專利名稱：動(dòng)圈式數(shù)字地震檢波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地震檢波器，特別是涉及一種動(dòng)圈式數(shù)字地震檢波器。
背景技術(shù)：
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、地質(zhì)災(zāi)害 預(yù)測等等方面。地震勘探中用來直接拾取地震振動(dòng)，并將振動(dòng)轉(zhuǎn)換為符合儀器記錄系統(tǒng)需 要的能量形式的儀器，稱為地震檢波器。地震檢波器的指標(biāo)決定了地震勘探儀器的主要技 術(shù)指標(biāo)。 目前國內(nèi)外使用最多的是動(dòng)圈式地震檢波器，這種檢波器已經(jīng)有50年的發(fā)展歷 史，重量從最初的幾千克級(jí)發(fā)展到目前的幾十克級(jí)，在地震勘探中得到了廣泛使用。但由于 其固有的機(jī)械特征，這種檢波器靈敏度低、動(dòng)態(tài)范圍小(60dB左右)、頻帶窄(10 200Hz)、 抗干擾能力差、質(zhì)量和體積都較大，而目前的地震儀器已經(jīng)達(dá)到了 120dB的動(dòng)態(tài)范圍，所以 不能充分發(fā)揮地震儀器的作用。 為了提高檢測地震信號(hào)的靈敏度和信噪比，一般都要把許多常規(guī)檢波器(通常是 12個(gè)至72個(gè)左右)檢波器串并聯(lián)在一起組合使用，這不僅給施工增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了 生產(chǎn)效率，還降低了勘探分辨率。而且在野外使用中，其連接電纜傳送的是模擬信號(hào)，抗干 擾能力差。 在地震勘探領(lǐng)域，傳統(tǒng)的野外檢波器組合技術(shù)由于能有效地壓制干擾波和提高信 噪比而得到廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)主要有可以調(diào)節(jié)組合形式以壓制特定波長的波；可防止 空間假頻；可以衰減隨機(jī)噪音，N個(gè)檢波器組合的信噪比提高^倍。但是，正是由于檢波器 的組合也帶來了高頻信號(hào)損失、分辨率下降等缺陷組合表現(xiàn)為一個(gè)低通濾波器，高頻信號(hào) 嚴(yán)重?fù)p失；組內(nèi)各檢波器之間的靜校正問題也影響高頻成分；往往難以設(shè)計(jì)合適的組合形 式滿足勘探的要求；存在不合適的陷波響應(yīng)和方位角響應(yīng)。 隨著對(duì)勘探分辨率要求的進(jìn)一步提高，常規(guī)組合技術(shù)包括共深度(CDP)疊加已經(jīng) 成為制約提高分辨率的瓶頸，為實(shí)現(xiàn)既提高信噪比，又提高分辨率，只有應(yīng)用單檢波器接收 才是下一步提高分辨率的關(guān)鍵技術(shù)措施。單檢波器接收在所有方位有同樣的響應(yīng)，適用于 所有的空間采樣間隔甚至是不規(guī)則采樣間隔，適用于多種波長的波，不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)造成任何 損害，能快速埋置和收放，工效高。為提高地震勘探技術(shù)的分辨率，地震勘探的下一步技術(shù) 發(fā)展是單檢波器高密度接收技術(shù)，即在野外采用2 10m的小道距進(jìn)行高密度采集，然后在 處理中心進(jìn)行組合處理，實(shí)現(xiàn)高分辨率和高信噪比的地震勘探技術(shù)。這相當(dāng)于把常規(guī)地震 技術(shù)中每道組合中的每個(gè)檢波器的信號(hào)單獨(dú)記錄下來。 單檢波器接收技術(shù)對(duì)檢波器提出了較高要求，要求檢波器具有振幅和頻率響應(yīng) 好、動(dòng)態(tài)范圍寬、體積和重量小、全數(shù)字傳送等優(yōu)點(diǎn)，而現(xiàn)有檢波器卻不能滿足需要。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種動(dòng)態(tài)范圍大、抗干擾能 力強(qiáng)的動(dòng)圈式數(shù)字地震檢波器。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型動(dòng)圈式數(shù)字地震檢波器的特別之處在于動(dòng)圈式地震 檢波器芯體連接數(shù)字化單元。如此設(shè)計(jì)，與常規(guī)動(dòng)圈式檢波器相比，由于對(duì)常規(guī)動(dòng)圈式地震 檢波器進(jìn)行了數(shù)字化改造，避免了模擬信號(hào)在電纜上的傳送，防止了信號(hào)在傳送中的衰減， 保留了有效信號(hào)成分，提高了抗干擾能力；并且，動(dòng)態(tài)范圍大、抗干擾能力強(qiáng)。本實(shí)用新型動(dòng) 圈式數(shù)字地震檢波器由于經(jīng)過改進(jìn)后提高了動(dòng)態(tài)范圍和抗干擾能力，比較適合用于單檢波 器接收技術(shù)。其是利用動(dòng)圈式地震檢波器和高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器組合而成。靈敏度有了明 顯提高，并避免了模擬信號(hào)在電纜上的傳送，提高了抗干擾能力。使地震檢波器的動(dòng)態(tài)范圍 提高到80dB左右，成為單檢波器接收技術(shù)的檢波器選擇之一。 