[实用新型]一种地电场传感器系统

摘要

本实用新型公开了一种地电场传感器系统。现有地电场信号长距离传输损失了微弱有用信息。本实用新型公共电极与南北方位电极接入一个前级信号调理电路的前级无源带通滤波器，同时与东西方位电极接入另一个前级信号调理电路的前级无源带通滤波器；地电场信号传入前级信号调理电路后，在前级信号调理电路中依次经前级无源带通滤波器滤波、前级混合仪表放大器放大、前级有源带通滤波器滤波以及前级单端转差分电路信号调理后，差分信号输出至对应的一个后级信号调理电路中进一步信号调理。本实用新型前级电路采用混合仪表放大器，具有高输入阻抗、低噪声、低失调的优点；电极埋设保证电极能够与土壤介质的良好接触，增强电极工作的长期稳定性。

主权项

1.一种地电场传感器系统，包括前级信号调理电路和后级信号调理电路；前级信号调理电路放置在前端观测场地，后级信号调理电路放置在观测室内；其特征在于：所述的前级信号调理电路包括前级无源带通滤波器、前级混合仪表放大器、前级有源带通滤波器和前级单端转差分电路；公共电极与南北方位电极接入一个前级信号调理电路的前级无源带通滤波器，同时与东西方位电极接入另一个前级信号调理电路的前级无源带通滤波器；南北方位电极和公共电极，或东西方位电极和公共电极检测的地电场信号传入前级信号调理电路后，在前级信号调理电路中依次经前级无源带通滤波器滤波、前级混合仪表放大器放大、前级有源带通滤波器滤波以及前级单端转差分电路信号调理后，差分信号输出至对应的一个后级信号调理电路中；所述的后级信号调理电路包括后级无源带通滤波器、后级仪表放大器、调零电路、后级Fliege陷波器、后级电压跟随及低通滤波器、后级放大及单端转差分电路、A/D转换器和控制器；前级信号调理电路输出的信号依次经后级信号调理电路的后级无源带通滤波器滤波、后级仪表放大器放大、后级Fliege陷波器滤波、后级电压跟随及低通滤波器跟随与滤波、后级放大及单端转差分电路信号调理后，差分信号输出至A/D转换器，A/D转换器模数转换后传给控制器；控制器计算出调零电压值，并通过控制信号让调零电路中的D/A转换器产生调零电压，调零电压经调零电路中的后级电压跟随器后输出至后级仪表放大器的电压参考脚，实现后级仪表放大器的调零；所述的前级无源带通滤波器包括电阻二R2、电阻三R3、电阻五R5、电容二C2、电容三C3、电容五C5、二极管一D1、电阻六R6、二极管二D2、电容八C8、电容六C6、共模扼流圈一T1、电容十二C12、电阻十三R13、电阻十五R15、电阻十七R17、电容十三C13、电容十C10、二极管三D3、电阻十四R14、二极管四D4、电容十五C15和电容十四C14；公共电极接共模扼流圈一T1中线圈一的输入端E1‑，南北方位电极或东西方位电极接共模扼流圈一T1中线圈二的输入端E1+；电容十二C12的一端接共模扼流圈一T1中线圈一的输出端，电容三C3的一端接共模扼流圈一T1中线圈二的输出端；电阻二R2的一端与电阻三R3的一端连接，另一端接地；电阻三R3的另一端与电阻五R5的一端及电容三C3的另一端连接；电阻五R5的另一端与电容五C5的一端、二极管一D1的负极、电阻六R6的一端和二极管二D2的负极连接；电容五C5的另一端接地；二极管一D1的正极与电容二C2的一端连接，电容二C2的另一端接地；二极管二D2的正极与电容八C8的一端连接，电容八C8的另一端接地；电阻六R6的另一端与电容六C6的一端连接并输出信号Signal+；电容六C6的另一端接地；电阻十七R17的一端接地，另一端与电阻十五R15的一端连接；电阻十五R15的另一端与电阻十三R13的一端以及电容十二C12的另一端连接；电阻十三R13的另一端与电容十三C13的一端、二极管三D3的负极、电阻十四R14的一端和二极管四D4的负极连接；电容十三C13的另一端接地；二极管三D3的正极与