本发明涉及工程地震和地质探测中，使用的一种测量仪器，它广泛应用在地基评价（包括地脉动、剪切波速）、桩基测量、房屋自振、地震小区域规化、地壳浅层地质结构、石油探测、物探等方面的参数测量，为高层建筑结构和基础设计的合理性，提供可靠的依据，也为地质勘探提供资料。

目前工程地震和地质方面的测试仪很多，最常用的有两种：

1.地基评价测试仪：它用于测试地基地脉动频率，确定土质的紧密程度。这种仪器的基本原理是采用浮地输入前置放大器，经滤波器、模拟数字转换器（A/D转换器）、计算机数据处理测出速度、位移动态参数。它具有增益高（整个系统高达20万倍以上），从而放大器具有共模抑制比高、信噪比高的条件。

2.浅层地震仪（其原理同于桩基测试仪）：它用于测试浅层地质对冲击波速度和加速度的反应，测出浅层地质结构（断裂、缝隙状态等）。这种仪器的基本原理是采用单端输入放大器、经滤波器、模拟数字转换器、计算机数据处理测出速度、位移动态参数。美国浅层地震仪具有24至128通道，可以解决浅层地质剖面测量，我国桩基测试仪具有4通道，系统增益低（0.1于100倍），主要用在强振动的参数测量方面。

概括地说，上述现有的工程地震地质测试仪存在如下缺陷：

1.这些测试仪都不能直接测出加速度动态参数，如果需要测出地层加速度，必须在这类测试仪中，附加电荷放大器进行转换。

2.现有的工程地震地质测试仪中，每一种性能的测试仪，仪能完成一种功能的动态参数测量，譬如：桩基测试仪只能测出桩的动态参数。

3.在测试过程中，首先必须进行多次试探，确定仪器系统灵敏度是否适于测量被测参数，然后对仪器作相应的调查，才能进行被测参数的动态测试，所以测试工作效率较低。

实际上，工程地震机地质测试中，根据不同的测量方法、选用对应的传感器，譬如：压电晶体加速计、高灵敏度速度传感器、低灵敏度速度传感器等，通过测试仪测出各种动态参数，譬如：加速度、速度及位移。不论是建筑上对 地层的测量，还是地质勘探对地层的测量都需要综合各种测量方法，得出比较全面、正确的依据，虽然上述单功能测试仪不能满足实际工作的需要。

鉴此，本发明的目的是针对上述工程地震地质测试仪存在的缺陷，提出一种多功能的工程地震地质测试仪，它采用了五种放大方式的多功能放大器、实现自动增益控制的比较增益控制器、程控滤波器，以及计算机的高速采集等，从而实现五种放大方式的功能测试，并且具有16通道，因此，本发明的测试仪大大提高测试工作效率、测试精确度、操作方便以及大幅度降低成本。

为了实现本发明的工程地震地质测试仪的目的，本发明的一个特征在于它包括：多功能放大器（2）、程控放大器（3）、程控滤波器（4）、方式控制器（5）、增益控制器（6）、滤波控制器（7）、比较增益控制器（8）、方式锁存器（9）、增益锁存器（10）、滤波锁存器（11）、地址译码器（12）、总线控制器（13）、多路转换器（14）、模拟数字转换器（15），以及计算机（16），而且多功能放大器（2）包含方式控制器（5）控制的控制端B1、B2、B3和B4，B1、B2、B3和B4的模拟开关K1、K2、K3和K4，两个运算放大器A1和一个运算放大器A2，分别为A1和A2的两个反馈电阻Rf1和两个反馈电阻Rf2，一个增益调节电阻Ri1和两个增益调节电阻Ri2，两个反馈电容C，以及两个输入电阻R。

本发明的另一个特征在于它包括：多功能放大器（2）、程控放大器（3）、程控滤波器（4）、方式控制器（5）、增益控制器（6）、滤波控制器（7）、比较增益控制器（8）、方式锁存器（9）、增益锁存器（10）、滤波锁存器（11）、地址译码器（12）、总线控制器（13）、多路转换器（14）、模拟数字转换器（15），以及计算机（16），而且比较增益控制器（8）是由整形器（8a）、积分器（8b）、多级比较器（8c）、基准源（8d）以及译码器（8c）构成。

本发明的其它特征在于：方式控制器（5）控制的控制端B4，使模拟开关K4闭合，控制端B1、B2和B3使模拟开关K1、K2和K3均断开，多功能放大器（2）的电路变成由两个运算放大器A1和一个运算入大器A2，分别为A1和A2的两个反馈电阻Rf1和两个反馈电阻Rf2，一个增益调节电阻Ri1和两个增益调节电阻Ri2，以及两个输入电阻R构成。

