伪随机信号电法选频放大电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及勘探类检测仪器中的信号放大技术领域，尤其是电法检测仪器中的伪 随机信号电法选频放大电路。
【背景技术】
[0002] 在频率域电磁法勘探领域，需要测量特定频率信号的幅度和相位，不同频率的信 号对应于不同勘探深度的地下信息，为了获取不同深度的地下信息，需要测量数十个频率。 在通常情况下，勘探装置以扫频方式进行测量，发射机每次发射一个频率的方波信号，接收 机测量由该发射频率激发地下介质所产生的信号，直至所有频率测量完毕。上述测量方式 野外效率较低，增加了施工成本。例如现有技术中的公开号为CN1683941A和CN103969688A 的中国发明专利申请分别公开了一种伪随机三频地电响应测量方法和伪随机信号电法勘 查方法，均通过发射含有多个有用信号频率的伪随机信号提高观测效率，一次发射即可完 成多个频率的测量。
[0003] 对伪随机信号电法而言，在发射总功率一定的情况下，由于发射多频伪随机信号， 每个频率的发射功率就会降低，接收机测量信号的强度也随之降低，这样，具有提高信噪比 功能的放大电路就显得尤为重要。因此，信号放大电路是伪随机信号电法检测仪器的重要 组成部分。然而，在野外勘探过程中，接收机测量的信号非常微弱，而且还会受到多种电磁 噪声的影响，例如地电噪声、工频及其谐波噪声、无线电通信噪声等，这些电磁噪声具有很 宽的频谱分布，且与测量信号的频率范围重叠，为了准确测量信号，需要将发射频率信号进 行选频放大，即在不放大噪声的情况下对特定频率进行选择性放大。
[0004] 申请人经检索，发现一些相关现有技术，例如：
[0005][0006][0007][0008] 现有伪随机信号电法仪器还存在如下问题：使用的放大器不能针对信号频谱特征 进行选频放大，或需要多个通道对特定的频率进行放大，当使用宽频放大时，信噪比并没有 得到改善；当使用多个通道时，系统结构庞大，成本增加，而且能够选择放大的频率有限。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种伪随机多频信号选频放大电 路。
[0010] 本发明的目的是通过以下方式实现的：
[0011] 提供一种伪随机信号电法选频放大电路，其特征在于，晶体振荡器与可编程逻辑 器件的时钟输入端连接，可编程逻辑器件的同相输出端连接到单刀双掷模拟开关的控制 端，可编程逻辑器件的反相输出端连接到单刀双掷模拟开关的控制端，输入信号通过电阻 器连接到运算放大器的反相输入端，运算放大器的正相输入端通过电阻器连接到参考地， 运算放大器的反相比例输入端连接到单刀双掷模拟开关的动端，单刀双掷模拟开关的一个 不动端A连接到电阻器的一个输入端，单刀双掷模拟开关的一个不动端A连接到电容器的 一个输入端，单刀双掷模拟开关的一个不动端A连接到单刀双掷模拟开关的一个不动端C， 单刀双掷模拟开关的一个不动端B连接到电阻器的另一个输入端，单刀双掷模拟开关的一 个不动端B连接到电容器的另一个输入端，单刀双掷模拟开关的一个不动端B连接到单刀 双掷模拟开关的一个不动端D，单刀双掷模拟开关的动端连接到运算放大器的输出端构成。 [0012] 本发明具有如下的有益效果：
[0013] (1)本发明提供的伪随机信号电法仪器中的选频放大电路，在不放大噪声的前提 下，放大有用频率的信号（这里的有用频率是指发射机发射的伪随机信号波形中能量较大 的频率成分，通过使用不同的有用频率获取不同深度的视电阻率信息，除去这些有用频率， 其他频率的信号均视为噪声），因此，通过选频放大可以尽可能提高信噪比。通过在野外测 量相同输入信号的对比实验中，使用本发明的选频放大电路的信噪比为26dB，而使用同类 勘探类设备中的宽频放大电路的信噪比仅为_198dB。
