專利名稱：存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地震儀的地震信號(hào)采集系統(tǒng)，特別是涉及一種存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采
集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
高精度數(shù)字地震儀是用來記錄人工或天然地震信號(hào)，然后根據(jù)這些地震信號(hào)的記錄來尋找油、氣、煤和其他礦產(chǎn)資源的地質(zhì)勘探儀器，并可用于探測(cè)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、進(jìn)行工程及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)等。
地震勘探法目前仍然是在陸地和海洋勘探石油和天然氣的主要手段，同時(shí)也是其他礦產(chǎn)資源的重要勘探方法，并廣泛應(yīng)用于研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工程勘探和檢測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)等等方面。用于礦產(chǎn)資源地球物理勘探的數(shù)字地震儀按照數(shù)據(jù)傳輸方式可以分為三類有線遙測(cè)地震儀、無線遙測(cè)地震儀、無纜存儲(chǔ)式地震儀。
有線遙測(cè)地震儀的特征是完全由有線系統(tǒng)發(fā)送指令和傳送采集數(shù)據(jù)。在目前的野外實(shí)際應(yīng)用中占有主導(dǎo)地位，占據(jù)世界地震儀市場(chǎng)的絕大部分份額，常用的有Sercel公司的408/428系列、I0N公司的System IV、Scorpion和Aries II系統(tǒng)、德閨DMT公司的Summit系統(tǒng)、美國WesternGeco公司的Uni Q系統(tǒng)等。冃前在我國石油和天然氣勘探行業(yè)使用的儀器極大部分是從國外進(jìn)口的有線遙測(cè)地震儀。
利用無線系統(tǒng)發(fā)送指令和傳送采集數(shù)據(jù)的儀器稱為無線遙測(cè)地震儀，一般用于特殊地表?xiàng)l件下施工，也占有一定市場(chǎng)。Fairfield公司的BOX系統(tǒng)和Wireless Seismic公司的Wireless Seismic系統(tǒng)均為無線遙測(cè)數(shù)字地震儀。
無纜存儲(chǔ)式地震儀是一種特殊類型的地震儀，其特征是沒有大線，沒有地震數(shù)據(jù)傳輸；每個(gè)采集站接收放炮數(shù)據(jù)后自動(dòng)存儲(chǔ)，再用專門的數(shù)據(jù)回收系統(tǒng)把所有放炮數(shù)據(jù)從采集站中取出來。有部分儀器利用無線系統(tǒng)對(duì)所用的采集站發(fā)送發(fā)炮等命令，但不接收數(shù)據(jù)，不監(jiān)視采集站的工作&態(tài)。
天然地震臺(tái)站的觀測(cè)均采用無纜式記錄系統(tǒng)(早期用紙剖面直接記錄)，在地震勘探領(lǐng)域，最早的無纜系統(tǒng)是七十年代由Amoco公司研制的SGR (Seismic Group Recorder)。美國ION公司(原I/O公司)在1999年推出了 RSR (Remote Seismic Recorder)遠(yuǎn)程地震信號(hào)記錄儀，能實(shí)現(xiàn)6個(gè)模擬檢波器通道的地震數(shù)據(jù)采集。RSR系統(tǒng)能與ION公司的IMAGE系統(tǒng)兼容，二者可以組成有線無線混合采集系統(tǒng)。ION公司在2002年將RSR系統(tǒng)升級(jí)到VectorSeis SYSTEM IV系統(tǒng)的遠(yuǎn)程記錄儀，稱為VRSR2。 VectorSeis SYSTEM IV中央控制系統(tǒng)有控制單元(稱為V2)、射頻天線、中央收發(fā)器和中央收發(fā)器控制器構(gòu)成。V2通過射頻天線與所有的VRSR2構(gòu)成射頻遙測(cè)系統(tǒng)，通過采集指令啟動(dòng)VRSR2采集站的數(shù)據(jù)采集，檢測(cè)VRSR2的狀態(tài)。與RSR的功能和結(jié)構(gòu)基本相同，但不再支持模擬檢波器，而是采用了三分量的MEMS數(shù)字檢波器。
無纜存儲(chǔ)式地震采集站由于沒有實(shí)時(shí)監(jiān)視記錄和常用的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量監(jiān)控手段，所以還不能被工業(yè)界普遍接受，在我國使用也存在不符合地震作業(yè)規(guī)范等問題，到目前為止，還沒有無纜存儲(chǔ)式地震采集站在我國進(jìn)行實(shí)際地震勘探作業(yè)。但由于地震勘探的精度要求使得地震儀器的道數(shù)越來越多，據(jù)國內(nèi)外專家估計(jì)，隨著地震勘探精度的需求，油氣工業(yè)界很快就需要30000道到50000道的儀器，到2025年，也許我們需要25萬道的地震采集儀器。而對(duì)于50000道以上的有線采集儀器，電纜的管理和維護(hù)是非常困難的，也需要花費(fèi)大量的成本。所以目前很多專家預(yù)測(cè)無纜存儲(chǔ)式地震采集站將是下一步地震勘探儀器的發(fā)展方向。
