷模拟开关225的第二不动端，第四单刀双掷模拟开关225的动端连接第二程控增益放大器223的输入端。

本实施例中，控制第三单刀双掷模拟开关224和第四单刀双掷模拟开关225的动端导通第一不动端，即导通第五滤波器226，通过第五滤波器226对电场信号滤波。控制第三单刀双掷模拟开关224和第四单刀双掷模拟开关225的动端导通第二不动端，即导通第六滤波器227，通过第六滤波器227对电场信号滤波。第五滤波器226和第六滤波器227的截止频率不同，通过第三单刀双掷模拟开关224、第四单刀双掷模拟开关225可以切换第五滤波器226和第六滤波器227，达到不同的滤波效果。

根据本实用新型的一些实施例，如图2所示，震动信号调理电路包括阻抗匹配模块231、扩频模块232和第七滤波器233，震动传感器的输出端连接阻抗匹配模块231的输入端，阻抗匹配模块231的输出端连接扩频模块232的输入端，扩频模块232的输出端连接第七滤波器233的输入端，第七滤波器233的输出端连接模数转换单元300的输入端。

本实施例中，震动信号通过阻抗匹配模块231进行阻抗匹配后，震动信号进入扩频模块232，通过扩频模块232扩展有用信号的频带范围，提高低频信号幅值，再经过第七滤波器233进行滤波后进入第二模数转换器320。阻抗匹配模块231采用贴片电阻，与震动传感器的内阻进行阻抗匹配，使得输入阻抗达到最优，减小噪声的同时最大化接收震动传感器的信号。扩频模块232包括低噪声运算放大器和阻容元器件组成，对于不同频率的信号的运放反馈比例不同，使得低频信号放大倍数大，高频信号放大倍数小，以此来提高有用信号中低频信号的相对幅度，将截止频率往低频移动，从而达到扩展有用信号频带范围的目的。

根据本实用新型的一些实施例，如图1所示，还包括GPS同步时钟模块500，主控单元400连接GPS同步时钟模块500。

本实施例中，通过GPS同步时钟模块500获得时间源，进行高精度授时，能保障同步采集数据的精度。

根据本实用新型的一实施例，如图1所示，还包括无线通信模块600，主控单元400连接无线通信模块600。

本实施例中，通过无线通信模块600与后台通信，以便于后台的操作人员远程查看工作状态以及进行操作控制。

根据本实用新型的一实施例，如图1所示，还包括存储模块700，存储模块700连接主控单元400。

本实施例中，通过存储模块700对采集的数据进行存储。

另外，根据本实用新型一实施例还公开了一种地球物理数据采集装置，包括上述的地球物理数据采集电路。

本实施例中，通过电场传感器、磁场传感器和震动传感器实时采集电场信号、磁场信号和震动信号，电场信号调理电路对电场信号进行滤波放大后经过第一模数转换器310输入到主控单元400，磁场信号调理电路对磁场信号进行滤波放大后经过第一模数转换器310输入到主控单元400，震动信号调理电路对震动信号进行滤波放大后经过第二模数转换器320输入到主控单元400，能够同时采集电场信号、磁场信号和震动信号，采集的信号具有连续性，采集效率高。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.地球物理数据采集电路，其特征在于，包括：

信号采集单元(100)，所述信号采集单元(100)包括电场传感器、磁场传感器和震动传感器，所述电场传感器用于获得工区的电场信号，所述磁场传感器用于获得所述工区的磁场信号，所述震动传感器用于获得所述工区的震动信号；

信号调理单元(200)，所述信号调理单元(200)包括电场信号调理电路、磁场信号调理电路和震动信号调理电路，所述电场传感器的输出端连接所述电场信号调理电路的输入端以用于对所述电场信号进行滤波和放大，所述磁场传感器的输出端连接所述磁场信号调理电路的输入端以用于对所述磁场信号进行滤波和放大，所述震动传感器的输出端电性连接所述震动信号调理电路的输入端以用于对所述震动信号进行滤波和放大；

模数转换单元(300)，所述模数转换单元(300)包括第一模数转换器(310)和第二模数转换器(320)，所述电场信号调理电路的输出端连接第一模数转换器(310)的输入端，所述磁场信号调理电路的输出端连接所述第一模数转换器(310)的输入端，所述第一模数转换器(310)的输出端连接主控单元(400)的输入端，所述震动信号调理电路的输出端连接所述第二模数转换器(320)的输入端，所述第二模数转换器(320)的输出端连接所述主控单元(400)的输入端；

