專(zhuān)利名稱(chēng)：基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地震儀，特別是涉及一種基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀。
背景技術(shù)：
1、地震儀器現(xiàn)狀高精度數(shù)字地震儀是用來(lái)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(lái)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。其基本方法是在勘探靶區(qū)的地面上埋放數(shù)千乃至上萬(wàn)只地震波傳感器(即地震檢波器)，在海上則是用海洋勘探船拖放數(shù)根l_2km長(zhǎng)的海上漂纜(漂纜每隔數(shù)十米包裹一個(gè)地震檢波器)，然后用炸藥或可控震源(在陸地)或高壓空氣槍(在海上)激發(fā)人工地震。地震波向地下深處傳播，遇到不同性質(zhì)地層的分界面就會(huì)產(chǎn)生反射，地震檢波器拾取到反射波并將其轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，然后由高精度的數(shù)字地震儀把這些模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)記錄下來(lái)。野外勘探接收到的大量數(shù)據(jù)通過(guò)室內(nèi)用高速計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的信號(hào)處理和反演計(jì)算，才能得到清晰可靠的地下結(jié)構(gòu)圖像，最終確定礦產(chǎn)資源的位置和深度。目前在我國(guó)石油和天然氣勘探行業(yè)使用的儀器極大部分是從國(guó)外進(jìn)口的有線遙測(cè)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、ION公司的System IV、Scorpion和Aries II系統(tǒng)、德國(guó)DMT公司的 Summit系統(tǒng)、美國(guó)Seismic Instrument公司的SI系統(tǒng)和美國(guó)WesternGeco公司的Uni Q 系統(tǒng)等。地震采集系統(tǒng)可分為地震信號(hào)的拾取(地震檢波器)、地震信號(hào)的傳輸、地震信號(hào)的記錄與存儲(chǔ)三部分。地震采集儀器的發(fā)展大約經(jīng)歷下面的過(guò)程(1)全模擬地震儀器系統(tǒng)——第一代電子管儀器和第二代晶體管儀器；(2)主機(jī)系統(tǒng)數(shù)字記錄的實(shí)現(xiàn)——第三代數(shù)字地震儀；(3)地震電纜數(shù)字傳輸系統(tǒng)——第四代早期遙測(cè)地震儀；(4)多種數(shù)據(jù)傳輸方式——第五代24位遙測(cè)地震儀，國(guó)內(nèi)外主要24位遙測(cè)地震儀可分為三類(lèi)有線遙測(cè)地震儀、無(wú)線遙測(cè)地震儀、存儲(chǔ)式數(shù)據(jù)回收遙控地震儀。這三類(lèi)遙測(cè)地震儀中，有線遙測(cè)地震儀仍占主導(dǎo)地位，占據(jù)世界市場(chǎng)的絕大部分份額。這一時(shí)代地震儀器的主要特征是在采集系統(tǒng)最重要的部分——采集站中使用了 Δ-Σ 24位ADC技術(shù)；在地震采集排列的布置和遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸方面出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)遙測(cè)技術(shù)和其它一些先進(jìn)技術(shù)；系統(tǒng)具有更完善、快捷、自動(dòng)化程度高的故障檢測(cè)和狀態(tài)測(cè)試功能；系統(tǒng)具有較為強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析處理和現(xiàn)場(chǎng)QA/QC功能；整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)，以及系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)、命令、地址等信息的組織、管理、 運(yùn)行等全面實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)化。如果單純從數(shù)據(jù)傳輸?shù)男再|(zhì)和特點(diǎn)來(lái)看，這一代地震儀器主流傳輸技術(shù)仍然以地震電纜的數(shù)字傳輸為特點(diǎn)，但數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)和理論發(fā)生了變化，即由普通數(shù)據(jù)傳輸發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。另外，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸理論與技術(shù)也大大向前發(fā)展。同時(shí)，又出現(xiàn)了新的數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型，即數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后人工回收方式、無(wú)線蜂窩技術(shù)等等。以上都是出現(xiàn)在地面站單元直到主機(jī)這一過(guò)程中的地震數(shù)據(jù)傳輸方式與技術(shù)，而另一方面，即檢波器的地面振動(dòng)拾取與信號(hào)輸出和檢波器電纜(小線)中的信號(hào)傳輸仍與第四代遙測(cè)地震儀一樣，也是模擬信號(hào)傳輸。(5)全數(shù)字地震數(shù)據(jù)傳輸與記錄系統(tǒng)——第六代全數(shù)字遙測(cè)地震儀，儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有重大改變。在全數(shù)字遙測(cè)地震儀系統(tǒng)中，采集站的概念實(shí)際上沒(méi)有了。原來(lái)采集站中地震道部分的電路(包括Δ - Σ 24位ADC和DSP電路等)已分離出來(lái)， 微化集成到數(shù)字地震傳感器中，與振動(dòng)拾取部分(MEMS)傳感器緊密結(jié)合在一起。因此，傳感器本身輸出的信號(hào)已經(jīng)是24位數(shù)字信號(hào)，采集站只保留數(shù)據(jù)傳輸、整形、存儲(chǔ)，并增加了新型地震傳感器的供電、檢測(cè)、管理等功能。