專利名稱：一種多功能地震壓電檢波器測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地震野外數(shù)據(jù)采集部件中的壓電檢波器的多功能測試分析儀器。
背景技術(shù)：
在地震勘探施工中檢波器負責對地震勘探的微弱信號進行拾取，檢波器的性能直 接關(guān)系到地震數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量，因此對檢波器進行測試尤為重要。隨著石油勘探的區(qū)域從 陸地向水域不斷擴展，作為地震勘探水中傳感器的壓電檢波器的使用越來越多，非常需要 對壓電檢波器的性能定期作全面測試分析。目前使用的壓電檢波器測試設(shè)備只能測試壓電 檢波器的靈敏度(有的能同時測試極性)，不能對其它性能和指標(如頻率、直流電阻、交流 阻抗、漏電)進行測試和分析，測試參數(shù)單一，不能滿足地震勘探質(zhì)量控制的要求。而且各 測試設(shè)備的測試方法都屬于商業(yè)秘密，沒有公開。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用PC104嵌入式計算機作為主控制和運算部件，結(jié)合 專用的多功能的測試信號源產(chǎn)生測試場，配合設(shè)計的高精度多通道數(shù)據(jù)采集板，實現(xiàn)對目 前常用地震勘探壓電檢波器的頻率、靈敏度、極性、直流電阻、交流阻抗、漏電指標的全面測 試和分析，保障和提高海上地震勘探的數(shù)據(jù)質(zhì)量的多功能地震壓電檢波器測試儀。本多功能地震壓電檢波器測試儀由共振測試箱、信號發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集板、PC104 嵌入式計算機和相應(yīng)的操作和控制系統(tǒng)幾部分構(gòu)成；信號發(fā)生器由檢波器功能測試信號源 發(fā)生器，頻率控制器連接正弦波信號源發(fā)生器構(gòu)成；數(shù)據(jù)采集板由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路依 次連接信號調(diào)理電路和雙路傳感器匹配及測試繼電器構(gòu)成；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、檢波器 功能測試信號源發(fā)生器和頻率控制器通過FIFO總線接口和PC104總線與PC104嵌入式計 算機連接，正弦波信號源發(fā)生器通過一個功率放大器與揚聲器連接，檢波器功能測試信號 源發(fā)生器另一端與雙路傳感器匹配及測試繼電器連接，雙路傳感器匹配及測試繼電器輸入 端與參考晶體或標準檢波器和待測檢波器連接；揚聲器位于共振測試箱的一端，參考晶體 或標準檢波器和待測檢波器置于共振測試箱內(nèi)。PC104嵌入式計算機根據(jù)不同的測試項目，控制信號發(fā)生器產(chǎn)生一個給定頻率的 測試信號，通過功率放大器驅(qū)動揚聲器在測試的共振箱內(nèi)部形成一個恒定的聲壓場，使置 于其內(nèi)的參考晶體或標準檢波器和待測檢波器在共振測試箱內(nèi)部通過空氣耦合同時檢測 到聲壓，對聲場的壓力以電壓輸出的方式響應(yīng)；同時數(shù)據(jù)采集板檢測到標準檢波器和待測 檢波器的輸出，并對檢波器的輸出信號進行調(diào)理，包括濾波、放大和數(shù)字化后，通過計算機 接口電路送到計算機進行分析和存儲記錄，計算機通過對標準檢波器和待測檢波器的數(shù)據(jù) 進行比較和分析，計算出待測檢波器的靈敏度等參數(shù)值。另外，檢波器采集的頻率信號反饋 給計算機，控制信號發(fā)生器的頻率微調(diào)和鎖定，使聲場產(chǎn)生一個頻率恒定的壓力場，來保證 測試的精度。發(fā)明的效果
本多功能地震壓電檢波器測試儀能夠?qū)Φ卣鹂碧接玫膲弘姍z波器的自然頻率、靈敏度、極性、直流電阻、交流阻抗、漏電等指標作全面測試和分析，是目前功能較全面的測試 儀；使用Windows XP操作系統(tǒng)，具有友好的圖形用戶界面，用戶操作方便靈活；既能夠?qū)?電檢波器的上述性能進行詳細測試和分析，又能夠?qū)z波器好壞進行快速判斷。因此，它能 更好地滿足用戶對壓電檢波器測試的項目越來越多，測試要求和質(zhì)量控制規(guī)范也越來越高 的要求。


圖1多功能地震壓電檢波器測試儀結(jié)構(gòu)方框2信號發(fā)生器和數(shù)據(jù)采集板原理方框3軟件總體功能框架4軟件主流程圖
