CN104698491A - 一种气枪震源信号采集装置 - Google Patents

Abstract

一种气枪震源信号采集装置，包括密闭箱体，所述箱体可置于水下或者室内标准机柜，所述箱体内设置有：中央控制模块、分别与所述中央控制模块相连的第一点火信号采集模块、通信输入选择模块、第二点火信号采集模块、辅助信号采集模块、通信输出选择模块；所述装置设置两路或者两路以上输入通信线路；两路或者两路以上输出通信线路；其中一路输入通信线路用于使用，其他的输入通信线路用于备用；一路输出通信线路用于使用，其他的输出通信线路用于备用。装置简单，小巧灵活，能够置于气枪震源附近，缩短连接线缆的长度，从而减小信号的失真度；体积小，能够置于气枪震源附近采集；双路输入通信线路自动切换、双路输出通信线路可控。

Description

一种气枪震源信号采集装置

技术领域

涉及地球勘探领域，尤其是一种气枪震源信号采集装置。

背景技术

气枪震源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，最重要的在于获得精确的气枪激发。随着气枪激发技术的日益成熟，气枪激发已被广泛应用在湖泊、河流、过渡带、浅海、深海等区域的石油勘探中。气枪具有结构简单、维修方便、寿命长、可靠性高、同步性好以及高环保性的作业特点。

典型的气枪震源信号采集装置是通过室内的采集箱体对水下的所有的气枪震源信号进行采集，由于传感器位于水下，因此模拟信号传输距离长，容易受到干扰；且采集精度不高，数据处理难度大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了

一种气枪震源信号采集装置，包括密闭箱体，所述箱体置于水下或者室内标准机柜，所述箱体内设置有：

中央控制模块、分别与所述中央控制模块相连的第一点火信号采集模块、通信输入选择模块、第二点火信号采集模块、辅助信号采集模块、通信输出选择模块；

所述装置设置两路或者两路以上输入通信线路；两路或者两路以上输出通信线路；其中一路输入通信线路用于使用，其他的输入通信线路用于备用；

一路输出通信线路用于使用，其他的输出通信线路用于备用；

所述通信输入模块用于向所述中央控制模块输入外部的通信输入信息；

还设置通信输入选择模块；所述通信输入选择模块用于选择通信输入线路；

所述通信输出选择模块用于选择通信输出线路；

所述第一点火信号采集模块、第二点火信号采集模块用于采集点火信号；

所述辅助信号采集模块用于采集辅助信号。

装置简单，小巧灵活，能够置于气枪震源附近，缩短连接线缆的长度，从而减小信号的失真度；体积小，能够置于气枪震源附近采集；双路输入通信线路自动切换、双路输出通信线路可控。

可选地，所述通信输入选择模块包括：

第一继电器、第一二极管、第一三极管；

所述第一继电器和第一二极管并联，并联的一端连接电源，并联的另一端连接第一三极管的发射极，所述第一三极管的集电极接地，

所述第一三极管的基极连接所述中央控制模块的第一控制信号输出端；

用于接收所述中央控制模块发出的控制信号；

所述第一继电器的线圈的一端连接第一电源，另一端连接所述第一三极管的发射极；

所述第一二极管的阳极连接所述第一电源，阴极连接所述第一三极管；

所述继电器上还连接有第一组通信输入线路和第二组通信输入线路。

可选地，所述通信输出选择模块包括：

第二继电器、第二二极管、第二三极管；

所述第二继电器和所述第二二极管并联，并联的一端连接电源，并联的另一端连接所述第二三极管的发射极，

所述第二三极管的集电极接地，基极连接所述中央控制模块的控制信号第二输出端，用于接收所述中央控制模块传送的控制信号；

所述第二二极管的阳极连接所述第二电源，阴极连接所述第二三极管；

所述第二继电器还连接有第一组输出通信线路和第二组输出通信线路。

可选地，所述第一点火信号采集模块、第二点火信号采集模块分别用于采集点火的模拟电信号，并将所述模拟电信号转换为数字信号；包括依次相连的阻抗匹配模块，滤波模块，放大模块，模数转换模块；所述滤波模块用于滤除所述模拟信号中的干扰信号，所述放大模块用于对所述模拟信号进行放大，所述模数转换模块用于将所述模拟信号转换为数字信号。

