随着世界经济的快速发展,公路、铁路、桥梁等道路交通的负荷量随之迅速膨胀。近年来,各地公路塌陷、桥梁沉降等地质灾害层出不穷,人民的生命和经济安全受到了威胁。地质勘探关键设备——检波器,是地质安全性评估的重要依据。研制一种高精度、高分辨率的数字检波器,加强地质结构检测,有效预防地质灾害是十分必要的。围绕浅层地质勘探项目,课题采用了MEMS选型、电路系统设计、理论模拟及实验测试等研究途径,有效地融合地质勘探与信息学处理技术。浅层地质勘探仪器是地质勘探的重要装备,其中数字检波器是其中的关键设备,具有极大的研究意义和应用价值。本文以MEMS传感器为基础,对传感器外围电路、信号调理电路、数字采样及传输系统进行设计,并对系统性能作了深入研究。结合地质勘探原理,对特定地质结构进行建模,重点分析了地震波波速与地质密度、粘弹性关系、不同波的频谱特性等。结合集成电路技术,采用Multisim对信号放大电路进行仿真和参数优化;采用Quartus II实现了以FPGA为核心的A/D采样、RS485串口通信等数字采样及传输系统的逻辑设计。最终完成了传感器调理电路、A/D转换电路、RS485通信电路、FPGA及SDRAM等电路设计,进行了电路性能测试和误差分析;在实验室现有条件下,对设计的MEMS数字检波器系统开展了单元测试和集成测试,进一步研究系统性能并优化。为了验证检波器的实际应用效果,开展了混凝土地质、软土层地质以及多通道检测。实验结果表明:本课题设计的MEMS数字检波器具有高分辨率、高精度、低噪声等特点,符合浅层地质勘探对数字检波器的要求。