具有采樣率可調(diào)及自檢功能的地震信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于信號(hào)探測領(lǐng)域，為提供地震信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)，其獲取的信號(hào)質(zhì)量高，系統(tǒng)的性能好，實(shí)現(xiàn)可變道數(shù)采集工作、多種自檢信息的采集與測量。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是，具有采樣率可調(diào)及自檢功能的地震信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)，包括：命令配置及數(shù)據(jù)處理模塊分別與同步控制模塊、奇通道控制模塊、偶通道控制模塊、自檢模塊相連；同步控制模塊向奇通道控制模塊、偶通道控制模塊并經(jīng)鎖相環(huán)向各信號(hào)采集模塊提供同步時(shí)鐘；自檢模塊用于控制標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)芯片DAC1282產(chǎn)生系統(tǒng)自檢所需的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)并發(fā)送到各信號(hào)采集模塊。本實(shí)用新型主要應(yīng)用于地球物理勘探。
【專利說明】具有采樣率可調(diào)及自檢功能的地震信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于信號(hào)探測領(lǐng)域，特別是一種具有采樣率可調(diào)及自檢功能的地震信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)。
技術(shù)背景
[0002]能源是現(xiàn)代工業(yè)生命的基礎(chǔ)，并廣泛地影響著經(jīng)濟(jì)。陸地與海底的石油和天然氣作為一種重要的能源和戰(zhàn)略資源，在現(xiàn)代社會(huì)中越來越顯示其重要性，在世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中都占有非常重要的地位，并已滲透到人類生活的方方面面[1-3]。因此，石油和天然氣的探測已經(jīng)成為世界各國的研究熱點(diǎn)。
[0003]近20多年來，各種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，尤其是地震勘探技術(shù)的迅速發(fā)展，使人們對(duì)地下地質(zhì)的刻畫和預(yù)測更加準(zhǔn)確，精度也越來越高。在勘探程度較低的地區(qū)獲得了許多重要突破，在一些勘探程度較高的地區(qū)，石油勘探向精細(xì)化發(fā)展，找到了一大批隱藏油氣藏[1]。而其中，對(duì)地質(zhì)信息的獲取主要是通過基于地震勘探技術(shù)的采集系統(tǒng)[2]來實(shí)現(xiàn)的。
[0004]目前，基于地震勘探技術(shù)的地震采集系統(tǒng)多采用基于過采樣技術(shù)的24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其有超寬的動(dòng)態(tài)范圍，優(yōu)良的線性度，超低的諧波失真，去假頻濾波器，簡單的外界器件及外接串行接口大大簡化了硬件設(shè)計(jì)，以24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器為核心的采集系統(tǒng)幾乎可以完全克服原來瞬時(shí)浮點(diǎn)地震儀的缺點(diǎn)，新型的地震采集系統(tǒng)幾乎都使用24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。使用24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器已經(jīng)成為新型地震采集系統(tǒng)的標(biāo)志[3]。
[0005]然而，這種基于過采樣技術(shù)的新型地震采集系統(tǒng)無法靈活地完成變采樣率的數(shù)據(jù)采集功能，對(duì)于采集系統(tǒng)所處環(huán)境的噪聲[4]，不同采集通道之間的相互干擾等系統(tǒng)自檢信息也無法收集。這些都大大降低了地震采集系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性。
[0006][I]馬靈.海上地 震數(shù)據(jù)多纜采集與記錄[D].博士學(xué)位論文，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2012.[0007][2]劉志田.海上多波地震勘探技術(shù)研究[D].碩士學(xué)位論文，中國海洋大學(xué)，2003.[0008][3]吳康.聲納拖曳陣?yán)|采集傳輸技術(shù)研究[D].碩士學(xué)位論文，天津大學(xué)，2010.[0009][4]褚宏憲，楊源，張曉波等.高分辨率單道地震調(diào)查數(shù)據(jù)采集技術(shù)方法[J].海洋地質(zhì)前沿，2012，28 (12) ; 70-74.