电容十C10的一端连接，电容十C10的另一端接地；电阻十四R14的另一端与电容十四C14的一端连接并输出信号Signal‑；电容十四C14的另一端接地；二极管四D4的正极与电容十五C15的一端连接，电容十五C15的另一端接地；所述的前级混合仪表放大器包括放大器一U1、电容一C1、电阻一R1、电阻七R7、电阻二十一R21、电容十六C16、放大器四U4、电阻四R4、电阻十六R16、电阻二十五R25和放大控制芯片一U2；放大器一U1和放大器四U4的型号均为AD745JR‑16；放大器一U1的管脚3与电容一C1、电阻一R1和电阻七R7的一端连接；电阻四R4的一端与放大控制芯片一U2的管脚3连接，放大控制芯片一U2的型号为INA128U；放大器一U1的管脚12与电容一C1、电阻一R1和电阻四R4的另一端连接；放大器一U1的管脚6与‑6V电源连接，放大器一U1的管脚13与+6V电源连接；电阻七R7的另一端与放大器四U4的管脚3、电阻二十一R21的一端和电容十六C16的一端连接；电阻二十一R21的另一端与电容十六C16的另一端、放大器四U4的管脚12和电阻十六R16的一端连接；放大器四U4的管脚13与+6V电源连接，放大器四U4的管脚6与‑6V电源连接；电阻十六R16的另一端与放大控制芯片一U2的管脚2连接；电阻二十五R25的一端与放大控制芯片一U2的管脚8连接，另一端与放大控制芯片一U2的管脚1连接；放大控制芯片一U2的管脚5接地，管脚7与+6V电源连接，管脚4与‑6V电源连接，管脚6输出信号Signal1；放大器一U1和放大器四U4的管脚5分别接前级无源带通滤波器的输出信号Signal+和Signal‑；所述的前级有源带通滤波器包括电容九C9、电阻十R10、电阻十二R12、电阻八R8、电阻九R9、电容四C4、电容七C7、电容十一C11、放大器三U3A和电阻十一R11；放大器三U3A的型号为OP2177；电容九C9的一端接前级混合仪表放大器的输出信号，另一端与电阻十R10和电阻八R8的一端连接；电阻八R8的另一端与电阻九R9、电容四C4和电容七C7的一端连接；电阻十R10的另一端与电阻十二R12的一端连接；R12的另一端接地；电阻九R9的另一端与电容十一C11的一端和放大器三U3A的管脚3连接；电容十一C11的另一端接地；放大器三U3A的管脚1与电阻十一R11的一端、电容四C4的另一端、电容七C7的另一端连接，并输出信号Signal2；放大器三U3A的管脚2接电阻十一R11的另一端；放大器三U3A的管脚4接‑6V电源，管脚8接+6V电源；所述的前级单端转差分电路包括电阻二十R20、电阻十八R18、放大器五U5A、放大器六U5B、电阻十九R19、电阻二十三R23、电阻二十六R26、电阻二十二R22和电阻二十四R24；电阻二十R20的一端与电阻二十三R23的一端连接，并接前级有源带通滤波器的输出信号；电阻二十R20的另一端与放大器五U5A的管脚3连接，放大器五U5A的管脚2与电阻十八R18的一端连接，电阻十八R18的另一端与放大器五U5A的管脚1和电阻十九R19的一端连接；电阻十九R19的另一端输出信号Signal3+；放大器五U5A的管脚8接+6V电源，管脚4接‑6V电源；电阻二十三R23的另一端与电阻二十二R22的一端和放大器六U5B的管脚6连接，放大器六U5B的管脚5与电阻二十六R26的一端连接，电阻二十六R26的另一端接地；放大器六U5B的管脚7与电阻二十二R22的另一端和电阻二十四R24的一端连接，电阻二十四R24的另一端输出信号Signal3‑；放大器六U5B的管脚4和管脚8均悬空；放大器五U5A和放大器六U5B采用型号为AD822AR的集成放大器；所述的后级无源带通滤波器包括电阻二十七R27、共模扼流圈二T2、电阻二十九R29、电阻三十R30、电阻二十八R28、电容十七C17、