CN101840008B - 一种多功能地震压电检波器测试仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多功能地震压电检波器测试仪，信号发生器由检波器功能测试信号源发生器，频率控制器连接正弦波信号源发生器构成；数据采集板由模拟/数字转换电路依次连接信号调理电路和双路传感器匹配及测试继电器构成；信号发生器和数据采集板通过FIFO总线接口和PC104总线与PC104嵌入式计算机连接，正弦波信号源发生器通过一个功率放大器与扬声器连接，检波器功能测试信号源发生器与双路传感器匹配及测试继电器连接，双路传感器匹配及测试继电器与置于共振测试箱内的参考晶体或标准检波器和待测检波器连接；扬声器位于共振测试箱的一端；能对电检波器的自然频率、灵敏度、极性、直流电阻、交流阻抗、漏电指标作全面测试和分析。

Description

一种多功能地震压电检波器测试仪
技术领域
本发明涉及一种地震野外数据采集部件中的压电检波器的多功能测试分析仪器。
背景技术
在地震勘探施工中检波器负责对地震勘探的微弱信号进行拾取，检波器的性能直接关系到地震数据采集的质量，因此对检波器进行测试尤为重要。随着石油勘探的区域从陆地向水域不断扩展，作为地震勘探水中传感器的压电检波器的使用越来越多，非常需要对压电检波器的性能定期作全面测试分析。目前使用的压电检波器测试设备只能测试压电检波器的灵敏度(有的能同时测试极性)，不能对其它性能和指标(如频率、直流电阻、交流阻抗、漏电)进行测试和分析，测试参数单一，不能满足地震勘探质量控制的要求。而且各测试设备的测试方法都属于商业秘密，没有公开。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用PC104嵌入式计算机作为主控制和运算部件，结合专用的多功能的测试信号源产生测试场，配合设计的高精度多通道数据采集板，实现对目前常用地震勘探压电检波器的频率、灵敏度、极性、直流电阻、交流阻抗、漏电指标的全面测试和分析，保障和提高海上地震勘探的数据质量的多功能地震压电检波器测试仪。
本多功能地震压电检波器测试仪由共振测试箱、信号发生器、数据采集板、PC104嵌入式计算机和相应的操作和控制系统几部分构成；信号发生器由检波器功能测试信号源发生器，频率控制器连接正弦波信号源发生器构成；数据采集板由模拟/数字转换电路依次连接信号调理电路和双路传感器匹配及测试继电器构成；模拟/数字转换电路、检波器功能测试信号源发生器和频率控制器通过FIFO总线接口和PC104总线与PC104嵌入式计算机连接，正弦波信号源发生器通过一个功率放大器与扬声器连接，检波器功能测试信号源发生器另一端与双路传感器匹配及测试继电器连接，双路传感器匹配及测试继电器输入端与参考晶体或标准检波器和待测检波器连接；扬声器位于共振测试箱的一端，参考晶体或标准检波器和待测检波器置于共振测试箱内。
PC104嵌入式计算机根据不同的测试项目，控制信号发生器产生一个给定频率的测试信号，通过功率放大器驱动扬声器在测试的共振箱内部形成一个恒定的声压场，使置于其内的参考晶体或标准检波器和待测检波器在共振测试箱内部通过空气耦合同时检测到声压，对声场的压力以电压输出的方式响应；同时数据采集板检测到标准检波器和待测检波器的输出，并对检波器的输出信号进行调理，包括滤波、放大和数字化后，通过计算机接口电路送到计算机进行分析和存储记录，计算机通过对标准检波器和待测检波器的数据进行比较和分析，计算出待测检波器的灵敏度等参数值。另外，检波器采集的频率信号反馈给计算机，控制信号发生器的频率微调和锁定，使声场产生一个频率恒定的压力场，来保证测试的精度。
发明的效果
本多功能地震压电检波器测试仪能够对地震勘探用的压电检波器的自然频率、灵敏度、极性、直流电阻、交流阻抗、漏电等指标作全面测试和分析，是目前功能较全面的测试仪；使用Windows XP操作系统，具有友好的图形用户界面，用户操作方便灵活；既能够对压电检波器的上述性能进行详细测试和分析，又能够对检波器好坏进行快速判断。因此，它能更好地满足用户对压电检波器测试的项目越来越多，测试要求和质量控制规范也越来越高的要求。
附图说明
图1多功能地震压电检波器测试仪结构方框图
图2信号发生器和数据采集板原理方框图
图3软件总体功能框架图
图4软件主流程图
具体实施方式
本多功能地震压电检波器测试仪由共振测试箱、信号发生器、数据采集板、PC104嵌入式计算机和相应的操作和控制系统几部分构成；信号发生器由检波器功能测试信号源发生器，频率控制器连接正弦波信号源发生器构成；数据采集板由模拟/数字转换电路依次连接信号调理电路和双路传感器匹配及测试继电器构成；模拟/数字转换电路、检波器功能测试信号源发生器和频率控制器通过FIFO总线接口和PC104总线与PC104嵌入式计算机连接，正弦波信号源发生器通过一个功率放大器与扬声器连接，检波器功能测试信号源发生器另一端与双路传感器匹配及测试继电器连接，双路传感器匹配及测试继电器输入端与参考晶体或标准检波器和待测检波器连接；扬声器位于共振测试箱的一端，参考晶体或标准检波器和待测检波器置于共振测试箱内。
PC104嵌入式计算机模块采用与IBM-PC/AT标准完全兼容的PC/104CPU板(HCM-P3SEV)。它采用高性能、低功耗、嵌入式专用处理器TransmetaTM5800，工作频率可选择PIII级-533/733/933MHz，板上包含DMA控制、在板133MHz DDR内存、64～256M字节DDR内存、固态盘插座并支持DiskOnChip(8-512M)、标准并行口、2个串行口、2个USB接口、PS/2键盘和鼠标接口及10/100M自适应Ethernet接口等。
应用该板作为控制和运算部件，安装Windows XP操作系统，且具有网口和USB接口，方便用户的使用。
应用软件安装在PC104计算机上，由它控制并配合硬件电路，通过数据采集和一系列数据分析处理算法，完成对检波器各项指标的测试。此外，该系统还具有参数设置、数据存储、显示、打印，及系统标定、系统帮助等功能，系统总体功能框架见附图3。系统的主流程图见附图4。主流程描述如下：
程序运行后，首先进行软件和硬件的初始化工作，比如参数的初值设置、寄存器清零等；接着打开数据库文件，如果是一次新的测试，则打开一个空的数据库模板文件，如果是在已有文件基础上测试，则打开该文件的数据库文件；接下来根据用户在界面上勾选的测试项目逐项进行测试，可以自动进行多项测试；进行每一项测试时，软件先判断该项测试要用到的信号源类型，并对硬件发送指令，控制硬件电路产生所需的信号源。接着对模数转换器进行控制，启动数据采集。采集完后按照每种测试的算法对数据进行处理，输出测试结果，并分析数据是否超标，对超标项进行标记，并保存测试结果到数据库中。本次所选的各项测试完成后，以表格或图形的方式展示数据，也可以打印测试结果。用户可以重复进行多批次测试，如果所有测试都结束了，则关闭数据库文件，程序结束。
信号发生器和数据采集板是一块集成了多功能信号发生器的多通道数据采集板。它的主要功能是根据测试项目需要，产生相应的测试信号(包括对漏电测试的直流信号和驱动声场的正弦波信号)，以及对检波器的输出信号进行调理、数字化和采集。它的简化原理框图如图2-4所示。
采集电路采用AD公司的仪表放大器AMP01作为信号调理放大主芯片，采用4通路的12位模数转换器AD7874作为模拟信号的数字化部件。四路输入分别采集标准检波器、待测检波器、声场频率反馈信号和电源信号。信号发生器电路的核心芯片采用Intersil公司生产的函数发生器ICL8038构成压控振荡器，用D/A转换器AD7545提供压控振荡器的控制电压的频率，它使AD584精密电压参考源输出的8.192V按212个台阶衰减，使ICL8038产生相应的输出频率；再用八通路的高性能模拟开关ADG508选通八个不同的电容来控制ICL8038输出所需要的频率段。这样电压控制和电容巧妙的组合就可以实现扫频频率从3Hz-3KHz的步进调整，调整步长可以达到0.1Hz，满足对检波器测试的需求。
系统以共振箱作为测试参考检波器和待测检波器的测试环境，对地震压电检波器的驱动采用空气耦合，在相对密封的声场中进行。由于测试的频率范围较宽，包括次声波部分，因此对共振声场的设计，必须满足驱动和耦合的要求，不仅要使空间结构和密封设计合理，在箱体的隔离材料、扬声器、功率放大器等的设计和选择上需要尽量的宽。例如耦合腔内声场基本均匀，腔内的设计(包括耦合腔)要求具有刚性的边界、腔内部无释压材料以及腔的体积、尺寸等等需要满足测试条件。

