近年来,随着传感器技术和信息处理技术的发展,数据采集系统的应用领域变得越来越广泛。传感器性能的提升和物探技术的发展使得数据采集系统在动态范围、通道数量、便携性方面的要求越来越高。本文针对地球物理勘探中所用到的电磁感应传感器、地震检波器和ICP加速度传感器的信号采集需求,展开了对多通道高动态范围数据采集系统的研究与设计。本文根据采集的实际信号特点和现场的环境条件给出了数据采集卡加自适应信号匹配放大器的总体设计方案。本文首先对系统各个部分的设计方案作了详细的介绍,并对系统实际应用时涉及到的自适应放大采集技术方案和同轴电缆长线传输信号方案做了初步验证;接下来通过对信号通道上噪声分配模型的分析合理设计了数据采集卡前通道的电路,设计了24位采集电路来提高采集数据的精度,设计USB通信接口电路实现设计产品的便携性,通过研究验证放大电路和滤波电路的低噪声设计方法设计出了三通道的低噪声自适应信号匹配放大器,选用DC-DC电源和LDO电源完成了数据采集卡和自适应信号匹配放大器上的电源系统设计;然后采用Verilog HDL硬件描述语言编写FPGA逻辑控制程序,实现了数据采集卡设置工作模式、采集信号、传输数据和自适应信号匹配放大器自适应放大的硬件功能;最后利用VC++整合了数据采集卡的驱动程序,使用Lab VIEW设计了用户操作界面,研究验证了微弱信号重构的算法,并使用MATLAB实现了系统采集的微弱信号的重构功能。通过对系统的分步测试和整体的测试分析,数据采集卡和自适应信号匹配放大器的功能与性能均满足原设定的指标要求,用户操作界面和微弱信号重构程序的功能基本实现;整体系统远距离可测量±50n V~±0.5V的信号,近距离可测量±0.8u V~±10V的信号,系统远或近距离所测量信号的动态范围都达到140d B,解决了地球物理勘探中的传感器信号动态范围宽和信号采集现场环境复杂的难题。