CN109188509B - 一种检波器低频补偿电路、前置放大电路及其检波器电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于本发明涉及地震勘探领域，尤其涉及一种检波器低频补偿电路、前置放大电路及其检波器电路。本发明通过利用放大器反馈回路来实现不同频率下的不同增益及利用独立于放大器的补偿电路实现不同频率下的不同衰减来分别达到低频补偿的目的，即对各种原因造成的不足的低频信息进行补偿，从而提高地震勘探资料的成像效果和精度，并有效提升勘探目的层的深度。

Description

一种检波器低频补偿电路、前置放大电路及其检波器电路

技术领域

本发明涉及地震勘探领域，尤其涉及一种检波器低频补偿电路、前置放大电路及其检波器电路。

背景技术

在地震勘探系统中，检波器承担将接受的地层震动波转换为电信号输出的任务，来自震源激发产生的地震波，向地层深处传播，并将带有地层信息的反射波传递到地面检波器进行接受，检波器完成震动能量的机电转换。转换的电信号经过放大整理后，输出到后续采集站和地震仪进行存储和分析。震源激发一般采取炸药或人工震源车，受物理特征和条件限制，造成所激发能量频谱中低频部分的先天不足，以及震动信号向地层传递过程中低频信号的损失，加之检波器自身接受低频信号的部分衰减，造成检波器接受并传递给地震仪的信号中，相对于中频和高频分量，低频信息分量的明显不足，这会直接影响地震勘探资料的成像水平和地层面貌的真实反映。由于地震信号在地层深处传递时，高频信息随着传递深度增加衰减较快，低频信息更是在深层勘探中起主要作用，因而低频信息的缺失会影响深层目的层的勘探效果。

具体的，在现有技术中，检波器信号通路部分主要组成结构如图2所示，其中的机芯单元作为起震单元，可采用磁电、压电传感、容差、光栅等传感原理，完成震动信号的接收，并将震动信号转换成电信号，前置放大器完成阻抗变换及放大功能，将机芯单元输出的震动电信号全频域接收并放大，以得到后续采集和地震分析需要的全频域信号。由于震源激发的频谱特征和激发能量的限制，以及地层各种物质和介质对震动信号各频率分量不同程度的衰减，使得地层反射波到达机芯的信号能量往往较弱，信号处理电路中前置放大电路承担对弱信号的放大任务，也即提供一定的电路增益。但信号处理电路的电路需求特征，特别是为了抑制零点漂移和干扰设置的滤波电路，同时对信号频率分量，特别是低频信息形成一定的衰减。

前置放大电路采用改进的全差分同相差分输入和差分输出的仪表放大器电路，主要部分原理如图3所示，其中，机芯单元可采用磁电、压电传感、容差、光栅等传感原理，将震动信号转换为电信号输入到前置放大器的输入端，第一电阻R1和第二电阻R2为前置放大器的输入电阻电路，为第一运算放大器A1和第二运算放大器A2提供必须的工作条件；第一运算放大器A1和第二运算放大器A2及第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5构成放大单元电路，第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5为该放大电路的负反馈回路，且R3＝R4(下面计算公式忽略R4)，前置放大器提供一定的放大增益，以放大由机芯单元转换而来的电信号；增益放大倍数A：

A＝1+2R3/R5公式1

第一电容C1、第二电容C2和第六电阻R6构成平衡式的高通(低切)滤波电路，目的是滤除信号中的零点漂移直流分量。尽管截止频率设置较低，仍对信号低端频率频谱造成一定影响。

如机芯单元采用压电传感，则机芯单元具有容性特征。容性的传感单元与输入电阻形成一级高通(低切)滤波电路。那么第一电容C1、第二电容C2和第六电阻R6就形成第二级高通(低切)滤波电路，两级高通滤波电路对整个检波器的低频频谱特性造成一定的影响，检波器整机频谱曲线如图4，图中，三条曲线为三种设计为不同高通截止频率的检波器频谱曲线，从图中可看出，检波器本身在低频信息的接受上存在一定的衰减。如加上震源激发的低频缺失和地层信号传输的低频损耗，整个系统低频能量收到较大的影响。