在全數(shù)字遙測(cè)地震儀系統(tǒng)中，包括各種地震電纜在內(nèi)的全部地震數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)傳輸?shù)亩际菙?shù)字信號(hào)，不再有模擬地震數(shù)據(jù)傳輸。美國(guó)I/ 0公司投入巨額資金，經(jīng)過(guò)十幾年的研究，于1999年前后率先推出用于石油地震勘探的數(shù)字傳感器——VectorSeis三分量數(shù)字地震傳感器，到2002年又推出了數(shù)字地震傳感器的應(yīng)用平臺(tái)——主機(jī)系統(tǒng)，至此宣告了全數(shù)字遙測(cè)地震儀——I/O System Four的誕生。法國(guó)Sercel公司于1999年前后率先推出數(shù)字地震傳感器的應(yīng)用平臺(tái)——408UL主機(jī)系統(tǒng)，到 2002年前后又推出了數(shù)字地震傳感器——DSU單元。408UL主機(jī)系統(tǒng)是法國(guó)Sercel公司面向第六代全數(shù)字遙測(cè)地震儀設(shè)計(jì)的系統(tǒng)平臺(tái)，它同時(shí)可兼容傳統(tǒng)模擬檢波器構(gòu)成當(dāng)前我們大量使用的408UL 24位遙測(cè)地震儀系統(tǒng)。美國(guó)I/O System Four和法國(guó)Sercel408UL_DSU 全數(shù)字遙測(cè)地震儀的誕生，標(biāo)志著世界地震勘探儀器的發(fā)展開(kāi)始進(jìn)入新的一代——第六代。法國(guó)Sercel公司是CGG控股從事地震儀器研制的專(zhuān)業(yè)公司，具有五十多年的地震儀器制造經(jīng)驗(yàn)。典型的陸上地震儀器有SN338、SN368、SN388和目前廣泛使用的400系列。408U是Sercel公司九十年代末期推向勘探市場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)地震儀，采用采集鏈結(jié)構(gòu)形式使采集站和電纜成為一體。408UL系統(tǒng)率先引入了地震區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的概念，其核心思想是把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)概念引入到遙測(cè)地震儀系統(tǒng)中，從而將遙測(cè)儀器系統(tǒng)作為一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。主機(jī)記錄系統(tǒng)、LAUL、LAUX作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，配合系統(tǒng)軟件完成控制和管理。408UL大線數(shù)傳速率為8. 192MHz，交叉線教傳速率為16. 384MHz，2ms采樣率下大線實(shí)時(shí)傳輸1000道， 交叉線實(shí)時(shí)傳輸2000道。與408UL相比，428XL的主機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)有重大改進(jìn)， 主機(jī)結(jié)構(gòu)采用服務(wù)器/客戶機(jī)模式，其大線數(shù)傳速率為16. 384MHz，單線道能力達(dá)到了 2000 道/2ms，三維實(shí)時(shí)道能力為10000道/2ms。美國(guó)I/O司也是國(guó)際知名的地震儀器、可控震源、地震檢波器、激發(fā)源同步系統(tǒng)等地球物理裝備制造商。上世紀(jì)八十年代開(kāi)始涉足地震儀器制造，當(dāng)時(shí)推出的系統(tǒng)-I和系統(tǒng)-II儀器深受用戶歡迎。I/O公司非常重視產(chǎn)品的超前研究，近年來(lái)率先推出24位A/D 地震儀器，Vectorseis數(shù)字檢波器(MEMS)，使地震儀器兩次發(fā)生革命性的進(jìn)步。但其在跟蹤用戶需求，開(kāi)發(fā)適用性產(chǎn)品方面落后于Sercel公司。I/O公司生產(chǎn)的陸上地震儀器主要包括系統(tǒng)IV，Scorpion和Aries II系統(tǒng)。上世紀(jì)90年代隨著采用24位模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)地震儀的出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)儀器廠組織研發(fā)了 GYZ4000、SK-1006等類(lèi)型的24位高精度遙測(cè)地震儀，但在可靠性方面與國(guó)外同類(lèi)儀器相比存在一定的差距，而且功能也沒(méi)有得到完善，因此沒(méi)有推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種能充分發(fā)揮現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字地震儀優(yōu)勢(shì)，成本低、功耗低和功能強(qiáng)大的基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀硬件部分由包括下列八大單元組成中央控制操作系統(tǒng)、根節(jié)點(diǎn)、主節(jié)點(diǎn)、基站、電源站、采集鏈、光纜、大線電纜； 中央控制操作系統(tǒng)通過(guò)多條綁定的千兆網(wǎng)線與根節(jié)點(diǎn)連接；根節(jié)點(diǎn)通過(guò)多條光纜與主節(jié)點(diǎn)連接，并與激發(fā)控制器和輔助道連接；多個(gè)主節(jié)點(diǎn)之間用千兆光纜連接，形成數(shù)據(jù)傳輸主干網(wǎng)；主節(jié)點(diǎn)通過(guò)大線電纜連接基站；基站之間用百兆大線電纜連接，形成數(shù)據(jù)傳輸次干網(wǎng)； 基站提供多個(gè)專(zhuān)用同步傳送接口連接采集鏈和電源站；采集鏈由多個(gè)采集站組成；電源站為采集鏈供電，實(shí)現(xiàn)電源遠(yuǎn)供；基站具有電源站功能為采集鏈供電。