CN105403912A - 一种用于采集地震数据的装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于采集地震数据的装置及系统，该用于采集地震数据的装置包括：单个检波器，其包括感应振动波的传感器芯体、将振动波转化为一体现振动参量的信号的接口电路以及接收振动参量信号并将其编码为符合一定格式的数据的采集控制模块，采集控制模块还包括通信电路，以将所编码的数据发送出去；存储单元，其与单个检波器通信连接以接收并保存单个检波器发送的编码数据，同时本发明还提供了一种采用多个以上所述的采集地震数据的装置组成的采集地震数据的系统。本发明减轻了布线工作量，提高了数据传输的准确性和勘探精度，并能实现地震数据采集位置的实时定位。

Description

一种用于采集地震数据的装置及系统

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术领域，具体地说，涉及一种地球物理勘探野外数据采集装置及系统。

背景技术

地球物理勘探通常分为野外数据采集、地震资料处理和地震资料解释三大阶段。野外数据采集阶段，就是使用地震勘探仪器在地表由人工激发产生地震波，地震波向地下传播，遇到地层以直达波、反射波等不同方式先后返回地表被地面接收设备接收并同时记录下来，从而产生野外地震记录。这些野外地震记录是地震资料处理和地震资料解释的原始依据和工作基础。

地震勘探仪器是用于直接记录、采集野外地震数据的专用设备。在功能上，地震勘探仪器包含仪器控制部分和地面采集部分。仪器控制部分即主机系统的主要功能是进行作业施工管理、现场数据分析管理。地面采集部分主要是人工震源和地面接收部分。地面接收部分的主要工作是根据施工设计埋置检波器(串)、铺设电缆(光缆)，形成符合设计要求的接收区域。在现有的工作方式下，检波器(串)、传输电缆(光纤)、采集站的布置，需花费大量的机械运输和人工作业。缆线和检波器铺设后还要进行线路的通、断检查，这些都需要非常大的工作量。如果在山沟或丘陵地带，遇到悬崖峭壁或很高的落差，将无法进行布线作业，就会将该勘测点舍弃，对勘探的精度造成影响。

基于上述情况，亟需一种可以减轻布线工作量、同时提高勘探精度的地震数据采集装置及系统。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种可以减轻布线工作量，同时提高勘探精度的地震数据采集装置及系统。

根据本发明的一个方面，其提供了一种用于采集地震数据的装置，其特征在于，包括：

单个检波器，其包括感应振动波的传感器芯体、将所述振动波转化为一体现振动参量的信号的接口电路以及接收所述振动参量信号并将其编码为符合一定格式的数据的采集控制模块，所述采集控制模块还包括通信电路，以将所编码的数据发送出去；

存储单元，其与所述单个检波器通信连接以接收并保存所述单个检波器发送的编码数据。

根据本发明的一个实施例，所述振动参量为加速度，所述传感器芯体包括X轴加速度传感器、Y轴加速度传感器以及Z轴加速度传感器。

根据本发明的一个实施例，所述采集控制模块还包括模数转换电路，其用于将模拟量的加速度信号转化为数字量。

根据本发明的一个实施例，所述采集控制模块还包括自检电路，其接收所述控制模块的核心件发出的自检命令，并根据该自检命令中包括的幅度值和周期信息产生相应的波形以得到自检所用的模拟输入量。

根据本发明的一个实施例，所述自检电路的输出连接到所述模数转换电路的模拟输入上，所述模数转换电路对该模拟输入量进行模数转换后，由核心件将转换后的值与理想值进行比较，如果匹配，则自检成功，否则发出出错信息。

根据本发明的一个实施例，所述单个检波器还包括标准参考电压源，所述标准参考电压源用于向单个检波器各部分电路提供电压基准。

根据本发明的一个实施例，所述单个检波器还包括稳压模块，所述稳压模块用于将外部电源电压转换为所述单个检波器的各部分电路所需的电压，并将所述单个检波器的数字部分与模拟部分的电源不共地设置。

根据本发明的一个实施例，所述加速度传感器为MEMS加速度传感器。

根据本发明的一个实施例，所述存储单元包括微控制器及由所述微控制器控制的若干个本地通信接口，所述本地通信接口包括接收所述单个检波器发送的编码数据的接口、将所述编码数据输出给存储介质的接口、将所述编码数据输出给PC超级终端以进行处理的接口和将所述编码数据通过WIFI无线方式发送的接口。

根据本发明的一个实施例，所述存储介质采用固态硬盘。

根据本发明的一个实施例，所述存储单元还包括由微控制器控制的远程通信接口，所述远程通信接口包括发送所述编码数据的以太网接口。

根据本发明的一个实施例，所述存储单元还包括内核下载接口。

根据本发明的一个实施例，所述装置还包括GPS模块用以对地震数据采集位置进行定位，所述GPS模块由微控制器控制实现定位功能。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于采集地震数据的系统，包括：

