CN103389512B - 用于气枪震源近场子波及辅助信号的数字采集传输电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于气枪震源近场子波及辅助信号的数字采集传输电路，克服目前震源近场子波的采集已不能满足高精度采集的需求的缺陷，该数字采集传输电路中，采集处理电路设置为根据指令采集近场子波信号、深度信号及压力信号，对近场子波信号进行放大、模拟数字转换以及滤波处理；对深度信号及压力信号进行滤波处理；辅助信号包括深度信号及压力信号；传输电路设置为将接收到的指令转发给采集处理电路，将发送处理后的近场子波信号、以及处理后的深度信号及压力信号。本申请的实施例完善了气枪震源设备，实现了气枪震源控制信号的数字采集，提高了精度和集成化程度，降低了功耗，可以满足海上高精度地震勘探的要求。

Description

用于气枪震源近场子波及辅助信号的数字采集传输电路

技术领域

本发明涉及一种传输电路，尤其涉及一种用于气枪震源近场子波及辅助信号的数字采集传输电路。

背景技术

海上地震勘探设备主要包括气枪震源系统，地震数据采集记录系统，拖缆状态控制系统和综合导航系统。气枪震源系统是海上地震勘探设备不可或缺的重要组成部分。利用气枪震源对深部地壳结构进行探测，重要的是获得精确的气枪子波。

气枪阵列的子波是考察气枪阵列优劣的重要指标，同时也是后续地震资料处理的重要参数之一，关系到海上作业的效率。即使稳定性极好的气枪阵列，在实际生产作业中，由于海水的浓度、温度、流速等因素的影响，其子波都会有一定程度的改变。因此在生产中随着气枪激发而实时获取阵列子波及辅助信号越来越受到重视。

现有的震源近场子波进行的是模拟信号的采集，随着现场要求的提高已经不能满足高精度采集的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服目前震源近场子波的采集已不能满足高精度采集的需求的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于气枪震源近场子波及辅助信号的数字采集传输电路，包括采集处理电路（10）和传输电路（20），其中：

所述采集处理电路（10），设置为根据指令采集近场子波信号、深度信号及压力信号，对所述近场子波信号进行放大、模拟数字转换以及滤波处理，得到处理后的近场子波信号；对所述深度信号及压力信号进行滤波处理，得到处理后的深度信号及压力信号；所述辅助信号包括所述深度信号及压力信号；

所述传输电路（20），设置为将接收到的所述指令转发给所述采集处理电路（10），将发送所述处理后的近场子波信号、以及所述处理后的深度信号及压力信号。

优选地，所述采集处理电路（10）包括：

近场子波传感器（11），采集的近场子波信号；

处理电路（12），对所述近场子波传感器（11）采集的近场子波信号进行放大、模拟数字转换以及滤波处理；

深度传感器（13），采集深度信号；

深度信号解调电路（14），过滤所述深度传感器（13）采集到的深度信号中的直流电平，获得深度信号中的深度参数；

压力传感器（15），采集压力信号；以及

压力信号解调电路（16），过滤所述压力传感器（15）采集到的压力信号中的直流电平，获得压力信号中的压力参数。

优选地，所述近场子波传感器（11）与处理电路（12）之间匹配设置有RC阻抗网络（31），所述RC阻抗网络（31）将所述近场子波传感器（11）采集到的近场子波信号转换为差分信号，输出至所述处理电路（12）中的差分放大器的输入端。

优选地，所述RC阻抗网络（31）包括第一电阻R21、第二电阻R22、第三电阻R23、第四电阻R24以及电容C2，其中：

所述第一电阻R21的第一端接入所述近场子波传感器（11）采集到的近场子波信号，第二端与所述电容C2第一端及所述第三电阻R23第一端相连；

所述第二电阻R22的第一端接入所述近场子波传感器（11）采集到的近场子波信号，第二端与所述电容C2第二端及所述第四电阻R24第一端相连；

所述第三电阻R23第二端与第四电阻R24第二端接入共模电压；

所述第一电阻R21的第二端以及第二电阻R22的第二端分别接入到所述处理电路（12）中的所述差分放大器的正相输入端及反相输入端。

优选地，所述深度信号解调电路（14），过滤所述深度传感器（13）采集到的深度信号中的直流电平，获得深度信号中的方波数字信号，从方波数字信号中解调出对应于所述深度参数的频率成分；

