| 地震检波器是地震勘探工作中不可或缺的设备。三分量全光纤加速度检波器[３]相比于其它类型的地震检波器而言，具有灵敏度高、检测范围大、抗电磁干扰等诸多优点，是地震检波器的发展方向，具有广阔的应用前景。
三分量全光纤加速度检波器具有并行、实时、高分辨率、高灵敏度及抗电磁干扰等诸多特点[４]。其信号处理电路是三分量全光纤加速度检波器中相当重要的组成部分，信号处理电路性能的高低在很大程度上决定了整个检波器系统性能的高低。
１ 检波器数字信号处理系统工作原理
基于tms320vc5410的三分量全光纤加速度检波器数字信号处理系统的原理图如图１所示。
由于采用分立元件构成的模拟信号处理电路在稳定性、灵活性、抗干扰能力上不如数字信号处理电路，因此本设计采用数字信号处理电路。本数字信号处理系统以ｔｉ公司的高性能数字信号处理芯片tms320vc5410为核心，辅之以必要的外围电路，实现了对加速度信号的高精度检测和对误差信号的精确补偿。本系统工作原理如下：首先，将三个从三分量全光纤加速度检波器中的光电二极管输出的电流信号经高精密放大器放大变成电压信号；然后，对三路电压信号用带通滤波器进行抗混叠滤波后送入模／数转换器，将模拟电压信号转换成数字信号；接着，由tms320vc5410芯片读取模／数转换器输出的数字信号并进行处理。tms320vc5410的功能如下：一方面，对输入的数字信号进行解调、带通滤波等运算，得到待测加速度数字信号；然后把此数字信号送到数／模转换器，得到待测加速度模拟信号。另一方面把解调得到的数字信号经过滤波、变换后，与信号发生器产生的信号相加后送入数／模转换器，再把数／模转换器输出的的模拟信号送入压电陶瓷，以实现对光波相位进行调制和反馈补偿。
２ 硬件电路设计
根据三分量全光纤加速度检波器的功能要求，检波器数字信号处理系统的硬件电路主要由运放电路、抗混叠滤波电路、数据采集电路、电源电路和dsp自举加载电路等五部分组成。
２．１ tms320vc5410芯片
作为dsp家族高性价比代表的１６位定点dsp芯片，tms320vc5410适用于实时数字信号处理应用场合。tms320vc5410具有高度灵活的可操作性和高速信号处理能力。特点[２]如下：先进的多总线结构(一条程序总线，３条数据总线)；４０位算术逻辑运算单元(ａｌｕ)，包括１个４０位桶形移位寄存器和两个独立的４０位累加器；１７位×１７位并行乘法器和４０位专用加法器；双地址生成器；比较、选择、存储单元；指数译码器；快速中断返回；条件存储指令；１０ｎｓ的单周期定点指令执行时间(１００ｍｉｐｓ)；片上ｒａｍ和ｒｏｍ；片上多个外围电路等。所有这些特点，都极大地提高了tms320vc5410的数字信号处理能力。
２．２ 运放电路
由三分量全光纤加速度检波器中的光电二极管输出的电流信号非常微弱。为了便于ａｄ电路进行采样，需经过高精密运算放大器进行放大。
本电路采用ｂｂ公司的高精密放大器opa27gp，运放电路图如图２所示。
由光电二极管输出的电流信号接到接头ｊ５，经opa27gp放大后从ｏｕｔ端输出电压信号。放大倍数由ｒｐ４和ｒ１决定。r11、rp1、r12起失调电压调整作用。
２．３ 抗混叠滤波电路
从运放电路图ｏｕｔ端输出的信号在送入ａ／ｄ电路进行采样时，需经过抗混叠滤波处理，这样既可以防止在得到的数字信号中产生频谱混叠，也滤除了一些不必要的干扰信号，减少了数字信号处理软件编写的复杂度和工作量。
本电路采用maxim公司的低通滤波器max7401，抗混叠滤波电路图如图３所示。max7401为８阶低通贝塞尔开关电容滤波器。从运放电路ｏｕｔ端输出的信号引入到本电路的ｉｎ端，经过低通滤波后从本电路ｏｕｔ端输出。
２．４ 电源电路
tms320vc5410的内核电压典型值为２.５ｖ，电压范围为2.3～2.7ｖ；外部接口电压典型值为3.3ｖ，电压范围为3.0～3.6ｖ。另外运放电路需±５ｖ供电；ａ／ｄ、ｄ／ａ、ｅｐｒｏｍ、抗混叠滤波电路及一些门电路需５ｖ供电；电平转换电路需３．３ｖ供电；故电源系统有５v、-5v
