CN110007338A - 一种压电地震检波器信号调理电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电地震检波器信号调理电路，本发明包括低功耗前置放大电路、温度补偿电路、增益控制及差动驱动电路、防雷击输出电路。本发明的压电陶瓷片振动变形产生的电信号经过低功耗前置放大电路放大，进入温度补偿电路保真，通过增益控制及差动驱动电路进行增益调整、差动输出处理后，通过防雷击输出电路输出。本发明具有简单可靠、功耗低、温度补偿、增益可控、抗干扰强、防雷击的优点。在保持压电传感器输出特性的前提下实现了地震检波器的各项要求。

Description

一种压电地震检波器信号调理电路

技术领域

本发明涉及检波器技术领域，具体涉及一种压电地震检波器信号调理电路。

背景技术

在地震勘探系统中，检波器承担着将地层震动波转换为电信号输出的任务，来自真元穿红色呢过的地震波，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收并进行机电转换为电信号，所以检波器需要接收地层深处传来的地震波弱信号，这就要求检波器的具备良好的灵敏度。检波器内部主要包括机芯起振单元和信号处理电路，随着石油地震勘探技术的发展，压电式地震检波器得到越来越多的应用，其信号调理电路的性能对该检波器的性能有较大的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种提高检波器性能的压电地震检波器信号调理电路。

为了解决上述问题，本发明包括低功耗前置放大电路、温度补偿电路、增益控制及差动驱动电路和防雷击输出电路；

所述的低功耗前置放大电路用于对压电陶瓷震动产生的电信号进行放大；

所述的温度补偿电路对接收低功耗前置放大电路的放大信号进行保真；

所述的增益控制及差动驱动电路用于对温度补偿电路的保真信号进行增益调整及差动处理；

所述的防雷击输出电路用于对增益控制及差动驱动电路的调整及差动信号进行保护输出。

作为优化，本发明所述的低功耗前置放大电路为缓冲放大电路，所述的压电陶瓷震动产生的电信号连接在缓冲放大电路的正极输入端，缓冲放大电路的输出端作为低功耗放大电路的输出端。

作为优化，本发明所述的温度补偿电路包括第一反相放大电路和热敏电阻，所述热敏电阻的一端连接低功耗前置放大电路的输出端，热敏电阻的另一端通过第一电阻连接在第一反相放大电路的负极输入端，第一反相放大电路的输出端与其负极输入端之间通过第二电阻连接，第一反相放大电路的正极接地，第一反相放大电路的输出端作为温度补偿电路的输出端。

作为优化，本发明所述的增益控制及差动驱动电路包括第二反相放大电路和第三反相放大电路，所述的第二反相放大电路的负极输入端通过可调电阻和第三电阻连接在温度补偿电路的输出端，第二反相放大电路的输出端与其负极输入端之间通过第四电阻连接，所述的第三反相放大电路的负极输入端与第二反相放大电路的输出端之间通过第五电阻连接，第三反相放大电路与其负极输入端之间通过第六电阻连接，第二反相放大电路的正极输入端与第三反相放大电路的正极输入端均接地，第二反相放大电路的输出端作为增益控制及差动驱动电路的第一输出端，第三反相放大电路的输出端作为增益控制及差动驱动电路的第二输出端。

作为优化，本发明所述的防雷击输出电路包括一条由若干稳压二极管串联的第一稳压电路和一条由若干放电管串联的第二稳压电路，第一稳压电路的两端与第二稳压电路的两端均接地，第一稳压电路与第二稳压电路之间设置有保险丝，第一稳压电路与增益控制及差动驱动电路的输出端连接，第二稳压电路上设置有防雷击电路的输出端。

作为优化，本发明所述的第一稳压电路上的稳压二极管设置有三个，第二稳压电路上的放电管也设置有三个，所述的保险丝连接在两个，所述的保险丝的一端连接在第一稳压电路的相邻稳压二极管之间，保险丝的另一端连接在第二稳压电路的相邻放电管之间，保险丝的一端连接增益控制及差动驱动电路的输出端，保险丝的另一端作为防雷击电路的输出端。