可选地，所述辅助信号采集模块用于采集辅助信号；包括依次相连的阻抗匹配模块，滤波模块，放大模块；所述滤波模块用于滤除所述模拟电信号中的干扰信号；所述放大模块用于对所述辅助模拟电信号进行放大。

可选地，所述通信输入模块包括RS485芯片、还包括与所述RS485芯片相连的保护电路；所述保护电路用于防止所述RS485芯片被干扰。

可选地，所述中央控制模块包括数据处理模块、与所述数据处理模块分别相连的数据采集模块、检测判断模块、通信模块；

所述数据采集模块用于与所述中央控制模块外部的点火信号采集模块或者辅助信号采集模块相连；用于接收所述点火信号采集模块或者所述辅助信号采集模块采集的数据；

所述数据处理模块与所述数据采集模块相连，用于对接收的所述采集数据进行处理；

所述通信模块用于与所述中央控制模块外部的通信输出模块和通信输入模块相连，用于与所述装置外部进行通信；

所述检测判断模块用于对所述数据处理模块处理后的数据进行检测，判断，检测点火延时、点火误差，判断点火状态；

所述检测模块还用于检测所述通信线路是否正常；

还包括控制信号产生模块，用于当检测模块检测到所述通信线路有故障时，发出控制信号给所述通信输入选择模块或者通信输出控制模块进行通信线路的切换。

附图说明

图1为气枪震源信号采集装置功能框图；

图2为通信输入选择模块示意图

图3为通信输出选择模块示意图；

图4为通信输入模块示意图；

图5为点火信号采集模块示意图；

图6为辅助信号采集模块示意图；

图7为中央控制模块示意图；

图8为继电器与多路通信线路连接示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

一种气枪震源信号采集装置，包括密闭箱体，所述箱体置于水下或者室内标准机柜，所述箱体内设置有：

中央控制模块1、分别与所述中央控制模块1相连的第一点火信号采集模块2、通信输入模块7、第二点火信号采集模块3、辅助信号采集模块4、通信输出选择模块5；

所述装置设置两路或者两路以上输入通信线路；两路或者两路以上输出通信线路；其中一路输入通信线路用于使用，其他的输入通信线路用于备用；

一路输出通信线路用于使用，其他的输出通信线路用于备用；

所述通信输入模块7用于向所述中央控制模块1输入外部的通信输入信息；

还设置通信输入选择模块6；所述通信输入选择模块6用于选择通信输入线路；

所述通信输出选择模块5用于选择通信输出线路；

所述第一点火信号采集模块2、第二点火信号采集模块3用于采集点火信号；

所述辅助信号采集模块用于采集辅助信号4。

图1为气枪震源信号采集装置功能框图，

按照功能，整个系统可以分为下述主要模块：通信输入选择模块6，通信输出选择模块5，通信输入模块7，第一点火信号采集模块2，第二点火信号采集模块3，辅助信号采集模块4，以及中央控制模块1。

可选地，所述通信输入选择模块6，包括：

第一继电器61、第一二极管62、第一三极管63；

所述第一继电器61和第一二极管62并联，并联的一端连接电源，并联的另一端连接第一三极管63的发射极，所述第一三极管63的集电极接地，

所述第一三极管63的基极连接所述中央控制模块1的第一控制信号输出端；

用于接收所述中央控制模块1发出的控制信号；

所述第一继电器61的线圈的一端连接电源；另一端连接所述第一三极管63的发射极；

所述第一二极管62的阳极连接电源，阴极连接所述第一三极管63；所述第一继电器61还连接有第一组输入通信线路和第二组输入通信线路。

所述第一三极管63的基极连接中央控制模块1的第一控制信号输出端，

用于接收所述中央控制模块1发出的控制信号；

当所述中央控制模块1输出控制信号后，比如控制信号为一高电平脉冲，所述第一三极管63导通，所述第一继电器61的线圈得电；第一继电器61接通或者断开第一组通信线路或者第二组通信线路，实现通信线路的切换。