本發(fā)明新型數(shù)字地震儀的特點(diǎn)是充分考慮了十萬(wàn)道級(jí)數(shù)字地震儀的數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)，可以利用了不同的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)滿足不同的數(shù)據(jù)傳輸要求，能采用千兆光纖完成數(shù)據(jù)主干網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳送，能采用百兆電纜完成數(shù)據(jù)次干網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳送，采能用類(lèi)令牌網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集鏈的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送，達(dá)到了低成本、低功耗，強(qiáng)大功能的最佳配置，能以可靠方式實(shí)現(xiàn)十萬(wàn)道級(jí)數(shù)字地震儀數(shù)據(jù)傳輸。與國(guó)內(nèi)外目前地震儀的不同之處是充分利用了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了一種特有的十萬(wàn)道級(jí)的地震采集儀器構(gòu)架。作為優(yōu)化，所述中央控制操作系統(tǒng)置于儀器車(chē)上，是整個(gè)數(shù)字地震儀中軟件和硬件相結(jié)合的主要控制單元，硬件部分由計(jì)算機(jī)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、客戶計(jì)算機(jī)終端、存儲(chǔ)設(shè)備、顯示設(shè)備和GPS模塊組成；網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接存儲(chǔ)設(shè)備、顯示設(shè)備、GPS模塊、計(jì)算機(jī)服務(wù)器和客戶終端，計(jì)算機(jī)服務(wù)器再連接根接點(diǎn)。作為優(yōu)化，中央控制操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)下列功能1)人機(jī)交互運(yùn)行軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，滿足操作人員對(duì)采集系統(tǒng)的控
制和管理。2)排列控制通過(guò)根節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)野外地面排列的控制和管理，包括野外部件的識(shí)別和檢測(cè)。3)采集同步通過(guò)根節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)激發(fā)震源與采集系統(tǒng)的同步采集。4)數(shù)據(jù)回收通過(guò)根節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)野外地面部件采集數(shù)據(jù)的回收、預(yù)處理和存儲(chǔ)。5)質(zhì)量控制通過(guò)繪圖儀和屏幕繪圖實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制。作為優(yōu)化，所述根節(jié)點(diǎn)由高速數(shù)據(jù)交換模塊、控制模塊、激發(fā)源控制接口模塊、電源模塊、輔助道接口模塊和GPS模塊組成；高速數(shù)據(jù)交換模塊為8 口千兆交換機(jī)模塊，4 口為RJ45接口，提供兩條或四條綁定的千兆網(wǎng)線與中央控制操作系統(tǒng)連接，4 口為光纜接口， 提供2條或4條光纜接口與主節(jié)點(diǎn)MU和其它野外地面設(shè)備連接；控制模塊通過(guò)中央控制操作系統(tǒng)的指令實(shí)現(xiàn)控制高速數(shù)據(jù)交換模塊、激發(fā)源控制接口模塊和輔助道接口模塊；激發(fā)源控制接口模塊提供與激發(fā)源控制器的通信接口 ；電源模塊為各模塊提供電源支持。中央控制操作系統(tǒng)通過(guò)兩條或四條綁定的千兆網(wǎng)線與根節(jié)點(diǎn)連接。根節(jié)點(diǎn)的功能與標(biāo)準(zhǔn)的千兆網(wǎng)交換機(jī)功能相似，但是增加特有的了智能控制、輔助道接口和同步激發(fā)控制接口。作為優(yōu)化，所述主節(jié)點(diǎn)由高速數(shù)據(jù)交換模塊、控制模塊、電源模塊和GPS模塊組成；高速數(shù)據(jù)交換模塊為4 口百兆/千兆交換機(jī)模塊，2 口為千兆光纜接口，分別連接上一級(jí)主節(jié)點(diǎn)、根節(jié)點(diǎn)和下一級(jí)主節(jié)點(diǎn)，2 口為百兆R(shí)J45接口分別連接左右兩條大線電纜；控制模塊根據(jù)中央控制操作系統(tǒng)的指令控制高速數(shù)據(jù)交換模塊；電源模塊為各模塊提供電源支持。主節(jié)點(diǎn)之間用千兆光纜連接，形成數(shù)據(jù)傳輸主干網(wǎng)。作為優(yōu)化，所述基站由數(shù)據(jù)交換模塊、控制模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)接口模塊和GPS 模塊組成；數(shù)據(jù)交換模塊為PoWerPC8313CPU內(nèi)置的2 口百兆交換機(jī)模塊，為百兆R(shí)J45接口， 分別連接上一級(jí)基站、主節(jié)點(diǎn)和下一級(jí)基站；控制模塊選用PowerPC8313CPU，根據(jù)中央控制操作系統(tǒng)的指令控制數(shù)據(jù)交換模塊和數(shù)據(jù)接口模塊；電源模塊為各模塊提供電源支持； 數(shù)據(jù)接口模塊提供2或4個(gè)高速同步傳送接口連接采集鏈和電源站；GPS模塊連接控制模塊?；局g用百兆大線電纜連接，形成數(shù)據(jù)傳輸次干網(wǎng)。所述基站把12V電壓升壓48V為采集鏈供電，實(shí)現(xiàn)電源遠(yuǎn)供，左右兩邊各供60 240個(gè)采集站；電源站PS把12V電壓升壓48V為采集鏈供電，實(shí)現(xiàn)電源遠(yuǎn)供，一個(gè)電源站可以左右兩邊各供30 60個(gè)采集站。即基站具有電源站功能，把12V電壓升壓48V為采集鏈供電，實(shí)現(xiàn)電源遠(yuǎn)供，左右兩邊各供60 240個(gè)采集站。所述電源站把12V電壓升壓48V 為采集鏈供電，實(shí)現(xiàn)電源遠(yuǎn)供，一個(gè)電源站可以左右兩邊各供30 60個(gè)采集站。作為優(yōu)化，所述數(shù)據(jù)接口模塊為專(zhuān)用高速同步傳送接口由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；所述接口相互串接組成數(shù)據(jù)傳輸通道，每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸接口連接30 120個(gè)通道的數(shù)字檢波器，所以每個(gè)基站連接120 480個(gè)通道的數(shù)字檢波器。