目前，中國所有的大型地震勘探儀器均依賴于從美國、法國等發(fā)達(dá)國家進(jìn)口。由于無纜存儲(chǔ)式地震采集站還沒有被我國地球物理勘探界所接受，目前還沒有國內(nèi)的企業(yè)采購這種地震儀。國產(chǎn)的無纜存儲(chǔ)式地震儀器也處于研制階段，還沒有正式的產(chǎn)品問世。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種動(dòng)態(tài)范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)，能支持幾年甚至幾萬道采集的存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)包括與中心站沒有連接和數(shù)據(jù)通信的基站和數(shù)字檢波器，其特別之處在于由基站通過數(shù)據(jù)傳輸接口和電纜與多個(gè)并列的數(shù)字檢波器相連；基站，數(shù)字檢波器之間采用數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送指令和采集數(shù)據(jù)；基站是存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)的控制和存儲(chǔ)中心，控制數(shù)據(jù)傳輸接口和數(shù)字檢波器完成地震數(shù)據(jù)的接收，并把數(shù)據(jù)存放于其內(nèi)置的存儲(chǔ)器中；數(shù)據(jù)傳輸接口用于完成指令的發(fā)送和采集數(shù)據(jù)的接收；數(shù)字檢波器用于完成采集模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，然后由其數(shù)據(jù)傳輸接口完成數(shù)據(jù)的傳送。本發(fā)明存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)是一種基站型無纜存儲(chǔ)式地震儀，其可用于人工和天然地震信號(hào)采集，由基站、數(shù)據(jù)傳輸接口和數(shù)字檢波器等組成。其均在模擬地震檢波器或MEMS傳感器處直接進(jìn)行了數(shù)字化改造，成為數(shù)字地震檢波器，這種緊密連接方式(數(shù)字檢波器直接用于完成采集模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù))避免了模擬信號(hào)在電纜上的傳送，保留了弱信號(hào)的有效成分，有利于數(shù)字化單元檢測(cè)到弱信號(hào)，提高了檢波器的動(dòng)態(tài)范圍，并提高了抗干擾能力。其單個(gè)基站可以連接120~240個(gè)通道的數(shù)字檢波器，這意味著單個(gè)基站可以作為單臺(tái)地震儀使用，也可以把若干個(gè)基站組合成為幾千道甚至幾萬道的三維地震勘探儀器使用，并且有利于采集數(shù)據(jù)的管理和野外布設(shè)。
本發(fā)明存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)折中了有線地震儀器的集中式存儲(chǔ)方式(存儲(chǔ)方式相對(duì)簡(jiǎn)單、但需要龐大的數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)絡(luò))和無纜存儲(chǔ)式地震儀分散式存儲(chǔ)方式(不需要數(shù)據(jù)的傳送，但需要在每個(gè)采集站(或采集點(diǎn))安置一套存儲(chǔ)單元和供電電源)，而采用基站式相對(duì)集中存儲(chǔ)方式，并采用了基站式供電模式，是一種低成本地震勘探儀器。
總之，其采用數(shù)字地震檢波器，并利用數(shù)傳模塊完成數(shù)據(jù)傳送，提高了檢波器的動(dòng)態(tài)范圍和抗干擾能力；單個(gè)基站可以連接120 240道的數(shù)字檢波器，可以作為單臺(tái)地震儀使用，也可以把若干個(gè)基站組合成為幾千道甚至幾萬道的三維地震勘探儀器使用，有利于采集數(shù)據(jù)的管理和野外布設(shè)。其特別適用于高密度單檢波器采集技術(shù)。具有動(dòng)態(tài)范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)，成本低，能支持幾年甚至幾萬道檢波器采集的優(yōu)點(diǎn)。
