海洋電場信號程控增益超低噪聲采集系統設計
2022年電子技術應用第2期
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工程研究中心，山東 青島266100
摘要： 針對海洋電磁勘探中微弱動態電場信號的寬測量范圍需求，提出了一種電場信號程控增益超低噪聲采集(Programmable Gain Ultra-Low Noise Acquisition，PGULNA)方法，給出了系統設計實現。設計的程控增益超低噪聲采集電路以低噪聲運算放大器為核心，將D/A轉換器內部電阻網絡作為可編程反饋電阻，通過改變D/A轉換器數字控制量進行電路增益調整。給出了所設計的PGULNA電路的理論噪聲分析，本底噪聲密度理論分析結果為1.84 nV/√Hz@1 Hz。開展了實驗室環境測試，測試結果表明，電路通道之間一致性良好，本底噪聲密度約為2.6 nV/√Hz@1 Hz，程控增益為1~128倍8擋可調，能夠滿足海洋電磁勘探中微弱電場信號的寬測量范圍采集需求。
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設計[J].電子技術應用，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設計[J].電子技術應用，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揮著越來越重要的作用[4-5]，成為全球各大物探公司發展的新興業務之一[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工程研究中心，山東 青島266100)
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