作為優(yōu)化，所述采集鏈由6個(gè) 12個(gè)采集站組成，采集站分為A型和D型二種類(lèi)型A型采集站為連接模擬檢波器，由通信接口、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模塊組成；檢波器依次連接前置放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、 控制模塊和通信接口，控制模塊連接GPS模塊，并通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換模塊連接前置放大模塊；其中控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、前置放大模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊組成數(shù)字化單元；D型采集站為連接MEMS數(shù)字檢波器，由通信接口、控制模塊、ASIC集成電路、MEMS 傳感器和GPS模塊組成；MEMS傳感器通過(guò)ASIC集成電路連接控制模塊，控制模塊再連接通信接口和GPS模塊；其中控制模塊和ASIC集成電路組成數(shù)字化單元；采集鏈之間采用高速同步傳送方式進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳送。作為優(yōu)化，所述采集站整體結(jié)構(gòu)由上蓋、引出電纜、數(shù)字化單元式數(shù)字化板、GPS模塊、數(shù)傳接口板、檢波器芯體、外殼和尾錐組成；數(shù)字化板、數(shù)傳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)傳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。作為優(yōu)化，時(shí)間同步方式在網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，采用GPS授時(shí)或用IEEE1588協(xié)議實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步；在高速同步傳送方式時(shí)，采用計(jì)算延遲時(shí)間方式進(jìn)行時(shí)間同步；采用千兆光纖完成數(shù)據(jù)主干網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳送，采用百兆電纜完成數(shù)據(jù)次干網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳送，采用類(lèi)令牌網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集鏈的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送。本發(fā)明新型數(shù)字地震儀的特點(diǎn)是充分考慮了十萬(wàn)道級(jí)數(shù)字地震儀的數(shù)據(jù)傳輸特
7點(diǎn)，利用了不同的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)滿足不同的數(shù)據(jù)傳輸要求，采用千兆光纖完成數(shù)據(jù)主干網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳送，采用百兆電纜完成數(shù)據(jù)次干網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳送，采用類(lèi)令牌網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集鏈的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送，達(dá)到了低成本、低功耗，強(qiáng)大功能的最佳配置，能以可靠方式實(shí)現(xiàn)十萬(wàn)道級(jí)數(shù)字地震儀數(shù)據(jù)傳輸。與國(guó)內(nèi)外目前地震儀的不同之處是充分利用了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了一種特有的十萬(wàn)道級(jí)的地震采集儀器構(gòu)架。本發(fā)明另一大特色是利用多GPS站聯(lián)合定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位精度。由于GPS單點(diǎn)定位精度較低，一般為士 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(wàn)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。本發(fā)明新型地震儀在儀器車(chē)和所有野外部件上安裝了 GPS模塊，更便于進(jìn)行實(shí)時(shí)管理和監(jiān)控。


圖1是本發(fā)明基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀的電路原理圖；圖2是本發(fā)明基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀的中央控制操作系統(tǒng)CCOS電路原理圖；圖3是本發(fā)明基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀的根節(jié)點(diǎn)RU電路原理圖；圖4是本發(fā)明基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀的主節(jié)點(diǎn)MU電路原理圖；圖5是本發(fā)明基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀的基站BS電路原理圖；圖6-7是本發(fā)明基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀的A型和D型兩種采集站AS 