电容十八C18和电容十九C19；共模扼流圈二T2中线圈一的输入端接前级信号调理电路的输出信号Signal3‑，共模扼流圈二T2中线圈二的输入端接前级信号调理电路的输出信号Signal3+；电阻二十七R27的一端接地，另一端与电阻二十九R29的一端以及共模扼流圈二T2中线圈二的输出端连接；电阻二十九R29的另一端与电容十七C17和电容十八C18的一端连接，电容十七C17的另一端接地；电阻二十八R28的一端接地，另一端与电阻三十R30的一端以及共模扼流圈二T2中线圈一的输出端连接；电阻三十R30的另一端与电容十八C18的另一端和电容十九C19的一端连接，电容十九C19的另一端接地；所述的后级仪表放大器包括电阻三十一R31和放大控制芯片二U6；放大控制芯片二U6采用型号为INA128U的芯片；放大控制芯片二U6的管脚1与电阻三十一R31的一端连接，放大控制芯片二U6的管脚8与电阻三十一R31的另一端连接；放大控制芯片二U6的管脚4接‑6V电源，放大控制芯片二U6的管脚7接+6V电源；放大控制芯片二U6的管脚2接电容十七C17与电容十八C18的连接端；放大控制芯片二U6的管脚3接电容十八C18与电容十九C19的连接端；放大控制芯片二U6的管脚6输出信号Signal4；所述的调零电路包调零电路包括D/A转换器和后级电压跟随器；所述的D/A转换器包括放大控制芯片三U7、电阻三十二R32和电阻三十三R33；所述的后级电压跟随器包括电阻三十四R34、电阻三十五R35和放大器二U10B；放大控制芯片三U7采用型号为AD5312ARMZ的芯片；控制器采用型号为SAF‑C167CS‑L16M的芯片；放大器二U10B的型号为OP2177；放大控制芯片三U7的管脚2与+6V电源连接，管脚1和管脚10均接地，管脚5与电阻三十二R32的一端连接，管脚6与电阻三十三R33的一端连接；放大控制芯片三U7的管脚3和4均与基准电压+2.5VREF连接；控制器的管脚P3.3接放大控制芯片三U7的管脚7，控制器的管脚TXD接放大控制芯片三U7的管脚8，控制器的管脚RXD接放大控制芯片三U7的管脚9；在控制器的管脚P3.3置低时，控制器与放大控制芯片三U7的通信开始；电阻三十二R32的另一端与电阻三十三R33的另一端、电阻三十四R34的一端、电阻三十五R35的一端和放大器二U10B的管脚5连接；电阻三十四R34的另一端与基准电压‑2.5VREF连接，电阻三十五R35的另一端接地；放大器二U10B的管脚4与‑6V电源连接，管脚8与+6V电源连接；放大器二U10B的管脚6与放大器二U10B的管脚7连接，并接放大控制芯片二U6的管脚5；所述的后级Fliege陷波器包括电容二十C20、电容二十一C21、电阻三十六R36、滑动变阻器一R39、滑动变阻器二R37、电阻三十八R38、电阻四十R40、电容二十二C22、电容二十三C23、放大器七U8A、放大器八U8B、电阻四十一R41、电阻四十二R42和电阻四十三R43；电容二十C20、电容二十一C21、电阻三十六R36和电阻四十三R43的一端均接后级仪表放大器的输出信号；电容二十C20的另一端与滑动变阻器二R37的活动端、电容二十一C21的另一端、滑动变阻器一R39的一个固定端、滑动变阻器一R39的活动端和放大器七U8A的管脚3连接；电阻三十六R36的另一端与滑动变阻器二R37的一个固定端连接；滑动变阻器二R37的另一个固定端与电阻三十八R38的一端连接，电阻三十八R38的另一端接地；滑动变阻器一R39的另一个固定端与电阻四十R40的一端连接，电阻四十R40的另一端与放大器八U8B的管脚7、电容二十二C22和电容二十三C23的一端连接；放大器八U8B的管脚6与放大器七U8A的管脚2、电阻四十一R41的一端、电容二十二C22的另一端和电容二十三C23的另一端连接；放大器八U8B的管脚5与