低噪声低功耗大地电磁数据采集电路设计和实现

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文低噪声低功耗大地电磁数据采集电路的设计与实现姓名：刘谋荣申请学位级别：硕士专业：电子与通信工程指导教师：毕晓君；刘勇2012-06低噪声低功耗大地电磁数据采集电路的设计与实现捅要大地电磁测深法是研究地质结构的一种地球物理方法，它是以天然交变电磁场为场源。当交变电磁场在地中传播时，由于集肤效应的作用，不同周期的信号具有不同的穿透深度。大地电磁信号是一种微弱的天然信号，幅度只有∥级，但其频率范围能达到10一～103Hz，同时所采集的大地电磁信号主要包括五个分量，即两个正交的电信号Ex、Ey和三个相互正交的磁信号Hx、Hy、Hz

2、。这就要求大地电磁信号采集系统要具有高灵敏度、频带宽、多通道同步测量等特性。另外，对于采集频率较低的信号，需要较长的时间才能采集完毕，且采集过程中的自然噪声、人为噪声都不可避免，这就要求采集系统具有低噪声、低功耗的特性，以满足长时间野外工作的需求。本论文作为中船重工集团公司、中国地震局、中国科学院联合提出的“极低频探地(WEM)工程”项目中大地电磁探测仪研制的一部分，设计了一种低噪声、低功耗且具有高灵敏度、频带宽、多通道等特性的数据采集及处理电路。论文首先简要介绍了低噪声低功耗的设计方法、∑一△A／D转换技术的原理以及大地电磁探测仪的硬件设计和软件

3、设计方案。然后详细叙述了数据采集及处理电路的设计过程，设计了基于高精度、高分辨率的∑一△A／D转换器ADSl278的数据采集及处理电路，主要包括输入保护和信号衰减电路、低通滤波电路、程控放大电路、电平转换电路、A／D采样电路、数字隔离电路以及电源电路等。最后给出了大地电磁探测仪的系统性能测试方法，测试结果表明各项技术指标均能满足设计要求。关键词：大地电磁法；低噪声；低功耗；数据采集；∑一△A／D转换哈尔滨工程大学硕士学位论文．低噪声低功耗大地电磁数据采集电路的设计与实现ABSTRACTThemagnetotelluricmethodisoneoft

4、hegeophysicalmethodstostudythegeologicalstructure，its6eldsourceisthenatumlaltem“ngelectromagneticfield．Whenthealtematingelectromagneticfieldispropagatinginthestratum，duetotheskinen’ect，thesignalswithdi虢rentcycleshaVedi髓rentpenetrationdeptll．MagnetotelluricsignalisaVer)，weaknam

5、ralsigna王with锄plitudeofonlypV1eVel，butitsfrequencyrangecanreachto10一～103Hz．Atthes锄etimethec011ectedmagnetotelluricsignalconsistsoffiVecoInponents，namelythe铆oonhogonalelectrosignalsofEx，Eyandthet11reemutualoIrthogonalmagneticsignalsofHx，Hy，Hz．Theserequirememagnetotelluricsignal

6、acquisitionsystemwithproperrtiesofhighsensitiVity，widebandaJldmulti—channelsimultaneousmeasurement．Inaddition，fortheacquisitionoflowfrequencysignals，ittakesa10ngtimetocompletemeacquisition，aJldthenaturalnoiseandanificialnoiseareineVitableintheprocessofcoUection．Theserequirethe

7、acquisitionsystemwimproperrtiesoflownoisea11dlowpowerconsumptiontomeetthedemandoflongtimefieldworl(．ThispaperisasapartofthedeVelopmentofmagnetotelluricdetectinginstmmentinthe“WirelessElectromagnetism(WEM)”projectw11ichisjointlyproposedbyChinaShipbuildingIndustryCo∞oration，Chin

8、aSeismologicalBureauaJldChineseAcademyofScience，designsalowno