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型旨在提供地震信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)，其獲取的信號(hào)質(zhì)量高，系統(tǒng)的性能好，實(shí)現(xiàn)可變道數(shù)采集工作、多種自檢信息的采集與測量。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是，具有采樣率可調(diào)及自檢功能的地震信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)為:
[0011]命令配置及數(shù)據(jù)處理模塊分別與同步控制模塊、奇通道控制模塊、偶通道控制模塊、自檢模塊相連；[0012]同步控制模塊向奇通道控制模塊、偶通道控制模塊并經(jīng)鎖相環(huán)向各信號(hào)采集模塊提供同步時(shí)鐘；
[0013]自檢模塊用于控制標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)芯片DAC1282產(chǎn)生系統(tǒng)自檢所需的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)并發(fā)送到各信號(hào)采集模塊。
[0014]自檢模塊通過SPI接口對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)芯片DAC1282進(jìn)行配置，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)芯片DAC1282連接到各信號(hào)采集模塊。
[0015]信號(hào)采集模塊主要由依次相連的數(shù)據(jù)抽取器，Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，程控放大器，電子開關(guān)組成，傳感器通過濾波網(wǎng)絡(luò)連接到電子開關(guān)，電子開關(guān)連接公共地。
[0016]本實(shí)用新型具備下列技術(shù)效果:
[0017]本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):(I)采用基于過采樣技術(shù)的Λ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器來對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲取的信號(hào)質(zhì)量高，系統(tǒng)的性能好；(2)采用同步時(shí)鐘控制的數(shù)據(jù)抽取器，可靈活實(shí)現(xiàn)地震采集系統(tǒng)采樣率可調(diào)的功能，即通過對(duì)數(shù)據(jù)抽取器的同步控制靈活實(shí)現(xiàn)變采樣率的數(shù)據(jù)采集功能；(3)采用奇偶通道控制模塊對(duì)奇、偶采集通道分別控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可按照采集要求靈活采集不同通道的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)可變道數(shù)采集工作，也可滿足系統(tǒng)自檢對(duì)采集節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的要求；(4)采用DAC1282作為系統(tǒng)自檢信號(hào)源，此轉(zhuǎn)換器可提供低失真，數(shù)字合成電壓輸出，適合于地震采集系統(tǒng)的自檢。它可在低功率小型封裝內(nèi)實(shí)現(xiàn)非常高的性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]本實(shí)用新型的其它目的和方面將參考附圖從以下【具體實(shí)施方式】中變得清楚，附圖中:
[0019]圖1示出本實(shí)用新型的地震采集系統(tǒng)總體原理框圖。
[0020]圖2示出本實(shí)用新型的采集節(jié)點(diǎn)內(nèi)部原理框圖。
[0021]圖3示出本實(shí)用新型的采集節(jié)點(diǎn)內(nèi)部功能流程圖。
[0022]圖4示出本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)抽取器原理框圖。
[0023]圖5示出本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)抽取器程序流程圖。
[0024]圖6示出本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)抽取器功能框圖。