電路原理圖；圖8是本發(fā)明基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀的采集站AS結(jié)構(gòu)示意圖；圖9-10是本發(fā)明基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀的兩種三維采集方式示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明裝置基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀的特點(diǎn)是充分考慮了十萬(wàn)道級(jí)數(shù)字地震儀的數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)，利用了不同的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)滿足不同的數(shù)據(jù)傳輸要求，采用千兆光纖完成數(shù)據(jù)主干網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳送，采用百兆電纜完成數(shù)據(jù)次干網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳送，采用類(lèi)令牌網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集鏈的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送，達(dá)到了低成本、低功耗、功能強(qiáng)大的最佳配置。與國(guó)內(nèi)外目前地震儀的不同之處是充分利用了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了一種特有的十萬(wàn)道級(jí)的地震采集儀器構(gòu)架。如圖1所示，本發(fā)明基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀由八大單元中央控制操作系統(tǒng)(儀器車(chē))CC0S、根節(jié)點(diǎn)Ru、主節(jié)點(diǎn)MU、基站BS、電源站PS、采集鏈AS、光纜FL、大線 L組成。中央控制操作系統(tǒng)CCOS通過(guò)多條綁定的千兆網(wǎng)線與根節(jié)點(diǎn)RU連接；根節(jié)點(diǎn)RU通過(guò)多條光纜FL與主節(jié)點(diǎn)MU和其它野外地面設(shè)備連接；多個(gè)主節(jié)點(diǎn)MU之間用千兆光纜FL 連接，形成數(shù)據(jù)傳輸主干網(wǎng)；主節(jié)點(diǎn)MU通過(guò)大線電纜L連接基站BS ；基站BS之間用百兆大線電纜L連接，形成數(shù)據(jù)傳輸次干網(wǎng)；基站提供多個(gè)專(zhuān)用同步傳送接口連接采集鏈AS和電源站PS ；采集鏈AS由多個(gè)采集站TSU組成；電源站PS為采集鏈AS供電，實(shí)現(xiàn)電源遠(yuǎn)供；基站BS具有電源站功能為采集鏈AS供電。
如圖2所示，所述中央控制操作系統(tǒng)CCOS置于儀器車(chē)上，是整個(gè)數(shù)字地震儀的主要控制單元，軟件和硬件相結(jié)合。其硬件部分由計(jì)算機(jī)服務(wù)器C4、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)C3、客戶計(jì)算機(jī)終端C5、存儲(chǔ)設(shè)備(磁盤(pán)陣列、磁帶機(jī))Cl、顯示設(shè)備(繪圖儀)C2和GPS模塊C6組成。 計(jì)算機(jī)服務(wù)器C4可以采用曙光PHPC100高性能計(jì)算機(jī)，標(biāo)配擁有PHPC100計(jì)算模塊5套， 10個(gè)CPU，40G內(nèi)存，5塊146G SAS硬盤(pán)，并可以實(shí)現(xiàn)3+1冗余電源配置。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)C3選用12 口的高性能網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)?？蛻粲?jì)算機(jī)終端C5選用工業(yè)控制級(jí)計(jì)算機(jī)，采用M時(shí)液晶屏。磁盤(pán)陣列采用5T的RAID5小型磁盤(pán)陣列，磁帶機(jī)可以選用IBM3590磁帶機(jī)。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接存儲(chǔ)設(shè)備、顯示設(shè)備、GPS模塊、計(jì)算機(jī)服務(wù)器和客戶終端，計(jì)算機(jī)服務(wù)器再連接根接點(diǎn)ο軟件由操作系統(tǒng)軟件和控制操作軟件等組成。操作系統(tǒng)軟件采用Linux和Qt。中央控制操作系統(tǒng)CCOS實(shí)現(xiàn)下列功能1)人機(jī)交互運(yùn)行軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，滿足操作人員對(duì)采集系統(tǒng)的控
制和管理。2)排列控制通過(guò)根節(jié)點(diǎn)RU實(shí)現(xiàn)對(duì)野外地面排列的控制和管理，包括野外部件的識(shí)別和檢測(cè)。3)采集同步通過(guò)根節(jié)點(diǎn)RU實(shí)現(xiàn)激發(fā)震源與采集系統(tǒng)的同步采集。4)數(shù)據(jù)回收通過(guò)根節(jié)點(diǎn)RU實(shí)現(xiàn)對(duì)野外地面部件采集數(shù)據(jù)的回收、預(yù)處理和存儲(chǔ)。5)質(zhì)量控制通過(guò)繪圖儀和屏幕繪圖實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制。如圖3所示，中央控制操作系統(tǒng)CCOS通過(guò)兩條或四條綁定的千兆網(wǎng)線與根節(jié)點(diǎn)RU 連接。根節(jié)點(diǎn)RU置于儀器車(chē)上，由高速數(shù)據(jù)交換模塊RU1、控制模塊RU2、激發(fā)源控制接口模塊RU3、電源模塊RU4、輔助道接口模塊RU5和GPS模塊C6組成。高速數(shù)據(jù)交換模塊RUl 為8 口千兆交換機(jī)模塊，4 口為RJ45接口，提供兩條(或四條)綁定的千兆網(wǎng)線與中央控制操作系統(tǒng)CCOS連接，4 口為光纜接口，提供2條或4條光纜與主節(jié)點(diǎn)MU等野外地面設(shè)備連接；控制模塊RU2選用PoWerPC8313CPU，根據(jù)中央控制操作系統(tǒng)CCOS的指令控制高速數(shù)據(jù)交換模塊RU1、激發(fā)源控制接口模塊RU3和輔助道接口模塊RU5 ；激發(fā)源控制接口模塊RU3 提供與激發(fā)源控制器的通信接口 ；電源模塊RU4為各模塊提供電源支持。根節(jié)點(diǎn)RU的功能與標(biāo)準(zhǔn)的千兆網(wǎng)交換機(jī)功能相似，但是多了智能控制、輔助道接口和同步激發(fā)控制接口。