所述压力信号解调电路（16），过滤所述压力传感器（15）采集到的压力信号中的直流电平，获得压力信号中的方波数字信号，从方波数字信号中解调出对应于所述压力参数的频率成分。

优选地，所述深度信号解调电路（14）及压力信号解调电路（16），各自包括第一电阻R31、第二电阻R32、第三电阻R33、电容C3以及双二极管D3，其中：

所述第一电阻R31第一端与所述电容C3的第二端相连，并接入所述深度传感器（13）采集的深度信号，第二端接入第一供电电压；

所述电容C3的第一端与所述第二电阻R32的第二端以及所述第三电阻R33的第一端相连；

所述第二电阻R32的第一端接地，所述第三电阻R33的第二端接入所述第二供电电压，并与所述双二极管D3的阴极相连；

所述双二极管D3的阳极接地，中间节点与所述电容C3的第一端相连；

所述电容C3的第一端输出方波数字信号。

与现有技术相比，本申请的实施例完善了气枪震源设备，实现了气枪震源控制信号的数字采集，提高了精度和集成化程度，降低了功耗，可以满足海上高精度地震勘探的要求。本申请的实施例在完成信号采集的同时，还可以对电路进行自检，兼具了可靠性和稳定性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本申请实施例的用于气枪震源近场子波及辅助信号的数字采集传输电路的构造示意图。

图2为本申请实施例的用于气枪震源近场子波及辅助信号的数字采集传输电路中RC阻抗网络的构造示意图。

图3为本申请实施例的用于气枪震源近场子波及辅助信号的数字采集传输电路中深度信号解调电路的构造示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征在不相冲突前提下的相互结合，均在本发明的保护范围之内。

如图1所示，本申请实施例的用于气枪震源近场子波及辅助信号的数字采集传输电路主要包括采集处理电路10和传输电路20。

其中的采集处理电路10，设置为根据水上系统下发的指令执行启动、配置以及控制，并根据水上系统下发的指令采集近场子波信号、深度信号和压力信号，对其中的近场子波信号进行放大、模拟数字转换以及滤波等处理，得到处理后的近场子波信号；对其中的深度信号及压力信号进行滤波等处理，得到处理后的深度信号及压力信号。

其中的传输电路20，设置为接收水上系统下发的指令，将所接收的指令发送给采集处理电路10；接收经过采集电路进行放大、模拟数字转换以及滤波等处理后的近场子波信号，以及经过采集处理电路10进行滤波处理后的深度信号及压力信号，将所接收的放大、模拟数字转换以及滤波等处理后的近场子波信号发送给水上系统，将所接收的滤波处理后的深度信号及压力信号也发送给水上系统。本申请的实施例中，传输电路20与水上系统的通讯，通过RS85协议实现。

本申请的实施例中，采集处理电路10主要包括近场子波传感器11、处理电路12、深度传感器13、深度信号解调电路14、压力传感器15以及压力信号解调电路16。

近场子波传感器11采集的近场子波信号传输给处理电路12进行放大、模拟数字转换以及滤波等处理。本申请的实施例中，处理电路12采用高性能24位地震采集套片，该套片包含1个差分放大器，1个集成了24位模数转换器及24位数模转换器的转换芯片和1个数字信号处理（DSP）处理器。套片内建了自检信号回路，可以通过内部产生的测试信号作为激励来检测处理电路12。

本申请的实施例中，在近场子波传感器11与处理电路12之间还匹配设置有RC阻抗网络31。RC阻抗网络31将近场子波传感器11采集到的近场子波信号转换为差分信号，输出至处理电路12中的差分放大器的输入端。

如图2所示，RC阻抗网络31主要包括第一电阻R21、第二电阻R22、第三电阻R23、第四电阻R24以及电容C2。

第一电阻R21的第一端接入近场子波传感器11采集到的近场子波信号，第二端与电容C2第一端及第三电阻R23第一端相连。第二电阻R22的第一端接入近场子波传感器11采集到的近场子波信号，第二端与电容C2第二端及第四电阻R24第一端相连。第三电阻R23第二端与第四电阻R24第二端接入共模电压（CMBIAS）。

