基于过采样的高精度宽动态范围次声信号采集系统.pdf

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1、2015焦仪表技术与传感器2015第5期InstrumentTechniqueandSensorNo．5基于过采样的高精度宽动态范围次声信号采集系统李鸿征，赵锋(焦作大学机电工程学院，河南焦作454000)摘要：次声电信号的检测要求系统具有极高的分辨率、宽动态范围以及强噪声抑制能力。该系统为了提高现有模数转换器检测次声信号的能力，简化系统电路和降低生产成本，通过过采样来提高ADC的分辨率，实现了对原始次声信号高精度的采集；同时为了避免微弱次声信号幅值太小而导致的过采样失效，该系统增加了根据输入电平变化动态改变增益的功能。文中结合微控制器的特性，给出了具体的实现方法，

2、并对其进行了测试。实验表明，该系统较传统次声信号数据采集系统具有更高的精度，满足了目前对于次声信号研究的需要。关键词：次声信号；数据采集；过采样；自动增益调节中图分类号：P315文献标识码：A文章编号：1002—1841(2015)05—0062一o3HighResolutionandWideDynamicRangeInfrasoundSignalAcquisitionSystemBasedonOversamplingTechniquesLIHong—zheng，ZHAOFeng(CoHegeofEngineeringJiaozuoUniversity，Jiaozu

3、o454000)Abstract：Theinfrasoundsignalsdetectingsystemhasultra—highresolution，wideinputdynamicrangeandstrongnoiserejec—tionabilitiesInordertoimprovetheabilityofexistingADCstOdetectinfrasoundsignal，simplifythecircuitofsystemandreducethecost，over—samplingtechniquewasappliedtoincreaseADC’Sr

4、esolution．Bythisway，theacquiredsignalsaremoresimilartotheoriginalinfrasoundsignals．Andtorealizeweaksignaldetectionbyusingover·sampling，thesystem’SPGAgaincanbedynamicallysetbasedontheamplitudeoftheinputsigna1．Basedonthespecificcharacteristicofthemicrocontroller，theconcretesoftwareisprov

5、idedandtested．Experimentalresultsshowthatthemethodofacquiringsignalsusingover—samplingtechniquecanreservemoredetailsthanthemethodofdirectlyacquiringsignals，andthesystemisadaptabletosatisfytheresearchdemandofinfrasound．Keywords：infrasoundsignal；datacollection；over—sampling；dynamicgainad

6、justment0引言由于信号幅值过低而导致的过采样失效问题，也提高了系统的次声波是频率小于2OHz的声波，其不易被水或空气吸收、采样精度。也不易衰减⋯。在长期的应用中发现次声波和地震存在明显1基本原理的联系，即次声波异常可以用于对地震进行预测。为了更好地1．1过采样技术原理及精度提高方法分析应用于实践中，首先要对信号特性进行深入的分析。故能够根据奈奎斯特定理，当采样频率为时，可将一半以完整地还原次声传感器的采样输出信号是次声数据采集系统内的有效信号重建。其中，小于fJ2的频率的噪声会被混叠在的核心任务，而其精度也决定了地震预报的准确度。输入信号中。采用数学手段，以

7、白噪声的数学模型近似地描述目前，数据采集系统主要采用先放大再滤波，最后采样量实际噪声时，信号频带内的噪声能量谱密度有化的方式，当系统要求分辨率很高时，基于传统的方法会遇到1奈奎斯特抽样速率的瓶颈问题，因为AD转换器的速度往往限-em·()了制了系统的速度J。过采样技术则可以实现传统ADC无法式中：e为噪声的平均功率；为采样频率；E(f)为能量谱密实现的精度，其已成为中低速、高精度AD转换的常用技术，应度。用于诸多领域J。但过采样技术的使用是有一定要求的，即被由于ADC会舍入到最近的量化水平或ADC码值，所以两采样信号的振幅需要和ADC的输入范围接近，本文研究的次