作為優(yōu)化，基站由主控單元以及與之相連的GPS單元、存儲(chǔ)單元、電源管理單元和數(shù)據(jù)傳輸接口組成；GPS單元用于授時(shí)同步；存儲(chǔ)單元使用大容量存儲(chǔ)器；主控單元由ARM系列CPU、 SDRAM存儲(chǔ)器、USB接口和以太網(wǎng)接口組成，還提供串口與GPS單元連接，并通過總線連接存儲(chǔ)單元；電源管理單元把12V電源轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電壓支持GPS單元、存儲(chǔ)單元、主控單元和數(shù)據(jù)傳輸接口；數(shù)據(jù)傳輸接口與外部數(shù)據(jù)傳輸接口為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，通過鬼對(duì)供電技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程供電，構(gòu)成數(shù)據(jù)傳送通道。如此設(shè)計(jì)，即基站由GPS單元、存儲(chǔ)單元、主控單元、電源管理單元和數(shù)據(jù)傳輸接口等組成。GPS單元用于授時(shí)同步，授時(shí)型GPS接收機(jī)可以提供lppsg時(shí)信號(hào)輸出，可以達(dá)到RMS20nS的精度，足以滿足儀器要求的同步精度；存儲(chǔ)單元選用大容量存儲(chǔ)器，如SD卡、電子硬盤等，要求滿足存儲(chǔ)地震數(shù)據(jù)的需要；主控單元可以由ARM系列CPU(根據(jù)不同的道數(shù)采用不同的型號(hào)，原則是夠用就行以降低功耗)、SDRAM存儲(chǔ)器、USB接口和以太網(wǎng)接口 (用于回收數(shù)據(jù))等組成，還提供串口與GPS單元連接，通過總線連接存儲(chǔ)單元；電源管理單元把12V電源轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電壓支持GPS單元、存儲(chǔ)單元、主控單元；對(duì)外部數(shù)據(jù)傳輸接口和數(shù)字檢波器的供電比較特殊，為了增強(qiáng)供電能力，電源管理單元把12V電源轉(zhuǎn)換成士24V并通過鬼對(duì)方式為外部數(shù)據(jù)傳輸接口和數(shù)字檢波器供電；數(shù)據(jù)傳輸接口與外部數(shù)據(jù)傳輸接口構(gòu)成數(shù)據(jù)傳送通道。
作為優(yōu)化，數(shù)據(jù)傳輸接口由FPGA、晶振、通信隔離和鬼對(duì)供電變壓器組成，F(xiàn)PGA和晶振提供通信支持，變壓器提供通信匹配和隔離，并作為鬼對(duì)供電變壓器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程供電；外部數(shù)據(jù)傳輸接口相互串接組成數(shù)據(jù)傳輸通道，每個(gè)外部數(shù)據(jù)傳輸接口連接30 60個(gè)通道的數(shù)字檢波器，而每個(gè)基站提供4個(gè)或者4個(gè)以上的偶數(shù)個(gè)本部數(shù)據(jù)傳輸接口，每個(gè)基站連接120 數(shù)百個(gè)通道的數(shù)字檢波器。如此設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)傳輸接口相互串接組成數(shù)據(jù)傳輸通道，每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸接口可以連接30 60個(gè)通道的數(shù)字檢波器，所以每個(gè)基站可以連接120 240個(gè)通道的數(shù)字檢波器。
作為優(yōu)化，所述數(shù)字檢波器一種為A型，是模擬檢波器依次通過前置放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊連接控制模塊，控制模塊再連接數(shù)據(jù)傳輸接口 、 GPS模塊和通過D/A轉(zhuǎn)換模塊連接前置放大模塊；另一種為D型，是MEMS傳感器通過ASIC集成電路連接控制模塊，控制模塊再連接數(shù)據(jù)傳輸接口和GPS模塊。即數(shù)字檢波器分為A型和D型二種類型，A型數(shù)字檢波器為連接模擬檢波器，由控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、前置放大模塊、檢波器、D/A轉(zhuǎn)換模塊和GPS模塊等組成；D型數(shù)字檢波器為連接MEMS傳感器，由控制模塊、ASIC、MEMS傳感器和GPS模塊等組成；這兩種數(shù)字檢波器均連接到數(shù)據(jù)傳輸接口傳送數(shù)據(jù)。