具體實施例方式本多功能地震壓電檢波器測試儀由共振測試箱、信號發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集板、PC104 嵌入式計算機和相應(yīng)的操作和控制系統(tǒng)幾部分構(gòu)成；信號發(fā)生器由檢波器功能測試信號源 發(fā)生器，頻率控制器連接正弦波信號源發(fā)生器構(gòu)成；數(shù)據(jù)采集板由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路依 次連接信號調(diào)理電路和雙路傳感器匹配及測試繼電器構(gòu)成；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、檢波器 功能測試信號源發(fā)生器和頻率控制器通過FIFO總線接口和PC104總線與PC104嵌入式計 算機連接，正弦波信號源發(fā)生器通過一個功率放大器與揚聲器連接，檢波器功能測試信號 源發(fā)生器另一端與雙路傳感器匹配及測試繼電器連接，雙路傳感器匹配及測試繼電器輸入 端與參考晶體或標準檢波器和待測檢波器連接；揚聲器位于共振測試箱的一端，參考晶體 或標準檢波器和待測檢波器置于共振測試箱內(nèi)。PC104嵌入式計算機模塊采用與IBM-PC/AT標準完全兼容的PC/104CPU板 (HCM-P3SEV)。它采用高性能、低功耗、嵌入式專用處理器Transmeta TM5800，工作頻率可 選擇PIII級-533/733/933MHZ，板上包含DMA控制、在板133MHz DDR內(nèi)存、64 256M字節(jié) DDR內(nèi)存、固態(tài)盤插座并支持DiskOnChip (8-512M)、標準并行口、2個串行口、2個USB接口、 PS/2鍵盤和鼠標接口及10/100M自適應(yīng)Ethernet接口等。應(yīng)用該板作為控制和運算部件，安裝Windows XP操作系統(tǒng)，且具有網(wǎng)口和USB接 口，方便用戶的使用。應(yīng)用軟件安裝在PC104計算機上，由它控制并配合硬件電路，通過數(shù)據(jù)采集和一 系列數(shù)據(jù)分析處理算法，完成對檢波器各項指標的測試。此外，該系統(tǒng)還具有參數(shù)設(shè)置、數(shù) 據(jù)存儲、顯示、打印，及系統(tǒng)標定、系統(tǒng)幫助等功能，系統(tǒng)總體功能框架見附圖3。系統(tǒng)的主流 程圖見附圖4。主流程描述如下程序運行后，首先進行軟件和硬件的初始化工作，比如參數(shù)的初值設(shè)置、寄存器清 零等；接著打開數(shù)據(jù)庫文件，如果是一次新的測試，則打開一個空的數(shù)據(jù)庫模板文件，如果 是在已有文件基礎(chǔ)上測試，則打開該文件的數(shù)據(jù)庫文件；接下來根據(jù)用戶在界面上勾選的 測試項目逐項進行測試，可以自動進行多項測試；進行每一項測試時，軟件先判斷該項測試 要用到的信號源類型，并對硬件發(fā)送指令，控制硬件電路產(chǎn)生所需的信號源。接著對模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行控制，啟動數(shù)據(jù)采集。采集完后按照每種測試的算法對數(shù)據(jù)進行處理，輸出測試結(jié)果，并分析數(shù)據(jù)是否超標，對超標項進行標記，并保存測試結(jié)果到數(shù)據(jù)庫中。本次所選的各 項測試完成后，以表格或圖形的方式展示數(shù)據(jù)，也可以打印測試結(jié)果。用戶可以重復(fù)進行多 批次測試，如果所有測試都結(jié)束了，則關(guān)閉數(shù)據(jù)庫文件，程序結(jié)束。信號發(fā)生器和數(shù)據(jù)采集板是一塊集成了多功能信號發(fā)生器的多通道數(shù)據(jù)采集板。 它的主要功能是根據(jù)測試項目需要，產(chǎn)生相應(yīng)的測試信號(包括對漏電測試的直流信號和 驅(qū)動聲場的正弦波信號)，以及對檢波器的輸出信號進行調(diào)理、數(shù)字化和采集。它的簡化原 理框圖如圖2-4所示。采集電路采用AD公司的儀表放大器AMPOl作為信號調(diào)理放大主芯片，采用4通路 的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7874作為模擬信號的數(shù)字化部件。四路輸入分別采集標準檢波器、 待測檢波器、聲場頻率反饋信號和電源信號。信號發(fā)生器電路的核心芯片采用Intersil公 司生產(chǎn)的函數(shù)發(fā)生器ICL8038構(gòu)成壓控振蕩器，用D/A轉(zhuǎn)換器AD7545提供壓控振蕩器的 控制電壓的頻率，它使AD584精密電壓參考源輸出的8. 192V按212個臺階衰減，使ICL8038 產(chǎn)生相應(yīng)的輸出頻率；再用八通路的高性能模擬開關(guān)ADG508選通八個不同的電容來控制 ICL8038輸出所需要的頻率段。