作为优化，本发明所述的保险丝均为自恢复保险丝。

本发明的有益效果是：本发明的压电陶瓷片振动变形产生的电信号经过低功耗前置放大电路放大，进入温度补偿电路保真，通过增益控制及差动驱动电路进行增益调整、差动输出处理后，通过防雷击输出电路输出。且温度补偿电路可补偿压电敏感器件随环境温度变化导致的漂移，增益控制及差动驱动电路增益可控，差动驱动加大振幅，防雷击输出电路抗雷击、抗干扰性强，起到保护后级电路的效果。本发明具有简单可靠、功耗低、温度补偿、增益可控、抗干扰强、防雷击的优点。在保持压电传感器输出特性的前提下实现了地震检波器的各项要求。

附图说明

图1为本发明的结构组成示意图；

图2为本发明的低功耗前置放大电路的电路结构示意图；

图3为本发明的温度补偿电路的电路结构示意图；

图4为本发明的增益控制及差动驱动电路的电路结构示意图；

图5为本发明防雷击输出电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示的一种压电地震检波器信号调理电路，包括低功耗前置放大电路、温度补偿电路、增益控制及差动驱动电路和防雷击输出电路；所述的低功耗前置放大电路用于对压电陶瓷震动产生的电信号进行放大；所述的温度补偿电路对接收低功耗前置放大电路的放大信号进行保真；所述的增益控制及差动驱动电路用于对温度补偿电路的保真信号进行增益调整及差动处理；所述的防雷击输出电路用于对增益控制及差动驱动电路的调整及差动信号进行保护输出。压电陶瓷片Y振动变形产生的电信号经过低功耗前置放大电路放大，进入温度补偿电路保真，通过增益控制及差动驱动电路进行增益调整、差动输出处理后，通过防雷击输出电路输出。

如图2所示，本实施例所述的低功耗前置放大电路为缓冲放大电路A1，即缓冲放大电路A1的输出端与其负极输入端相连接，所述的压电陶瓷Y震动产生的电信号连接在缓冲放大电路A1的正极输入端，缓冲放大电路A1的输出端作为低功耗放大电路的输出端。

如图3所示，本实施例所述的温度补偿电路包括第一反相放大电路A2和热敏电阻R2，所述热敏电阻R2的一端连接在缓冲放大电路A1的输出端，热敏电阻R2的另一端通过第一电阻R3连接在第一反相放大电路A2的负极输入端，第一反相放大电路A2的输出端与其负极输入端之间通过第二电阻R4连接，第一反相放大电路A2的正极接地，第一反相放大电路A2的输出端作为温度补偿电路的输出端。温度补偿电路可补偿压电敏感器件随环境温度变化导致的漂移。当温度升高时，压电陶瓷片Y输出电压减小，信号变弱。电阻R2选用负温度系数的热敏电阻，温度升高时，阻值减小。电信号经过第一反相放大器A2的放大倍数k= -R4/(R2+R3) ，电阻R2阻值减小，放大倍数K增大，中和了因温度变化导致的信号变弱。选用与压电片温度配比合适的热敏电阻R2，可以保证输出电压稳定。

如图4所示，本实施例所述的增益控制及差动驱动电路包括第二反相放大电路A3和第三反相放大电路A4，所述的第二反相放大电路A3的负极输入端通过可调电阻R6和第三电阻R5连接在第一反相放大电路A2的输出端，第二反相放大电路A3的输出端与其负极输入端之间连接有第四电阻R7，所述的第三反相放大电路A4的负极输入端与第二反相放大电路A3的输出端之间通过第五电阻R8连接，第三反相放大电路A4与其负极输入端之间通过第六电阻连接R9，第二反相放大电路A3的正极输入端与第三反相放大电路A4的正极输入端均接地，第二反相放大电路A3的输出端作为增益控制及差动驱动电路的第一输出端，第三反相放大电路的输出端作为增益控制及差动驱动电路的第二输出端。第二反相放大器A3的输出信号经过第三反相放大器A4二次反相放大，两路信号幅值反相，形成差动输出电路，加大振幅。