[0025]圖1中:1為地震采集系統(tǒng)主控中心與數(shù)據(jù)記錄中心，即上位機(jī)系統(tǒng)，2為上位機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡間命令與數(shù)據(jù)的傳輸鏈路，3為數(shù)據(jù)采集卡，4為數(shù)據(jù)采集卡與傳輸節(jié)點(diǎn)間命令與數(shù)據(jù)的傳輸鏈路，5為傳輸節(jié)點(diǎn)(I)，6為傳輸節(jié)點(diǎn)與采集節(jié)點(diǎn)間命令與數(shù)據(jù)的傳輸鏈路，7為采集節(jié)點(diǎn)(I)，8為傳輸節(jié)點(diǎn)間命令與數(shù)據(jù)的傳輸鏈路，9為傳輸節(jié)點(diǎn)(M)，10為傳輸節(jié)點(diǎn)與采集節(jié)點(diǎn)間命令與數(shù)據(jù)的傳輸鏈路，11為采集節(jié)點(diǎn)(M)。
[0026]圖2中:12為采集節(jié)點(diǎn)控制單元，13為命令配置及數(shù)據(jù)處理模塊，14為同步控制模塊，15為奇通道控制模塊，16為偶通道控制模塊，17為鎖相環(huán)，18為自檢模塊，19為DAC1282數(shù)模轉(zhuǎn)換器，20、21、22、23均為信號(hào)采集模塊，其中20為奇通道(1)，21為偶通道(I)，22為奇通道(N)，23為偶通道(N)，24為數(shù)據(jù)抽取器，25為Λ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，26為程控放大器，27為電子開關(guān)，28為濾波網(wǎng)絡(luò)，29為傳感器，30為公共地。
[0027]圖4中:31為計(jì)數(shù)器，32為數(shù)據(jù)緩存模塊。【具體實(shí)施方式】
[0028]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種具有采樣率可調(diào)及自檢功能的地震信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)，它能克服如下缺點(diǎn):
[0029](I)本實(shí)用新型能克服新型地震采集系統(tǒng)無法靈活地完成變采樣率的數(shù)據(jù)采集功能的缺點(diǎn)；(2)本實(shí)用新型能克服新型地震采集系統(tǒng)無法自檢、自檢信息無法收集的缺點(diǎn)。
[0030]本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):(I)采用基于過采樣技術(shù)的Λ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器來對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲取的信號(hào)質(zhì)量高，系統(tǒng)的性能好；(2)采用同步時(shí)鐘控制的數(shù)據(jù)抽取器，可靈活實(shí)現(xiàn)地震采集系統(tǒng)采樣率可調(diào)的功能；(3)采用奇偶通道控制模塊對(duì)奇、偶采集通道分別控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可按照采集要求靈活采集不同通道的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)可變道數(shù)采集工作，也可滿足系統(tǒng)自檢對(duì)采集節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的要求；(4)采用DAC1282作為系統(tǒng)自檢信號(hào)源，可實(shí)現(xiàn)多種自檢信息的采集與測量。
[0031]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是，地震信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)，包括:
[0032]命令配置及數(shù)據(jù)處理模塊:一方面接收由傳輸節(jié)點(diǎn)下發(fā)的命令，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)處理，轉(zhuǎn)發(fā)給采集節(jié)點(diǎn)控制單元的其他各個(gè)模塊，另一方面將接收到的數(shù)據(jù)組幀，根據(jù)命令的要求將組幀數(shù)據(jù)依次上傳至傳輸節(jié)點(diǎn)；
[0033]同步控制模塊:接收傳輸節(jié)點(diǎn)下傳的同步時(shí)鐘，并轉(zhuǎn)發(fā)給采集節(jié)點(diǎn)控制單元的其他各個(gè)模塊，用于采集節(jié)點(diǎn)的各模塊的同步控制；
[0034]信號(hào)采集模塊:信號(hào)采集模塊一方面負(fù)責(zé)接收傳感器輸出的地震信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為可靠的數(shù)字信號(hào)上傳至采集節(jié)點(diǎn)控制單元，另一方面負(fù)責(zé)接收采集節(jié)點(diǎn)控制單元對(duì)其下發(fā)的配置信息，并對(duì)這些配置信息進(jìn)行相應(yīng)處理；