可选地，所述通信输出选择模块5包括：

第二继电器51、第二二极管52、第二三极管53；

所述第二继电器51和所述第二二极管52并联，并联的一端连接电源，并联的另一端连接所述第二三极管的发射极，

所述第二三极管53的集电极接地，基极连接所述中央控制模块1的控制信号第二输出端；

用于接收所述中央控制模块1传送的控制信号；

所述第二二极管52的阳极连接所述电源，阴极连接所述第二三极管53；

所述第二继电器51的线圈的一端连接电源；所述第二继电器51的线圈的另一端连接所述第二三极管53的发射极；

所述第二继电器51还连接有第一组输出通信线路和第二组输出通信线路；

所述第二三极管53的基极连接中央控制模块1的控制信号第二输出端，所述中央控制模块1输出控制信号(记为第二控制信号)，比如控制信号为一高电平脉冲，所述第二三极管53导通，所述第二继电器51的线圈得电；第二继电器51接通或者断开第一组输出通信线路或者第二组输出通信线路，实现输出通信线路的切换。

图2为通信输入选择模块6示意图。

图3为通信输出选择模块5示意图。

通信输出线路的选择与通信输入线路的选择原理相同。

结合图2和图8，图2为通信输入选择模块6示意图，图8为继电器连接示意图。

通信输入选择模块6主要是完成对输入的两组通信线路进行判断；输入线路有两组，一组为正常通信线路，另外一组为备用通信线路，当正常通信线路出现故障时启用备用通信线路，输入选择模块6能够自动检测两组通信线路，只要其中任意一组通信线路有输入就能正常工作，从而能够对两组通信输入进行自动切换；控制功能通过输入控制信号控制继电器来实现，线路自动检测功能通过中央控制模块实现。

图8为继电器与多路通信线路的连接示意图。

适用于描述第一继电器与多路通信输入线路；

也适用于描述第二继电器与多路通信输出线路的连接。

继电器连接两路通信线路，接线端如图8所示，一个继电器同时控制两个接线端，当控制信号为不同电平时，继电器的接线端连接线路1或者线路2，实现了线路1、2的切换。

可选地，所述第一点火信号采集模块2、第二点火信号采集模块3的内部结构相同；所述第一点火信号采集模块2、第二点火信号采集模块3分别用于采集点火的模拟电信号，并将所述模拟电信号转换为数字信号；包括依次相连的阻抗匹配模块21，滤波模块22，放大模块23，模数转换模块24；所述滤波模块22用于滤除所述模拟信号中的干扰信号，所述放大模块23用于对所述模拟信号进行放大，所述模数转换模块24用于将所述模拟信号转换为数字信号。

可选地，所述辅助信号采集模块4用于采集辅助信号；包括依次相连的阻抗匹配模块41，滤波模块42，放大模块43；所述滤波模块42用于滤除所述模拟电信号中的干扰信号；所述放大模块43用于对所述辅助模拟电信号进行放大。

可选地，所述通信输入模块7包括RS485芯片71、还包括与所述芯片相连的保护电路72；所述保护电路72用于防止所述RS485芯片71被干扰。

可选地，所述中央控制模块1包括数据处理模块11，与所述数据处理模块11分别相连的数据采集模块12、检测判断模块13、通信模块14；

所述数据采集模块12用于与所述中央控制模块外部的第一点火信号采集模块2和第二点火信号采集模块3和辅助信号采集模块4相连；用于接收所述第一点火信号采集模块2和第二点火信号采集模块3和所述辅助信号采集模块4采集的数据；