如图5所示，本实施例所述的防雷击输出电路包括一条由若干稳压二极管串联的第一稳压电路和一条由若干放电管串联的第二稳压电路，所述的二极管择优选择设置为三个，所述的放电管也择优选择设置为三个，第一稳压电路的两端与第二稳压电路的两端均接地，第一稳压电路与第二稳压电路之间设置有保险丝，所述的保险丝设置有两条，分别为R10何R11，保险丝R10和R11均为自恢复保险丝。保险丝R10的一端连接在第一稳压电路的稳压二极管D1与稳压二极管D2之间，保险丝R10的另一端连接在第二稳压电路的放电管Z1与放电管Z2之间，保险丝R11的一端连接在第一稳压电路的稳压二极管D2与稳压二极管D3之间，保险丝R11的另一端连接在第二稳压电路的放电管Z2与放电管Z3之间，两个保险丝的靠近第一稳压电路的一端分别连接增益控制及差动驱动电路的第一输出端与第二输出端，两个保险丝的靠近第二稳压电路的一端分别作为防雷击输出电路的两个输出端。电路正常工作时保险丝R10、R11的阻值很小，使得经过保险丝R10和保险丝R11的压降很小，当电路出现过流使它温度升高时，阻值急剧增大几个数量级，使电路中的电流减小到安全值以下，从而使后面的电路得到保护，过流消失后自动恢复为低阻值，免除电流保险丝经常更换的麻烦。当雷击时，放电管Z1、放电管Z2、放电管Z3两极间的电压足够大，极间间隙将被放电击穿，由原来的绝缘状态转化为导电状态，类似短路。导电状态下两极间维持的电压很低，一般在20〜50 V之间，因此可以起到保护后级电路的效果。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种压电地震检波器信号调理电路，其特征在于：包括低功耗前置放大电路、温度补偿电路、增益控制及差动驱动电路和防雷击输出电路；

所述的低功耗前置放大电路用于对压电陶瓷震动产生的电信号进行放大；

所述的温度补偿电路对接收低功耗前置放大电路的放大信号进行保真；

所述的增益控制及差动驱动电路用于对温度补偿电路的保真信号进行增益调整及差动处理；

所述的防雷击输出电路用于对增益控制及差动驱动电路的调整及差动信号进行保护输出。

2.根据权利要求1所述的压电地震检波器信号调理电路，其特征在于：所述的低功耗前置放大电路为缓冲放大电路，所述的压电陶瓷震动产生的电信号连接在缓冲放大电路的正极输入端，缓冲放大电路的输出端作为低功耗放大电路的输出端。

3.根据权利要求1所述的压电地震检波器信号调理电路，其特征在于：所述的温度补偿电路包括第一反相放大电路和热敏电阻，所述热敏电阻的一端连接低功耗前置放大电路的输出端，热敏电阻的另一端通过第一电阻连接在第一反相放大电路的负极输入端，第一反相放大电路的输出端与其负极输入端之间通过第二电阻连接，第一反相放大电路的正极接地，第一反相放大电路的输出端作为温度补偿电路的输出端。

4.根据权利要求1所述的压电地震检波器信号调理电路，其特征在于：所述的增益控制及差动驱动电路包括第二反相放大电路和第三反相放大电路，所述的第二反相放大电路的负极输入端通过可调电阻和第三电阻连接在温度补偿电路的输出端，第二反相放大电路的输出端与其负极输入端之间通过第四电阻连接，所述的第三反相放大电路的负极输入端与第二反相放大电路的输出端之间通过第五电阻连接，第三反相放大电路与其负极输入端之间通过第六电阻连接，第二反相放大电路的正极输入端与第三反相放大电路的正极输入端均接地，第二反相放大电路的输出端作为增益控制及差动驱动电路的第一输出端，第三反相放大电路的输出端作为增益控制及差动驱动电路的第二输出端。

5.根据权利要求1所述的压电地震检波器信号调理电路，其特征在于：所述的防雷击输出电路包括一条由若干稳压二极管串联的第一稳压电路和一条由若干放电管串联的第二稳压电路，第一稳压电路的两端与第二稳压电路的两端均接地，第一稳压电路与第二稳压电路之间设置有保险丝，第一稳压电路与增益控制及差动驱动电路的输出端连接，第二稳压电路上设置有防雷击电路的输出端。

6.根据权利要求5所述的压电地震检波器信号调理电路，其特征在于：所述的第一稳压电路上的稳压二极管设置有三个，第二稳压电路上的放电管也设置有三个，所述的保险丝连接在两个，所述的保险丝的一端连接在第一稳压电路的相邻稳压二极管之间，保险丝的另一端连接在第二稳压电路的相邻放电管之间，保险丝的一端连接增益控制及差动驱动电路的输出端，保险丝的另一端作为防雷击电路的输出端。

7.根据权利要求6所述的压电地震检波器信号调理电路，其特征在于：所述的保险丝均为自恢复保险丝。