超級地震檢波器測試儀理論初探

1、【doc】超級地震檢波器測試儀理論初探超級地震檢波器測試儀理論初探第13卷第2期付小寧等:超級地震檢波器測試儀理論初探19?開發(fā)設(shè)計?霉摻測琿悄小窀石金馮旭東嚴正國r'(西安石油學院)付小寧石金成馮旭東嚴正國:超級地震檢波器測試儀理論初探,石油儀器,1999.13(2),19,20.p/,;摘要超級地震檢波器刺試儀是一種實現(xiàn)精密剝量的工具,它應(yīng)該具有抗噪聲能力.在精密颯4量中.要取得準確可靠的結(jié)果,除了剝試儀器本身必須具有足哆的精度和可靠性之外,試驗設(shè)計,數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分折等問題也不可忽視.文章指出了開發(fā)超級地震檢波器測試儀的出路是在適當提高A/D轷換精度的基礎(chǔ)上.加強抗噪性能.即對測

2、試信號采用有效濾波或其它信噪分離技術(shù).采用對加高新白噪聲的地震檢波器響應(yīng)信號進行16拉A/D量化采樣,利用Ml,:1dt算法識別其兩個基本參數(shù)自然額率和阻尼.此方法用于超級地震檢波器剮試儀,有助于提高測試精度=一主題詞高堅堅竺蘭舭儀型方法開船論北地j作者介紹付小寧工程師.1964年生,1994年畢業(yè)于西安電子科技太學通信與電子系統(tǒng)專業(yè),荻碩士學位.中國力學學會員,現(xiàn)在中國石油天然氣集團公司石油儀器儀表質(zhì)撿中心工作.郵編;710065引言超級地震檢波器是一個已為我國石油勘探領(lǐng)域所接受的名詞,一般認為它表示一類性能參數(shù)分布非常集中的檢波器（指地震檢波器,下同）,如引進國外的Mark2,西安石油勘探

3、儀器總廠的SN系列，石油物探局儀器總廠的仿Mark2產(chǎn)品.水漲船高，人們期望超級檢波器測試儀主要測試參數(shù)的允差小于?0.25%（相對偏差）或?2.5X1013（絕對偏差）.開發(fā)超級檢波器測試儀的出路和現(xiàn)有常規(guī)的檢波器測試儀相比,我們更有理由說超級檢波器測試儀是一種實現(xiàn)精密測量的工具.在精密測量中,要取得準確可靠的結(jié)果是不容易的.除了測量儀器本身必須具有足夠的精度和可靠性之外,試驗設(shè)計,數(shù)據(jù)處理,結(jié)果分析等問題也不可忽視lI.我們以直流激勵法_2為例,討論導致測量結(jié)果不精確的噪聲的影響（不考慮方法誤差）.縱觀動圄式檢波器的測試過程,可以說引起測試誤差的噪聲來自如下三個方面:（I）檢波器對測試儀響

4、應(yīng)信號的伴生噪聲.在低溫下,這一噪聲表現(xiàn)得特別明顯;（2）A/D量化采樣之前的測試電路噪聲，包括CPU工作時鐘干擾，A/D前置放大器噪聲等;（3）A/D的量化噪聲.盡管提高A/D芯片的轉(zhuǎn)換位數(shù)可以減小A/D的量化噪聲,也因工藝性要求能夠相應(yīng)降低A/D之前測試電路的噪聲,但對信號的伴生噪聲仍然無能為力可見,如果不從數(shù)據(jù)處理上做文章,單純靠提高A/D芯片的轉(zhuǎn)換位數(shù)未必能達到真正減小噪聲影響的目的.在現(xiàn)實中,因低溫下檢波器響應(yīng)信號伴生噪聲明顯增大,致使常規(guī)測試的結(jié)果不合格并導致用戶與廠家發(fā)生爭議.另外,當阻尼BtI>0.8時,多數(shù)測試儀測該項參數(shù)不準確的原因就在于檢波器響應(yīng)信號的第2個

5、峰淹沒于噪聲之中所致.作者認為提高檢波器測試儀的抗噪性能勢在必行.開發(fā)超級檢波器測試儀的出路是在適當提高A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)的基礎(chǔ)上加強抗噪性能,即對測試信號采用有效的濾波或其它信噪分離技術(shù).受文獻3J的啟發(fā),作者進行了最小二乘Marquardt算法用于檢波器參數(shù)識別的研究.石油儀器1999年4月Marquardt算法參數(shù)識別的仿真般,對動圈式檢波器測試6種參數(shù)就可以了,它們是自然頻率,阻尼,靈敏度s,失真度D,線圈電阻R絕緣電阻R線圈電阻目前的測試允差為?1%,絕緣電阻可達?2%提高它們的測試精度不是超級檢波器測試儀的主要目標.文獻4表明,采用16位A/D芯片,在適當?shù)墓に囁较?失真度測量的允差

6、可達4-1%示值?00001,完全滿足超級檢波器鋇4試儀的要求.靈敏度是一個問接測量的綜合參數(shù),對其誤差分析與合成,參見文獻4.本文只討論自然頻率和阻尼等兩個參數(shù)的識別.為了考察參數(shù)識別的效果,我們進行了計算機仿真.仿真系統(tǒng)框圖如圖1所示,在仿真系統(tǒng)中用一高斯白噪聲來概括上文所述的前兩種噪聲.精出囝1Marqlmrdt算法檢波器參數(shù)識別仿真框圖I圖中，Iv.=(2InI);c0s(22);S(，尸一A0exp(2f.Btt)乂sin(27rfn/l一Btt),其中,I,2為兩個不相關(guān)(0,1)均勻分布【;是均值為0,均方差為口的高斯白噪聲;s(,)為檢波器對測試儀的直流激勱的響應(yīng)信號,40是客

7、觀存在的初始幅度.仿真條件,取A0=6OOmV,=10Hz,Bt=0.60,并假定A/D為4-5V雙極性芯片,以d為參變量.部分仿真結(jié)果見表l.表116垃A/DMa,xplar算法仿真結(jié)果謀差O020.5j2.4x1D-145X103.68X10"864X102.I93X10?乩l000056900?5650O0043000?I430.?O381仿真表明,若A/U位數(shù)取l4位,在=5時,也能滿足超級檢波器測試儀的要求.另外,A/D位數(shù)不高于12位時,不能勝任超級檢波器測試儀的要求.即使采用24位A/D芯片，滿足超級檢波器測試儀要求的也不大于6.因此,超級檢渡器測試儀采用16位Pv/D

8、芯片是有保障的.Bt<l,或1（Bt?5時仿真還表明,當0.8?Marquardt算法識別,也是有效的.結(jié)束語作者對加高斯白噪聲的地震檢波器響應(yīng)信號進行了16位?v/D量化采樣，然后利用Marquardt算法識別其兩個基本參數(shù)自然頻率和阻尼.仿真表明,這是一種抗噪性能很好的數(shù)據(jù)處理算法,它能從帶有噪聲的測試信號中分離出真正有用信號,有助于提高測試精度,可望用于超級地震檢波器測試儀.參考文獻1熊有倫:精密測量的數(shù)學方法,北京,中國計量出版社,1989.2付小寧等:直流激勵法測量檢波器靈敏度的量值溯源,石油儀器,1998,12（4）3付永啟朱應(yīng)時:修正精密儀器總誤差方法的研究,計量技術(shù),1996,1.4中國石油天然氣集團公司石油儀器儀表質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心:地震檢波器量值溯源項目總結(jié)報告.1998.（資料）5李必俊:隨機過程,西安電子科技太學出版社,1989.（收稿日期:199