CN104155695B - 潜水式浮标地震数据采集站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种潜水式浮标地震数据采集站，为解决现有技术海洋地震信号采集难问题，其由水听器、浮标、连接杆、数字化单元、控制模块、数据通信单元、GPS和供电模块八大单元组成；浮标浮于水面，水听器置于水下，水听器与浮标由连接杆L连接；数字化单元、控制模块、数据通信单元、GPS和供电模块均置于浮标内；供电模块为数字化单元、控制模块、数据通信单元和GPS提供电源；控制模块通过数据通信单元与外部主机建立通讯联系，接收外部主机的指令或事先预设的指令控制数字化单元、数据通信单元WU、GPS和供电模块；数据通信单元为采集站提供通讯服务；数字化单元把水听器的模拟信号转换成数字信号；GPS单元为采集站提供位置信息和时间标志。具有稳定性好和能降低噪音，有利于提高地震信号接收灵敏度和信噪比的优点。

Description

潜水式浮标地震数据采集站

技术领域

本发明涉及一种地震数据采集站，特别是涉及一种潜水式浮标地震数据采集站。

背景技术

高精度数字地震仪是用来记录人工或天然地震信号，然后根据这些地震信号的记录来寻找油、气、煤和其他矿产资源的地质勘探仪器，并可用于探测地球内部结构、进行工程及地质灾害预测等。

地震勘探法目前仍然是在陆地和海洋勘探石油和天然气的主要手段，同时也是其他矿产资源的重要勘探方法，并广泛应用于研究地球内部结构、工程勘探和检测、地质灾害预测等等方面。其基本方法是在勘探靶区的地面上埋放数千乃至上万只地震波传感器(即地震检波器)，然后用炸药或可控震源激发人工地震。地震波向地下深处传播，遇到不同性质地层的分界面就会产生反射，地震检波器拾取到反射波并将其转换成模拟电信号，然后由高精度的数字地震仪把这些模拟电信号转换成数字信号记录下来。野外勘探接收到的大量数据通过室内用高速计算机进行复杂的信号处理和反演计算，才能得到清晰可靠的地下结构图像，最终确定矿产资源的位置和深度。

地震采集系统可分为地震信号的拾取(地震检波器)、地震信号的传输、地震信号的记录与存储三部分。国内外主要24位遥测地震仪可分为三类：有线遥测地震仪、无线遥测地震仪、存储式数据回收遥控地震仪。这三类遥测地震仪中，有线遥测地震仪仍占主导地位，占据世界市场的绝大部分份额。

广阔的海洋拥有巨大的资源，是人们下一步需要了解和勘探的重点，而海洋中地震数据的采集一直是我们需要研究的课题，但是现有用于海洋的地震数据采集站存在稳定性差和不利于降低噪音，地震信号接收灵敏度和信噪比低的问题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种稳定性好和能降低噪音，有利于提高地震信号接收灵敏度和信噪比的潜水式浮标地震数据采集站。

为实现上述目的，本发明潜水式浮标地震数据采集站由水听器G、浮标F、连接杆L、数字化单元AD、控制模块CM、数据通信单元WU、GPS和供电模块PM八大单元组成；浮标F浮于水面，水听器G置于水下，水听器G与浮标F由连接杆L连接；数字化单元AD、控制模块CM、数据通信单元WU、GPS和供电模块PM均置于浮标内；供电模块PM为数字化单元AD、控制模块CM、数据通信单元WU和GPS提供电源；控制模块CM通过数据通信单元WU与外部主机建立通讯联系，接收外部主机的指令或事先预设的指令控制数字化单元AD、数据通信单元WU、GPS和供电模块PM；数据通信单元WU为采集站提供通讯服务；数字化单元AD把水听器G的模拟信号转换成数字信号；GPS单元为采集站提供位置信息和时间标志。其是一种检测人工或天然地震信号并将其转换成数字信号的装置，其可用于石油、天然气、煤田及矿产勘探、地质工程勘察、地质灾害监测等方面，还可以应用于国防领域，如检测水面和水下舰船。具有稳定性好和能降低噪音，有利于提高地震信号接收灵敏度和信噪比的优点。

作为优化，所述浮标F、水听器G和连接杆L三部分组成了采集站外壳，并形成水密系统：浮标浮于水面，保持天线露出水面，便于维持良好通讯状态；水听器置于水下1-5米，具体深度由不同的应用试验决定。把水听器G置于水平面以下，具有增加稳定性和降低噪音的功能，有利于提高地震信号的接收灵敏度和信噪比。

作为优化，所述水听器G接收的信号由两条穿过连接杆L的导线连接到置于浮标内部的数字化单元AD。即其中的浮标F、水听器G和连接杆L三部分组成了采集站外壳，并形成水密系统：浮标F浮于水面，保持天线露出水面，便于维持良好通讯状态；水听器置于水下，通常为水下1-5米，具体深度由不同的应用试验决定，把水听器G置于水平面以下，具有增加稳定性和降低噪音的功能，有利于提高地震信号的接收灵敏度和信噪比；水听器G与浮标F由连接杆L连接。水听器G接收的信号由两条穿过连接杆L的导线连接到置于浮标内部的数字化单元AD。

