海洋电场信号程控增益超低噪声采集系统设计
2022年电子技术应用第2期
刘兰军1，2，周亚涛1，陈家林1，2，黎 明1，2，强嘉晨1，谢 鹏1
1.中国海洋大学 工程学院，山东 青岛266100；2.山东省海洋智能装备技术工程研究中心，山东 青岛266100
摘要： 针对海洋电磁勘探中微弱动态电场信号的宽测量范围需求，提出了一种电场信号程控增益超低噪声采集(Programmable Gain Ultra-Low Noise Acquisition，PGULNA)方法，给出了系统设计实现。设计的程控增益超低噪声采集电路以低噪声运算放大器为核心，将D/A转换器内部电阻网络作为可编程反馈电阻，通过改变D/A转换器数字控制量进行电路增益调整。给出了所设计的PGULNA电路的理论噪声分析，本底噪声密度理论分析结果为1.84 nV/√Hz@1 Hz。开展了实验室环境测试，测试结果表明，电路通道之间一致性良好，本底噪声密度约为2.6 nV/√Hz@1 Hz，程控增益为1~128倍8挡可调，能够满足海洋电磁勘探中微弱电场信号的宽测量范围采集需求。
中圖分類號： P631.3
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211687
中文引用格式： 劉蘭軍，周亞濤，陳家林，等. 海洋電場信號程控增益超低噪聲采集系統(tǒng)設計[J].電子技術(shù)應用，2022，48(2)：91-95，100.
英文引用格式： Liu Lanjun，Zhou Yatao，Chen Jialin，et al. Design of ultra low noise acquisition system with programmable gain for marine electric field signal[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(2)：91-95，100.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211687
中文引用格式： 劉蘭軍，周亞濤，陳家林，等. 海洋電場信號程控增益超低噪聲采集系統(tǒng)設計[J].電子技術(shù)應用，2022，48(2)：91-95，100.
英文引用格式： Liu Lanjun，Zhou Yatao，Chen Jialin，et al. Design of ultra low noise acquisition system with programmable gain for marine electric field signal[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(2)：91-95，100.
Design of ultra low noise acquisition system with programmable gain for marine electric field signal
Liu Lanjun1，2，Zhou Yatao1，Chen Jialin1，2，Li Ming1，2，Qiang Jiachen1，Xie Peng1
1.College of Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266100，China； 2.Shandong Engineering Research Center of Marine Intelligent Equipment and Technology，Qingdao 266100，China
Abstract： Aiming at the wide measurement range of weak dynamic electric field signals in marine electromagnetic exploration, a method of Programmable Gain Ultra Low Noise Acquisition(PGULNA) for electric field signals is proposed in this paper, and the system design and implementation are given. The designed programmable gain ultra-low noise acquisition circuit takes the low-noise operational amplifier as the core, takes the internal resistance network of the D/A converter as the programmable feedback resistor, and adjusts the circuit gain by changing the digital control quantity of the D/A converter. The theoretical noise analysis of the designed PGULNA circuit is given, and the theoretical analysis result of background noise density is 1.84 nV/√Hz@1 Hz. The laboratory environment test results show that the consistency between circuit channels is good, the background noise density is about 2.6 nV/√Hz@1 Hz, and the programmable gain can be adjusted from 1 to 128 times by 8 levels, which can meet the requirements of collecting weak electric field signals in a wide measurement range in Marine electromagnetic exploration.
Key words : marine electromagnetism；electric field signal；programmable gain；ultra-low noise amplification；measurement range
0 引言
我國海洋面積廣闊，海洋油氣資源豐富。在海洋油氣資源探測過程中，面對愈加復雜的探測對象，傳統(tǒng)而單一的三維地震探測逐漸顯得力不從心[1]。海洋電磁勘探方法作為海洋地震勘探的重要補充手段[2]，具有高阻異常識別能力，能夠判斷儲層中含油或是含水[3]，在油氣資源探測和估算中發(fā)揮著越來越重要的作用[4-5]，成為全球各大物探公司發(fā)展的新興業(yè)務之一[6]。
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作者信息：
劉蘭軍1，2，周亞濤1，陳家林1，2，黎 明1，2，強嘉晨1，謝 鵬1
(1.中國海洋大學 工程學院，山東 青島266100；2.山東省海洋智能裝備技術(shù)工程研究中心，山東 青島266100)
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