电阻四十二R42的一端和电阻四十三R43的另一端连接；放大器七U8A的管脚4接‑6V电源，管脚8接+6V电源；放大器八U8B的管脚4和管脚8均悬空；放大器七U8A的管脚1与电阻四十二R42和电阻四十一R41的另一端连接，并输出信号Signal5；放大器七U8A和放大器八U8B采用型号为AD822AR的集成放大器；所述的后级电压跟随及低通滤波器包括放大器九U9A、电阻四十四R44、电阻四十五R45、电容二十六C26、放大器十U9B、电容二十四C24、电容二十五C25、电阻四十六R46、电阻四十七R47、电阻四十八R48、电容二十九C29、电阻四十九R49、电容二十七C27、电容二十八C28和放大器十一U10A；放大器九U9A的管脚3接后级Fliege陷波器的输出信号；放大器九U9A的管脚1与放大器九U9A的管脚2和电阻四十四R44的一端连接，管脚4接‑6V电源，管脚8接+6V电源；电阻四十四R44的另一端与电容二十四C24、电容二十五C25和电阻四十五R45的一端连接，电阻四十五R45的另一端与放大器十U9B的管脚5和电容二十六C26的一端连接，电容二十六C26的另一端接地；放大器十U9B的管脚6与电阻四十六R46的一端连接，放大器十U9B的管脚7与电阻四十七R47的一端、电容二十四C24的另一端、电容二十五C25的另一端和电阻四十六R46的另一端连接；放大器十U9B的管脚4和8均悬空；放大器九U9A和放大器十U9B采用型号为OP2177的集成放大器；电阻四十七R47的另一端与电容二十七C27、电容二十八C28和电阻四十八R48的一端连接，电阻四十八R48的另一端与放大器十一U10A的管脚3和电容二十九C29的一端连接，电容二十九C29的另一端接地；放大器十一U10A的管脚2与电阻四十九R49的一端连接；放大器十一U10A的管脚1与电容二十七C27、电容二十八C28和电阻四十九R49的另一端连接，并输出信号Signal6；放大器十一U10A的管脚4接‑6V电源，管脚8接+6V电源；放大器十一U10A的型号为OP2177；所述的后级放大及单端转差分电路包括电阻五十R50、电阻五十一R51、放大控制芯片四U11、电阻五十三R53、电阻五十六R56、电阻五十七R57、电阻五十二R52、电阻五十五R55、放大器十二U12A、放大器十三U12B、电阻五十四R54、电阻五十八R58、电容三十C30和电容三十一C31；放大控制芯片四U11采用型号为INA118U的芯片；放大控制芯片四U11的管脚1与电阻五十R50的一端连接，电阻五十R50的另一端与放大控制芯片四U11的管脚8连接；放大控制芯片四U11的管脚2与电阻五十一R51的一端连接，电阻五十一R51的另一端接地；放大控制芯片四U11的管脚3接后级电压跟随及低通滤波器的输出信号，管脚4接‑6V电源，管脚7接+6V电源，管脚5与电阻五十七R57的一端连接并接基准电压+2.5VREF，管脚6与电阻五十三R53和电阻五十六R56的一端连接；电阻五十三R53的另一端与放大器十二U12A的管脚3连接；放大器十二U12A的管脚2与电阻五十二R52的一端连接，管脚1与电阻五十二R52的另一端和电阻五十四R54的一端连接；放大器十二U12A的管脚4接地，管脚8接+6V电源；电阻五十四R54的另一端与电容三十C30的一端连接并输出信号CH1+；放大器十三U12B的管脚6与电阻五十六R56的另一端和电阻五十五R55的一端连接，管脚5与电阻五十七R57的另一端连接，管脚7与电阻五十五R55的另一端和电阻五十八R58的一端连接；放大器十三U12B的管脚4和管脚8均悬空；放大器十二U12A和放大器十三U12B采用型号为OP296GS的集成放大器；电阻五十八R58的另一端与电容三十一C31的一端连接并输出信号CH1‑；电容三十一C31和电容三十C30的另一端均接地。