如圖4所示，主節(jié)點(diǎn)MU由高速數(shù)據(jù)交換模塊RU1、控制模塊RU2、電源模塊RU4和 GPS模塊C6組成，高速數(shù)據(jù)交換模塊RUl為4 口百兆/千兆交換機(jī)模塊，2 口為千兆光纜接口，分別連接上一級(jí)主節(jié)點(diǎn)MU(也可以是根節(jié)點(diǎn)RU)和下一級(jí)主節(jié)點(diǎn)MU，2 口為百兆R(shí)J45 接口分別連接左右兩條大線電纜L ；控制模塊RU2選用PoWerPC8313CPU，根據(jù)中央控制操作系統(tǒng)CCOS的指令控制高速數(shù)據(jù)交換模塊RUl ；電源模塊RU4為各模塊提供電源支持。主節(jié)點(diǎn)MU之間用千兆光纜連接，形成數(shù)據(jù)傳輸主干網(wǎng)。如圖5所示，基站BS由數(shù)據(jù)交換模塊RU1、控制模塊RU2、電源模塊RU4、數(shù)據(jù)接口模塊BS4和GPS模塊C6組成?？刂颇KRU2選用PowerPC8313CPU，根據(jù)中央控制操作系統(tǒng)CCOS的指令控制數(shù)據(jù)交換模塊RUl和數(shù)據(jù)接口模塊BS4 ；數(shù)據(jù)交換模塊RUl利用PoWerPC8313CPU內(nèi)置的2 口交換機(jī)模塊，分別連接上一級(jí)基站BS (也可以是主節(jié)點(diǎn)MU)和下一級(jí)基站BS ；電源模塊RU4
9為各模塊提供電源支持；數(shù)據(jù)接口模塊BS4提供2或4個(gè)專(zhuān)用高速同步傳送接口連接采集鏈AS和電源站PS。GPS模塊連接控制模塊。所述數(shù)據(jù)接口模塊為專(zhuān)用高速同步傳送接口由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。所述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 30 120個(gè)通道的數(shù)字檢波器，所以每個(gè)基站可以連接120 480個(gè)通道的數(shù)字檢波器。 基站之間用百兆大線電纜連接，形成數(shù)據(jù)傳輸次干網(wǎng)。電源站把12V電壓升壓48V為采集鏈供電，實(shí)現(xiàn)電源遠(yuǎn)供。一個(gè)電源站可以左右兩邊各供60 240個(gè)采集站。所述基站還可把12V電壓升壓48V為采集鏈供電，左右兩邊各供40 60個(gè)采集站。如圖6-7所示，所述采集鏈AS由若干個(gè)(6個(gè) 12個(gè))采集站組成，采集站分為 A型和D型二種類(lèi)型A型采集站為連接模擬檢波器，由通信接口 Al、控制模塊RU2、A/D轉(zhuǎn)換模塊A3、前置放大模塊A4、檢波器A5、D/A轉(zhuǎn)換模塊A6和GPS模塊C6組成。其中通信接口 Al與基站BS 中的專(zhuān)用高速同步傳送接口相對(duì)應(yīng)；控制模塊RU2有C51嵌入式CPU和FPGA等組成；前置放大模塊A4、A/D轉(zhuǎn)換模塊A3和D/A轉(zhuǎn)換模塊A6分別采用Cirrus Logic公司的CS3301A/ CS3302A、CS5373A 和 CS5378A 等模數(shù)轉(zhuǎn)換套片，可以程序設(shè)置 0dB、6dB、12dB、18dB、24dB、 30dB或36dB的前放增益，實(shí)現(xiàn)M位模數(shù)轉(zhuǎn)換，并提供4、2、1、0. 5、或0. 25的采樣率。檢波器依次連接前置放大模塊、前置放大模塊、控制模塊，控制模塊再連接通信接口、GPS模塊和通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換模塊連接前置放大模塊。其中控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、前置放大模塊和D/A 轉(zhuǎn)換模塊組成數(shù)字化單元。D型采集站為連接MEMS數(shù)字檢波器，由通信接口 Al、控制模塊RU2、ASIC集成電路 D3、MEMS傳感器D4和GPS模塊C6組成。采集鏈(站)(AS)之間采用專(zhuān)用高速同步傳送方式進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳送。MEMS傳感器通過(guò)ASIC集成電路連接控制模塊，控制模塊再連接通信接口和GPS模塊；其中控制模塊和ASIC集成電路組成數(shù)字化單元。如圖8所示，采集站整體結(jié)構(gòu)由上蓋R1、引出電纜R2、數(shù)字化單元式數(shù)字化板R3、 GPS模塊C6、數(shù)傳接口板R5、檢波器芯體R6、外殼R7和尾錐R8組成。數(shù)字化板、數(shù)傳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)傳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。由于GPS單點(diǎn)定位精度較低，一般為士 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(wàn)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。本新型地震儀在儀器車(chē)和所有野外部件上安裝了 GPS模塊，便于進(jìn)行實(shí)時(shí)管理和監(jiān)控。中央控制操作系統(tǒng)CC0S、根節(jié)點(diǎn)RU、主節(jié)點(diǎn)MU、基站BS和采集站中的GPS模塊選用Fastrax公司IT03 OEM GPS接收模塊，特點(diǎn)是尺寸小7mm)、功耗超低 (< 95m腳2. 7V)、靈敏度非常高(_156dBm(跟蹤))、精確的IPPS授時(shí)信號(hào)輸出可以達(dá)到 RMS20nS的精度和價(jià)格低廉。根節(jié)點(diǎn)RU、主節(jié)點(diǎn)MU和基站BS中的控制模塊均選用PowerPC8313CPU，一方面是選用同樣的CPU有利于開(kāi)發(fā)和成本控制，另一方面PowerPC8313 CPU符合IEEE1588協(xié)議， 有利于采用IEEE1588協(xié)議實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。時(shí)間同步方式在網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，采用GPS授時(shí)或用IEEE1588協(xié)議實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步； 在高速同步傳送方式時(shí)，采用計(jì)算延遲時(shí)間方式進(jìn)行時(shí)間同步。如圖9所示，三維地震勘探測(cè)線布設(shè)實(shí)例1 設(shè)高密度單檢波器勘探，要求測(cè)線方向?yàn)?000道檢波器，檢波器間距為10m，共有100條測(cè)線，共計(jì)參與采集的檢波器道數(shù)為10 萬(wàn)道。