电化学地震检波器的仿真及检测电路设计

论文摘要

地震检波器是一种采集地震数据的仪器,随着高精度地震勘探和高分辨率地震数据采集的出现,采用新的检测原理、性能更高的新型检波器进入地震勘探领域,更加适用于地震勘探的需求。电化学地震检波器是一种基于电化学原理的新型地震传检波器,采用液体作为惯性质量体,因具有抗冲击性强、灵敏度高、噪声低以及低频特性好等属性而备受关注。目前实验室研制成功的的电化学地震检波器成本较高、频率特性较差、制作过程复杂,没有被广泛应用。为了能够进一步改善现有的电化学地震检波器的性能,使其应用领域得到全面扩展,本文对电化学地震检波器的敏感元件以及检测电路进行了研究和设计。本文首先根据电化学地震检波器的工作原理,在COMSOL仿真软件中建立检波器的仿真模型和敏感元件的结构模型,仿真分析了敏感元件的结构对电化学地震检波器的灵敏度及热噪声的影响,从而得到了更加理想的敏感元件结构参数并降低了制作成本。其次,为了改善检波器的频率特性从而使检波器能够更加准确地采集振动信号,本文采用ST公司的芯片STM32F373CC作为核心控制器设计了电化学地震检波器的检测电路对其进行数字化处理,围绕主控芯片完成了前置放大电路、电源电路和主控模块电路原理图、PCB的设计以及电路的制作,编写了信号处理程序分别对其幅频和相频响应进行校正,根据单片机程序中复数乘法的功能描述给出了信号处理系数的计算公式,通过上位机将处理系数下载到检测电路中完成了信号的处理。最后,利用实验室的振动台装置对本文设计的检测电路进行了测试验证,将其与电化学地震检波器的模拟信号处理电路进行连接,得到经过检测电路处理前后的频率特性。分析实验结果,可以看出经过检测电路处理后的检波器的频率响应曲线更加平坦。因此,本文设计的检测电路改善了检波器的频率特性,为之后电化学地震检波器应用领域的拓展奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•   1.3 本文主要研究内容
• 第2章 电化学地震检波器原理及仿真
•   2.1 电化学地震检波器的结构
•   2.2 电化学地震检波器的工作原理
•   2.3 电化地震检波器的频率特性分析
•   2.4 电化地震检波器敏感元件结构仿真
•     2.4.1 仿真模型的建立
•     2.4.2 仿真结果分析
•   2.5 本章小结
• 第3章 检测电路总体设计及实现
•   3.1 总体设计
•     3.1.1 主控芯片的介绍
•     3.1.2 总体设计框图
•   3.2 前置放大电路设计
•   3.3 主控模块电路设计
•     3.3.1 复位电路设计
•     3.3.2 BOOT启动电路设计
•     3.3.3 时钟电路设计
•     3.3.4 仿真接口电路设计
•     3.3.5 串口电路设计
•   3.4 电源电路设计
•   3.5 电路的PCB设计
•   3.6 本章小结
• 第4章 信号处理软件设计
•   4.1 单片机程序设计
•     4.1.1 sin和 cos测试程序设计
•     4.1.2 信号处理程序设计
•     4.1.3 定时器和串口设置程序设计
•   4.2 上位机程序设计
•     4.2.1 加载参数的程序设计
•     4.2.2 信号处理系数的计算
•   4.3 本章小结
• 第5章 测试结果和分析
•   5.1 测试平台及方法介绍
•   5.2 实验结果分析
•   5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 论文总结
•   6.2 研究展望
• 参考文献
• 作者简介及科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 母廷廷

导师: 杨大鹏

关键词: 地震检波器,电化学,仿真,检测,信号处理

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地球物理学

单位: 吉林大学

基金: 国家自然科学基金项目“宽频电化学地震计的设计及开发”

分类号: P631.436

总页数: 66

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