| 地震检波器是地震勘探工作中不可或缺的设备。三分量全光纤加速度检波器[３]相比于其它类型的地震检波器而言，具有灵敏度高、检测范围大、抗电磁干扰等诸多优点，是地震检波器的发展方向，具有广阔的应用前景。
三分量全光纤加速度检波器具有并行、实时、高分辨率、高灵敏度及抗电磁干扰等诸多特点[４]。其信号处理电路是三分量全光纤加速度检波器中相当重要的组成部分，信号处理电路性能的高低在很大程度上决定了整个检波器系统性能的高低。
１ 检波器数字信号处理系统工作原理
基于tms320vc5410的三分量全光纤加速度检波器数字信号处理系统的原理图如图１所示。
由于采用分立元件构成的模拟信号处理电路在稳定性、灵活性、抗干扰能力上不如数字信号处理电路，因此本设计采用数字信号处理电路。本数字信号处理系统以ｔｉ公司的高性能数字信号处理芯片tms320vc5410为核心，辅之以必要的外围电路，实现了对加速度信号的高精度检测和对误差信号的精确补偿。本系统工作原理如下：首先，将三个从三分量全光纤加速度检波器中的光电二极管输出的电流信号经高精密放大器放大变成电压信号；然后，对三路电压信号用带通滤波器进行抗混叠滤波后送入模／数转换器，将模拟电压信号转换成数字信号；接着，由tms320vc5410芯片读取模／数转换器输出的数字信号并进行处理。tms320vc5410的功能如下：一方面，对输入的数字信号进行解调、带通滤波等运算，得到待测加速度数字信号；然后把此数字信号送到数／模转换器，得到待测加速度模拟信号。另一方面把解调得到的数字信号经过滤波、变换后，与信号发生器产生的信号相加后送入数／模转换器，再把数／模转换器输出的的模拟信号送入压电陶瓷，以实现对光波相位进行调制和反馈补偿。
２ 硬件电路设计
根据三分量全光纤加速度检波器的功能要求，检波器数字信号处理系统的硬件电路主要由运放电路、抗混叠滤波电路、数据采集电路、电源电路和dsp自举加载电路等五部分组成。
２．１ tms320vc5410芯片
作为dsp家族高性价比代表的１６位定点dsp芯片，tms320vc5410适用于实时数字信号处理应用场合。tms320vc5410具有高度灵活的可操作性和高速信号处理能力。特点[２]如下：先进的多总线结构(一条程序总线，３条数据总线)；４０位算术逻辑运算单元(ａｌｕ)，包括１个４０位桶形移位寄存器和两个独立的４０位累加器；１７位×１７位并行乘法器和４０位专用加法器；双地址生成器；比较、选择、存储单元；指数译码器；快速中断返回；条件存储指令；１０ｎｓ的单周期定点指令执行时间(１００ｍｉｐｓ)；片上ｒａｍ和ｒｏｍ；片上多个外围电路等。所有这些特点，都极大地提高了tms320vc5410的数字信号处理能力。
２．２ 运放电路
由三分量全光纤加速度检波器中的光电二极管输出的电流信号非常微弱。为了便于ａｄ电路进行采样，需经过高精密运算放大器进行放大。
本电路采用ｂｂ公司的高精密放大器opa27gp，运放电路图如图２所示。
由光电二极管输出的电流信号接到接头ｊ５，经opa27gp放大后从ｏｕｔ端输出电压信号。放大倍数由ｒｐ４和ｒ１决定。r11、rp1、r12起失调电压调整作用。
２．３ 抗混叠滤波电路
从运放电路图ｏｕｔ端输出的信号在送入ａ／ｄ电路进行采样时，需经过抗混叠滤波处理，这样既可以防止在得到的数字信号中产生频谱混叠，也滤除了一些不必要的干扰信号，减少了数字信号处理软件编写的复杂度和工作量。
本电路采用maxim公司的低通滤波器max7401，抗混叠滤波电路图如图３所示。max7401为８阶低通贝塞尔开关电容滤波器。从运放电路ｏｕｔ端输出的信号引入到本电路的ｉｎ端，经过低通滤波后从本电路ｏｕｔ端输出。
２．４ 电源电路
tms320vc5410的内核电压典型值为２.５ｖ，电压范围为2.3～2.7ｖ；外部接口电压典型值为3.3ｖ，电压范围为3.0～3.6ｖ。另外运放电路需±５ｖ供电；ａ／ｄ、ｄ／ａ、ｅｐｒｏｍ、抗混叠滤波电路及一些门电路需５ｖ供电；电平转换电路需３．３ｖ供电；故电源系统有５v、-5v
 热门点击
推荐技术资料
| | 
公网安备44030402000607