作為優(yōu)化，所述數(shù)字檢波器在結(jié)構(gòu)上由上蓋、引出電纜、數(shù)字化板、數(shù)據(jù)傳輸接口板、檢波器芯體、外殼和尾錐組成；數(shù)字化板、數(shù)據(jù)傳輸接口板和檢波器芯體由上蓋封裝在塑料外殼內(nèi)，檢波器芯體引出電極連接到數(shù)字化板上，數(shù)字化板與數(shù)據(jù)傳輸接口板并行排列并連接，數(shù)據(jù)傳輸接口板引出二組電纜，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和供電串接，尾錐安裝在外殼的下端。如此設(shè)計(jì)，即本發(fā)明裝置存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)釆集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸接口和數(shù)字檢波器采用一體化封裝，整體結(jié)構(gòu)由上蓋、引出電纜、數(shù)字化板、數(shù)據(jù)傳輸接口板、檢波器芯體、外殼和尾錐奪組成。數(shù)字化板、數(shù)據(jù)傳輸接口板和檢波器芯體由上蓋封裝在塑料外殼內(nèi)，檢波器芯體引出電極連接到數(shù)字化板上，數(shù)字化板與數(shù)據(jù)傳輸接口板并行排列并連接，數(shù)據(jù)傳輸接口板引出二組電纜，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和供電串接，尾錐安裝在作為優(yōu)化，所述基站還配有太陽能發(fā)供電裝置。如此設(shè)計(jì)，當(dāng)基站進(jìn)一步還配有太陽能發(fā)供電裝置時(shí)，通過光照能及時(shí)補(bǔ)充電能，隨時(shí)解決電能不足問題，能大大提高電源可靠性，更好地支持大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)間地震探測(cè)。
本發(fā)明存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)挺集系統(tǒng)的特點(diǎn)l.每個(gè)基站可以連接120 240個(gè)通道的數(shù)字檢波器，這意味著單個(gè)基站可以作為工程應(yīng)用上的一臺(tái)地震儀器使用(工程作業(yè)一般要求有24 240道的地震儀就可以滿足要求)，完成工程作業(yè)項(xiàng)目，也可以把若干個(gè)基站組合成為幾千道甚至幾萬道的三維地震勘探儀器滿足大型油氣田勘探、煤田勘探、礦產(chǎn)勘探或大型工程勘察等的需要；2.本發(fā)明均在模擬地震檢波器或MEMS傳感器處直接進(jìn)行了數(shù)字化改造，成為地震數(shù)字檢波器，這種緊密連接方式避免了模擬信號(hào)在電纜上的傳送，保留了弱信號(hào)的有效成分，有利于數(shù)字化單元檢測(cè)到弱信號(hào)，提高了檢波器的的動(dòng)態(tài)范圍，并提高了抗干擾能力。3.所有目前商用的無纜存儲(chǔ)式地震采集站一般只有4個(gè)以下通道，而本發(fā)明裝置單個(gè)基站可以連接120 240個(gè)通道的數(shù)字檢波器，有利于采集數(shù)據(jù)的管理和野外布設(shè)，特別適用于高密度單檢波器采集技術(shù)。4.由于采用了存儲(chǔ)式架構(gòu)，與有線地震儀器相比成本明顯降低。與常規(guī)無纜存儲(chǔ)式地震儀相比，由于采用了基站式的相對(duì)集中存儲(chǔ)方式和相對(duì)集中供電方式，儀器整體成本也有明顯下降。
采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)，成本低，能支持幾年甚至幾萬道檢波器采集的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)的電路原理圖2是本發(fā)明存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)的基站電路原理圖3是本發(fā)明存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸接口電路原理圖4-5是本發(fā)明存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)的兩種數(shù)字檢波器電路原理圖6是本發(fā)明存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)的數(shù)字檢波器和數(shù)據(jù)傳輸接口一體封裝后的整體結(jié)構(gòu)示意圖7是本發(fā)明存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)的三維地震勘探測(cè)線布設(shè)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖所示，本發(fā)明存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)包括與中心站沒有連接和數(shù)據(jù)通信的基站1和數(shù)字檢波器3，由基站1通過數(shù)據(jù)傳輸接口 