一种30位高动态范围数据采集器

摘要

本发明公开了一种30位高动态范围数据采集器，数据采集单元采集原始地震信号后发送至信号处理电路，信号处理电路对原始地震信号进行放大或衰减处理后发送至ADC采样电路，ADC采样电路对原始地震信号进行采集得到数据信号，并发送至判决模块，判决模块根据数据信号大小，生成目标信号并输出；ADC采样电路包括多个ADC模数转化芯片。通过数据采集单元和信号处理电路后进入中间部分重叠在一起的两个24位ADC模数转换芯片中，其两个24位ADC模数转换芯片数据采样重叠部分为中间的16位，高8位及中间16位数据为第一片24位ADC芯片，后8位及中间16位数据为另一24位ADC芯片，动态范围可以达到32位，最后通过判决模块更加精准的选取30位高精度的数据进行采集并记录。

说明书

技术领域

本发明涉及数据采集技术领域，更具体的说是涉及一种30位高动态范围数据采集器。

背景技术

目前，数据采集是在地震探测领域中非常关键的一环，采集信号的精度和优劣程度直接影响到了地震信号的质量和分析的准确性，所以分辨率的高低和动态范围的大小成为了地震探测领域信号采集最为重要的指标。好的分辨率可以获得更为精确的信号数据，这样才能在地震探测中获取到一些微小地震信息，同时提高对大信号的容许度，减少大信号限幅失真的情况；而动态范围表示的是获取的最大输入信号和最小输入信号的跨度。

但是，现代广为使用的地震数据采集器普遍为24位的地震数据采集器，它的动态范围只在135dB左右，也有个别26位或更高位的地震数据采集器，它的动态范围也只能达到150dB左右，而我们所需探测的地震信号范围基本在 160dB以上，其实际精度和动态范围上还远远没有达到最好的探测要求，导致了在实际监测中，地震数据采集器在实际探测过程中对微小地震信息的分辨率不够、信号的动态幅度不够大、信噪比不高等问题出现，还不能有效地提取完整的地震信息，致使在地震研究上也失去了记录完整地震资料的机会。

因此，提供一种30位高动态范围的地震数据采集器，帮助用户获取更大动态范围的地震信号，从而能够掌握并记录更准确的地震资料是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种30位高动态范围数据采集器，通过数据采集单元和信号处理电路后进入中间部分重叠在一起的两个24位ADC模数转换芯片中，其两个24位ADC模数转换芯片数据采样重叠部分为中间的16位，高8位及中间16位数据为第一片24位ADC芯片，后8位及中间16位数据为另一24位ADC芯片，动态范围可以达到32位，最后通过判决模块更加精准的选取30位高精度的数据进行采集并记录。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种30位高动态范围数据采集器，包括：数据采集单元，信号处理电路， ADC采样电路，判决单元；

所述数据采集单元采集原始地震信号后发送至所述信号处理电路，所述信号处理电路对原始地震信号进行放大或衰减处理后发送至所述ADC采样电路，所述ADC采样电路对原始地震信号进行采集得到数据信号，并发送至所述判决模块，所述判决模块根据数据信号大小，生成目标信号并输出；

所述ADC采样电路包括多个ADC模数转化芯片。

优选的，所述信号处理电路包括放大电路和衰减电路，所述衰减电路由三个电阻组成派型衰减器，所述放大电路由两个运算放大器与三个电阻组成。

优选的，所述放大电路的放大系数为16，所述衰减电路的衰减系数为16.

优选的，所述ADC采样电路包括第一ADC模数转化芯片和第二ADC模数转化芯片，所述第一ADC模数转化芯片采集24位数据，包括高8位与低 16位，所述第二ADC模数转化芯片采集24位数据，包括高16位与低8位，所述第一ADC模数转化芯片的低16位与所述第二ADC模数转化芯片的高 16位数据相同。

优选的，所述判决单元接收所述第一ADC模数转化芯片与第二ADC模数转化芯片的数据，判读第一ADC模数转化芯片的高8位是否有值，若有，则将第一ADC模数转化芯片的数据的低位补6个零，完成后输出，若无，则将第二ADC模数转化芯片的数据的高位补6个零，完成后输出。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种30 位高动态范围数据采集器，通过数据采集单元和信号处理电路后进入中间部分重叠在一起的两个24位ADC模数转换芯片中，其两个24位ADC模数转换芯片数据采样重叠部分为中间的16位，高8位及中间16位数据为第一片 24位ADC芯片，后8位及中间16位数据为另一24位ADC芯片，动态范围可以达到32位，最后通过判决模块更加精准的选取30位高精度的数据进行采集并记录。

本申请有益效果为：

1、用两片低位ADC模数转化芯片拼接实现高位数据采集，避免了芯片本身受热噪声限制，无法采集高位数据；

2、解决了对更小信号的捕捉问题。高位AD存在噪声问题，由于它的分辨率较高，因此不能输入太小的信号，受噪声影响无法处理。用两个低位的分别捕捉，解决了最小信号的输入问题；