[0014] (2)信噪比提高后有助于提高伪随机信号电法信号检测精度和的勘探准确度，能 够在距离发射源更远的测区测量信号，于是增加了伪随机信号电法测量的收发距，扩展了 勘探的范围。其他使用伪随机信号的接收机均可使用本放大电路来提高信噪比。
【附图说明】
[0015] 附图1是伪随机信号电法仪器中选频放大电路原理框图。
[0016] 附图2是2"序列三频伪随机信号波形图。
[0017] 附图3是使用2"序列三频伪随机信号时选频放大电路的传输特性曲线图。
[0018] 图1中的附图标记含义如下：1 晶体振荡器，2 可编程逻辑器件，3 电 阻器，4 电阻器，5 运算放大器，6 电阻器，7 电容器，8 单刀双掷模拟开 关，9一一单刀双掷模拟开关，10-一可编程逻辑器件2的同相输出端，11 一一可编程逻辑器 件2的反相输出端。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明的电路和具体实施例作进一步详细说明：
[0020] 附图1是伪随机信号电法仪器中选频放大电路原理框图，输入信号s(t)首先通过 电阻器3连接到运算放大器5的反相输入端，输入到运算放大器5的反相输入端的电流表 示为：
[0022] 上式中R1为选频放大电路中电阻器3的电阻值。
[0023] 运算放大器5的同相输入端通过电阻器4连接到参考地，电阻器4用于平衡运算 放大器的两个输入端的阻抗，消除输入偏置电压。根据运算放大器的"虚短"特性，运算放 大器5的反相输入端电压也为0。运算放大器5的反相输入端连接到单刀双掷模拟开关8 的动端，运算放大器的型号可以选择0P07等。
[0024] 晶体振荡器1选用输出频率为20MHz的石英钟。晶体振荡器1为可编程逻辑器件 2提供频率稳定的运行时钟，可编程逻辑器件2选用EPM240。可编程逻辑器件内部产生伪随 机信号序列，由于伪随机信号序列为周期信号且满足狄利克雷条件，因此伪随机信号P(t) 使用指数型傅里叶级数展开为：
[0026] 上式中，t表示时间，t0表示积分起始时间，T表示伪随机信号的周期，n为从负无 穷到正无穷的整数，P(nco。）表示伪随机信号p(t)的频谱，co。表示进行频谱分析的频率分 辨率，频谱分析的频率分辨率可有采样率除以采样点数得到。产生的伪随机信号分为同相 和反相两路输出。同相伪随机信号P(t)序列直接连接到单刀双掷模拟开关8的控制端，另 一路经过反相器变为反相伪随机信号序列，反相伪随机信号连接到单刀双掷模拟开关9的 控制端，单刀双掷模拟开关可选用ADG1436。电阻器6和电容器7组成RC并联网络，单刀双 掷模拟开关8的不动端A连接到RC并联网络的一端，RC并联网络的一端还与单刀双掷模 拟开关9的不动端C连接，单刀双掷模拟开关8的不动端B连接到RC并联网络的另一端， RC并联网络的另一端还与单刀双掷模拟开关9的不动端D连接，单刀双掷模拟开关9的动 端与运算放大器5的输出端连接。
[0027] 该伪随机信号电法仪器中选频放大电路在工作时，可编程逻辑器件2的同相输出 端与反相输出端的电平相反，即同相输出端输出为'1'时，反相输出端输出为'〇'，反之亦 然。当同相输出端输出为'1'，而反相输出端输出为'〇'时，单刀双掷模拟开关8的动端接 通A，单刀双掷模拟开关9的动端接通D，这样从输入信号经过电阻器3流入的电流从上而 下流经RC并联网络；当同相输出端输出为'0'，而反相输出端输出为'1'时，单刀双掷模拟 开关8的动端接通B，单刀双掷模拟开关9的动端接通C，这样从输入信号经过电阻器3流 入的电流从下而上流经RC并联网络。因此，输入电流在两个单刀双掷模拟开关的控制下 按照伪随机信号序列变换方向，给RC并联网络交替充电，相当于给输入电流乘以伪随机信 号，则流经RC并联网络的等效电流x(t)表示为：
[0029] 上式中s(t)表示输入信号，R1为选频放大电路中