要获得需要的真实反映地层信息的低频分量，就必须把信号传输过程中造成的低频分量衰减进行一定的补偿，以抵消已经形成而目前无法避免的衰减。因而，需要在检波器电路中加入低频补偿电路，来弥补以上所述低频的缺失。

发明内容

本发明的目的是提供一种对各种原因造成的不足的低频信息进行补偿，从而提高地震勘探资料的成像效果和精度，并有效提升勘探目的层的深度的检波器低频补偿电路。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种检波器低频补偿电路，它至少包括：一电阻和一电容，该电阻与该电容串联，并与所需补偿的检波器前置放大电路的反馈回路并联。

所述的前置放大电路包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5；第一电阻R1与第二电阻R2串联并接地，连接于第一运算放大器A1和第二运算放大器A2的同相输入端；所述的第一运算放大器A1的同相输入端和第二运算放大器A2的同相输入端分别连接机芯单元的电压输出端；第一运算放大器A1的反相输入端连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接第一运算放大器A1的输出端；第二运算放大器A2的反相输入端连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接第二运算放大器A2的输出端；第一运算放大器A1的反相输入端通过第五电阻R5连接第二运算放大器A2的反相输入端；所述电阻包括第七电阻R7和第八电阻R8，电容包括第三电容C3和第四电容C4，第七电阻R7和第三电容C3串联后与第三电阻R3并联，跨接于第一运算放大器A1的反向输入端和输出端；第八电阻R8和第四电容C4串联后与第四电阻R4并联，跨接于检波器的第二运算放大器A2的反向输入端和输出端。

所述的第三电阻R3和第四电阻R4相等，第三电容C3与第四电容C4相等；所述的前置放大电路采用全差分放大器电路。

所述的电阻包括第七电阻R7、第八电阻R8以及第九电阻R9，所述电容为第三电容C3；所述的第九电阻R9和第三电容C3串联后与第七电阻R7和第八电阻R8的输出端相接，第七电阻R7和第八电阻R8的输入端分别与前置放大电路的两个输出端连接。

所述的第七电阻R7和第八电阻R8相等。

所述的机芯单元采用磁电、压电传感、容差、光栅传感原理。

一种具有低频补偿电路的检波器前置放大电路，包括权利要求2或3所述的低频补偿电路。

一种具有低频补偿电路的检波器前置放大电路，包括权利要求4所述的低频补偿电路。

一种检波器电路，至少包括机芯单元、前置放大器、高通滤波电路和后续滤波及数据采集电路；高通滤波电路的两个输出端分别与后续滤波及数据采集电路的输入端连接，还包括如权利要求6或7所述的具有低频补偿电路的检波器前置放大电路，机芯单元的两个输出端分别与前置放大器的输入电阻电路连接后与所述的前置放大电路的两个同相输入端连接，前置放大电路的两个输出端分别与高通滤波电路的两个输入端连接。

所述的前置放大器的输入电阻电路由第一电阻R1和第二电阻R2构成，第一电阻R1和第二电阻R2串联并接地；所述的高通滤波电路由第一电容C1、第二电容C2和第六电阻R6构成，第一电容C1和第二电容C2的输入端分别与前置放大电路的两个输出端连接，第六电阻R6的两端分别与第一电容C1和第二电容C2的输出端连接。

有益效果：本发明通过利用放大器反馈回路来实现不同频率下的不同增益来达到低频补偿的目的及利用独立于放大器的补偿电路实现不同频率下的不同衰减来达到低频补偿的目的，即对各种原因造成的不足的低频信息进行补偿，从而提高地震勘探资料的成像效果和精度，并有效提升勘探目的层的深度。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明在前置放大电路中增设低频补偿电路示意图；

图2是检波器信号通路部分主要组成结构示意图；

图3是前置放大电路主要部分原理图；

图4是不同下限频率的检波器接受信号比较示意图；

图5是经在前置放大电路中增设低频补偿电路补偿后的增益曲线图；

图6是补偿前电路频谱特征示意图；

图7是前置放大电路后增设低频补偿电路示意图；

图8是经在前置放大电路后增设的低频补偿电路补偿后的增益曲线图；

图9是两种方式的低频补偿电路的检波器整机频谱示意图。

图中，R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；R5-第五电阻；R6-第六电阻；R7-第七电阻；R8-第八电阻；R9-第九电阻；C-1第一电容；C2-第二电容；C3-第三电容；A1-第一运算放大器；A2-第二运算放大器。