作这优化，所述数据通信单元WU为采集站提供与主机的通讯联系，与控制模块CM连接，在控制模块CM控制下进行各种操作。

作为优化，所述数据通信单元WU具有两种通讯模式，WiFi数据传送模式和低速指令传送模式：一般情况下采用低速指令传送模式，向主机发送位置信息、数据采集状态、电源状态等工作状态，接收主机指令，并且可以由主机控制采用定时工作机制；WiFi数据传送模式用于采集数据的传送，只有主机在WiFi数据传送模式通讯范围内才按指令启用；WiFi数据传送模式用于安装主机的船接近采集站时回收数据，低速指令传送模式主要用于平时的监控。

即一般情况下采用低速指令传送模式，向主机发送工作状态(如位置信息、数据采集状态、电源状态等)，接收主机指令，并且可以由主机控制采用定时工作机制。WiFi数据传送模式用于采集数据的传送，只有主机在WiFi数据传送模式通讯范围内才按指令启用。采用两种通讯模式并采用由主机控制的工作机制只要为了节省电源消耗，延长采集站的工作时间。同时低速指令传送模式可以维持较远通讯距离。WiFi数据传送模式用于安装主机的船接近采集站时回收数据，低速指令传送模式主要用于平时的监控。

作为优化，所述潜水式浮标地震数据采集站中的控制模块CM是采集站的控制中心，通过数据通信单元WU建立与主机的通讯联系，并根据主机发出的指令或或事先预设的指令控制数字化单元AD、数据通信单元WU、GPS和供电模块PM的工作状态。

作为优化，所述控制模块CM装有三维姿态传感器，便于记录浮标的状态用于后续数据处理时进行姿态矫正；控制模块CM还具有存储功能，用于存储采集到的震动数据。

即控制模块CM是采集站的控制中心，通过数据通信单元WU建立与主机的通讯联系，并根据主机发出的指令或或事先预设的指令控制数字化单元AD、数据通信单元WU、GPS和供电模块PM的工作状态。控制模块CM装有三维姿态传感器，便于记录浮标的状态用于后续数据处理时进行姿态矫正。控制模块CM还具有存储功能，用于存储采集到的震动数据。

作为优化，所述供电模块PM为整个采集站提供电源，电源来源分为两部分：置于浮标内部的高能电池和置于浮标上表层的高效太阳能电池SPM，在太阳直射时，由太阳能电池SPM给电路板供电和给电池充电。

作为优化，所述数字化单元AD把水听器的模拟信号转换成数字信号，采用24位地震信号专用芯片，提高转换精度。

作为优化，所述GPS单元为采集站提供位置信息和时间标志，由于潜水式浮标地震数据采集站在水面上的位置在不断地变动，GPS提供的是采集站的移动轨迹；GPS单元提供的时间标志用于进行同步采集。

采用上述技术方案后，本发明装置潜水式浮标地震数据采集站用于人工和天然地震信号采集，也可以用于采集各种因素产生的震动信号。其在水中接收人工和天然地震信号的功能，具有增加稳定性和降低噪音的功能，有利于提高地震信号的接收灵敏度和信噪比的优点。

附图说明

图1是本发明潜水式浮标地震数据采集站结构示意图；

图2是本发明潜水式浮标地震数据采集站的电路原理图。

具体实施方式

如图所示，本发明装置潜水式浮标地震数据采集站(见图1)由水听器G、浮标F、水听器与浮标的连接杆L、数字化单元AD、控制模块CM、数据通信单元WU、GPS和供电模块PM等八大单元组成。浮标F浮于水面，水听器G置于水下，水听器G与浮标F由连接杆L连接；数字化单元AD、控制模块CM、数据通信单元WU、GPS和供电模块PM均置于浮标内；供电模块PM为数字化单元AD、控制模块CM、数据通信单元WU和GPS提供电源；控制模块CM通过数据通信单元WU与外部主机建立通讯联系，接收外部主机的指令或事先预设的指令控制数字化单元AD、数据通信单元WU、GPS和供电模块PM；数据通信单元WU为采集站提供通讯服务；数字化单元AD把水听器G的模拟信号转换成数字信号；GPS单元为采集站提供位置信息和时间标志(见图2)。GPS天线标号为11、通讯天线标号为12。

本发明装置潜水式浮标地震数据采集站中的浮标F、水听器G和连接杆L三部分组成了采集站外壳，并形成水密系统，保证内部部件与水隔离：浮标F浮于水面，保持天线露出水面，便于维持良好通讯状态；水听器置于水下，通常为水下1-5米，具体深度由不同的应用试验决定，把水听器G置于水平面以下，具有增加稳定性和降低噪音的功能，有利于提高地震信号的接收灵敏度和信噪比；水听器G与浮标F由连接杆L连接。水听器G接收的信号由两条穿过连接杆L的导线连接到置于浮标内部的数字化单元AD。

