专利名称：超高精度模数转换的数据采集站的制作方法
技术领域：
本发明涉及地震数据采集站，特别是涉及一种超高精度模数转换的数据采集站。
背景技术：
在地质勘探领域，目前勘探仪器中数据采集的模数转换均采用高精度24位专用芯片，主要生产厂家有TI公司和Cirrus Logic公司。由于这些器件本身的噪音和稳定性问题，低位的4位基本是不稳定的，所以可以实现大约20位的有效输出，也就是说目前的地质勘探仪器可以达到120dB左右的动态范围。在地震勘探中，由于排列不断加长，近炮点和远炮点信号的动态范围已经远远超过120dB，目前仪器的动态范围已经无法满足要求。我们需要发明新技术提高勘探仪器的动态范围。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种能提高勘探仪器动态范围的超高精度模数转换的数据采集站。为实现上述目的，本发明超高精度模数转换的数据采集站由五大单元组成传感器Sensor、模数转换单元AtoD (Analog to Digital)、数据叠加单元SU (Sum Unit)、控制�？镃M(Control Module)和供电电路PM (Power Module);模数转换单兀AtoD的输入端连接传感器Sensor，输出端连接数据叠加单元SU ;所述控制�？镃M为嵌入式CPU，完成检测和控制模数转换单元AtoD、数据叠加单元SU和供电电路PM的状态；所述供电电路PM为传感器Sensor、模数转换单元AtoD、数据叠加单元SU和控制模块CM提供电源支持。本发明涉及石油、天然气、煤田及矿产勘探、地质工程勘察、地质灾害监测等方面，是一种检测人工或天然地震信号并将其转换成数字信号的装置，属于地震勘探与地震检测领域。具有能提高勘探仪器动态范围，实现超高精度模数转换的优点。作为优化，所述模数转换单元AtoD利用两片24位的模数转换器件，采用不同的组合方式，可以实现多种精度的模数转换。作为优化，所述模数转换单元AtoD由两片24位的模数转换器件ADU (Analog toDigital Unit)组成，其中一片的前放增益设置为36dB，低位转换器转换I至24位的数据；另一片的前放增益设置为OdB，作为高位转换器转换25至30位的数据。所述I至24位为低位数据，25至30位为高位数据。目前数字地震仪器常用的模数转换精度均为24位，但在很多使用环境下，我们需要超过24位的模数转换器件，本发明装置利用两片24位的模数转换器件，实现了 30位模数转换的高动态范围采集。作为优化，所述数据叠加单元SU把模数转换单元AtoD的I至24位低位数据和25至30位高位数据进行叠加合成。作为优化，设SI为I至24位为低端数据，S2为25至30位为高端数据，则合成公式后的数据S为S = S1+S2 X 224。合成后的数据为30位二进制数据。
作为优化，所述模数转换单元AtoD和数据叠加单元SU利用两片24位的模数转换器件ADU，实现了 30位的超高精度模数转换。本发明可以用于任何需要超高精度模数转换的数据采集。作为优化，所述数据叠加单元SU可以由多种叠加方式如低位转换器转换I至24-n位的数据与高位转换器转换的25-n至30位的数据进行叠加。作为优化，所述n< 16。选择n< 16是考虑到模数转换器件的最后4位不稳定性。作为优化，所述传感器Sensor可以是MEMS传感器、动圈式检波器等地震检波器。作为优化，为了容易说明，我们把数据叠加单元SU单独列出，在实际电路中，数据叠加单元SU的功能可以由控制�？镃M完成。 采用上述技术方案后，本发明超高精度模数转换的数据采集站具有能提高勘探仪器动态范围，实现超高精度模数转换的优点。
图I是本发明超高精度模数转换的数据采集站原理框图；图2是本发明超高精度模数转换的数据采集站两个模数转换器件ADU转换的低位数据和高位数据叠加合成示意图。
具体实施例方式在地质勘探领域，目前勘探仪器中数据采集的模数转换均采用高精度24位专用芯片。由于这些器件本身的噪音和稳定性问题，低位的4位基本是不稳定的，所以可以实现大约20位的有效输出，也就是说目前的地质勘探仪器可以达到120dB左右的动态范围。在地震勘探中，由于排列不断加长，近炮点和远炮点信号的动态范围已经远远超过120dB，目前仪器的动态范围已经无法满足要求。我们需要发明新技术提高勘探仪器的动态范围。参见图1，本发明装置超高精度模数转换的数据采集站由五大单元组成包括传感器Sensor、模数转换单元AtoD (Analogy to Digital)、数据叠加单元SU(Sum Unit)、控制�？� CM (Control Module)和供电电路 PM (Power Module)。本发明超高精度模数转换的数据采集站利用两片24位的模数转换器件ADU (Analog to Digital Unit),实现了 30位的超高精度模数转换。本方法可以用于任何需要超高精度模数转换的数据采集。本发明的超高精度模数转换的数据采集站中的模数转换单元AtoD由两片24位的模数转换器件ADU组成，其中一片的前放增益设置为36dB，作为低位转换器转换I至24位的数据。另一片的前放增益设置为OdB，作为高位转换器转换25至30位的数据。所述I至24位为低位数据，25至30位为高位数据。