第一电阻R21的第二端以及第二电阻R22的第二端分别接入到处理电路12差分放大器的正相输入端及反相输入端。

本申请的实施例中，通过RC阻抗网络31可以将检波器信号以差模方式引入到放大器的差分输入端。为放大器提供输入共模偏置电阻，建立放大器静态工作点。建立差模低切电阻，与检波器内部等效电容形成模拟低切回路。配合搭建测试信号回路，实现检波器阻容值测量功能。提供小额串行电阻防止电泳冲击。

本申请的实施例中，采集深度信号的深度传感器13和采集压力信号的压力传感器15均为无源数字传感器，这两个传感器各自的输出信号均为直流电平和方波数字信号混叠的调制信号，其中有用的部分，即深度信号中的深度参数和压力信号中的压力参数，与方波数字信号中的频率为线性关系。

本申请的实施例中，采用包含电阻、电容分立器件的深度信号解调电路14以及压力信号解调电路16，来分别过滤深度信号和压力信号中的直流电平，获得深度信号和压力信号中的方波数字信号，从该方波数字信号中解调出频率成分，相应得到深度参数和压力参数。

本申请的实施例中，深度传感器13和压力传感器15的输出信号为由+19伏（V）直流电压和幅值为+5V频率为6～9千赫兹（KHz）的方波数字信号叠加而成，其中的有效信号为方波数字信号的频率信息。具体地，对应于深度信号的方波数字信号的频率信息，与深度成线性关系；对应于压力信号的方波数字信号的频率信息，与压力成线性关系。

因为传感器的输出信号中的有效信息为频率信息部分，本申请的实施例采用高频时钟信号对其中的交流信号进行数频计数，来精确得到交流信号的频率信息，从而依据深度信号获取深度参数，依据压力信号获取压力参数。

本申请的实施例中，深度信号解调电路14与压力信号解调电路16构造相同。以下以深度信号解调电路14的具体构成为例进行说明，压力信号解调电路16请一并参照理解。如图3所示，深度信号解调电路14主要包括第一电阻R31、第二电阻R32、第三电阻R33、电容C3以及双二极管D3等。

第一电阻R31第一端与电容C3的第二端相连，并接入深度信号，第二端接入第一供电电压。本申请的实施例中，第一电阻R31所接入的第一供电电压为+24伏（V）电压。

电容C3的第一端与第二电阻R32的第二端以及第三电阻R33的第一端相连。第二电阻R32的第一端接地（GND）。第三电阻R33的第二端接入第二供电电压，并与双二极管D3的阴极相连。双二极管D3的阳极接地，中间节点与电容C3的第一端相连。本申请的实施例中，第三电阻R33的第二端接入的该第二供电电压为+3.3V的FPGA管脚供电电压。

电容C3的第一端输出经过滤波处理后的方波数字信号，图中表示为PRE_DET。

本申请的实施例可以实现3通道信号的采集，该3通道信号包括1路气枪震源近场子波信号、1路压力信号以及1路深度信号。气枪震源近场子波信号采用24位数字输出，其中包括23位有效数据和1位符号。压力信号和深度信号数字串行信号输出。本申请的实施例支持气枪震源近场子波信号通道采样率可选，支持2阶高切以及3阶低切数字滤波，支持前放增益可调。

本申请的实施例，可以在采集处理电路内部建立自循环测试网络，可以方便地完成系统所需的质量控制（QC）测试项目，以完成自检功能。

数字信号处理器接收一测试指令，根据该测试指令向转换芯片发送测试数据流。转换芯片将该测试数据流产生一测试脉冲发送给一选择电路，将选择电路将该测试脉冲发送给差分放大器进行自检。

在套片测试网络的实际应用中，增加了模拟检波器的设置和将测试信号串入检波器回路的方式。模拟检波器为检波器和RC阻容网络的等效电路。测试信号串入检波器回路的目的为了实现模拟低切拐点的测试，需要打开检波器输入端并引入模拟开关。在默认状态下，检波器保持与放大器的正常连接，在测试状态下模拟开关将测试信号引入检波器的回路。