作為優(yōu)化，動(dòng)圈式地震檢波器包括動(dòng)圈式地震檢波器芯體、外殼和尾錐，檢波器芯 體和數(shù)字化單元都封裝于外殼內(nèi)，并且直接連接成一體。這種連接避免了模擬信號(hào)在電纜 上的傳送，防止了信號(hào)在傳送中的衰減，有利于數(shù)字化電路檢測弱信號(hào)成分，使檢波器靈敏 度比原來型號(hào)有所提高，動(dòng)態(tài)范圍也相應(yīng)提高。 作為優(yōu)化，所述數(shù)字化單元是連接動(dòng)圈式地震檢波器芯體的多路開關(guān)D1依次通 過前置放大器D2、 A - E調(diào)制器D3連接數(shù)字濾波器D3 ;數(shù)字濾波器D3還通過測試信號(hào)發(fā)生 器D5連接多路開關(guān)D1。其可提供單通道的模擬檢波器信號(hào)輸入，可以程序設(shè)置0dB、6dB、 12dB、18dB、24dB、30dB或36dB的前放增益，并實(shí)現(xiàn)4、2、 1、0. 5、或0. 25的采樣率。 作為優(yōu)化，所述數(shù)字化單元為數(shù)字化板型，數(shù)字化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)字化板引出二對(duì)電纜，其中一對(duì)為 數(shù)字化板供電線，另一對(duì)作為數(shù)據(jù)線，尾錐安裝在外殼的下端。本實(shí)用新型檢波器的整體結(jié) 構(gòu)由上蓋、引出電纜、數(shù)字化板、檢波器芯體、外殼和尾錐等組成。即數(shù)字化板和檢波器芯 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)字化板由引出電 纜引出二對(duì)電纜，其中一對(duì)負(fù)責(zé)為數(shù)字化板供電，另一對(duì)作為數(shù)據(jù)線，尾錐安裝在外殼的下
丄山順。 作為優(yōu)化，所述前置放大器為CS3301A型、A-E調(diào)制器為CS5373A型、數(shù)字濾波器 為CS5378A型、測試信號(hào)發(fā)生器內(nèi)置于CS5373A型芯片中。針對(duì)現(xiàn)有動(dòng)圈式地震檢波器存 在的問題，我們進(jìn)行了下列改進(jìn)在現(xiàn)有動(dòng)圈式地震檢波器信號(hào)接口處直接引入了 Cirrus Logic公司的A/D轉(zhuǎn)換套件CS3301A、 CS5373A和CS5378A進(jìn)行數(shù)字化改造，成為數(shù)字地震 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。目前情 況下Cirrus Logic公司的A/D轉(zhuǎn)換套件是最佳選擇，等條件成熟時(shí)，也可以采用其他芯片 進(jìn)行數(shù)字化改造。 作為優(yōu)化，所述CS5373A型A- E調(diào)制器和CS5378A型數(shù)字濾波器為24位模數(shù)轉(zhuǎn) 換，提供4、2、1、0.5、或0. 25的采樣率的單通道A/D轉(zhuǎn)換套片；所述前置放大器為測試信號(hào) 發(fā)生器集成式；所述CS3301A型前置放大器為程序設(shè)置0dB、6dB、 12dB、 18dB、24dB、30dB或 36dB的前放增益型。 作為優(yōu)化，數(shù)字化單元進(jìn)一步連接有通信單元。
4[0016] 采用上述技術(shù)方案后，本實(shí)用新型動(dòng)圈式數(shù)字地震檢波器通過數(shù)字化改造，避免
了模擬信號(hào)在電纜上的傳送，防止了信號(hào)在傳送中的衰減，保留了有效信號(hào)成分，具有振幅 和頻率響應(yīng)好、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、體積和重量小、全數(shù)字傳送的優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型動(dòng)圈式數(shù)字地震檢波器的電路原理圖； 圖2是本實(shí)用新型動(dòng)圈式數(shù)字地震檢波器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式本實(shí)用新型動(dòng)圈式數(shù)字地震檢波器是現(xiàn)有動(dòng)圈式地震檢波器1進(jìn)一步連接數(shù)字 化板型數(shù)字化單元D，所述動(dòng)圈式數(shù)字檢波器包括檢波器芯體11、外殼12和尾錐13，動(dòng)圈式 地震檢波器芯體11和數(shù)字化單元D直接連接成一體。所述數(shù)字化單元D是連接動(dòng)圈式地 震檢波器芯體11的多路開關(guān)D1依次通過前置放大器D2、 A- E調(diào)制器D3連接數(shù)字濾波器 D4 ;數(shù)字濾波器D4還通過測試信號(hào)發(fā)生器D5連接多路開關(guān)Dl 。數(shù)字化單元D還進(jìn)一步連 接有通信單元3。 數(shù)字化板型數(shù)字化單元D和檢波器芯體11由上蓋14封裝在塑料外殼12內(nèi)，檢波 器芯體11引出電極連接到數(shù)字化板型數(shù)字化單元D上，數(shù)字化板型數(shù)字化單元D引出二對(duì) 電纜15，其中一對(duì)為數(shù)字化板型數(shù)字化單元D供電線，另一對(duì)作為數(shù)據(jù)線，尾錐13安裝在外 殼12的下端。 