3、大信号小信号电路双路同时工作，互不影响。小信号输入时，放大电路正常工作，对小信号进行放大处理，也不会对衰减电路产生干扰；大信号进来的时候衰减电路正常工作，对大信号进行衰减处理，而放大电路可能会产生一定的饱和，但不会产生限幅，也不会互相干扰；

4、判决单元有效选取更加精准的30位数据。双路工作后会对两个芯片进行数据校准，中间重叠的16位数据加上各自读取的8位数据可以获得32 位数据，通过判决单元进一步得到精准的30位数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的整体结构框架示意图。

图2为本发明提供的信号处理电路结构示意图。

图3为本发明提供的ADC采样电路结构示意图。

图4为本发明提供的判断流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种30位高动态范围数据采集器，包括：数据采集单元1，信号处理电路2，ADC采样电路3，判决单元4；

数据采集单元1采集原始地震信号后发送至信号处理电路2，信号处理电路2对原始地震信号进行放大或衰减处理后发送至ADC采样电路3，ADC采样电路3对原始地震信号进行采集得到数据信号，并发送至判决模块4，判决模块4根据数据信号大小，生成目标信号并输出；

ADC采样电路3包括多个ADC模数转化芯片。

为进一步优化上述技术方案，信号处理电路2包括放大电路22和衰减电路21，衰减电路21由三个电阻组成派型衰减器，放大电路22由两个运算放大器与三个电阻组成。

为进一步优化上述技术方案，放大电路22的放大系数为16，衰减电路 21的衰减系数为16.

为进一步优化上述技术方案，ADC采样电路3包括第一ADC模数转化芯片31和第二ADC模数转化芯片32，第一ADC模数转化芯片31采集24 位数据，包括高8位与低16位，第二ADC模数转化芯片32采集24位数据，包括高16位与低8位，第一ADC模数转化芯片31的低16位与第二ADC模数转化芯片32的高16位数据相同。

为进一步优化上述技术方案，判决单元4接收第一ADC模数转化芯片31 与第二ADC模数转化芯片32的数据，判读第一ADC模数转化芯片31的高 8位是否有值，若有，则将第一ADC模数转化芯片31的数据的低位补6个零，完成后输出，若无，则将第二ADC模数转化芯片32的数据的高位补6个零，完成后输出。

数据采集单元采集地震原始信号，并将信号发送至信号处理电路，信号处理电路根据地震原始信号的强弱，分别将弱信号发送至放大电路进行放大，将强信号发送至衰减电路进行衰减，且放大电路与衰减电路之间独立进行，互不影响，地震原始信号的输入信号为差分信号，上半部分由三个电阻组成派型衰减器，衰减系数为16，下半部分是由两个运算放大器与三个电阻组成的16倍放大电路，信号处理电路将地震原始信号放大或衰减后，发送至ADC 采样电路，ADC采样电路包括第一ADC模数转化芯片和第二ADC模数转化芯片，同时对地震原始信号进行采集，该两片24位的ADC模数转换芯片重叠采集部分为32位数据的中间16位，高8位及中间16位数据信号由第一片 24位ADC模数转换芯片进行测量，后8位及中间16位数据信号由另一片24 位ADC模数转换芯片进行测量，因而中间16位数据会由两个ADC同时进行数据的采集。原始地震信号通过信号处理电路进入到两片ADC芯片，形成两路24位数据信号，该信号发送至判决单元。

判决单元根据输入信号大小，形成最终的30位信号。两路24位数据信号进入判决单元，根据高八位是否有值的情况，如果有，则选择含高八位的 ADC模数转化芯片作为24位输出，低位补六个零，如果没有，则选择另一个 ADC模数转化芯片输出，高位补六个零，形成30位数据。

上述内容仅为本申请公开的一种实施例，本专利的放大与衰减的倍数不限于16位，采用的ADC模数转化芯片也不限于24位，该结构可以用于更大动态范围或用低成本实现高动态的应用，芯片厂家也可用将此专利集成到芯片中。

本申请有益效果为：

5、用两片低位ADC模数转化芯片拼接实现高位数据采集，避免了芯片本身受热噪声限制，无法采集高位数据；

6、解决了对更小信号的捕捉问题。高位AD存在噪声问题，由于它的分辨率较高，因此不能输入太小的信号，受噪声影响无法处理。用两个低位的分别捕捉，解决了最小信号的输入问题；

7、大信号小信号电路双路同时工作，互不影响。小信号输入时，放大电路正常工作，对小信号进行放大处理，也不会对衰减电路产生干扰；大信号进来的时候衰减电路正常工作，对大信号进行衰减处理，而放大电路可能会产生一定的饱和，但不会产生限幅，也不会互相干扰；

8、判决单元有效选取更加精准的30位数据。双路工作后会对两个芯片进行数据校准，中间重叠的16位数据加上各自读取的8位数据可以获得32 位数据，通过判决单元进一步得到精准的30位数据。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。