本发明装置潜水式浮标地震数据采集站中的浮标F内部安装有数字化单元AD、控制模块CM、数据通信单元WU、GPS和供电模块PM。

本发明装置潜水式浮标地震数据采集站中的数据通信单元WU为采集站提供与主机的通讯联系，与控制模块CM连接，在控制模块CM控制下进行各种操作。数据通信单元WU具有两种通讯模式，WiFi数据传送模式和低速指令传送模式。一般情况下采用低速指令传送模式，向主机发送工作状态(如位置信息、数据采集状态、电源状态等)，接收主机指令，并且可以由主机控制采用定时工作机制。WiFi数据传送模式用于采集数据的传送，只有主机在WiFi数据传送模式通讯范围内才按指令启用。采用两种通讯模式并采用由主机控制的工作机制只要为了节省电源消耗，延长采集站的工作时间。同时低速指令传送模式可以维持较远通讯距离。WiFi数据传送模式用于安装主机的船接近采集站时回收数据，低速指令传送模式主要用于平时的监控。

本发明装置潜水式浮标地震数据采集站中的控制模块CM是采集站的控制中心，通过数据通信单元WU建立与主机的通讯联系，并根据主机发出的指令或或事先预设的指令控制数字化单元AD、数据通信单元WU、GPS和供电模块PM的工作状态。控制模块CM装有三维姿态传感器，便于记录浮标的状态用于后续数据处理时进行姿态矫正。控制模块CM还具有存储功能，用于存储采集到的震动数据。

本发明装置潜水式浮标地震数据采集站中的供电模块PM为整个采集站提供电源，电源来源分为两部分：置于浮标内部的高能电池和置于浮标上表层的高效太阳能电池SPM，在太阳直射时，由太阳能电池SPM给电路板供电和给电池充电。

本发明装置潜水式浮标地震数据采集站中的数字化单元AD把水听器的模拟信号转换成数字信号，采用24位地震信号专用芯片，提高转换精度。

本发明装置潜水式浮标地震数据采集站中的GPS单元为采集站提供位置信息和时间标志，由于潜水式浮标地震数据采集站在水面上的位置在不断地变动，GPS提供的是采集站的移动轨迹。GPS单元提供的时间标志用于进行同步采集。

Claims (4)

1.一种潜水式浮标地震数据采集站，其特征在于由水听器G、浮标F、连接杆L、数字化单元AD、控制模块CM、数据通信单元WU、GPS和供电模块PM八大单元组成；浮标F浮于水面，水听器G置于水下，水听器G与浮标F由连接杆L连接；数字化单元AD、控制模块CM、数据通信单元WU、GPS和供电模块PM均置于浮标F内；供电模块PM为数字化单元AD、控制模块CM、数据通信单元WU和GPS提供电源；控制模块CM通过数据通信单元WU与外部主机建立通讯联系，接收外部主机的指令或事先预设的指令控制数字化单元AD、数据通信单元WU、GPS和供电模块PM；数据通信单元WU为采集站提供通讯服务；数字化单元AD把水听器G的模拟信号转换成数字信号；GPS为采集站提供位置信息和时间标志；

所述浮标F、水听器G和连接杆L三部分组成了采集站外壳，并形成水密系统：浮标F浮于水面，保持天线露出水面；水听器置于水下1-5米；

所述数据通信单元WU为采集站提供与主机的通讯联系，与控制模块CM连接，在控制模块CM控制下进行各种操作；所述数据通信单元WU具有两种通讯模式，WiFi数据传送模式和低速指令传送模式：一般情况下采用低速指令传送模式，向主机发送位置信息、数据采集状态、电源状态工作状态，接收主机指令，并且可以由主机控制采用定时工作机制；WiFi数据传送模式用于采集数据的传送，只有主机在WiFi数据传送模式通讯范围内才按指令启用；WiFi数据传送模式用于安装主机的船接近采集站时回收数据，低速指令传送模式主要用于平时的监控；

所述控制模块CM是采集站的控制中心，通过数据通信单元WU建立与主机的通讯联系，并根据主机发出的指令或事先预设的指令控制数字化单元AD、数据通信单元WU、GPS和供电模块PM的工作状态；所述控制模块CM装有三维姿态传感器，便于记录浮标F的状态用于后续数据处理时进行姿态矫正；控制模块CM还具有存储功能，用于存储采集到的震动数据；

所述供电模块PM为整个采集站提供电源，电源来源分为两部分：置于浮标F内部的高能电池和置于浮标F上表层的高效太阳能电池，在太阳直射时，由太阳能电池给电路板供电和给电池充电。

2.根据权利要求1所述采集站，其特征在于所述水听器G接收的信号由两条穿过连接杆L的导线连接到置于浮标F内部的数字化单元AD。

3.根据权利要求1-2任一所述采集站，其特征在于所述数字化单元AD把水听器的模拟信号转换成数字信号，采用24位地震信号专用芯片。

4.根据权利要求1-2任一所述采集站，其特征在于所述GPS为采集站提供位置信息和时间标志，由于潜水式浮标F地震数据采集站在水面上的位置在不断地变动，GPS提供的是采集站的移动轨迹；GPS提供的时间标志用于进行同步采集。