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。
中图分类号： P631.3
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211687
中文引用格式： 刘兰军，周亚涛，陈家林，等. 海洋电场信号程控增益超低噪声采集系统设计[J].电子技术应用，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.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211687
中文引用格式： 刘兰军，周亚涛，陈家林，等. 海洋电场信号程控增益超低噪声采集系统设计[J].电子技术应用，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
我国海洋面积广阔，海洋油气资源丰富。在海洋油气资源探测过程中，面对愈加复杂的探测对象，传统而单一的三维地震探测逐渐显得力不从心[1]。海洋电磁勘探方法作为海洋地震勘探的重要补充手段[2]，具有高阻异常识别能力，能够判断储层中含油或是含水[3]，在油气资源探测和估算中发挥着越来越重要的作用[4-5]，成为全球各大物探公司发展的新兴业务之一[6]。
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作者信息：
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)
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