[0035]奇、偶通道控制模塊:一方面接收由命令接收模塊下發(fā)的命令，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)處理，另一方面，分別接收奇通道、偶通道采集到的地震信號(hào)，并對(duì)奇、偶通道分別進(jìn)行控制；
[0036]奇、偶通道控制模塊可根據(jù)命令接收模塊下發(fā)的命令，來實(shí)現(xiàn)以下功能:當(dāng)采集系統(tǒng)需要正常采集所有通道的地震信號(hào)時(shí)，奇偶通道控制模塊將會(huì)同步控制各個(gè)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；當(dāng)采集系統(tǒng)只需要采集奇通道或者偶通道的數(shù)據(jù)時(shí)，采集節(jié)點(diǎn)可以做出相應(yīng)的處理，只采集奇通道或者偶通道的數(shù)據(jù)，這樣可以改變采集系統(tǒng)的傳感器道數(shù)，可以滿足不同場合對(duì)大道數(shù)、小道數(shù)采集節(jié)點(diǎn)的不同要求；當(dāng)系統(tǒng)需要進(jìn)行自檢測試時(shí)，采集節(jié)點(diǎn)可以分別測量奇通道串?dāng)_(奇通道接公共地，偶通道接DAC1282產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，奇通道所采集至IJ的干擾信號(hào))及偶通道串?dāng)_(偶通道接公共地，奇通道接DAC1282產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，偶通道所采集到的干擾信號(hào))。這里采用奇、偶通道分別控制的方法是為了防止奇、偶通道之間的相互干擾導(dǎo)致系統(tǒng)在進(jìn)行自檢測試時(shí)所得結(jié)果不準(zhǔn)確。
[0037]自檢模塊:用于控制DAC1282產(chǎn)生系統(tǒng)自檢所需的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；
[0038]自檢模塊主要應(yīng)用SPI接口對(duì)DAC1282進(jìn)行配置，以產(chǎn)生系統(tǒng)自檢所需的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。這些標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)可以供采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通道一致性、直流偏置、奇偶通道串?dāng)_等系統(tǒng)自檢信息的測試。
[0039]鎖相環(huán):用于控制各采集通道的同步，實(shí)現(xiàn)同步采集功能。
[0040]本實(shí)用新型具有如下技術(shù)效果:
[0041](I)本實(shí)用新型能夠通過對(duì)數(shù)據(jù)抽取器的同步控制靈活實(shí)現(xiàn)變采樣率的數(shù)據(jù)采集功能；[0042](2)本實(shí)用新型能夠通過奇、偶通道分開控制實(shí)現(xiàn)可變道數(shù)的數(shù)據(jù)采集功能以及滿足系統(tǒng)自檢對(duì)采集節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的要求；
[0043](3)本實(shí)用新型采用一款全集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC1282，此轉(zhuǎn)換器可提供低失真，數(shù)字合成電壓輸出，適合于地震采集系統(tǒng)的自檢。它可在低功率小型封裝內(nèi)實(shí)現(xiàn)非常高的性倉泛。
[0044]本實(shí)用新型中，每個(gè)采集節(jié)點(diǎn)的采集通道在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上分為奇通道及偶通道，它們各自與相應(yīng)的奇、偶通道控制模塊相連接，可按照采集要求靈活采集不同通道的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)可變道數(shù)采集工作，也可滿足系統(tǒng)自檢對(duì)采集節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的要求；
[0045]進(jìn)一步，本實(shí)用新型中傳感器在獲取信號(hào)之后，依次經(jīng)過濾波網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)、程控放大器，再傳入Λ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，這樣可以使信號(hào)消除干擾，得到較為純凈的采集信號(hào)，提高了系統(tǒng)的共模抑制比；