2和電纜4與多個(gè)并列的數(shù)字檢波器3相連；基站與數(shù)字檢波器之間采用數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送指令和采集數(shù)據(jù)；基站是存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)的控制和存儲(chǔ)中心，控制數(shù)據(jù)傳輸接口和數(shù)字檢波器完成地震數(shù)據(jù)的接收，并把數(shù)據(jù)存放于其內(nèi)置的存儲(chǔ)器中；數(shù)據(jù)傳輸接口用于完成指令的發(fā)送和采集數(shù)據(jù)的接收；數(shù)字檢波器用于完成采集模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，然后由其數(shù)據(jù)傳輸接口完成數(shù)據(jù)的傳送。其采用數(shù)字地震檢波器，并利用數(shù)傳模塊完成數(shù)據(jù)傳送，提高了檢波器的動(dòng)態(tài)范圍和抗干擾能力；單個(gè)基站可以連接120 240道的數(shù)字檢波器，可以作為單臺(tái)地震儀使用，也可以把若干個(gè)基站組合成為幾千道甚至幾萬道的三維地震勘探儀器使用，有利于采集數(shù)據(jù)的管理和野外布設(shè)，特別適用于高密度單檢波器采集技術(shù)。
基站1由主控單元13以及與之相連的GPS單元11、存儲(chǔ)單元12、電源管理單元14和數(shù)據(jù)傳輸接口2組成；其中
1、 GPS單元11用于授時(shí)同步，選用Fastrax公司IT03 OEM GPS接收模塊，特點(diǎn)是尺寸小(22x23x2. 7ram)、功耗超低(<95mW@ 2. 7V)、靈敏度非常高[-156dBm (跟蹤)]、精確的1PPS授時(shí)信號(hào)輸出可以達(dá)到RMS20nS的精度和價(jià)格低廉，足以滿足儀器要求的同步精度。
2、 存儲(chǔ)單元12選用大容量存儲(chǔ)器，如32G的SD卡或120G的電子硬盤等，以滿足存儲(chǔ)120道 240道地震數(shù)據(jù)的需要。
3、 主控單元13可以由ARM系列CPU (根據(jù)不同的道數(shù)采用不同的型號(hào)，原則是夠用就行以降低功耗)、SDRAM存儲(chǔ)器、USB接口和以太網(wǎng)接口等組成，其中USB接口和以太網(wǎng)接口用于數(shù)據(jù)回收，主控單元13還提供串口與GPS單元連接11，通過總線連接存儲(chǔ)單元12。
4、 電源管理單元14把12V電池電壓轉(zhuǎn)換為5V， 3. 3V, 2. 7V， 1. 8V等相應(yīng)電壓供給GPS單元ll、存儲(chǔ)單元12、主控單元13、對(duì)外部數(shù)據(jù)傳輸接口2、數(shù)字檢波器3。數(shù)字檢波器3的供電比較特殊，為了墻強(qiáng)供電能力，電源管理單元14把12V電源轉(zhuǎn)換成士24V并通過鬼對(duì)方式為外部數(shù)據(jù)傳輸接口 2和數(shù)字檢波器3供電。電源管理單元14隨時(shí)根據(jù)主5、內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸接口 2與外部數(shù)據(jù)傳輸接口 2構(gòu)成數(shù)據(jù)傳送通道。數(shù)據(jù)傳輸接口 與外部數(shù)據(jù)傳輸接口為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，通過鬼對(duì)供電技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程供電，構(gòu)成數(shù)據(jù)傳送通道。
數(shù)據(jù)傳輸接口 2由FPGA、晶振、通信隔離和鬼對(duì)供電變壓器等組成，F(xiàn)PGA和晶振 提供通信支持，變壓器提供通信匹配和隔離，并作為鬼對(duì)供電變壓器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程供電；外 部數(shù)據(jù)傳輸接口 2相互串接組成數(shù)據(jù)傳輸通道，每個(gè)外部數(shù)據(jù)傳輸接口 2連接30 60個(gè) 通道的數(shù)字檢波器3，而每個(gè)基站1提供4個(gè)本部數(shù)據(jù)傳輸接口 2，每個(gè)基站連接120~ 240個(gè)通道的數(shù)字檢波器。
數(shù)字檢波器3分為A型和D型二種類型，其中
1、 A型數(shù)字檢波器為連接模擬檢波器(可以為動(dòng)圈式檢波器、壓電檢波器和磁懸浮 檢波器等)，由控制模塊31、 A/D轉(zhuǎn)換模塊32、前置放大模塊33、模擬檢波器34、 D/A 轉(zhuǎn)換模塊35和GPS模塊36等組成；是模擬檢波器34依次通過前置放大模塊33、 A/D轉(zhuǎn) 換模塊32連接控制模塊31,控制模塊31再連接數(shù)據(jù)傳輸接口 2、 GPS模塊36通過D/A 轉(zhuǎn)換模塊35連接前置放大模塊33。其中控制模塊31由C51嵌入式CPU和FPGA等組成， 前置放大模塊33、 A/D轉(zhuǎn)換模塊32， D/A轉(zhuǎn)換模塊35分別采用Cirrus Logic公司的 CS3301A/CS3302A、 CS5371A和CS5376A等模數(shù)轉(zhuǎn)換套片，可以程序設(shè)置0dB、 6dB、 12dB、 18dB、 24 dB、 30 dB或36 dB的前放增益，實(shí)現(xiàn)24位模數(shù)轉(zhuǎn)換,并提供4、 2、 1、 0.5、 或O. 25的采樣率。