設(shè)每個(gè)基站的采集道數(shù)為2X 180道，則在測(cè)線方向需要3個(gè)基站組成1080道，測(cè)線長(zhǎng)度為10790m?？v向需要100條測(cè)線，總共需要3000個(gè)基站和6000個(gè)電源站。如圖10所示，三維地震勘探測(cè)線布設(shè)實(shí)例2 設(shè)高密度單檢波器勘探，要求測(cè)線方向?yàn)?000道檢波器，檢波器間距為10m，共有100條測(cè)線，共計(jì)參與采集的檢波器道數(shù)為10 萬(wàn)道。設(shè)每個(gè)基站的采集道數(shù)為8X60道，則在測(cè)線方向需要17個(gè)基站組成1020道，測(cè)線長(zhǎng)度為10190m。縱向需要100條測(cè)線，總共需要425個(gè)基站。由于充分考慮了十萬(wàn)道級(jí)數(shù)字地震儀的數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)，利用了不同的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)滿足不同的數(shù)據(jù)傳輸要求，整個(gè)架構(gòu)設(shè)計(jì)非常靈活，還可以設(shè)計(jì)出很多種三維地震勘探測(cè)線布設(shè)方案。
1權(quán)利要求
1.一種基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀，其特征在于硬件部分由包括下列八大單元組成中央控制操作系統(tǒng)、根節(jié)點(diǎn)、主節(jié)點(diǎn)、基站、電源站、采集鏈、光纜、大線電纜；中央控制操作系統(tǒng)通過(guò)多條綁定的千兆網(wǎng)線與根節(jié)點(diǎn)連接；根節(jié)點(diǎn)通過(guò)多條光纜與主節(jié)點(diǎn)連接， 并與激發(fā)控制器和輔助道連接；多個(gè)主節(jié)點(diǎn)之間用千兆光纜連接，形成數(shù)據(jù)傳輸主干網(wǎng)； 主節(jié)點(diǎn)通過(guò)大線電纜連接基站；基站之間用百兆大線電纜連接，形成數(shù)據(jù)傳輸次干網(wǎng)；基站提供多個(gè)專(zhuān)用同步傳送接口連接采集鏈和電源站；采集鏈由多個(gè)采集站組成；電源站為采集鏈供電，實(shí)現(xiàn)電源遠(yuǎn)供；基站具有電源站功能為采集鏈供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀，其特征在于所述中央控制操作系統(tǒng)置于儀器車(chē)上，是整個(gè)數(shù)字地震儀中軟件和硬件相結(jié)合的主要控制單元，硬件部分由計(jì)算機(jī)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、客戶計(jì)算機(jī)終端、存儲(chǔ)設(shè)備、顯示設(shè)備和GPS模塊組成；網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接存儲(chǔ)設(shè)備、顯示設(shè)備、GPS模塊、計(jì)算機(jī)服務(wù)器和客戶終端，計(jì)算機(jī)服務(wù)器再連接根接點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀，其特征在于中央控制操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)下列功能1)人機(jī)交互運(yùn)行軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，滿足操作人員對(duì)采集系統(tǒng)的控制和管理；2)排列控制通過(guò)根節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)野外地面排列的控制和管理，包括野外部件的識(shí)別和檢測(cè)；3)采集同步通過(guò)根節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)激發(fā)震源與采集系統(tǒng)的同步采集；4)數(shù)據(jù)回收通過(guò)根節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)野外地面部件采集數(shù)據(jù)的回收、預(yù)處理和存儲(chǔ)；5)質(zhì)量控制通過(guò)繪圖儀和屏幕繪圖實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀，其特征在于所述根節(jié)點(diǎn)由高速數(shù)據(jù)交換模塊、控制模塊、激發(fā)源控制接口模塊、電源模塊、輔助道接口模塊和GPS模塊組成；高速數(shù)據(jù)交換模塊為8 口千兆交換機(jī)模塊，4 口為RJ45接口，提供兩條或四條綁定的千兆網(wǎng)線與中央控制操作系統(tǒng)連接，4 口為光纜接口，提供2條或4條光纜接口與主節(jié)點(diǎn) MU和其它野外地面設(shè)備連接；控制模塊通過(guò)中央控制操作系統(tǒng)的指令實(shí)現(xiàn)控制高速數(shù)據(jù)交換模塊、激發(fā)源控制接口模塊和輔助道接口模塊；激發(fā)源控制接口模塊提供與激發(fā)源控制器的通信接口 ；電源模塊為各模塊提供電源支持。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀，其特征在于所述主節(jié)點(diǎn)由高速數(shù)據(jù)交換模塊、控制模塊、電源模塊和GPS模塊組成；高速數(shù)據(jù)交換模塊為4 口百兆/ 千兆交換機(jī)模塊，2 口為千兆光纜接口，分別連接上一級(jí)主節(jié)點(diǎn)、根節(jié)點(diǎn)和下一級(jí)主節(jié)點(diǎn)，2 口為百兆R(shí)J45接口分別連接左右兩條大線電纜；控制模塊根據(jù)中央控制操作系統(tǒng)的指令控制高速數(shù)據(jù)交換模塊；電源模塊為各模塊提供電源支持。