】
[0018] 圖1為本發(fā)明提供的程控增益放大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0019] 圖2為程控增益前級(jí)放大電路的電路圖。
[0020] 圖3為電源模塊的電路圖。
[0021] 圖4為程控增益二級(jí)放大電路的電路圖。
[0022] 圖5為程控衰減電路的電路圖。
[0023] 圖6為程控增益末級(jí)放大電路的電路圖。
[0024] 其中，1-儀表放大器，2-RC高通濾波電路，3-乘法型DAC，4-運(yùn)算放大電路C，5-開(kāi) 關(guān)元件，6-運(yùn)算放大電路D。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)具體說(shuō)明，本發(fā)明的內(nèi)容不局限于以下 實(shí)施例。
[0026] 本發(fā)明提供的用于地球天然脈沖電磁場(chǎng)信號(hào)的程控增益放大系統(tǒng)，如圖1所示， 包括計(jì)算機(jī)、通過(guò)串口線與計(jì)算機(jī)連接的單片機(jī)MSP430G2553、用于采集地球天然脈沖電磁 場(chǎng)信號(hào)的傳感器和信號(hào)放大單元，傳感器與單片機(jī)之間通過(guò)由儀表放大器INA128和數(shù)模 轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成的AD采集電路連接，所述信號(hào)放大單元為程控增益放大電路，采集的地球天 然脈沖電磁場(chǎng)信號(hào)經(jīng)程控增益放大電路調(diào)整后輸出，AD采集電路和程控增益放大電路均與 單片機(jī)電連接，單片機(jī)上連接有用于將外接電源轉(zhuǎn)化為工作電壓的電源模塊，電源模塊的 電路如圖3所示，電源模塊直接產(chǎn)生5V或3. 3V電源，單片機(jī)上設(shè)有擴(kuò)展SD卡接口以便數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)，單片機(jī)MSP430G2553可替換為STM32或ARM系列的更高性能的控制芯片；
[0027] 所述程控增益放大電路由依次串聯(lián)的程控增益前級(jí)放大電路、程控增益二級(jí)放大 電路、程控衰減電路和程控增益末級(jí)放大電路四級(jí)電路構(gòu)成，放大倍數(shù)為10000倍，其中程 控增益前級(jí)放大電路如圖2所示，由INA128儀表放大器1和300Hz RC高通濾波電路2串 聯(lián)構(gòu)成，放大倍數(shù)為100倍，增益設(shè)定公式為
其中Rg值為499 D，輸入信 號(hào)幅度不超過(guò)200mVp-p，最大輸出幅度不超過(guò)20Vp-p，INA128儀表放大器1的偏置電壓設(shè) 定引腳接入設(shè)定的偏置電壓，RC高通濾波電路的輸出端即為程控增益前級(jí)放大電路的輸出 端，其中INA128儀表放大器可以用其他儀表運(yùn)放替代，比如ADI的AD8221 ;
[0028] 程控增益二級(jí)放大電路為運(yùn)算放大電路B，如圖4所示，放大倍數(shù)為10倍，增益 設(shè)定公式為
《中Rh值為100 D，Rf?值為910 Q，其輸入信號(hào)幅度不超過(guò) 2Vp_p，運(yùn)算放大電路B可用其他精密、低噪聲運(yùn)放進(jìn)行替代，如ADI公司的OP177F ;
[0029] 程控衰減電路如圖5所示，為DAC7811乘法型DAC3與OPA277運(yùn)算放大電路C4的 組合電路，其中DAC7811為SPI控制總線，信號(hào)最高的輸入范圍是30Vp-p，其中輸出跟隨運(yùn) 放要求選擇低偏置電流、低失調(diào)電壓的運(yùn)放，DAC7811乘法型DAC可用其他同類芯片替代， 如ADI公司的AD5452,程控衰減電路可替換為壓控電路或模擬乘法器；
[0030] 程控增益末級(jí)放大電路如圖6所示，包括并聯(lián)的開(kāi)關(guān)元件5和OPA211運(yùn)算放大 電路D6, OPA211實(shí)現(xiàn)固定增益10倍放大，同時(shí)通過(guò)控制開(kāi)關(guān)元件來(lái)控制信號(hào)是否通過(guò) OPA211 (10倍放大）或是直接輸出，開(kāi)關(guān)元件為繼電器或模擬開(kāi)關(guān)，單片機(jī)通過(guò)開(kāi)關(guān)元件控 制運(yùn)算放大電路D的通斷，信號(hào)最高輸入幅度不超過(guò)2Vp-p，OPA211可采用其他壓擺率稍高 的低噪聲運(yùn)放替代，如OPA228、AD817等。