2、 D型數(shù)字檢波器為連接MEMS傳感器，由控制模塊31、 ASIC集成電路37、 MEMS 傳感器38和GPS模塊36等組成。是MEMS傳感器38通過ASIC集成電路37連接控制模 塊31,控制模塊31再連接數(shù)據(jù)傳輸接口 2和GPS模塊36。
這兩種數(shù)字檢波器3均連接到數(shù)據(jù)傳輸接口 2傳送數(shù)據(jù)。GPS模塊36同樣選用 Fastrax公司IT03 OEM GPS接收模塊，由于GPS單點(diǎn)定位精度較低， 一般為土10m，而 地震勘探的定位精度要求在分米級(jí)，所以用單個(gè)GPS定位不能滿足定位要求。而地震勘 探的優(yōu)勢(shì)是幾十或幾百平方公里的范圍內(nèi)，可以布設(shè)幾百甚至幾萬個(gè)GPS站點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量， 從而形成大型GPS站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，利用這個(gè)大型GPS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)量誤差消除后，可以達(dá)到厘 米級(jí)的定位精度。
所述數(shù)字檢波器3和數(shù)據(jù)傳輸接口采用一體化封裝,整體結(jié)構(gòu)由上蓋Rl、引出電纜4、 數(shù)字化板R3、數(shù)據(jù)傳輸接口板R4、檢波器芯體R5、外殼R6和尾錐R7組成；數(shù)字化板R3、數(shù)據(jù)傳輸接口板R4和檢波器芯體R5由上蓋Rl封裝在塑料外殼R6內(nèi)，檢波器芯體 R5引出電極連接到數(shù)字化板R4上，數(shù)字化板R3與數(shù)據(jù)傳輸接口板R4并行排列并連接， 數(shù)據(jù)傳輸接口板R4引出二組電纜4，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和供電串接，尾錐R7安裝在外殼R6 的下端。
如圖7所示的三維地震勘探測(cè)線布設(shè)實(shí)例設(shè)高密度單檢波器勘探，要求地面采集密 度為10mX20m，單次采集面積約為10， OOOmX 10, OOOm。設(shè)每個(gè)基站的采集道數(shù)為4X60 道，則在測(cè)線方向需要9個(gè)基站組成1080道，測(cè)線長(zhǎng)度為10790m。縱向需要250基站組 成500道，寬度為9980m?？偣残枰?250個(gè)基站，合計(jì)270, 000道。從目前來看，27萬 道的儀器成本還太高，還無法實(shí)現(xiàn)商用，但這也正是發(fā)展低成本儀器的動(dòng)力。
所述基站還可以進(jìn)一步配有太陽能發(fā)供電裝置。
權(quán)利要求
1、一種存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)，包括與中心站沒有連接和數(shù)據(jù)通信的基站和數(shù)字檢波器，其特征在于由基站通過數(shù)據(jù)傳輸接口和電纜與多個(gè)并列的數(shù)字檢波器相連；基站與數(shù)字檢波器之間采用數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送指令和采集數(shù)據(jù)；基站是存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)的控制和存儲(chǔ)中心，控制數(shù)據(jù)傳輸接口和數(shù)字檢波器完成地震數(shù)據(jù)的接收，并把數(shù)據(jù)存放于其內(nèi)置的存儲(chǔ)器中；數(shù)據(jù)傳輸接口用于完成指令的發(fā)送和采集數(shù)據(jù)的接收；數(shù)字檢波器用于完成采集模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，然后由其數(shù)據(jù)傳輸接口完成數(shù)據(jù)的傳送。