偽隨機(jī)信號(hào)電法選頻放大電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及勘探類檢測(cè)儀器中的信號(hào)放大技術(shù)領(lǐng)域，尤其是電法檢測(cè)儀器中的偽 隨機(jī)信號(hào)電法選頻放大電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 在頻率域電磁法勘探領(lǐng)域，需要測(cè)量特定頻率信號(hào)的幅度和相位，不同頻率的信 號(hào)對(duì)應(yīng)于不同勘探深度的地下信息，為了獲取不同深度的地下信息，需要測(cè)量數(shù)十個(gè)頻率。 在通常情況下，勘探裝置以掃頻方式進(jìn)行測(cè)量，發(fā)射機(jī)每次發(fā)射一個(gè)頻率的方波信號(hào)，接收 機(jī)測(cè)量由該發(fā)射頻率激發(fā)地下介質(zhì)所產(chǎn)生的信號(hào)，直至所有頻率測(cè)量完畢。上述測(cè)量方式 野外效率較低，增加了施工成本。例如現(xiàn)有技術(shù)中的公開(kāi)號(hào)為CN1683941A和CN103969688A 的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)分別公開(kāi)了一種偽隨機(jī)三頻地電響應(yīng)測(cè)量方法和偽隨機(jī)信號(hào)電法勘 查方法，均通過(guò)發(fā)射含有多個(gè)有用信號(hào)頻率的偽隨機(jī)信號(hào)提高觀測(cè)效率，一次發(fā)射即可完 成多個(gè)頻率的測(cè)量。
[0003] 對(duì)偽隨機(jī)信號(hào)電法而言，在發(fā)射總功率一定的情況下，由于發(fā)射多頻偽隨機(jī)信號(hào)， 每個(gè)頻率的發(fā)射功率就會(huì)降低，接收機(jī)測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)度也隨之降低，這樣，具有提高信噪比 功能的放大電路就顯得尤為重要。因此，信號(hào)放大電路是偽隨機(jī)信號(hào)電法檢測(cè)儀器的重要 組成部分。然而，在野外勘探過(guò)程中，接收機(jī)測(cè)量的信號(hào)非常微弱，而且還會(huì)受到多種電磁 噪聲的影響，例如地電噪聲、工頻及其諧波噪聲、無(wú)線電通信噪聲等，這些電磁噪聲具有很 寬的頻譜分布，且與測(cè)量信號(hào)的頻率范圍重疊，為了準(zhǔn)確測(cè)量信號(hào)，需要將發(fā)射頻率信號(hào)進(jìn) 行選頻放大，即在不放大噪聲的情況下對(duì)特定頻率進(jìn)行選擇性放大。
[0004] 申請(qǐng)人經(jīng)檢索，發(fā)現(xiàn)一些相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)，例如：
[0005][0006][0007][0008] 現(xiàn)有偽隨機(jī)信號(hào)電法儀器還存在如下問(wèn)題：使用的放大器不能針對(duì)信號(hào)頻譜特征 進(jìn)行選頻放大，或需要多個(gè)通道對(duì)特定的頻率進(jìn)行放大，當(dāng)使用寬頻放大時(shí)，信噪比并沒(méi)有 得到改善；當(dāng)使用多個(gè)通道時(shí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，成本增加，而且能夠選擇放大的頻率有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種偽隨機(jī)多頻信號(hào)選頻放大電 路。
[0010] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的：
[0011] 提供一種偽隨機(jī)信號(hào)電法選頻放大電路，其特征在于，晶體振蕩器與可編程邏輯 器件的時(shí)鐘輸入端連接，可編程邏輯器件的同相輸出端連接到單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)的控制 端，可編程邏輯器件的反相輸出端連接到單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)的控制端，輸入信號(hào)通過(guò)電阻 器連接到運(yùn)算放大器的反相輸入端，運(yùn)算放大器的正相輸入端通過(guò)電阻器連接到參考地， 運(yùn)算放大器的反相比例輸入端連接到單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)的動(dòng)端，單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)的一個(gè) 不動(dòng)端A連接到電阻器的一個(gè)輸入端，單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)的一個(gè)不動(dòng)端A連接到電容器的 一個(gè)輸入端，單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)的一個(gè)不動(dòng)端A連接到單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)的一個(gè)不動(dòng)端C， 單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)的一個(gè)不動(dòng)端B連接到電阻器的另一個(gè)輸入端，單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)的一 個(gè)不動(dòng)端B連接到電容器的另一個(gè)輸入端，單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)的一個(gè)不動(dòng)端B連接到單刀 雙擲模擬開(kāi)關(guān)的一個(gè)不動(dòng)端D，單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)的動(dòng)端連接到運(yùn)算放大器的輸出端構(gòu)成。 [0012] 本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0013] (1)本發(fā)明提供的偽隨機(jī)信號(hào)電法儀器中的選頻放大電路，在不放大噪聲的前提 下，放大有用頻率的信號(hào)（這里的有用頻率是指發(fā)射機(jī)發(fā)射的偽隨機(jī)信號(hào)波形中能量較大 的頻率成分，通過(guò)使用不同的有用頻率獲取不同深度的視電阻率信息，除去這些有用頻率， 其他頻率的信號(hào)均視為噪聲），因此，通過(guò)選頻放大可以盡可能提高信噪比。通過(guò)在野外測(cè) 量相同輸入信號(hào)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，使用本發(fā)明的選頻放大電路的信噪比為26dB，而使用同類 勘探類設(shè)備中的寬頻放大電路的信噪比僅為_(kāi)198dB。