[0046]進(jìn)一步，本實(shí)用新型中電子開關(guān)可以根據(jù)采集節(jié)點(diǎn)接收到的命令將采集通道切換至信號(hào)采集通道、自檢信號(hào)源以及公共地，可以實(shí)現(xiàn)采集節(jié)點(diǎn)正常采集與自檢等的多種不同功能；
[0047]進(jìn)一步，本實(shí)用新型由于使用了性能優(yōu)越的Λ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其具有超寬的動(dòng)態(tài)范圍，優(yōu)良的線性度，超低的諧波失真，去假頻濾波器，因此在地震信息采集過程中我們可以獲取高質(zhì)量的信號(hào)，這也改善了地震采集系統(tǒng)的性能；
[0048]進(jìn)一步，本實(shí)用新型中信號(hào)采集模塊采用了同步時(shí)鐘控制的數(shù)據(jù)抽取器，可靈活實(shí)現(xiàn)地震采集系統(tǒng)采樣率可調(diào)的功能，目前水下地震信號(hào)的傳輸帶寬為IOHz?ΙΟΟΚΗζ，通過對(duì)數(shù)據(jù)抽取器的控制，可以將水下地震信號(hào)的采樣率靈活地改變。一般地，數(shù)據(jù)抽取器可以通過硬件電路實(shí)現(xiàn)，目前很多Λ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器都自帶抽取模塊，但是其抽取模塊的抽取參數(shù)都是固定的，并不能完全實(shí)現(xiàn)水下地震信號(hào)的采樣率靈活地改變這一要求。數(shù)據(jù)抽取器亦可以通過軟件的方式實(shí)現(xiàn)，本實(shí)用新型中，數(shù)據(jù)抽取器就是通過采集節(jié)點(diǎn)控制單元實(shí)現(xiàn)的。
[0049]數(shù)據(jù)抽取器的原理如下:
[0050]Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器在對(duì)采集到的信號(hào)完成轉(zhuǎn)換之后，會(huì)產(chǎn)生具有固定頻率(例如4KHz)的一系列數(shù)字信號(hào)，即每隔一段固定時(shí)間產(chǎn)生一段數(shù)字信號(hào)，且由于有同步時(shí)鐘的控制，我們采集到的數(shù)字信號(hào)均為同步信號(hào)，即每個(gè)通道產(chǎn)生數(shù)據(jù)的時(shí)刻都是同步的，接下來我們對(duì)這一系列的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行如下處理:在同步時(shí)鐘的控制下，每整數(shù)個(gè)數(shù)字信號(hào)抽取一次，就可以實(shí)現(xiàn)變采樣率的功能，例如，某Λ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率為4ΚΗζ，每一個(gè)數(shù)字信號(hào)抽取一次，可以得到4ΚΗζ的采樣率，每三個(gè)數(shù)字信號(hào)抽取一次，可以得到1.333ΚΗΖ的采樣率，依此類推，于是，通過對(duì)數(shù)據(jù)抽取器的同步控制，我們可以得到4ΚΗζ、2ΚΗζ、1.333KHz、IKHz、800Hz、250Hz等多種采樣率的信號(hào)采集通道；
[0051]進(jìn)一步，本實(shí)用新型采用鎖相環(huán)控制各信號(hào)采集通道的同步采集，所以獲取信號(hào)具有較高的同步精度；
[0052]進(jìn)一步，本實(shí)用新型中采用了奇、偶通道控制模塊，由于傳感器是等距離分布的，當(dāng)采集節(jié)點(diǎn)正常采集時(shí)，奇、偶通道控制模塊共同控制各自的奇、偶通道進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)采集，當(dāng)系統(tǒng)需要擴(kuò)大傳感器采集的間距，我們就不需要將傳感器撤掉，而直接可以將奇偶通道分別接入傳感器和公共地，這樣就可以將傳感器的采集間距擴(kuò)大一倍，當(dāng)采集節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行自檢測試時(shí)，奇、偶通道控制模塊分別控制各自的奇、偶通道進(jìn)行自檢測試，同時(shí)奇、偶通道控制模塊負(fù)責(zé)接收信號(hào)采集通道采集到的數(shù)據(jù)；
[0053]進(jìn)一步，本實(shí)用新型采用自檢模塊，運(yùn)用SPI接口對(duì)DAC1282進(jìn)行控制及相應(yīng)配置，簡便有效地實(shí)現(xiàn)自檢測試的相關(guān)功能；
[0054]進(jìn)一步，本實(shí)用新型采用一款全集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC1282，此轉(zhuǎn)換器可提供低失真，數(shù)字合成電壓輸出，適合于地震采集系統(tǒng)的自檢。它可在低功率小型封裝內(nèi)實(shí)現(xiàn)非常高的性能；