所述数据处理模块11与所述数据采集模块12相连，用于对接收的所述采集数据进行处理；

所述通信模块13用于与所述中央控制模块1外部的通信输出模块和通信输入模块相连，用于与所述装置外部进行通信；

所述检测判断模块14用于对所述数据处理模块11处理后的数据进行检测，判断，检测点火延时、点火误差，判断点火状态；

所述检测判断模块14还用于检测所述通信线路是否正常；

还包括控制信号产生模块15，用于当检测判断模块14检测到所述通信线路有故障时，发出控制信号给所述通信输入选择模块5或者通信输出选择模块6进行通信线路的切换。

中央控制模块可以采用单片机，单片机程序初始化时，会进行扫描，通信线路1，通信线路2向单片机发送信号，

如果两路都正常，则单片机向输入选择电路发出命令，让继电器中的开关切换，选择其中的一路；

如果两路中有一路故障，比如通信线路1突然发生故障，单片机中的检测模块接收不到通信线路1的信号，则单片机中的控制信号发生模块会向输入选择电路发出控制信号，记为控制信号1，单片机的I/O端口向三极管的基极发出高电平触发脉冲，输入选择电路收到控制信号1后，三极管导通，继电器线圈得电，继电器发生切换，切断通信线路1，接通通信线路2。

以上的实施例采用两组通信线路，一路备用。

通信输出选择模块完成对通信输出线路的选择，结合图3和图8所示，通信输出线路有两组，通过通信输出控制模块来选择线路1或者线路2进行输出；通过中央控制模块1产生的输出的控制信号2控制继电器来实现。

通信输入模块7如附图4所示，通过485芯片来控制完成线路的通信功能，同时包含通信保护电路，保证在雷击等外界干扰情况下不损坏485芯片，还能正常通信。

第一点火信号采集模块与第二点火信号采集模块的内部结构相同，点火信号采集模块，如附图5所示，传感器输入的信号经过前端阻抗匹配网络，进入模拟滤波电路，滤除部分干扰信号后通过放大器进行信号放大，然后通过模数转换芯片把模拟信号转换成数字信号输送给中央控制模块；传感器可以是线圈也可以是近场传感器，采样率最高可达0.1ms，采样精度24bi t。

因为设置在气枪上的电磁阀，是点火的主要关键零件，电磁阀内部有电磁线圈，电磁线圈得电后，静铁芯和衔铁之间产生吸引力，可以用电流传感器测取电磁线圈的电流波形。电流传感器输出的电信号经过处理后传输给中央控制模块。

传感器输出的信号比较微弱，需要对其进行放大，将传感器输出的微弱信号进行放大，放大到AD转换器的范围内,阻抗匹配常见于各级放大电路之间,放大电路与负载之间,信号与传输电路之间。

辅助信号采集模块4，如附图6所示，传感器输入的信号经过前端阻抗匹配网络，进入模拟滤波电路，滤除部分干扰信号后通过放大器进行信号放大，然后直接进入中央控制模块1，通过中央控制模块1的内置模数转换器转换成数字信号。

辅助信号包括比如气枪深度信号，气枪压力信号，点火电压，点火电流，传感器电压，输入输出通信线路电压电流，等等，其中气枪深度信号和气枪压力信号为外部传感器输入信号，其它辅助信号在采集装置内部产生；气枪深度信号和气枪压力信号可以是电压型也可以是频率型信号，取决于使用的外部传感器的类型。

中央控制模块1，如附图7所示，其主要芯片为单片机，在单片机内部实现RS485通信、各种信号采集(包括线圈信号、近场信号、各种辅助的电压电流信号等)采集、数据处理以及信号的检测判断；在这个模块对点火返回的信号进行检测，检测出气枪震源的点火延时及点火误差，同时判断点火状态；由于一个单片机只处理一个气枪震源的点火信号，因此数据处理难度小。

当外部的采集信号经过模数转换之后，有的在单片机外部进行模数转换，采用模数转换器实现。

外部的采集的信号输入单片机的采集模块，采集信号的来源包括压力传感器，电磁阀。

信号处理模块用于对数字信号的处理，包括比如数字信号的滤波，傅里叶变换等。

检测判断模块14，一是用于对输入通信线路或者输出通信线路的检测，

二是用于判断气枪的点火状态，气枪上的电磁阀，通过电流传感器检测其电磁线圈的电流后，将电信号输出给单片机的信号采集模块，当气枪启爆后，电磁阀输出的电信号波形会发生变化，判断模块可以通过波形的变化，来分析判断出是否点火。本发明的特点：

