】
[0018] 图1为本发明提供的程控增益放大系统的结构框图。
[0019] 图2为程控增益前级放大电路的电路图。
[0020] 图3为电源模块的电路图。
[0021] 图4为程控增益二级放大电路的电路图。
[0022] 图5为程控衰减电路的电路图。
[0023] 图6为程控增益末级放大电路的电路图。
[0024] 其中，1-仪表放大器，2-RC高通滤波电路，3-乘法型DAC，4-运算放大电路C，5-开 关元件，6-运算放大电路D。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下 实施例。
[0026] 本发明提供的用于地球天然脉冲电磁场信号的程控增益放大系统，如图1所示， 包括计算机、通过串口线与计算机连接的单片机MSP430G2553、用于采集地球天然脉冲电磁 场信号的传感器和信号放大单元，传感器与单片机之间通过由仪表放大器INA128和数模 转换电路构成的AD采集电路连接，所述信号放大单元为程控增益放大电路，采集的地球天 然脉冲电磁场信号经程控增益放大电路调整后输出，AD采集电路和程控增益放大电路均与 单片机电连接，单片机上连接有用于将外接电源转化为工作电压的电源模块，电源模块的 电路如图3所示，电源模块直接产生5V或3. 3V电源，单片机上设有扩展SD卡接口以便数 据存储，单片机MSP430G2553可替换为STM32或ARM系列的更高性能的控制芯片；
[0027] 所述程控增益放大电路由依次串联的程控增益前级放大电路、程控增益二级放大 电路、程控衰减电路和程控增益末级放大电路四级电路构成，放大倍数为10000倍，其中程 控增益前级放大电路如图2所示，由INA128仪表放大器1和300Hz RC高通滤波电路2串 联构成，放大倍数为100倍，增益设定公式为
其中Rg值为499 D，输入信 号幅度不超过200mVp-p，最大输出幅度不超过20Vp-p，INA128仪表放大器1的偏置电压设 定引脚接入设定的偏置电压，RC高通滤波电路的输出端即为程控增益前级放大电路的输出 端，其中INA128仪表放大器可以用其他仪表运放替代，比如ADI的AD8221 ;
[0028] 程控增益二级放大电路为运算放大电路B，如图4所示，放大倍数为10倍，增益 设定公式为
《中Rh值为100 D，Rf?值为910 Q，其输入信号幅度不超过 2Vp_p，运算放大电路B可用其他精密、低噪声运放进行替代，如ADI公司的OP177F ;
[0029] 程控衰减电路如图5所示，为DAC7811乘法型DAC3与OPA277运算放大电路C4的 组合电路，其中DAC7811为SPI控制总线，信号最高的输入范围是30Vp-p，其中输出跟随运 放要求选择低偏置电流、低失调电压的运放，DAC7811乘法型DAC可用其他同类芯片替代， 如ADI公司的AD5452,程控衰减电路可替换为压控电路或模拟乘法器；
[0030] 程控增益末级放大电路如图6所示，包括并联的开关元件5和OPA211运算放大 电路D6, OPA211实现固定增益10倍放大，同时通过控制开关元件来控制信号是否通过 OPA211 (10倍放大）或是直接输出，开关元件为继电器或模拟开关，单片机通过开关元件控 制运算放大电路D的通断，信号最高输入幅度不超过2Vp-p，OPA211可采用其他压摆率稍高 的低噪声运放替代，如OPA228、AD817等。
【主权项】
1. 一种用于地球天然脉冲电磁场信号的程控增益放大系统，至少包括计算机、通过串 口线与计算机连接的控制器、用于采集地球天然脉冲电磁场信号的传感器和与传感器电连 接的信号放大单元，其特征在于：传感器与控制器之间通过由信号调理电路和数模转换电 路构成的AD采集电路连接，所述信号放大单元为程控增益放大电路，采集的地球天然脉冲 电磁场信号经程控增益放大电路调整后输出，AD采集电路和程控增益放大电路均与控制器 电连接，控制器上连接有用于将外接电源转化为工作电压的电源模块；所述程控增益放大 电路由依次串联的程控增益前级放大电路、程控增益二级放大电路、程控衰减电路和程控 增益末级放大电路四级电路构成，其中程控增益前级放大电路由运算放大电路A和RC高通 滤波电路串联构成，RC高通滤波电路的输出端即为程控增益前级放大电路的输出端，程控 增益二级放大电路为运算放大电路B，程控衰减电路由模数转换器和运算放大电路C串联 构成，程控增益末级放大电路包括并联的开关元件和运算放大电路D，控制器通过开关元件 控制运算放大电路D的通断。2. 根据权利要求1所述的用于地球天然脉冲电磁场信号的程控增益放大系统，其特征 在于：所述程控增益放大电路的放大倍数为10000倍，其中程控增益前级放大电路的放大 倍数为100倍，增益设定公式为其中Rg值为499Q;程控增益二级放大电路的放大倍数为10倍，增益设定公式为： 其中Rh值为100Q，Rf值为 ， 910Q;程控增益末级放大电路中运算放大电路D的放大倍数为10倍。3. 根据权利要求1所述的用于地球天然脉冲电磁场信号的程控增益放大系统，其特征 在于：所述信号调理电路和运算放大电路A均为仪表放大器，程控衰减电路为乘法型DAC与 运算放大电路C的组合电路，开关元件为继电器或模拟开关。4. 根据权利要求1所述的用于地球天然脉冲电磁场信号的程控增益放大系统，其特征 在于：程控衰减电路为压控电路或模拟乘法器。5. 根据权利要求1所述的用于地球天然脉冲电磁场信号的程控增益放大系统，其特征 在于：所述控制器为单片机，单片机上设有扩展SD卡接口。
【专利摘要】本发明提供了一种用于地球天然脉冲电磁场信号的程控增益放大系统，包括计算机、控制器、传感器和信号放大单元，传感器与控制器之间通过由信号调理电路和数模转换电路构成的AD采集电路连接，信号放大单元为由三级放大电路和程控衰减电路构成的程控增益放大电路，采集的地球天然脉冲电磁场信号经程控增益放大电路调整后输出，AD采集电路和程控增益放大电路均与控制器电连接，控制器上连接有电源模块；本发明提供的程控增益放大系统中，采用仪表放大器作为前级获取微弱信号，后两级采用精密低噪声运放组成高增益放大电路，实现最高放大倍数80dB，并在中间级插入程控衰减电路，实现放大倍数0～80dB程控可调。
【IPC分类】G01V1/36
【公开号】CN104991276
【申请号】CN201510368993
【发明人】郝国成, 白雨晓, 韩家斌, 陈忠昌, 康坊
【申请人】中国地质大学（武汉）
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年6月29日