[0055]進(jìn)一步，本實(shí)用新型采用同步控制模塊對(duì)采集節(jié)點(diǎn)控制模塊中的各個(gè)模塊進(jìn)行同步控制，保證了采集節(jié)點(diǎn)中同步采集，數(shù)據(jù)同步傳輸，命令同步下發(fā)等功能的實(shí)現(xiàn)；
[0056]進(jìn)一步，命令配置及數(shù)據(jù)處理模塊從傳輸節(jié)點(diǎn)接收命令，識(shí)別命令后對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)處理，對(duì)采集節(jié)點(diǎn)控制單元中的同步控制模塊、奇通道控制模塊、偶通道控制模塊、自檢模塊進(jìn)行控制，同時(shí)接收奇、偶通道控制模塊上傳上來的采集數(shù)據(jù)，并經(jīng)過處理之后傳輸給傳輸節(jié)點(diǎn)；
[0057]下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0058]本實(shí)用新型中，地震采集系統(tǒng)主要由主控中心與數(shù)據(jù)記錄中心1，上位機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡間命令與數(shù)據(jù)的傳輸鏈路2，數(shù)據(jù)采集卡3，數(shù)據(jù)采集卡與傳輸節(jié)點(diǎn)間命令與數(shù)據(jù)的傳輸鏈路4，傳輸節(jié)點(diǎn)(1)5，傳輸節(jié)點(diǎn)與采集節(jié)點(diǎn)間命令與數(shù)據(jù)的傳輸鏈路6，采集節(jié)點(diǎn)(1)7，傳輸節(jié)點(diǎn)間命令與數(shù)據(jù)的傳輸鏈路8，傳輸節(jié)點(diǎn)(M)9，傳輸節(jié)點(diǎn)與采集節(jié)點(diǎn)間命令與數(shù)據(jù)的傳輸鏈路10，采集節(jié)點(diǎn)(M) 11組成。
[0059]采集節(jié)點(diǎn)主要由采集節(jié)點(diǎn)控制單元12，命令配置及數(shù)據(jù)處理模塊13，同步控制模塊14，奇通道控制模塊15，偶通道控制模塊16，鎖相環(huán)17，自檢模塊18，DAC1282數(shù)模轉(zhuǎn)換器19，奇通道(1)20，偶通道(1)21，奇通道(N) 22，偶通道(N) 23，數(shù)據(jù)抽取器24，Λ - Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器25，程控放大器26，電子開關(guān)27，濾波網(wǎng)絡(luò)28，傳感器29，公共地30。
[0060]進(jìn)一步，主控中心與數(shù)據(jù)記錄中心I主要進(jìn)行兩方面的工作:當(dāng)用戶需要進(jìn)行采集地震信號(hào)的工作時(shí)，主控中心與數(shù)據(jù)記錄中心I會(huì)將相應(yīng)命令下發(fā)至數(shù)據(jù)采集卡，由數(shù)據(jù)采集卡3進(jìn)行進(jìn)一步的處理，同時(shí)它會(huì)接受數(shù)據(jù)采集卡上傳的采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后存儲(chǔ)起來并可以在上位機(jī)顯示采集到的地震信號(hào)；
[0061]進(jìn)一步，數(shù)據(jù)采集卡3接收到主控中心與數(shù)據(jù)記錄中心I的命令之后，會(huì)根據(jù)命令內(nèi)容將有關(guān)命令轉(zhuǎn)發(fā)至下一級(jí)傳輸節(jié)點(diǎn)(1)5，同時(shí)它會(huì)接收傳輸節(jié)點(diǎn)(1)5上傳的采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過相應(yīng)處理后上傳至主控中心與數(shù)據(jù)記錄中心I ;
[0062]進(jìn)一步，傳輸節(jié)點(diǎn)(I) 5轉(zhuǎn)發(fā)接收到的命令至下一級(jí)傳輸節(jié)點(diǎn)，同時(shí)將本地采集節(jié)點(diǎn)需要的命令轉(zhuǎn)發(fā)給采集節(jié)點(diǎn)(1)7，同時(shí)接收本地采集節(jié)點(diǎn)上傳的采集數(shù)據(jù)及下一級(jí)傳輸節(jié)點(diǎn)上傳的采集數(shù)據(jù)，并將它們組幀，一并上傳給數(shù)據(jù)采集卡3 ；
[0063]進(jìn)一步，采集節(jié)點(diǎn)7在接收到傳輸節(jié)點(diǎn)5下發(fā)的命令之后，會(huì)由命令配置及數(shù)據(jù)處理模塊13進(jìn)行識(shí)別并作相應(yīng)處理，對(duì)采集節(jié)點(diǎn)控制單元中的同步控制模塊14、奇通道控制模塊15、偶通道控制模塊16、自檢模塊18進(jìn)行控制，同時(shí)接收奇、偶通道控制模塊15、16上傳上來的采集數(shù)據(jù),并經(jīng)過處理之后傳輸給傳輸節(jié)點(diǎn)5 ；
