[发明专利]一种用于重力梯度测量的微弱信号检测电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种微弱信号检测电路，特别涉及一种用于重力梯度测量的微弱信号检测电路，属于信号检测技术。

背景技术

重力场资料获取需要依靠重力测量仪器实现，通过重力测量仪器获取的重力场观测数据，可广泛应用于计量学、大地测量、地球物理、地球动力学、空间科学、灾害预测、海洋科学等多个领域。由于重力梯度信号调制在较低频率上，并且重力梯度传感器输出信号强度非常微弱（可达pA级），重力梯度仪传感器输出信号中有用的二倍频调制信号深埋在直流分量、一倍频调制信号分量和噪声分量中，信噪比可大于120dB。并且一倍频调制信号和二倍频调制信号之间的频率差很小。一倍频正弦波调制信号在通过检测电路时可能会产生二倍频失真，对于被测的二倍频调制信号是同频干扰信号，对二倍频调制信号的精确测量会产生极大的影响。二倍频调制信号频率很低，导致半导体器件的1/f噪声显著，因此要克服1/f噪声给测量带来了困难。检测电路中采用的相关检测和滤波等微弱信号检测方法，由于测量系统的响应时间不可能太长，使这些方法抑制噪声和干扰的能力受到限制。现有的仪器不能直接对超低频的微弱信号检测，因此需要专用的微弱信号检测电路来检测重力梯度仪传感器输出信号中的梯度信息。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于重力梯度测量的微弱信号检测电路，该电路结构简单，检测分辨率高。

通过I/V转换、零位扣除电路，放大电路，陷波电路，带通电路，相敏检波电路和低通滤波电路，实现对重力梯度仪传感器输出信号中梯度张量信息的检测。

本发明的技术解决方案是：一种用于重力梯度测量的微弱信号检测电路，重力梯度仪上安装四个加速度计，每两个加速度计构成一组，每组加速度计对称安装，由四个I/V转换电路、两个一级放大电路、二级放大电路、陷波电路、带通滤波电路、相敏检波电路和低通滤波电路组成，四个加速度计产生的四路电流信号分别经过四个I/V转换电路转换成四路电压信号，每组加速度计转换的两路电压信号分别经过一个一级放大电路进行放大处理用于抵消电压信号中极性反的一倍频调制信号，并将同极性的二倍频调制信号进行相加放大，二级放大电路对两个一级放大电路输出的电压信号进行相加放大，陷波电路对二级放大电路放大后的电压信号进行一倍频信号抑制再次扣除残留的一倍频调制信号，带通滤波电路对陷波电路输出的电压信号进行带通滤波，带通滤波后的电压信号通过相敏检波电路进行相敏检波后最后经过低通滤波电路滤波得到梯度张量电压信号。

I/V转换电路由反相比例放大电路、积分电路、电压跟随电路和电阻R_f组成，其中第一运算放大器A₁与电阻R_F、电容C_o组成反相比例放大电路实现电流信号到电压信号的转换，电阻R_F、电容C_o并联后接在第一运算放大器A₁的反向输入和输出端之间，第二运算放大器A₂、电阻R₁和电容C组成积分电路，电容C接在第二运算放大器A₂的反向输入端和输出端之间，电阻R₁接在第一运算放大器A₁的输出端与第二运算放大器A₂的反向输入端之间，第三运算放大器A₃、电阻R₂和电阻R₃组成电压跟随器，电阻R₂接在第二运算放大器A₂的输出端与第三运算放大器A₃的反向输入端之间，电阻R₃接在第三运算放大器A₃的反向输入端与输出端之间，第三运算放大器A₃的输出端与输入电流之间接电阻R_f，第一运算放大器A₁、第二运算放大器A₂与第三运算放大器A₃的正向输入端接地。