一种新型微破裂信号并行采集电路的设计与实现.pdf

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1、第14卷第26期2014年9月科学技术与工程Vo1．14No．26Sep．20141671—1815(2014)26—0244—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．通信技术一种新型微破裂信号并行采集电路的设计与实现毛小波庹先国，李梁李怀良’沈统(成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都610059西南科技大学核废物与环境安全国防重点学科实验室，绵阳621010)摘要基于STM32微处理器，以CirrusLogic公司的CS3301

2、A，CS5372A，CS5376A相组合，利用以太网传输技术，设计了一种新型微破裂信号并行采集电路。该电路主要由可编程增益放大器、24位△一∑A／D转换器、多功能数字滤波器组成，具有动态范围宽、信噪比高、道间串扰小，功耗低等优点。其采样率可在1—4ksps范围内可调。解决了单通道采集电路中存在的拾震能力不强、波形不全面等问题。野外测试表明该电路采集的波形很好，在微震监测中具有可靠的应用性。关键词STM32以太网微破裂微震监测中图法分类号TNT10．5；文献标志码A目前在矿山、边坡、公路等稳定性监测中应用最裂信号采集功

3、能，本电路中使用三个独立采集通道为成熟的技术是微地震信号监测技术，即微震监测实现微破裂信号的三维并行采集，这样很大程度上技术。其基本原理为：当地下岩石由于人为或自然降低了道间串扰。其结构框图如图1所示。因素发生破裂、移动时，会产生一种微弱的地震波向2调理电路设计周围传播，利用在空间上不同方位处装置的微震数字检波器，可以记录微震波的到达时间、传播方向等2．1信号放大电路信息，然后通过分析波形以及利用相应的算法确定由于地下岩体产生的微破裂信号经地层传播后岩石的破裂点，从而为排除地质灾害隐患提供可到达传感器时已经极其微弱了

4、，所以为了准确获取能¨J。故微震监测技术的好坏取决于微破裂信号其信号，需要对其进行放大处理。其电路如图2的完整性，即微破裂信号的采集是微震监测技术的所示。关键。为提高采集电路的动态范围和拾震能力，本本电路采用CS3301A+前置信号调理电路实电路采用CirrusLogic公司生产的地震芯片进行电现，电路中需要两种类型的电源供电，即模拟电源路设计，实现了分布式采集、独立存储、集中回收的(正负2．5V)和数字电源(正3．3V)。该电路的特微破裂信号采集技术。点在于不仅具有信号放大的功能，而且还具有抑制外界干扰信号的能力。

5、图中J1为MEMS传感器输1电路整体结构设计出接入端，在其接口处用了四个稳压二极管组成一本电路使用MEMS传感器采集微破裂信号，利个限压电路，主要抑制外界引入的瞬间浪涌电压，防用CS3301A、CS5372A、CS5376A等芯片作为信号调止其烧毁芯片。中间的RC电路用于对信号进行放理电路J，MEMS传感器将采集到的信号传给Cir．大前的预滤波处理，滤除信号中带有的高频噪声。rls芯片调理电路，经过放大、A／D转换、数字滤波CS3301A是一个低噪声差分输入、差分输出，具有处理后，然后存储在SD卡中，最后通过STM3

6、2处理1～64范围可编程增益的放大器J，其允许的输入器读取SD卡中的数据并将其打包成IP数据包通过信号带宽为0～2kHz，而微破裂信号的频带范围是以太网传给监控中心。为实现可靠的、完整的微破0～500Hz，所以本设计中放大器的选择是正确合理的。CS3301A有两个外部差分输入通道：INA和2014年4月11日收到国家自然科学基金重大科研仪器INB_4，两个输出通道OUTF和OUTR。INA为设备研制专项(41227802)、国家杰出青年基金(41025015)资助MEMS传感器信号输入通道，INB为CS5372A产生

7、第一作者简介：毛小波(1987一)，男，硕士研究生。研究方向：智能仪器仪表及信号与信息处理。E-mail：mxb—bxm@163．corn。的测试信号输入通道。OUTR为粗差分输出，接26期毛小波，等：一种新型微破裂信号并行采集电路的设计与实现图1电路结构框图Fig．1Circuitstructurediagram图2CS3301A放大连接电路Fig．2CS3301AamplifierconnectioncircuitADC的INR，OUTF为细差分输出，接ADC的INF。∑A／D转换器CS5372A，其动态范围可达

8、到127dB，增如图2所示，在OUTR和OUTF输出端需要进行RC强了微破裂信号的采集能力。电路中的滤波器选用滤波，其目的在于防止ADC采样时产生频率混CS5376A，其内部集成有Sinc、FIR、IIR等数字滤波器，叠。引脚MUX0、MUX1、GAIN0、GAIN1、GAIN2可以通过CS5376A中相应的寄存器进行配置，实现三是由CS537