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的一部分实施例，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。

实施例一：

如图1所示的一种检波器低频补偿电路，一种检波器低频补偿电路，它至少包括：一电阻和一电容，该电阻与该电容串联，并与所需补偿的检波器前置放大电路的反馈回路并联。

优选的是所述的前置放大电路包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5；第一电阻R1与第二电阻R2串联并接地，连接于第一运算放大器A1和第二运算放大器A2的同相输入端；所述的第一运算放大器A1的同相输入端和第二运算放大器A2的同相输入端分别连接机芯单元的电压输出端；第一运算放大器A1的反相输入端连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接第一运算放大器A1的输出端；第二运算放大器A2的反相输入端连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接第二运算放大器A2的输出端；第一运算放大器A1的反相输入端通过第五电阻R5连接第二运算放大器A2的反相输入端；所述电阻包括第七电阻R7和第八电阻R8，电容包括第三电容C3和第四电容C4，第七电阻R7和第三电容C3串联后与第三电阻R3并联，跨接于第一运算放大器A1的反向输入端和输出端；第八电阻R8和第四电容C4串联后与第四电阻R4并联，跨接于检波器的第二运算放大器A2的反向输入端和输出端。

优选的是所述的第三电阻R3和第四电阻R4相等，第三电容C3与第四电容C4相等；所述的前置放大电路采用全差分放大器电路。

在实际使用时，为了获得需要的真实反映地层信息的低频分量，就必须把信号传输过程中造成的低频分量衰减进行一定的补偿，以抵消已经形成而目前无法避免的衰减。本实施例在前置放大电路中增加了低频补偿电路，即在放大器的负反馈回路中，增加第七电阻R7和第三电容C3、第八电阻R8和第四电容C4，与原有的第三电阻R3、第四电阻R4一起构成补偿电路。

机芯单元完成震动信号转换为电信号，输入至前置放大器，与第一运算放大器A1和第二运算放大器A2的同相输入端相接，第一电阻R1和第二电阻R2组成输入阻抗电路，第一电阻R1和第二电阻R2相接并接地，分别与机芯输出端和第一运算放大器A1和第二运算放大器A2的同相输入端相接。第三电阻R3、第七电阻R7和第三电容C3、第四电阻R4、第八电阻R8和第四电容C4与第五电阻R5一起构成带低频补偿电路的放大器负反馈电路。第七电阻R7和第三电容C3串联后与第三电阻R3并联，跨接于第一运算放大器A1的反相输入端和输出端；第八电阻R8和第四电容C4串联后与第四电阻R4并联，跨接于第二运算放大器A2的反相输入端和输出端；第五电阻R5连接第一运算放大器A1和第二运算放大器A2的反相输入端。第一运算放大器A1和第二运算放大器A2的输出分别与第一电容C1、第二电容C2和第六电阻R6构成的高通滤波器相接。滤波器输出到后续的其他滤波电路和数据采集电路。

第七电阻R7、第三电容C3和第三电阻R3，第八电阻R8、第四电容C4和第四电阻R4与第五电阻R5构成带有低通放大的增益电路，由于电容容抗值随频率变化，反馈回路部分的电抗随之变化，根据增益计算公式1而知，其增益随也将不同频率而改变，其补偿后的增益曲线如图5：横坐标为频率f，纵坐标为电压V

由于第一电容C1、第二电容C2和第六电阻R6模拟高通滤波电路的存在，以及容性的机芯的影响，电路自身造成部分低频的缺失，电路频谱特征如图6。

f1和f2为增强部分，也就是我们需要的补偿部分。而且是0dB基础上的补偿。

通过调节第三电阻R3、第七电阻R7和第三电容C3、第四电阻R4、第八电阻R8和第四电容C4的数值，可设置不同频段的补偿和相应需要的补偿强度。通过调节第五电阻R5的数值，可以调节整个电路增益放大倍数。