主控单元(400)，所述模数转换单元(300)的输出端连接所述主控单元(400)的输入端。

2.根据权利要求1所述的地球物理数据采集电路，其特征在于：

所述磁场信号调理电路包括第一滤波器(211)、第一差分放大器(212)、第一滤波模块和第一程控增益放大器(213)，所述磁场传感器的输出端连接所述第一滤波器(211)的输入端，所述第一滤波器(211)的输出端连接第一差分放大器(212)的输入端，所述第一差分放大器(212)的输出端连接所述第一滤波模块的输入端，所述第一滤波模块的输出端连接所述第一程控增益放大器(213)的输入端，所述第一程控增益放大器(213)的输出端连接所述模数转换单元(300)的输入端。

3.根据权利要求2所述的地球物理数据采集电路，其特征在于：所述第一滤波模块包括第一单刀双掷模拟开关(214)、第二单刀双掷模拟开关(215)、第二滤波器(216)和第三滤波器(217)，所述第一差分放大器(212)的输出端连接所述第一单刀双掷模拟开关(214)的动端，所述第一单刀双掷模拟开关(214)的第一不动端连接所述第二滤波器(216)的输入端，所述第一单刀双掷模拟开关(214)的第二不动端连接所述第三滤波器(217)的输入端，所述第二滤波器(216)的输出端连接所述第二单刀双掷模拟开关(215)的第一不动端，所述第三滤波器(217)的输出端连接所述第二单刀双掷模拟开关(215)的第二不动端，所述第二单刀双掷模拟开关(215)的动端连接所述第一程控增益放大器(213)的输入端。

4.根据权利要求1所述的地球物理数据采集电路，其特征在于：

所述电场信号调理电路包括第四滤波器(221)、第二差分放大器(222)、第二滤波模块和第二程控增益放大器(223)，所述电场传感器的输出端连接所述第四滤波器(221)的输入端，所述第四滤波器(221)的输出端连接第二差分放大器(222)的输入端，所述第二差分放大器(222)的输出端连接所述第二滤波模块的输入端，所述第二滤波模块的输出端连接所述第二程控增益放大器(223)的输入端，所述第二程控增益放大器(223)的输出端连接所述模数转换单元(300)的输入端。

5.根据权利要求4所述的地球物理数据采集电路，其特征在于：所述第二滤波模块包括第三单刀双掷模拟开关(224)、第四单刀双掷模拟开关(225)、第五滤波器(226)和第六滤波器(227)，所述第二差分放大器(222)的输出端连接所述第三单刀双掷模拟开关(224)的动端，所述第三单刀双掷模拟开关(224)的第一不动端连接所述第五滤波器(226)的输入端，所述第三单刀双掷模拟开关(224)的第二不动端连接所述第六滤波器(227)的输入端，所述第五滤波器(226)的输出端连接所述第四单刀双掷模拟开关(225)的第一不动端，所述第六滤波器(227)的输出端连接所述第四单刀双掷模拟开关(225)的第二不动端，所述第四单刀双掷模拟开关(225)的动端连接所述第二程控增益放大器(223)的输入端。

6.根据权利要求1所述的地球物理数据采集电路，其特征在于：所述震动信号调理电路包括阻抗匹配模块(231)和第七滤波器(233)，所述震动传感器的输出端连接阻抗匹配模块(231)的输入端，所述阻抗匹配模块(231)的输出端连接所述第七滤波器(233)的输入端，所述第七滤波器(233)的输出端连接所述模数转换单元(300)的输入端。

7.根据权利要求1所述的地球物理数据采集电路，其特征在于：还包括GPS同步时钟模块(500)，所述主控单元(400)连接所述GPS同步时钟模块(500)。

8.根据权利要求1所述的地球物理数据采集电路，其特征在于：还包括无线通信模块(600)，所述主控单元(400)连接无线通信模块(600)。

9.根据权利要求1所述的地球物理数据采集电路，其特征在于：还包括存储模块(700)，所述存储模块(700)连接所述主控单元(400)。

10.地球物理数据采集装置，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的地球物理数据采集电路。