本申请实施例的数字采集传输电路安装在气枪震源附近，可以实现气枪震源控制及近场子波信号、深度信号与压力信号）的数字采集，提高了数据采集的精度和数据传输的稳定性，可以满足高精度海上地震勘探的需求。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (3)

1.一种用于气枪震源近场子波及辅助信号的数字采集传输电路，包括采集处理电路(10)和传输电路(20)，其中：

所述采集处理电路(10)，设置为根据水上系统下发的指令执行启动、配置以及控制，并根据水上系统通过传输电路(20)下发的指令采集近场子波信号、深度信号及压力信号，对所述近场子波信号进行放大、模拟数字转换以及滤波处理，得到处理后的近场子波信号；对所述深度信号及压力信号进行滤波处理，得到处理后的深度信号及压力信号；所述辅助信号包括所述深度信号及压力信号；

所述传输电路(20)，设置为接收水上系统下发的指令，将接收到的所述指令转发给所述采集处理电路(10)，向水上系统发送所述处理后的近场子波信号、以及所述处理后的深度信号及压力信号；

所述采集处理电路(10)包括：

近场子波传感器(11)，采集近场子波信号；

处理电路(12)，对所述近场子波传感器(11)采集的近场子波信号进行放大、模拟数字转换以及滤波处理；所述处理电路(12)采用高性能24位地震采集套片，所述高性能24位地震采集套片内建了自检信号回路，能够通过内部产生的测试信号作为激励来检测处理电路(12)；

深度传感器(13)，采集深度信号；

深度信号解调电路(14)，过滤所述深度传感器(13)采集到的深度信号中的直流电平，获得深度信号中的深度参数；

压力传感器(15)，采集压力信号；以及

压力信号解调电路(16)，过滤所述压力传感器(15)采集到的压力信号中的直流电平，获得压力信号中的压力参数；

所述近场子波传感器(11)与处理电路(12)之间匹配设置有RC阻抗网络(31)，所述RC阻抗网络(31)将所述近场子波传感器(11)采集到的近场子波信号转换为差分信号，输出至所述处理电路(12)中的差分放大器的输入端；所述RC阻抗网络(31)包括第一电阻R21、第二电阻R22、第三电阻R23、第四电阻R24以及电容C2，其中：

所述第一电阻R21的第一端接入所述近场子波传感器(11)采集到的近场子波信号，第二端与所述电容C2第一端及所述第三电阻R23第一端相连；

所述第二电阻R22的第一端接入所述近场子波传感器(11)采集到的近场子波信号，第二端与所述电容C2第二端及所述第四电阻R24第一端相连；

所述第三电阻R23第二端与第四电阻R24第二端接入共模电压；

所述第一电阻R21的第二端以及第二电阻R22的第二端分别接入到所述处理电路(12)中的所述差分放大器的正相输入端及反相输入端。

2.根据权利要求1所述的电路，其中：

所述深度信号解调电路(14)，过滤所述深度传感器(13)采集到的深度信号中的直流电平，获得深度信号中的方波数字信号，从方波数字信号中解调出对应于所述深度参数的频率成分；

所述压力信号解调电路(16)，过滤所述压力传感器(15)采集到的压力信号中的直流电平，获得压力信号中的方波数字信号，从方波数字信号中解调出对应于所述压力参数的频率成分。

3.根据权利要求2所述的电路，其中，所述深度信号解调电路(14)及压力信号解调电路(16)，各自包括第一电阻R31、第二电阻R32、第三电阻R33、电容C3以及双二极管D3，其中：

所述第一电阻R31第一端与所述电容C3的第二端相连，并接入所述深度传感器(13)采集的深度信号，第二端接入第一供电电压；

所述电容C3的第一端与所述第二电阻R32的第二端以及所述第三电阻R33的第一端相连；

所述第二电阻R32的第一端接地，所述第三电阻R33的第二端接入第二供电电压，并与所述双二极管D3的阴极相连；

所述双二极管D3的阳极接地，中间节点与所述电容C3的第一端相连；

所述电容C3的第一端输出方波数字信号。