Claims (2)

1.一种多功能地震压电检波器测试仪，由共振测试箱、信号发生器、数据采集板、PC104嵌入式计算机和相应的操作和控制系统几部分构成；其特征在于：信号发生器由检波器功能测试信号源发生器、频率控制器、正弦波信号源发生器构成，其中频率控制器连接正弦波信号源发生器；数据采集板由模拟/数字转换电路依次连接信号调理电路和双路传感器匹配及测试继电器构成；模拟/数字转换电路、检波器功能测试信号源发生器和频率控制器通过FIFO总线接口和PC104总线与PC104嵌入式计算机连接，正弦波信号源发生器通过一个功率放大器与扬声器连接，检波器功能测试信号源发生器另一端与双路传感器匹配及测试继电器连接，双路传感器匹配及测试继电器输入端与标准检波器和待测检波器连接；扬声器位于共振测试箱的一端，标准检波器和待测检波器置于共振测试箱内。
2.根据权利要求1所述的一种多功能地震压电检波器测试仪的控制方法，其特征在于：PC104嵌入式计算机根据不同的测试项目，控制信号发生器产生一个给定频率的测试信号，通过功率放大器驱动扬声器在共振测试箱内部形成一个恒定的声压场，使置于其内的标准检波器和待测检波器在共振测试箱内部通过空气耦合同时检测到声压，对声场的压力以电压输出的方式响应；同时数据采集板检测到标准检波器和待测检波器的输出，并对检波器的输出信号进行调理，包括滤波、放大和数字化后，通过计算机接口电路送到计算机进行分析和存储记录，计算机通过对标准检波器和待测检波器的数据进行比较和分析，计算出待测检波器的灵敏度参数值；另外，检波器采集的频率信号反馈给计算机，控制信号发生器的频率微调和锁定，使声场产生一个频率恒定的压力场，来保证测试的精度。
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