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)，其特征在于基站由主控單元 以及與之相連的GPS單元、存儲(chǔ)單元、電源管理單元和數(shù)據(jù)傳輸接口組成；GPS單元用于 授時(shí)同步；存儲(chǔ)單元使用大容量存儲(chǔ)器；主控單元由ARM系列CPU、 SDRAM存儲(chǔ)器、USB 接口和以太網(wǎng)接口組成，還提供串口與GPS單元連接，并通過總線連接存儲(chǔ)單元；電源 管理單元把12V電源轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電壓支持GPS單元、存儲(chǔ)單元、主控單元和數(shù)據(jù)傳輸接 口；數(shù)據(jù)傳輸接口與外部數(shù)據(jù)傳輸接口為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，通過鬼對(duì)供電技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程供電， 構(gòu)成數(shù)據(jù)傳送通道。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)，其特征在于數(shù)據(jù)傳輸接口由 FPGA、晶振、通信隔離和鬼對(duì)供電變壓器組成，F(xiàn)PGA和晶振提供通信支持，變壓器提供 通信匹配和隔離，并作為鬼對(duì)供電變壓器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程供電；外部數(shù)據(jù)傳輸接口相互串接組 成數(shù)據(jù)傳輸通道，每個(gè)外部數(shù)據(jù)傳輸接口連接30 60個(gè)通道的數(shù)字檢波器，而每個(gè)基站 提供4個(gè)或者4個(gè)以上的偶數(shù)個(gè)本部數(shù)據(jù)傳輸接口 ，每個(gè)基站連接120 數(shù)百個(gè)通道的數(shù) 字檢波器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字檢波器 一種為A型，是模擬檢波器依次通過前置放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊連接控制模塊，控制 模塊再連接數(shù)據(jù)傳輸接口、 GPS模塊和通過D/A轉(zhuǎn)換模塊連接前置放大模塊；另一種為D 型，是MEMS傳感器通過ASIC集成電路連接控制模塊，控制模塊再連接數(shù)據(jù)傳輸接口和 GPS模塊。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字檢波器在結(jié)構(gòu)上由上蓋、引出電纜、數(shù)字化板、數(shù)據(jù)傳輸接口板、檢波器芯體、外殼和尾錐組成；數(shù)字化板、數(shù)據(jù)傳輸接口板和檢波器芯體由上蓋封裝在塑料外殼內(nèi)，檢波器芯體引出電極連接到數(shù)字化板上，數(shù)字化板與數(shù)據(jù)傳輸接口板并行排列并連接，數(shù)據(jù)傳輸接口板引出二組電纜，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和供電串接，尾錐安裝在外殼的下端。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述基站還配有太陽能發(fā)供電裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)，為解決現(xiàn)有地震儀采集系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍窄、抗干擾能力差問題，其包括基站和數(shù)字檢波器，由基站通過數(shù)據(jù)傳輸接口和電纜與多個(gè)并列的數(shù)字檢波器相連；基站與數(shù)字檢波器之間采用數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送指令和采集數(shù)據(jù)；基站是存儲(chǔ)式地震信號(hào)連續(xù)采集系統(tǒng)的控制和存儲(chǔ)中心，控制數(shù)據(jù)傳輸接口和數(shù)字檢波器完成地震數(shù)據(jù)的接收，并把數(shù)據(jù)存放于其內(nèi)置的存儲(chǔ)器中；數(shù)據(jù)傳輸接口用于完成指令的發(fā)送和采集數(shù)據(jù)的接收；數(shù)字檢波器用于完成采集模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，然后由其數(shù)據(jù)傳輸接口完成數(shù)據(jù)的傳送。因此，具有動(dòng)態(tài)范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)，成本低，能支持幾年甚至幾萬道檢波器采集的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01V1/22GK101639539SQ200910169539
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者劉光鼎, 宋祁真, 羅維炳, 建 郭 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所