所述檢波器1可以采用各種常規(guī)動(dòng)圈式檢波器，要求選用靈敏度高、頻帶寬、一致 性好的高精度動(dòng)圈式檢波器。其中前置放大器采用由Cirrus Logic公司生產(chǎn)的CS3301A， 可以程序設(shè)置0dB、6dB、12dB、18dB、24dB、30dB或36dB的前放增益。A - E調(diào)制器采 用Cirrus Logic公司的CS5371A，數(shù)字濾波器則選用CS5378A ;測試信號(hào)發(fā)生器內(nèi)置于 CS5373A芯片中。CS5373A和CS5378A是Cirrus Logic公司專為地球物理勘探而設(shè)計(jì)的單 通道A/D轉(zhuǎn)換套片，二者組合可以實(shí)現(xiàn)24位模數(shù)轉(zhuǎn)換，并提供4、2、1、0. 5、或0. 25的采樣 率。 其是利用數(shù)字化單元對(duì)現(xiàn)有動(dòng)圈式地震檢波器進(jìn)行了改裝，并把整體封裝于檢波 器外殼中，成為數(shù)字地震檢波器。由于把動(dòng)圈式地震檢波器和數(shù)字化單元直接連接并集成 為一體，避免了模擬信號(hào)在電纜上的傳送，防止了信號(hào)在傳送中的衰減，有利于數(shù)字化電路 檢測弱信號(hào)成分，使新型檢波器靈敏度比原型號(hào)有所提高，動(dòng)態(tài)范圍也相應(yīng)提高，并提高了 抗干擾能力。
權(quán)利要求一種動(dòng)圈式數(shù)字地震檢波器，其特征在于動(dòng)圈式地震檢波器進(jìn)一步連接數(shù)字化單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述動(dòng)圈式地震檢波器，其特征在于動(dòng)圈式地震檢波器包括動(dòng)圈式 地震檢波器芯體、外殼和尾錐，檢波器芯體和數(shù)字化單元都封裝于外殼內(nèi)，并且直接連接成一體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述動(dòng)圈式地震檢波器，其特征在于所述數(shù)字化單元是連接動(dòng)圈式 地震檢波器芯體的多路開關(guān)依次通過前置放大器、A- E調(diào)制器連接數(shù)字濾波器；數(shù)字濾 波器還通過測試信號(hào)發(fā)生器連接多路開關(guān)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述動(dòng)圈式數(shù)字地震檢波器，其特征在于所述數(shù)字化單元為數(shù)字化 板型，數(shù)字化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)字化板引出二對(duì)電纜，其中一對(duì)為數(shù)字化板供電線，另一對(duì)為數(shù)據(jù)線，尾錐安裝 在外殼的下端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述動(dòng)圈式數(shù)字地震檢波器，其特征在于所述前置放大器為 CS3301A型、A - E調(diào)制器為CS5373A型、數(shù)字濾波器為CS5378A型、測試信號(hào)發(fā)生器內(nèi)置于 CS5373A中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述動(dòng)圈式數(shù)字地震檢波器，其特征在于所述CS5373A型A-E調(diào) 制器和CS5378A型數(shù)字濾波器為24位模數(shù)轉(zhuǎn)換，提供4、2、1、0. 5、或0. 25的采樣率的單通 道A/D轉(zhuǎn)換套片；所述前置放大器為測試信號(hào)發(fā)生器集成式；所述CS3301A型前置放大器 為程序設(shè)置0dB、6dB、12dB、18dB、24dB、30dB或36dB的前放增益型。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述動(dòng)圈式地震檢波器，其特征在于數(shù)字化 單元進(jìn)一步連接有通信單元。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種動(dòng)圈式數(shù)字地震檢波器，為解決現(xiàn)有動(dòng)圈式地震檢波器動(dòng)態(tài)范圍小、抗干擾能力差的問題，其是現(xiàn)有動(dòng)圈式地震檢波器依次進(jìn)一步連接數(shù)字化單元和通信單元。其利用數(shù)字化單元對(duì)動(dòng)圈式地震檢波器進(jìn)行改裝，并把整體封裝于檢波器外殼中，把動(dòng)圈式地震檢波器和數(shù)字化單元直接連接并集成為一體，避免了模擬信號(hào)在電纜上的傳送，防止了信號(hào)在傳送中的衰減，保留了有效信號(hào)成分，具有振幅和頻率響應(yīng)好、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、體積和重量小、全數(shù)字傳送的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01V1/18GK201477213SQ200920176019
公開日2010年5月19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)明者劉文濤, 張鼎南, 郭建 申請(qǐng)人:北京吉奧菲斯科技有限責(zé)任公司