本发明的其它特征在于：方式控制器（5）控制的控制端B3、B4，使模拟开关K3、K4闭合，控制端B1、B2使模拟开关K1、K2均断开，多功能放大器（2）的电路变成由两个运算放大器A1和一个运算放大器A2，分别为A1和A2的两个反馈电阻Rf1和两个反馈电阻Rf2，一个增益调节电阻Ri1和两个增益调节电阻Ri2，两个反馈电容2C，以及两个输入电阻R构成。

本发明的其它特征在于：方式控制器（5）控制的控制端B1、B4，使模拟开关K1、K4闭合，控制端B2、B3使模拟开关K2、K3均断开，多功能放大器（2）的电路变成由两个运算放大器A1和一个运算放大器A2，分别为A1和A2的两个反馈电阻Rf1和两个反馈电阻Rf2，一个增益调节电阻Ri1和两个增益调节电阻Ri2，以及一个输入电阻R构成。

本发明的其它特征在于：方式控制器（5）控制的B1、B3、B4，使模拟开关K1、K3、K4闭合，控制端B2使模拟开关K2断开，多功能放大器（2）的电路变成由两个运算放大大器A1和一个运算放大器A2，分别为A1和A2的两个反馈电阻Rf1和两个反馈电阻Rf2，一个增益调节电阻Ri1和两个增益调节电阻Ri2，两个反馈电容C，以及一个输入电阻R构成。

本发明的其它特征在于：方式控制器（5）控制的B1、B2、B3，使模拟开关K1、K2、K3闭合，控制端B4使模拟开关K4断开，多功能放大器（2）的电路变成由两个运算放大大器A1和一个运算放大器A2，为A2的两个反馈电阻Rf2，两个增益调节电阻Ri2，两个反馈电容C，以及一个输入电阻R构成。

图1是本发明的工程地震地质测试仪基本原理框图。

图2是本发明的多功能放大器电路原理图。

图3是本发明的比较增益控制器原理框图。

图4是本发明的多功能放大器第一种功能电路原理图。

图5是本发明的多功能放大器第二种功能电路原理图。

图6是本发明的多功能放大器第三种功能电路原理图。

图7是本发明的多功能放大器第四种功能电路原理图。

图8是本发明的多功能放大器第五种功能电路原理图。

参照图1通过几种测量方式详细叙述本发明的一个实施例如下：

一.房屋自振测量：一台具有16个通道的工程地震地质测试仪，可以同时测量16个不同点的参数，首先将16个高灵敏度速度传感器（1）放入待测房屋的16个不同待测点计算机（16）按固定程序，通过地址译码器（12）、选择多功能放大器（2）的放大方式，即方式锁存器（9）的地址，并且通过总线控制器（13）将多功能放大器置成三端输入放大方式命令锁存入方式锁存器（9），同时计算机（16）通过地址译码器（12），选择增益锁存器（10），将自动增益调整命令锁存入增益锁存器（10），锁存器将取消增益控制器（6）的控制权，并将控制权交给比较增益控制器（8），此时比较增益控制器（8）将控制程控放大器（3）、计算机（16），通过地址译码器（12）、总线控制器（13）将频率为0.1Hz至20Hz的频带命令，锁存于滤波锁存器（11）。滤波锁存器（11）将通过滤波控制器（7）将程控滤波器（4）进行相应的调整，此时比较增益控制器（8）对程控放大器（3）进行自动调整，达到最佳测试增益，然后进行16个通道的数据采集，采集后的波形将由计算机（16）显示于屏幕上，并且存入磁盘中。

二.地脉动测量：首先把三分向高灵敏速度传感器（1）接入该工程地震地质测试仪的第1，2，3通道的输入端，并将传感器（1）放入被测点。然后计算机（14）通过地址译码（12），分别选择多功能放大器（2）的1，2，3方式锁存器（9）、并通过总线控制器（13），分别向这三个方式锁存器（9）发出三端输入放大方式命令，这三个方式锁存器（9）将锁存的此命令，通过方式控制器（5），将多功能放大器（2）置成三端输入方式。根据测量要求确定增益控制选择，将计算机（16）通过地址译码器（12），分别选择1，2，3通道的放大系统的增益锁存器（10）的地址，通过总线控制器（13）将相应的三个锁存器置成自动增益控制方式，并设置比较增益控制器（8）中积分器（8b）的时间常数为2秒，则1，2，3通道的比较增益控制器（8）中，以2秒的积分时间进行自动增益控制。计算机（16）通过地址译码器（12）选择1，2，3通道的滤波锁存器（11），并通过总线控制器（13），将滤波频带为0.5至20Hz的命令锁存于滤波锁存器（11）中，此时1，2，3通道的滤波器即被滤波控制器（7）控制为该频带的滤波段内。