[0064]進(jìn)一步,采集節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部功能流程圖如圖3所示:
[0065]首先對(duì)采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行上電初始化，待初始化完成之后，采集節(jié)點(diǎn)將會(huì)通過鎖相環(huán)對(duì)各個(gè)信號(hào)采集通道進(jìn)行同步，只有當(dāng)所有信號(hào)采集通道完成同步之后，采集節(jié)點(diǎn)才會(huì)進(jìn)行下一步驟，否則采集節(jié)點(diǎn)會(huì)再次進(jìn)行同步，直到各個(gè)采集通道完成同步。
[0066]然后采集節(jié)點(diǎn)將會(huì)等待上位機(jī)的命令，當(dāng)采集節(jié)點(diǎn)接收到上位機(jī)下發(fā)的自檢命令后，自檢模塊將會(huì)配置DAC1282產(chǎn)生自檢需要的標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)，同時(shí)配置電子開關(guān)轉(zhuǎn)換至自檢通道，系統(tǒng)進(jìn)入自檢模式；若采集節(jié)點(diǎn)不需要進(jìn)行自檢，則系統(tǒng)進(jìn)入正常的數(shù)據(jù)采集工作并配置信號(hào)采集模塊進(jìn)入正常采集模式。
[0067]最后，將采集到的將采集到的數(shù)據(jù)最終上傳至命令配置及數(shù)據(jù)處理模塊數(shù)據(jù)經(jīng)處理后上傳至數(shù)據(jù)上傳模塊數(shù)據(jù)上傳至傳輸節(jié)點(diǎn)。
[0068]進(jìn)一步，信號(hào)采集模塊主要由數(shù)據(jù)抽取器24，Λ - Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器25，程控放大器26，電子開關(guān)27組成，數(shù)據(jù)抽取器可以靈活實(shí)現(xiàn)地震采集系統(tǒng)采樣率可調(diào)的要求，數(shù)據(jù)抽取器的原理框圖如圖4所示。
[0069]Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器在對(duì)采集到的信號(hào)完成轉(zhuǎn)換之后，會(huì)產(chǎn)生具有固定頻率(這里我們以4ΚΗζ為例)的一系列數(shù)字信號(hào)，即每隔一段固定時(shí)間產(chǎn)生一段數(shù)字信號(hào)，且由于有同步時(shí)鐘的控制，我們采集到的數(shù)字信號(hào)均為同步信號(hào)，即每個(gè)通道產(chǎn)生數(shù)據(jù)的時(shí)刻都是同步的，接下來我們對(duì)這一系列的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行如下處理:在同步時(shí)鐘的控制下，每整數(shù)個(gè)數(shù)字信號(hào)抽取一次，就可以實(shí)現(xiàn)變采樣率的功能。數(shù)據(jù)抽取器的程序流程圖如圖5所示。
[0070]首先對(duì)采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行上電初始化，待初始化完成之后，采集節(jié)點(diǎn)將會(huì)通過鎖相環(huán)對(duì)各個(gè)Λ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)抽取器進(jìn)行同步，只有當(dāng)所有部分完成同步之后，采集節(jié)點(diǎn)才會(huì)進(jìn)行下一步驟，否則采集節(jié)點(diǎn)會(huì)再次進(jìn)行同步，直到各部分完成同步。
[0071]然后采集節(jié)點(diǎn)將會(huì)等待上位機(jī)的命令，對(duì)命令進(jìn)行識(shí)別，之后配置數(shù)據(jù)抽取器中的計(jì)數(shù)器參數(shù)，當(dāng)配置完成后，接收Λ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并緩存至數(shù)據(jù)緩存模塊。
[0072]最后，將數(shù)據(jù)緩存模塊緩存的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取，并將抽取后的數(shù)據(jù)上傳至奇偶通道控制|吳塊。
