[发明专利]自动增益数字解调斩波放大方法及电路

说明书

本发明涉及一种自动增益数字解调斩波放大方法及电路，该方法包括：将电路输入端的低频信号通过斩波调制为高频交流信号；将高频交流信号进行隔离变压器放大、固定增益放大与可编程增益放大；将放大后的高频交流信号进行与斩波调制信号同步下的模数转换采样，高频交流信号的数字化；将数字化后的高频交流信号根据采样点筛选有效信号，进行信号平均滤波，完成数字解调；将数字解调后的信号进行滤波，获取信号幅值信息；将信号幅值信息与预设的增益控制阈值进行比较，判断是否进行增益调整；通过控制可编程增益放大电路调整增益。该方法可用于低频微弱信号的采集，有效提高低频微弱信号的测量范围，可用于低输入阻抗的微弱信号检测、放大与采集场合。

技术领域

本发明属于海洋电磁探测技术领域，尤其涉及一种自动增益数字解调斩波放大方法及电路。

背景技术

海洋电磁勘探方法分为天然场源(Marine MT，海洋大地电磁法)和人工场源(Marine CSEM，海洋可控源电磁法)。搭载在海底电磁采集站或拖曳式电场采集站上的电磁数据记录仪是海洋电磁勘探的关键装备之一，负责采集海底微弱的电场和磁场信号。微弱磁场信号通过超低噪声磁场传感器采集，磁场传感器本底噪声密度要求低于电场信号利用“固态不极化电极+超低噪声放大电路”采集，采集通道本底噪声密度要求低于而针对基于“固态不极化电极+超低噪声放大电路”的微弱电场信号检测、放大和采集方法中面临的主要关键问题是：1)放大电路的噪声；2)电场信号的测量范围。

目前常用的“固态不极化电极+低噪声放大电路”的电场信号放大采集电路为固定增益模拟解调斩波放大电路，采用斩波调制放大方式以避免集成运放的1/f噪声，在A/D采样之前采用集成运放电路和滤波电路完成斩波调制信号的解调还原，采用一定的固定增益以抵消A/D采样噪声。该固定增益模拟解调斩波放大方法存在的主要问题为：1)采用基于集成运放和滤波电路的模拟解调方法，导致解调过程中的电路冲击噪声耦合到有效电场信号中，提高了放大电路的噪声，不利于微弱电场信号的采集；2)放大电路增益固定，导致了微弱信号有效检测需求和大信号检测不溢出需求之间的矛盾，尤其在人工场源的电磁勘探中，电场信号动态范围大，固定增益方式难以满足电场信号测量范围需求。针对固定增益模拟解调斩波放大方法的固定增益问题，部分海洋电磁勘探的电场信号采集采用了双增益放大电路，其中一个高增益放大弱信号，一个低增益放大强信号，该方法带来了电路体积、功耗和记录数据量问题。

因此，针对上述的固定增益模拟解调斩波放大方法的问题，本发明提供了一种自动增益数字解调斩波放大方法，本发明可用于海洋微弱电场信号的采集，可推广应用于低输入阻抗的微弱信号检测、放大与采集场合。

发明内容

本发明针对上述固定增益模拟解调斩波放大方法的技术，提供了一种自动增益数字解调斩波放大方法及电路，采用自动增益放大，有效提高信号测量范围，采用数字解调，有效规避模拟解调的电路冲击噪声。

为了实现上述目的，本发明提供了一种自动增益数字解调斩波放大方法，包括：

将电路输入端的低频信号通过斩波调制为高频交流信号；

将高频交流信号进行隔离变压器放大、固定增益放大与可编程增益放大；

将放大后的高频交流信号进行与斩波调制信号同步下的模数转换采样，实现高频交流信号的数字化；

将数字化后的高频交流信号根据采样点筛选有效信号，进行信号平均滤波，完成数字解调；

将数字解调后的信号进行滤波，获取信号幅值信息；

将信号幅值信息与预设的增益控制阈值进行比较，判断是否进行增益调整；

增益调整通过控制可编程增益放大电路实现。

优选的，将放大后的高频交流信号进行与斩波调制信号同步下的模数转换采样，实现高频交流信号的数字化的方法为：