多参数地震检波器测试仪关键技术研究

摘要

地震检波器是矿产资源勘探技术中重要的组成部分,其性能的优劣直接决定勘探结果的准确性,这对地震检波器的性能提出了非常严格的要求。多数生产地震检波器的企业致力于各种检波器的研发,已有多种地震检波器产品。目前的检波器测试仪器已经不能满足市场需求,本文针对宽频检波器的测试仪进行了研究。设计中考虑到传统检波器的测试,所研究的测试仪具有两种检波器的测试功能。课题的关键技术包括:①对宽频检波器进行理论分析、模型建立和测试方法的研究,结合宽频检波器的特点,实现两种检波器参数的测试;②测试方法的改进:采用差分技术实现失真度测试电路设计,使测试精度达到万分之一。③对通信方式进行分析,选用短距离传输效率较高的串口通信技术,编写上位机串口驱动程序以及完成下位机串口电路的设计,实现两级数据的传输。
　　地震检波器的主要参数有:直流电阻、自然频率、阻尼、灵敏度和失真度。本课题将参数的测试分为两部分:(1)通过激励源的双通道输出差模正弦波,然后对通过检波器后的正弦激励信号进行采集,由单片机以串口通信的方式将采集得到的数据上传上位机,进行FFT变换及算法处理,得到失真度;(2)激励源的单通道输出稳定的直流电平,通过切换开关,先实现电压测试,再实现直流电阻测试,采用单片数模转换芯片DAC1282产生直流和交流激励信号进行参数的测试,测试结果通过上位机PC端Visual Studio2012的用户显示界面进行显示。本论文完成的主要任务有四个:
　　第一,建立数学模型,分析地震检波器各项参数的计算方法,讨论各参数的测试原理以及测试方法。对地震检波器的关键技术进行可行性分析,从理论上找出以上四项关键技术的可行性方案后,对其进行电路设计。
　　第二,构建总体设计模型,对多参数测试仪的硬件电路部分进行分析、设计以及PCB板的制作。微处理器采用TI公司研制的MSP430F5438a单片机,应用其Flash内存大的特点完成对数据的存储。激励源采用DAC1282完成直流电压和交流电压的信号产生,采用全差分设计方式的数据采集板ADS1282完成信号的采集。
　　第三,对测试仪软件部分进行设计和调试。软件部分包括下位机软件和上位机软件。完成了单片机程序、上下位机两级串口通信程序和上位机部分程序的编写工作。
　　第四,完成了对地震检波器测试系统的性能测试。通过对过阻尼和欠阻尼的地震检波器参数的测试,符合检波器测试仪国家标准,并且测试仪的准确性、重复性和抗干扰等各项性能指标良好。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 地震检波器测试仪的国内外发展现状

1．3 地震检波器测试仪发展方向

1．3．1 基于单片机设计的测试仪概述

1．3．3 未来地震检波器测试仪发展方向

1．4 课题的研究内容

2 地震检波器的工作原理和测试方法

2．1 地震检波器的结构及工作原理

2．2 地震检波器的基本参数及特点

2．3 地震检波器数学模型分析

2．4 地震检波器的测量原理和测量方法

3 测试仪总体方案和关键技术设计

3．1 传统检波器的参数计算方法

3．2 多参数地震检波器测试仪总体设计

3．3 多参数地震检波器测试仪关键技术分析与设计

3．3．1 宽频地震检波器主要参数计算

3．3．2 失真度测试方法的可行性分析

3．4 本章小结

4 多参数地震检波器测试仪的硬件电路设计

4．1 前置模块

4．1．1 开关逻辑电路

4．1．2 电压跟随器

4．2 信号发生模块设计

4．2．1 DAC1282内部结构

4．2．2 直流激励信号源设计

4．2．3 交流激励信号源设计

4．2．4 电阻测试电路设计

4．3．2 OPA1632信号匹配电路

4．3．3 DAC1282直流输出信号处理电路

4．4 通信模块设计

4．5 数据采集系统

4．5．1 ADS1282芯片

4．5．2 ADS1282噪声特性

4．5．3 ADS1282数据采集板

4．5．4 数据采集板接口设计

4．6 电源供电系统设计

4．7 控制系统设计

4．8 PCB电路板设计

4．9 本章小结

5 多参数地震检波器测试仪软件设计

5．1 测试仪软件总体设计

5．2 信号源激励程序设计

5．2．1 DAC1282寄存器配置

5．2．2 直流电压激励程序

5．2．3 交流电压激励程序

5．3 数据采集程序设计

5．3．2 采样函数

5．4 FLASH存储程序设计

5．5 通信程序设计

5．5．1 串口程序设计

5．5．2 SPI程序设计

5．6 上位机软件设计

5．7 本章小结

6 系统测试及结果分析

6．1 测试仪参数标准

6．2 结果分析

6．2．1 直流参数结果分析

6．2．2 交流参数结果分析

7 总结与展望

参考文献

致谢