(1)体积小，能够置于气枪震源附近采集；

(2)双路输入通信线路自动切换、双路输出通信线路可控；

(3)能够自动判断气枪点火延时和气枪激发状态；

(4)支持辅助信号采集；

(5)采样精度0.1ms。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种气枪震源信号采集装置，其特征在于，包括密闭箱体，所述箱体置于水下或者室内标准机柜，所述箱体内设置有：

中央控制模块、分别与所述中央控制模块相连的第一点火信号采集模块、通信输入选择模块、第二点火信号采集模块、辅助信号采集模块、通信输出选择模块；

所述装置设置两路或者两路以上输入通信线路；两路或者两路以上输出通信线路；其中一路输入通信线路用于使用，其他的输入通信线路用于备用；

一路输出通信线路用于使用，其他的输出通信线路用于备用；

所述通信输入模块用于向所述中央控制模块输入外部的通信输入信息；

还设置通信输入选择模块；所述通信输入选择模块用于选择通信输入线路；

所述通信输出选择模块用于选择通信输出线路；

所述第一点火信号采集模块、第二点火信号采集模块用于采集点火信号；

所述辅助信号采集模块用于采集辅助信号。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通信输入选择模块包括：

第一继电器、第一二极管、第一三极管；

所述第一继电器和第一二极管并联，并联的一端连接电源，并联的另一端连接第一三极管的发射极，所述第一三极管的集电极接地，

所述第一三极管的基极连接所述中央控制模块的第一控制信号输出端；

用于接收所述中央控制模块发出的控制信号；

所述第一继电器的线圈的一端连接第一电源，另一端连接所述第一三极管的发射极；

所述第一二极管的阳极连接所述电源，阴极连接所述第一三极管；

所述第一继电器还连接有第一组输入通信线路和第二组输入通信线路。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通信输出选择模块包括：

第二继电器、第二二极管、第二三极管；

所述第二继电器和所述第二二极管并联，并联的一端连接电源，并联的另一端连接所述第二三极管的发射极，

所述第二三极管的集电极接地，基极连接所述中央控制模块的控制信号第二输出端，用于接收所述中央控制模块传送的控制信号；

所述第二二极管的阳极连接所述电源，阴极连接所述第二三极管；

所述第二继电器还连接有第一组输出通信线路和第二组输出通信线路。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一点火信号采集模块、第二点火信号采集模块分别用于采集点火的模拟电信号，并将所述模拟电信号转换为数字信号；包括依次相连的阻抗匹配模块，滤波模块，放大模块，模数转换模块；所述滤波模块用于滤除所述模拟信号中的干扰信号，所述放大模块用于对所述模拟信号进行放大，所述模数转换模块用于将所述模拟信号转换为数字信号。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述辅助信号采集模块用于采集辅助信号；包括依次相连的阻抗匹配模块，滤波模块，放大模块；所述滤波模块用于滤除所述模拟电信号中的干扰信号；所述放大模块用于对所述辅助模拟电信号进行放大。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通信输入模块包括RS485芯片、还包括与所述RS485芯片相连的保护电路；所述保护电路用于防止所述RS485芯片被干扰。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中央控制模块包括数据处理模块、与所述数据处理模块分别相连的数据采集模块、检测判断模块、通信模块；

所述数据采集模块用于与所述中央控制模块外部的点火信号采集模块或者辅助信号采集模块相连；用于接收所述点火信号采集模块或者所述辅助信号采集模块采集的数据；

所述数据处理模块与所述数据采集模块相连，用于对接收的所述采集数据进行处理；

所述通信模块用于与所述中央控制模块外部的通信输出模块和通信输入模块相连，用于与所述装置外部进行通信；

所述检测判断模块用于对所述数据处理模块处理后的数据进行检测，判断，检测点火延时、点火误差，判断点火状态；

所述检测模块还用于检测所述通信线路是否正常；

还包括控制信号产生模块，用于当检测模块检测到所述通信线路有故障时，发出控制信号给所述通信输入选择模块或者通信输出选择模块进行通信线路的切换。