模数转换单元AtoD的输入端连接传感器Sensor，输出端连接数据叠加单元SU。模数转换器件ADU可以采用Cirrus Logic公司的A/D转换套件CS3301A/CS3302A、CS5373A和CS5378或TI公司的AD1282芯片，这两种芯片均为地震勘探专用芯片，广泛应用于地震勘探仪器。本发明的超高精度模数转换的数据采集站中的数据叠加单元SU把模数转换单元AtoD的I至24位低位数据和25至30位高位数据进行叠加合成(见图2)。设SI为I至24位为低端数据，S2为25至30位为高端数据，则合成公式后的数据S为S = S1+S2 X 224。合成后的数据为30位二进制数据。为了容易说明，我们把数据叠加单元SU单独列出，在实际电路中，数据叠加单元SU的功能可以由控制�？镃M完成。本发明超高精度模数转换的数据采集站中的数据叠加单元SU可以由多种叠加方式如低位转换器转换I至24-n位的数据与高位转换器转换的25-n至30位的数据进行叠加(n < 16)，选择n < 16是考虑到模数转换器件的最后4位不稳定性。本发明的超高精度模数转换的数据采集站中的控制�？镃M为嵌入式CPU，完成检测和控制模数转换单元AtoD、数据叠加单元SU和供电电路PM的状态。本发明的超高精度模数转换的数据采集站中的供电电路PM为传感器Sensor、模数转换单元AtoD、数据叠加单元SU和控制�？镃M提供电源支持。本发明的超高精度模数转换的数据采集站中的传感器Sensor可以是MEMS传感 器、动圈式检波器等地震检波器。本发明的超高精度模数转换的数据采集站中的模数转换单元AtoD利用两片24位的模数转换器件ADU，采用不同的组合方式，可以实现多种精度的模数转换。
权利要求
1.一种超高精度模数转换的数据采集站，其特征在于由五大单元组成传感器Sensor、模数转换单元AtoD、数据叠加单元SU、控制�？镃M和供电电路PM ;模数转换单元AtoD的输入端连接传感器Sensor,输出端连接数据叠加单元SU ;所述控制模块CM为嵌入式CPU，完成检测和控制模数转换单元AtoD、数据叠加单元SU和供电电路PM的状态；所述供电电路PM为传感器Sensor、模数转换单元AtoD、数据叠加单元SU和控制�？镃M提供电源支持。
2.根据权利要求I采集站，其特征在于所述模数转换单元AtoD利用两片24位的模数转换器件，采用不同的组合方式，实现多种精度的模数转换。
3.根据权利要求2采集站，其特征在于所述模数转换单元AtoD由两片24位的模数转换器件ADU组成，其中一片的前放增益设置为36dB，作为低位转换器转换I至24位的数据；另一片的前放增益设置为OdB，作为高位转换器转换25至30位的数据。所述I至24位为低位数据,25至30位为高位数据。
4.根据权利要求3采集站，其特征在于所述数据叠加单元SU把模数转换单元AtoD的I至24位低位数据和25至30位高位数据进行叠加合成。
5.根据权利要求4采集站，其特征在于设SI为I至24位为低端数据，S2为25至30位为高端数据，则合成公式后的数据S为S = S1+S2 X 224。合成后的数据为30位二进制数据。
6.根据权利要求I采集站，其特征在于所述模数转换单元AtoD和数据叠加单元SU利用两片24位的模数转换器件ADU，实现了 30位的超高精度模数转换。
7.根据权利要求I采集站，其特征在于所述数据叠加单元SU可以由多种叠加方式如低位转换器转换I至24-n位的数据与高位转换器转换的25-n至30位的数据进行叠加。
8.根据权利要求7采集站，其特征在于所述n< 16。
9.根据权利要求I或者2或者3或者4或者5或者6或者7或者8采集站,其特征在于所述传感器Sensor可以是MEMS传感器、动圈式检波器等地震检波器。
10.根据权利要求I或者2或者3或者4或者5或者6或者7或者8采集站,其特征在于在实际电路中，数据叠加单元SU的功能可以由控制�？镃M完成。
全文摘要
本发明涉及一种超高精度模数转换的数据采集站，为解决现有勘探仪器动态范围窄问题，其由五大单元组成传感器Sensor、模数转换单元AtoD、数据叠加单元SU、控制模块CM和供电电路PM；模数转换单元AtoD的输入端连接传感器Sensor，输出端连接数据叠加单元SU；所述控制�？镃M为嵌入式CPU，完成检测和控制模数转换单元AtoD、数据叠加单元SU和供电电路PM的状态；所述供电电路PM为传感器Sensor、模数转换单元AtoD、数据叠加单元SU和控制�？镃M提供电源支持。所述数据叠加单元SU可以由多种叠加方式如低位转换器转换1至24-n位的数据与高位转换器转换的25-n至30位的数据进行叠加。所述n＜16。其具有能提高勘探仪器动态范围，实现超高精度模数转换的优点。
文档编号G01V1/18GK102761336SQ20121025224
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者郭建 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所
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