這樣電壓控制和電容巧妙的組合就可以實現(xiàn)掃頻頻率從 3Hz-3KHz的步進調(diào)整，調(diào)整步長可以達到0. 1Hz，滿足對檢波器測試的需求。系統(tǒng)以共振箱作為測試參考檢波器和待測檢波器的測試環(huán)境，對地震壓電檢波器 的驅(qū)動采用空氣耦合，在相對密封的聲場中進行。由于測試的頻率范圍較寬，包括次聲波部 分，因此對共振聲場的設(shè)計，必須滿足驅(qū)動和耦合的要求，不僅要使空間結(jié)構(gòu)和密封設(shè)計合 理，在箱體的隔離材料、揚聲器、功率放大器等的設(shè)計和選擇上需要盡量的寬。例如耦合腔 內(nèi)聲場基本均勻，腔內(nèi)的設(shè)計(包括耦合腔)要求具有剛性的邊界、腔內(nèi)部無釋壓材料以及 腔的體積、尺寸等等需要滿足測試條件。
權(quán)利要求
一種多功能地震壓電檢波器測試儀，由共振測試箱、信號發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集板、PC104嵌入式計算機和相應(yīng)的操作和控制系統(tǒng)幾部分構(gòu)成；其特征在于信號發(fā)生器由檢波器功能測試信號源發(fā)生器，頻率控制器連接正弦波信號源發(fā)生器構(gòu)成；數(shù)據(jù)采集板由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路依次連接信號調(diào)理電路和雙路傳感器匹配及測試繼電器構(gòu)成；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、檢波器功能測試信號源發(fā)生器和頻率控制器通過FIFO總線接口和PC104總線與PC104嵌入式計算機連接，正弦波信號源發(fā)生器通過一個功率放大器與揚聲器連接，檢波器功能測試信號源發(fā)生器另一端與雙路傳感器匹配及測試繼電器連接，雙路傳感器匹配及測試繼電器輸入端與參考晶體或標準檢波器和待測檢波器連接；揚聲器位于共振測試箱的一端，參考晶體或標準檢波器和待測檢波器置于共振測試箱內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能地震壓電檢波器測試儀的控制方法，其特征在 于PC104嵌入 式計算機根據(jù)不同的測試項目，控制信號發(fā)生器產(chǎn)生一個給定頻率的測試 信號，通過功率放大器驅(qū)動揚聲器在測試的共振箱內(nèi)部形成一個恒定的聲壓場，使置于其 內(nèi)的參考晶體或標準檢波器和待測檢波器在共振測試箱內(nèi)部通過空氣耦合同時檢測到聲 壓，對聲場的壓力以電壓輸出的方式響應(yīng)；同時數(shù)據(jù)采集板檢測到標準檢波器和待測檢波 器的輸出，并對檢波器的輸出信號進行調(diào)理，包括濾波、放大和數(shù)字化后，通過計算機接口 電路送到計算機進行分析和存儲記錄，計算機通過對標準檢波器和待測檢波器的數(shù)據(jù)進行 比較和分析，計算出待測檢波器的靈敏度等參數(shù)值。另外，檢波器采集的頻率信號反饋給計 算機，控制信號發(fā)生器的頻率微調(diào)和鎖定，使聲場產(chǎn)生一個頻率恒定的壓力場，來保證測試 的精度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多功能地震壓電檢波器測試儀，信號發(fā)生器由檢波器功能測試信號源發(fā)生器，頻率控制器連接正弦波信號源發(fā)生器構(gòu)成；數(shù)據(jù)采集板由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路依次連接信號調(diào)理電路和雙路傳感器匹配及測試繼電器構(gòu)成；信號發(fā)生器和數(shù)據(jù)采集板通過FIFO總線接口和PC104總線與PC104嵌入式計算機連接，正弦波信號源發(fā)生器通過一個功率放大器與揚聲器連接，檢波器功能測試信號源發(fā)生器與雙路傳感器匹配及測試繼電器連接，雙路傳感器匹配及測試繼電器與置于共振測試箱內(nèi)的參考晶體或標準檢波器和待測檢波器連接；揚聲器位于共振測試箱的一端；能對電檢波器的自然頻率、靈敏度、極性、直流電阻、交流阻抗、漏電指標作全面測試和分析。
文檔編號G01V13/00GK101840008SQ200910080330
公開日2010年9月22日 申請日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者尹振國, 鞏慶鋼, 易碧金, 穆群英, 羅蘭兵, 陳聯(lián)青 申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司