數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中子樣脈沖頂部斜率變化預(yù)測(cè)技術(shù)

在石油地震勘探儀器的瞬時(shí)浮點(diǎn)放大器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)主放大器)中，瞬時(shí)浮點(diǎn)放大器對(duì)采集到的每個(gè)子樣脈沖都能選擇一個(gè)最佳增益值,從而把幅度相差懸殊的地震信號(hào)放大至最佳值(2V~8V)，由于過(guò)零點(diǎn)子樣脈沖采自信號(hào)幅度為零附近，因此子樣頂部有較大的斜率,當(dāng)主放大器最終選定增益值時(shí)，子樣幅度卻在不斷增加，如何預(yù)測(cè)子樣幅度的變化趨勢(shì),使主放大器準(zhǔn)確選擇放大倍數(shù),就是本文要討論的問(wèn)題。

地震勘探儀器基于回聲探測(cè)原理。在地表發(fā)出機(jī)械振動(dòng)，然后接受來(lái)自地下各個(gè)界面的反射信號(hào)，以機(jī)械振動(dòng)在地層介質(zhì)中的傳播速度及其旅行時(shí)間來(lái)確定地下反射界面的幾何形態(tài)。地震勘探系統(tǒng)的功能是將地表機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的地震反射信號(hào)以二進(jìn)制數(shù)的形式記錄在磁帶上。主要工作過(guò)程是：地震檢波器接受到的地震信號(hào)經(jīng)前置放大器放大、濾波后，送多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)對(duì)各道地震信號(hào)依次進(jìn)行采樣;將采樣后的子樣脈沖逐一送到主放大器，主放大器對(duì)每個(gè)子樣脈沖都能選擇一個(gè)最佳增益，從而把幅度相差懸殊的地震信號(hào)放大至最佳值(2V~8V)，選定的放大倍數(shù)以三位二進(jìn)數(shù)碼輸出，送記錄格式編排器。經(jīng)放大后的子樣脈沖送第二采樣保持器，將子樣在時(shí)間上展寬(幅度不變)，以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換時(shí)間的需求;展寬后的子樣脈沖經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換成為二進(jìn)制數(shù)。最后由記錄格式編排器將放大倍數(shù)和轉(zhuǎn)換結(jié)果按照規(guī)定的記錄格式編排好，并記錄在磁帶上。

瞬時(shí)浮點(diǎn)放大器工作原理簡(jiǎn)述

主放大器是一種增益變化速度極快的高精度放大器，見(jiàn)圖1。它有7個(gè)基本放大級(jí)(A6～A12)，每個(gè)基本放大級(jí)的增益是22(12dB)。當(dāng)子樣脈沖進(jìn)入放大器后,首先被28增益放大,然后放大器在該子樣脈沖持續(xù)的短暫時(shí)間內(nèi)三次調(diào)制增益，使這個(gè)脈沖在第三次調(diào)整后的增益放大下,輸出幅度落在2V~8V之間。

過(guò)零點(diǎn)子樣脈沖及其影響

過(guò)零點(diǎn)子樣是指子樣來(lái)自信號(hào)幅度為零的附近，子樣頂部有較大的斜率。如果放大器沒(méi)有子樣變化斜率預(yù)測(cè)電路(即微分補(bǔ)償電路)時(shí)，斜頂子樣會(huì)造成什么樣的影響呢?假設(shè)放大器要放大的是圖2示出的斜頂子樣。對(duì)該子樣放大的過(guò)程見(jiàn)圖3。

參見(jiàn)圖3，在t0時(shí)刻主放對(duì)Vi首先采用28放大，設(shè)放大后的幅度有V0=28Vi2V，比較器必然給出的結(jié)果是11，要求主放增益增加，這是第一次增益調(diào)整。t1時(shí)刻，主放對(duì)Vi采用212放大，設(shè)放大后的幅度有V0=212Vi>10V，比較結(jié)果是00，主放增益減少，這是第二次增益調(diào)整。t2時(shí)刻，設(shè)V0=210Vi，而2V210Vi10V，比較結(jié)果為01，于是t3時(shí)刻以后按210Vi輸出送到二采保持電路。

由于子樣幅度具有較大斜率，因此當(dāng)?shù)谌卧鲆嬲{(diào)整完畢，確定為210放大倍數(shù)后，子樣幅度仍在不斷增加，完全有可能出現(xiàn)如圖3所示的情形，輸出大于8V，甚至超過(guò)10V。然而系統(tǒng)的ADC所能表示的最大輸出電壓為8.192V，這時(shí)各位尾數(shù)已全為“1”。如果放大器輸出的子樣幅度大于8.192V，那么勢(shì)必造成ADC的各位輸出都為“1”，仍不能表示該采樣的真實(shí)幅度，這將導(dǎo)致地震勘探采集精度受到影響。

微分補(bǔ)償電路的作用及原理

為了克服上述問(wèn)題，于是在比較器中設(shè)置了微分補(bǔ)償電路A30，用于預(yù)測(cè)子樣電壓的變化趨勢(shì)，與比較器A14、A15相配合，使放大器對(duì)正在處理的子樣合理選擇增益。帶微分補(bǔ)償電路A30的比較器見(jiàn)圖4，A30由電容C、電阻R1、R2構(gòu)成，兩個(gè)二極管為限幅二極管。

微分補(bǔ)償電路的作用見(jiàn)圖5，顯然，無(wú)微分補(bǔ)償電路時(shí)，在t1時(shí)刻增益調(diào)整方向是根據(jù)a點(diǎn)的幅度值確定的。而加有微分補(bǔ)償電路后，t1時(shí)刻增益調(diào)整方向是依據(jù)b點(diǎn)的幅度值確定的。也就是說(shuō)，比較級(jí)由于微分補(bǔ)償電路的作用，在輸入信號(hào)的t1時(shí)刻，便預(yù)測(cè)到了輸入信號(hào)t2時(shí)刻的幅度值。