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀，其特征在于所述基站由數(shù)據(jù)交換模塊、控制模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)接口模塊和GPS模塊組成；數(shù)據(jù)交換模塊為PowerPC8313 CPU內(nèi)置的2 口百兆交換機(jī)模塊，為百兆R(shí)J45接口，分別連接上一級(jí)基站、主節(jié)點(diǎn)和下一級(jí)基站；控制模塊選用PowerPC8313 CPU，根據(jù)中央控制操作系統(tǒng)的指令控制數(shù)據(jù)交換模塊和數(shù)據(jù)接口模塊；電源模塊為各模塊提供電源支持；數(shù)據(jù)接口模塊提供2或4個(gè)高速同步傳送接口連接采集鏈和電源站；GPS模塊連接控制模塊；所述基站把12V電壓升壓48V為采集鏈供電，實(shí)現(xiàn)電源遠(yuǎn)供，左右兩邊各供60 240 個(gè)采集站；電源站把12V電壓升壓48V為采集鏈供電，實(shí)現(xiàn)電源遠(yuǎn)供，一個(gè)電源站可以左右兩邊各供30 60個(gè)采集站。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀，其特征在于所述數(shù)據(jù)接口模塊為專(zhuān)用高速同步傳送接口由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；所述接口相互串接組成數(shù)據(jù)傳輸通道，每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸接口連接30 120個(gè)通道的數(shù)字檢波器，所以每個(gè)基站連接120 480個(gè)通道的數(shù)字檢波器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀，其特征在于所述采集鏈由 6個(gè) 12個(gè)采集站組成，采集站分為A型和D型二種類(lèi)型A型采集站為連接模擬檢波器，由通信接口、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模塊組成；檢波器依次連接前置放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊和通信接口，控制模塊連接GPS模塊，并通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換模塊連接前置放大模塊；其中控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、前置放大模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊組成數(shù)字化單元；D型采集站為連接MEMS數(shù)字檢波器，由通信接口、控制模塊、ASIC集成電路、MEMS傳感器和GPS模塊組成；MEMS傳感器通過(guò)ASIC集成電路連接控制模塊，控制模塊再連接通信接口和GPS模塊；其中控制模塊和ASIC集成電路組成數(shù)字化單元；采集鏈之間采用高速同步傳送方式進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳送。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀，其特征在于所述采集站整體結(jié)構(gòu)由上蓋、引出電纜、數(shù)字化單元式數(shù)字化板、GPS模塊、數(shù)傳接口板、檢波器芯體、外殼和尾錐組成；數(shù)字化板、數(shù)傳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)傳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。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9所述基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀，其特征在于時(shí)間同步方式在網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，采用GPS授時(shí)或用IEEE1588協(xié)議實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步；在高速同步傳送方式時(shí)，采用計(jì)算延遲時(shí)間方式進(jìn)行時(shí)間同步；采用千兆光纖完成數(shù)據(jù)主干網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳送，采用百兆電纜完成數(shù)據(jù)次干網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳送，采用類(lèi)令牌網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集鏈的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字地震儀，為解決現(xiàn)有地震儀成本、功耗高，功能弱問(wèn)題，其由中央控制操作系統(tǒng)、根節(jié)點(diǎn)、主節(jié)點(diǎn)、基站、為采集鏈供電的電源站、采集鏈、光纜、大線電纜單元組成。中央控制操作系統(tǒng)通過(guò)多條綁定的千兆網(wǎng)線與根節(jié)點(diǎn)連接；根節(jié)點(diǎn)通過(guò)多條光纜與主節(jié)點(diǎn)和其它野外地面設(shè)備連接；多個(gè)主節(jié)點(diǎn)之間用千兆光纜連接成主干網(wǎng)；主節(jié)點(diǎn)通過(guò)大線電纜連接基站；基站之間用百兆大線電纜連接成次干網(wǎng)；基站提供多個(gè)專(zhuān)用同步傳送接口連接采集鏈和電源站；采集鏈由多個(gè)采集站組成；基站具有電源站功能為采集鏈供電。其采用千兆光纖完成數(shù)據(jù)主干網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳送，采用百兆電纜完成數(shù)據(jù)次干網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳送，采用類(lèi)令牌網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集鏈的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送，具有成本、功耗低，功能強(qiáng)大，能以可靠方式實(shí)現(xiàn)十萬(wàn)道級(jí)數(shù)字地震儀數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01V1/18GK102213768SQ20101014266
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者劉光鼎, 宋祁真, 羅維炳, 郭建 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所, 北京吉奧菲斯科技有限責(zé)任公司