电路中的所有电阻均可选用0.1％精度的碳膜电阻，电容均可选用X7R材质电容，运算放大器可选用OPA333。机芯单元可采用磁电、压电传感、容差、光栅等传感原理。

此种方式是通过不同频率下的不同增益来实现低频补偿。

在实际使用中，放大器可以为其他类型的放大电路，如反相或同相输入放大器，差分或非差分放大器，都同样可以通过负反馈回路加入补偿电路，改变不同频率下的增益实现低频的补偿。低频补偿电路可以是平衡(对称)式的电路，也可以是不平衡(不对称)式的电路。

实施例二

如图7所示的一种检波器低频补偿电路，与实施例一不同之处在于：所述电阻包括第七电阻R7、第八电阻R8以及第九电阻R9，所述电容为第三电容C3；所述的第九电阻R9和第三电容C3串联后与第七电阻R7和第八电阻R8的输出端相接，第七电阻R7和第八电阻R8的输入端分别与前置放大电路的两个输出端连接。

优选的是所述的第七电阻R7和第八电阻R8相等。

在实际使用时，在前置放大器差分输出后的电路中，增加第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第三电容C3电路，第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第三电容C3构成一阶低通滤波电路，成为我们需要的低频补偿电路。

机芯单元完成震动信号转换为电信号，输入至第一运算放大器A1和第二运算放大器A2的同相输入端。第一电阻R1和第二电阻R2组成输入阻抗电路，第一电阻R1和第二电阻R2串接并接地，第一电阻R1和第二电阻R2分别与机芯输出端和第一运算放大器A1和第二运算放大器A2的输入同相端相接。第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5构成放大器负反馈电路。第一运算放大器A1、第二运算放大器A2输出信号输出至第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第三电容C3组成的低频补偿电路，第九电阻R9和第三电容C3串联后与第七电阻R7、第八电阻R8相接。补偿电路输出至第一电容C1、第二电容C2和第六电阻R6构成的高通滤波电路，以滤除零点直流漂移分量。高通滤波电路后，连接其他滤波电路和后续数据采集电路。

第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第三电容C3构成的低通滤波电路组成的补偿电路，由于C3电容的容抗随信号频率变化，因而，第九电阻R9与第三电容C3串联后的电抗也将随频率而改变，与第七电阻R7、第八电阻R8一起构成的低通滤波参数也将随频率而改变。也就实现了对信号不同频率下的不同衰减。由于第九电阻R9的存在，让衰减不归零，以保证未补偿高频信息的接受和传输，如图8所示。从图8所示的频谱特征与图5相似，也就是说，完全能达到实施例一所示的低频补偿的效果。

由于第一电容C1、第二电容C2和第六电阻R6模拟高通滤波电路的存在，以及容性的机芯的影响，电路自身造成部分低频的缺失，电路频谱特征与图6相同；如图6所示，f1和f2为增强部分，也就是我们需要的补偿部分。通过调节第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第三电容C3的数值，可设置不同频段的补偿和相应需要的补偿强度。通过调节第五电阻R5的数值，可以调节整个电路增益放大倍数。

在实际使用中，放大器可以为其他类型的放大电路，如反向或同相输入放大器，差分或非差分放大器，都同样可以独立于这些放大器，设置补偿电路，改变不同频率下的衰减来实现低频的补偿。低频补偿电路可以是平衡(对称)式的电路，也可以是不平衡(不对称)式的电路。

实施例一和实施例二所示的两种低频补偿电路，其加入低频补偿电路的检波器整机频谱如图9所示，从图9中可见f1-f2频率段得到了补偿，实现了检波器低频补偿的目的。

实施例三

一种检波器电路，至少包括机芯单元、前置放大器、高通滤波电路和后续滤波及数据采集电路；高通滤波电路的两个输出端分别与后续滤波及数据采集电路的输入端连接，还包括具有低频补偿电路的检波器前置放大电路，机芯单元的两个输出端分别与前置放大器的输入电阻电路连接后与所述的前置放大电路的两个同相输入端连接，前置放大电路的两个输出端分别与高通滤波电路的两个输入端连接。