此时，比较增益控制器（8）对各自的通道增益进行了最佳调整，当计算机（16）进行这三个通道的数据采集后，进行波形显示和数据存贮，即完成地脉动速度的采集测量。

当进行地脉动位移采集时，计算机（16）只需要改变三个放大器系统的方式锁存器（9）中的锁存命令，该命令由方式控制器（5），将这三个放大系统置成三端输入积分放大方式进行采集。

当进行地脉动加速度测量，计算机（16）可以通过地址译码器（12），分别重新选择1，2，3通道的方式锁存器（9），将放大器系统设置成电荷放大器方式，此时将压电晶体加速度计（1）替换速度传感器后，即可以由计算机（16）进行数据采集，完成地脉动的加速度测量。

参照图2、图4、图5、图6、图7、图8详述本发明的工程地震地质测试仪的一个实施例中，多功能放大器（2）的基本原理如下：

由方式控制器（5）控制的控制端B1、B2、B3、B4，使模拟开关K1、K2、K3、K4实现闭合和断开，实现五种测量方式的功能，分别叙述如下：

一.适合高灵度速度放大：K4闭合，K1、K2、K3断开，多功能放大器（2）电路改为如图4所示电路，即构成最典型的三端输入放大器，其输入电压Vin与输出电压Vout的关系为：

Vout＝（1+2Rf1/Ril）（Rf2/Ri2）Vin

二.适合高灵度位移放大：K3、K4闭合，K1、K2断开，多功能放大器（2）电路改为如图5所示电路，构成三端输入积分放大器，其输入电压Vin与输出电压Vout的关系为：

Vout＝（1+Rf1/Ri1）∫2Vin/Rf1C·dt·（Rf2/Ri2）

＝（1+Rf1/Ri1）（Rf2/Ri2）（2/Rf1C）∫Vindt

三.适于低增益强信号测试：K1、K4闭合，K2、K3断开，多功能放大器（2）电路和改为如图6所示电路，构成单端输入放大器，其输入电压Vin与输出电压Vout的关系为：

Vout＝（1+2Rf1/Ri1）（Rf2/Ri2）Vin

四.适于低增益强信号测试：K1、K4、K3闭合，K2断开，多功能放大器（2）电路和改为如图7所示电路，构成单端输入积分放大器，其输入 电压Vin与输出电压Vout的关系为：

Vout＝（1+2Rf1/Ri1）（Rf2/Ri2）∫Vin/Rf1C·dt

＝1/Rf1C（1+2Rf1/Ri1）（Rf2/Ri2）∫Vindt。

五.适于电荷输出的压电晶体加速度传感器：K1、K2、K3闭合，K4断开，多功能放大器（2）电路和改为如图8所示电路，构成电荷放大器，其输入电荷Qin与输出电荷Vout的关系为：

Vout＝2×qin/C＝（2/C）qin

参照图3详述本发明的工程地震地质测试仪的一个实施例中，比较增益控制器（8）的基本原理如下：

根据输入电压Vin输入到程控放大器（3）的信号强度进行调整的，图3中虚线内部为比较增益控制器（8）的原理框图，当输入信号Vin一部分进入程控放大器（3），另一部分进入比较增益控制器（8）内的整形器（8a），对信号进行全波整流。整流后的信号电平经积分器（8b）进行按计算机（16）要求的积分时间常数积分后，输入到多级比较器（8c）与基准沆（8d）进行比较，比较后的逻辑控制信号送入译码器（8e）进行译码，当增益锁存器（10）得到自动增益控制命令后，即将增益控制输出线置成三态，并向比较增益控制器（8）的允许线提供允许信号，当比较增益控制器（8）内的译码器（8e）接收到允许信号后，立即对比较增益控制器（8）输出逻辑译码后，对增益控制器（6）进行控制，增益控器（6）对程控放大器（3）实施控制，从而实现自动增益控制。

本发明的工程地震地质测试仪的一个实施例中，还采用了程控滤波器（4），它是由滤波控制器（7），通过改变滤波器电阻的方法，改变高、低通滤波器的上、下限频率达到控制的。此外，采用高速计算机，解决采集速度与采集数据量之间的矛盾，也解决了高速采集的同时，能进行仪器参数的调整，使测量结果能实行实时处理。