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于地球天然脈沖電磁場(chǎng)信號(hào)的程控增益放大系統(tǒng)，至少包括計(jì)算機(jī)、通過(guò)串 口線與計(jì)算機(jī)連接的控制器、用于采集地球天然脈沖電磁場(chǎng)信號(hào)的傳感器和與傳感器電連 接的信號(hào)放大單元，其特征在于：傳感器與控制器之間通過(guò)由信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電 路構(gòu)成的AD采集電路連接，所述信號(hào)放大單元為程控增益放大電路，采集的地球天然脈沖 電磁場(chǎng)信號(hào)經(jīng)程控增益放大電路調(diào)整后輸出，AD采集電路和程控增益放大電路均與控制器 電連接，控制器上連接有用于將外接電源轉(zhuǎn)化為工作電壓的電源模塊；所述程控增益放大 電路由依次串聯(lián)的程控增益前級(jí)放大電路、程控增益二級(jí)放大電路、程控衰減電路和程控 增益末級(jí)放大電路四級(jí)電路構(gòu)成，其中程控增益前級(jí)放大電路由運(yùn)算放大電路A和RC高通 濾波電路串聯(lián)構(gòu)成，RC高通濾波電路的輸出端即為程控增益前級(jí)放大電路的輸出端，程控 增益二級(jí)放大電路為運(yùn)算放大電路B，程控衰減電路由模數(shù)轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大電路C串聯(lián) 構(gòu)成，程控增益末級(jí)放大電路包括并聯(lián)的開(kāi)關(guān)元件和運(yùn)算放大電路D，控制器通過(guò)開(kāi)關(guān)元件 控制運(yùn)算放大電路D的通斷。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地球天然脈沖電磁場(chǎng)信號(hào)的程控增益放大系統(tǒng)，其特征 在于：所述程控增益放大電路的放大倍數(shù)為10000倍，其中程控增益前級(jí)放大電路的放大 倍數(shù)為100倍，增益設(shè)定公式為其中Rg值為499Q;程控增益二級(jí)放大電路的放大倍數(shù)為10倍，增益設(shè)定公式為： 其中Rh值為100Q，Rf值為 ， 910Q;程控增益末級(jí)放大電路中運(yùn)算放大電路D的放大倍數(shù)為10倍。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地球天然脈沖電磁場(chǎng)信號(hào)的程控增益放大系統(tǒng)，其特征 在于：所述信號(hào)調(diào)理電路和運(yùn)算放大電路A均為儀表放大器，程控衰減電路為乘法型DAC與 運(yùn)算放大電路C的組合電路，開(kāi)關(guān)元件為繼電器或模擬開(kāi)關(guān)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地球天然脈沖電磁場(chǎng)信號(hào)的程控增益放大系統(tǒng)，其特征 在于：程控衰減電路為壓控電路或模擬乘法器。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地球天然脈沖電磁場(chǎng)信號(hào)的程控增益放大系統(tǒng)，其特征 在于：所述控制器為單片機(jī)，單片機(jī)上設(shè)有擴(kuò)展SD卡接口。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于地球天然脈沖電磁場(chǎng)信號(hào)的程控增益放大系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、控制器、傳感器和信號(hào)放大單元，傳感器與控制器之間通過(guò)由信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成的AD采集電路連接，信號(hào)放大單元為由三級(jí)放大電路和程控衰減電路構(gòu)成的程控增益放大電路，采集的地球天然脈沖電磁場(chǎng)信號(hào)經(jīng)程控增益放大電路調(diào)整后輸出，AD采集電路和程控增益放大電路均與控制器電連接，控制器上連接有電源模塊；本發(fā)明提供的程控增益放大系統(tǒng)中，采用儀表放大器作為前級(jí)獲取微弱信號(hào)，后兩級(jí)采用精密低噪聲運(yùn)放組成高增益放大電路，實(shí)現(xiàn)最高放大倍數(shù)80dB，并在中間級(jí)插入程控衰減電路，實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)0～80dB程控可調(diào)。
【IPC分類】G01V1/36
【公開(kāi)號(hào)】CN104991276
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510368993
【發(fā)明人】郝國(guó)成, 白雨曉, 韓家斌, 陳忠昌, 康坊
【申請(qǐng)人】中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）
【公開(kāi)日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年6月29日