优选的是所述的前置放大器的输入电阻电路由第一电阻R1和第二电阻R2构成，第一电阻R1和第二电阻R2串联并接地；所述的高通滤波电路由第一电容C1、第二电容C2和第六电阻R6构成，第一电容C1和第二电容C2的输入端分别与前置放大电路的两个输出端连接，第六电阻R6的两端分别与第一电容C1和第二电容C2的输出端连接。

在实际使用时，利用具有低频补偿电路的检波器前置放大电路，即对各种原因造成的不足的低频信息进行补偿，从而提高地震勘探资料的成像效果和精度，并有效提升勘探目的层的深度。

综上所述，本发明通过利用放大器反馈回路来实现不同频率下的不同增益来达到低频补偿的目的及利用独立于放大器的补偿电路实现不同频率下的不同衰减来达到低频补偿的目的，即对各种原因造成的不足的低频信息进行补偿，从而提高地震勘探资料的成像效果和精度，并有效提升勘探目的层的深度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种检波器低频补偿电路，其特征是，它至少包括：一电阻和一电容，该电阻与该电容串联，并与所需补偿的检波器前置放大电路的反馈回路并联；

所述的前置放大电路包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5；第一电阻R1与第二电阻R2串联并接地，连接于第一运算放大器A1和第二运算放大器A2的同相输入端；所述的第一运算放大器A1的同相输入端和第二运算放大器A2的同相输入端分别连接机芯单元的电压输出端；第一运算放大器A1的反相输入端连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接第一运算放大器A1的输出端；第二运算放大器A2的反相输入端连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接第二运算放大器A2的输出端；第一运算放大器A1的反相输入端通过第五电阻R5连接第二运算放大器A2的反相输入端；所述电阻包括第七电阻R7和第八电阻R8，电容包括第三电容C3和第四电容C4，第七电阻R7和第三电容C3串联后与第三电阻R3并联，跨接于第一运算放大器A1的反相输入端和输出端；第八电阻R8和第四电容C4串联后与第四电阻R4并联，跨接于检波器的第二运算放大器A2的反相输入端和输出端；

所述电阻包括第七电阻R7、第八电阻R8以及第九电阻R9，所述电容为第三电容C3；所述的第九电阻R9和第三电容C3串联后与第七电阻R7和第八电阻R8的输出端相接，第七电阻R7和第八电阻R8的输入端分别与前置放大电路的两个输出端连接。

2.如权利要求1所述的一种检波器低频补偿电路，其特征在于：所述的第三电阻R3和第四电阻R4相等，第三电容C3与第四电容C4相等；所述的前置放大电路采用全差分放大器电路。

3.根据权利要求1所述的一种检波器低频补偿电路，其特征是，所述的第七电阻R7和第八电阻R8相等。

4.如权利要求1所述的一种检波器低频补偿电路，其特征在于：所述的机芯单元采用磁电、压电传感、容差、光栅传感原理。

5.一种具有低频补偿电路的检波器前置放大电路，其特征是：包括权利要求1所述的低频补偿电路。

6.一种检波器电路，至少包括机芯单元、前置放大器、高通滤波电路和后续滤波及数据采集电路；高通滤波电路的两个输出端分别与后续滤波及数据采集电路的输入端连接，其特征在于：还包括如权利要求5所述的具有低频补偿电路的检波器前置放大电路，机芯单元的两个输出端分别与前置放大器的输入电阻电路连接后与所述的前置放大电路的两个同相输入端连接，前置放大电路的两个输出端分别与高通滤波电路的两个输入端连接。

7.如权利要求6所述的一种检波器电路，其特征在于：所述的前置放大器的输入电阻电路由第一电阻R1和第二电阻R2构成，第一电阻R1和第二电阻R2串联并接地；所述的高通滤波电路由第一电容C1、第二电容C2和第六电阻R6构成，第一电容C1和第二电容C2的输入端分别与前置放大电路的两个输出端连接，第六电阻R6的两端分别与第一电容C1和第二电容C2的输出端连接；且第一电容C1和第二电容C2相等。