[0073]假設(shè)Λ -Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生數(shù)據(jù)的采樣率為4ΚΗζ，經(jīng)過數(shù)據(jù)抽取器，我們可以得到不同采樣率的數(shù)字信號(hào):如果每一個(gè)數(shù)字信號(hào)抽取一次，可以得到4ΚΗζ的采樣率；每一個(gè)數(shù)字信號(hào)抽取一次，可以得到2ΚΗζ的采樣率；每三個(gè)數(shù)字信號(hào)抽取一次，可以得到
1.333ΚΗΖ的采樣率。依此類推，于是，通過對(duì)數(shù)據(jù)抽取器的同步控制，我們可以得到4ΚΗζ、2KHz、l.333KHz、IKHz、800Hz、250Hz等多種采樣率的信號(hào)采集通道，具體的功能實(shí)現(xiàn)如圖6所示。
[0074]進(jìn)一步，本實(shí)用新型由于使用了性能優(yōu)越的Λ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器25，其具有超寬的動(dòng)態(tài)范圍，優(yōu)良的線性度，超低的諧波失真，去假頻濾波器，因此在地震信息采集過程中我們可以獲取高質(zhì)量的信號(hào)，這也改善了地震采集系統(tǒng)的性能；
[0075]進(jìn)一步，本實(shí)用新型中電子開關(guān)26可以根據(jù)采集節(jié)點(diǎn)接收到的命令將采集通道切換至信號(hào)采集通道、自檢信號(hào)源以及公共地，可以實(shí)現(xiàn)采集節(jié)點(diǎn)正常采集與自檢等的多種不同功能；
[0076]進(jìn)一步，本實(shí)用新型中傳感器29在獲取信號(hào)之后，依次經(jīng)過濾波網(wǎng)絡(luò)28、電子開關(guān)27、程控放大器26，再傳入Λ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器25中，這樣可以使信號(hào)消除干擾，得到較為純凈的采集信號(hào)，提高了系統(tǒng)的共模抑制比；
[0077]綜上所述，本實(shí)用新型集合了信號(hào)質(zhì)量高、系統(tǒng)性能好，靈活實(shí)現(xiàn)地震采集系統(tǒng)采樣率可調(diào)的功能，奇、偶采集通道分別控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，低失真、數(shù)字合成電壓輸出且適合于地震采集系統(tǒng)的自檢芯片DAC1282等多種優(yōu)勢于一身，保證了地震采集系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)的靈活與穩(wěn)定。
【權(quán)利要求】
1.一種具有采樣率可調(diào)及自檢功能的地震信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)，其特征是，結(jié)構(gòu)為: 命令配置及數(shù)據(jù)處理模塊分別與同步控制模塊、奇通道控制模塊、偶通道控制模塊、自檢模塊相連； 同步控制模塊向奇通道控制模塊、偶通道控制模塊并經(jīng)鎖相環(huán)向各信號(hào)采集模塊提供同步時(shí)鐘； 自檢模塊用于控制標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)芯片DAC1282產(chǎn)生系統(tǒng)自檢所需的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)并發(fā)送到各信號(hào)采集模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的具有采樣率可調(diào)及自檢功能的地震信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)，其特征是，自檢模塊通過SPI接口對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)芯片DAC1282進(jìn)行配置，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)芯片DAC1282連接到各信號(hào)采集模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的具有采樣率可調(diào)及自檢功能的地震信號(hào)采集節(jié)點(diǎn)，其特征是，信號(hào)采集模塊主要由依次相連的數(shù)據(jù)抽取器，Λ -Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，程控放大器，電子開關(guān)組成，傳感器通過濾波網(wǎng)絡(luò)連接到電子開關(guān)，電子開關(guān)連接公共地。
【文檔編號(hào)】G01V1/20GK203616487SQ201320594059
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】段發(fā)階, 李彥超, 蔣佳佳, 華香凝, 李宸陽, 李驥, 鄧震宇 申請人:天津大學(xué)