[0014] (2)信噪比提高后有助于提高偽隨機(jī)信號(hào)電法信號(hào)檢測(cè)精度和的勘探準(zhǔn)確度，能 夠在距離發(fā)射源更遠(yuǎn)的測(cè)區(qū)測(cè)量信號(hào)，于是增加了偽隨機(jī)信號(hào)電法測(cè)量的收發(fā)距，擴(kuò)展了 勘探的范圍。其他使用偽隨機(jī)信號(hào)的接收機(jī)均可使用本放大電路來(lái)提高信噪比。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 附圖1是偽隨機(jī)信號(hào)電法儀器中選頻放大電路原理框圖。
[0016] 附圖2是2"序列三頻偽隨機(jī)信號(hào)波形圖。
[0017] 附圖3是使用2"序列三頻偽隨機(jī)信號(hào)時(shí)選頻放大電路的傳輸特性曲線圖。
[0018] 圖1中的附圖標(biāo)記含義如下：1 晶體振蕩器，2 可編程邏輯器件，3 電 阻器，4 電阻器，5 運(yùn)算放大器，6 電阻器，7 電容器，8 單刀雙擲模擬開(kāi) 關(guān)，9一一單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)，10-一可編程邏輯器件2的同相輸出端，11 一一可編程邏輯器 件2的反相輸出端。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的電路和具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：
[0020] 附圖1是偽隨機(jī)信號(hào)電法儀器中選頻放大電路原理框圖，輸入信號(hào)s(t)首先通過(guò) 電阻器3連接到運(yùn)算放大器5的反相輸入端，輸入到運(yùn)算放大器5的反相輸入端的電流表 示為：
[0022] 上式中R1為選頻放大電路中電阻器3的電阻值。
[0023] 運(yùn)算放大器5的同相輸入端通過(guò)電阻器4連接到參考地，電阻器4用于平衡運(yùn)算 放大器的兩個(gè)輸入端的阻抗，消除輸入偏置電壓。根據(jù)運(yùn)算放大器的"虛短"特性，運(yùn)算放 大器5的反相輸入端電壓也為0。運(yùn)算放大器5的反相輸入端連接到單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)8 的動(dòng)端，運(yùn)算放大器的型號(hào)可以選擇0P07等。
[0024] 晶體振蕩器1選用輸出頻率為20MHz的石英鐘。晶體振蕩器1為可編程邏輯器件 2提供頻率穩(wěn)定的運(yùn)行時(shí)鐘，可編程邏輯器件2選用EPM240?？删幊踢壿嬈骷?nèi)部產(chǎn)生偽隨 機(jī)信號(hào)序列，由于偽隨機(jī)信號(hào)序列為周期信號(hào)且滿足狄利克雷條件，因此偽隨機(jī)信號(hào)P(t) 使用指數(shù)型傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)為：
[0026] 上式中，t表示時(shí)間，t0表示積分起始時(shí)間，T表示偽隨機(jī)信號(hào)的周期，n為從負(fù)無(wú) 窮到正無(wú)窮的整數(shù)，P(nco。）表示偽隨機(jī)信號(hào)p(t)的頻譜，co。表示進(jìn)行頻譜分析的頻率分 辨率，頻譜分析的頻率分辨率可有采樣率除以采樣點(diǎn)數(shù)得到。產(chǎn)生的偽隨機(jī)信號(hào)分為同相 和反相兩路輸出。同相偽隨機(jī)信號(hào)P(t)序列直接連接到單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)8的控制端，另 一路經(jīng)過(guò)反相器變?yōu)榉聪鄠坞S機(jī)信號(hào)序列，反相偽隨機(jī)信號(hào)連接到單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)9的 控制端，單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)可選用ADG1436。電阻器6和電容器7組成RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，單刀雙 擲模擬開(kāi)關(guān)8的不動(dòng)端A連接到RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一端，RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一端還與單刀雙擲模 擬開(kāi)關(guān)9的不動(dòng)端C連接，單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)8的不動(dòng)端B連接到RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的另一端， RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的另一端還與單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)9的不動(dòng)端D連接，單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)9的動(dòng) 端與運(yùn)算放大器5的輸出端連接。
[0027] 該偽隨機(jī)信號(hào)電法儀器中選頻放大電路在工作時(shí)，可編程邏輯器件2的同相輸出 端與反相輸出端的電平相反，即同相輸出端輸出為'1'時(shí)，反相輸出端輸出為'〇'，反之亦 然。當(dāng)同相輸出端輸出為'1'，而反相輸出端輸出為'〇'時(shí)，單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)8的動(dòng)端接 通A，單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)9的動(dòng)端接通D，這樣從輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻器3流入的電流從上而 下流經(jīng)RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)同相輸出端輸出為'0'，而反相輸出端輸出為'1'時(shí)，單刀雙擲模擬 開(kāi)關(guān)8的動(dòng)端接通B，單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)9的動(dòng)端接通C，這樣從輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻器3流 入的電流從下而上流經(jīng)RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。因此，輸入電流在兩個(gè)單刀雙擲模擬開(kāi)關(guān)的控制下 按照偽隨機(jī)信號(hào)序列變換方向，給RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)交替充電，相當(dāng)于給輸入電流乘以偽隨機(jī)信 號(hào)，則流經(jīng)RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等效電流x(t)表示為：
[0029] 上式中s(t)表示輸入信號(hào)，R1為選頻放大電路中