单个检波器，其包括感应振动波的传感器芯体、将所述振动波转化为一体现振动参量的信号的接口电路以及接收所述振动参量信号并将其编码为符合一定格式的数据的采集控制模块，所述采集控制模块还包括通信电路，以将所编码的数据发送出去；

存储单元，其与所述单个检波器通信连接以接收并保存所述单个检波器发送的编码数据；

地震数据采集处理平台，其通过本地通信或远程通信方式获取存储单元存储的所述编码数据并进行处理、分析以获得所需的地震资料。

根据本发明的一个实施例，所述用于采集地震数据的系统还设有GPS定位功能用以对取各个地震数据采集位置进行定位。

本发明带来了以下有益效果：

本发明所述装置体积小、重量轻，采集、存储数据一体化，并能实现无人值守、自动采集，避免了远距离线缆的数据传输，提高了数据传输的准确性。本发明使施工布线简便，节省了人力、物力，对不能进行布线的位置也能进行地震数据采集，提高了勘探的精度。通过定位模块可以实现对地震数据采集位置的实时准确定位。通过WIFI传输功能，只需一台笔记本就可以方便的将一个或多个地震检波点的数据传输、接收上来，进行现场的监控。同时，本发明所述的装置通过网络接口还可以将采集的地震数据远程发送给指定的设备进行处理。

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

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1为现有地震数据采集系统结构框图；

图2为根据本发明一个实施例的单点检波器的外部结构图；

图3为根据本发明一个实施例的单点检波器的控制电路结构图；

图4为根据本发明一个实施例的存储单元的控制电路结构图；

图5为根据本发明一个实施例的用于采集地震数据的系统的结构图。

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。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

如图1所示为现有的地震数据采集系统结构图。如图所示，主机为野外采集软件系统，用于实现地震数据的处理、分析。该主机是整个施工作业管理的中心。检波器串是根据野外施工设计要求将单个或多个检波器进行特定的组合形成的，可将人工震源产生的地震信号转换为电信号，并将电信号通过模拟线缆送入采集站。每个采集站有多个接口，可以接入多个检波器串。采集站将检波器的模拟信号数字化，打包后通过传输电缆发送给交叉站。交叉站将从采集站传来的数据整理打包输送给主机。电源站外接电瓶经过电压变换后，提供给采集站进行工作。

由图1可知，在现有的工作方式下，检波器(串)、传输电缆(光纤)、采集站的布置，需要花费大量的机械运输和人工作业。缆线和检波器铺设后还要进行线路的通、断检查，这些都需要非常大的工作量。如果在山沟和丘陵地带，遇到悬崖峭壁、很高的落差，将无法进行布线作业，就会将该勘测点舍弃，这就会对勘探的精度造成影响。所以，本发明提供了一种可以将检波器采集的数据进行直接存储的装置，用以避免繁重的线缆部署及铺设工作。

本发明所述的用于采集地震数据的装置包括单点检波器和存储单元两部分。这两部分通过电缆通信连接。以下分别对该装置的这两个部分进行说明。

如图2所示为本发明的一个实施例的单点检波器110的外部结构图。该单点检波器110包括外壳及其内部的控制电路。

如图2所示，该检波器的外壳主体为一筒体1。该筒体1的一侧连接一锥体2，另一侧连接筒盖3。接线座4通过筒盖3上的开口与筒体1内部的控制电路通信连接。

由于检波器在野外使用时，一般都是安插在地面或埋设在地面浅表层下。所以，需要提高检波器外壳的接触强度及接触效果。在本发明的一个实施例中，单点检波器110采用全金属外壳。金属外壳可以使单点检波器110与土层紧密接触，从而使单点检波器110具有较好的接收效果和抗撞击能力。

为提高单点检波器110的防水效果，在本发明的一个实施例中，接线座4采用防水型航空插座。同时，为提高单点检波器的整体防水效果，如图2所示，筒盖3与接线座4之间通过防水垫圈6密封连接；筒盖3与筒体1之间通过螺钉加防水垫片并与旋盖9拧紧使防水垫圈7充分受力以实现筒盖3与筒体1的密封连接；锥体2与筒体1通过防水垫圈8密封连接。

如图2所示，筒体1内部还固定有控制电路板。如图3所示为本发明一个实施例的单点检波器110的控制电路的结构图。如图所示，该控制电路包括感应振动波的传感器芯体111、将振动波转化为体现振动波信息的振动参量的接口电路112和将振动参量编码为符合一定格式的采集控制模块113，同时采集控制模块113还设有将编码的数据发送出去的通信电路113a。以下将对该控制电路的各组成部分分别进行说明。

如图4所示，在该控制电路中，传感器芯体111包括X轴、Y轴和Z轴三个方向分量的传感器。在本发明的一个实施例中，振动参量选择加速度，对应的传感器采用MEMS(微机电系统)加速度传感器。

MEMS加速度传感器接收物探方法产生的振动波，并将接收到的振动波转变为电信号输出。三个MEMS加速度传感器可以组成三分量MEMS传感器芯体。传感器芯体的三个MEMS加速度传感器按三维直角坐标或金字塔结构排列，封装在单点检波器110的外壳内，构建成一个具有X轴、Y轴和Z轴三个方向分量的传感器芯体11。当然，也可以使用单个加速度传感器构建单分量传感器芯体。

同时，单点检波器110的控制电路中设有与传感器芯体111中各个传感器相对应的接口电路112。接口电路112设有三路，分别与X轴、Y轴和Z轴三个方向的传感器连接。该接口电路112主要用于测量MEMS传感器输出信号的变化，即加速度的变化。该接口电路使用开关电容技术测量由加速度变化引起的电容变化，其输出信号与输入信号(加速度信号)成比例。

之后，与振动波有关的加速度信号进入采集控制模块113。采集控制模块113将加速度信息编码为一定格式的数据并通过其内部的通信电路113a发送出去。

再次如图3所示，该采集控制模块113还设有与接口电路112的输出相连接的模数(A/D)转换电路113b。模数转换电路113b将接口电路112输出的模拟量进行量化和离散处理以转换为相应的数字量。然后，该数字量通过核心件113d编码为一定格式的数据通过通信电路113a发送出去。

同时，该采集控制模块113还设有自检电路113c。自检电路113c接收核心件113d发出的自检命令，并根据该自检命令中含有的幅度值和周期信息来产生相应的自检模拟输入量。该自检电路113c的输出连接到模数转换电路113b的模拟输入上。模数转换电路113b对该模拟输入量进行模数转换。核心件113d将转换后的值与预定的理想值进行比较，如果匹配，则自检成功，否则发出出错信息。

如图3所示，该单点检波器110还设有标准参考电压源114来对模数转换电路113b和MEMS输出幅度标定提供电压基准。标准参考电压源114一般采用专用的集成电路输出高精度的电压。同时，标准参考电压源114在整个单点检波器110的控制电路中用作电压基准。

在单点检波器110的控制电路中，由于MEMS传感器属于比较精密的测量仪器，其对电源的要求比较高。在外部电池供电的电压变化时，要保证提供给MEMS加速度计的工作电压不变，还要隔离电源本身的纹波对加速度计的干扰。同时，还要保证数字部分电源和模拟部分电源不共地，以降低数字电路对模拟小信号的干扰。因此通常采用锂电蓄电池作为供电电源，然后通过直流/直流变换器将供电电源转换成各部分需要的不同电压，最后将不同的电压通过稳压模块115后提供给电路的不同部分。

如图4所示为本发明的一个实施例的存储单元120的控制电路结构图。如图所示，该存储单元120的核心部件为一微控制器。该微控制器用于对该存储单元120的接口通信进行控制。存储单元120设有多个由该微控制器控制的通信接口。如图4所示，该存储单元120可以实现本地通信和远程通信。其中，本地通信接口包括RS485接口，其用于接收单点检波器110输出的编码数据。然后，微控制器将该编码数据通过本地通信接口USB接口1输出给存储介质。

本地通信接口还包括另外一USB接口2用以将编码数据通过WIFI方式进行发送以实现采集位置附近编码数据的无线传输。通过无线传输方式，一台笔记本就能随机的对任意一个或多个地震检波点的数据进行接收、现场跟踪和质量监视。同时，本地通信接口还包括一RS231-1接口用以将编码数据输出给PC超级终端来进行处理并予以显示。

如图4所示，该存储单元120还可用于远程通信。远程通信接口设置网口将编码数据通过以太网络进行无线远程发送。

同时，该存储单元120还设有JTAG接口用于微控制器的内核下载。

为对该存储单元120进行进一步的优化，在该采集地震数据的装置上还设有定位模块GPS130。该定位模块通过存储单元120上的RS232接口与微控制器连接。微控制器控制该定位模块对地震数据采集位置进行实时定位并将该定位数据进行存储，然后将该定位数据通过以太网或WIFI发送给指定设备。

在施工过程中如果遇到复杂地形，人工无法到达布置检波器的地点而需变更接收点时，可以通过存储单元120设置的GPS模块对变更后的检波器的地理位置实现实时定位。这就减少了对测量位置重新进行定位的工作过程。当然此处的定位模块不限于GPS定位方式，也可采用其他如北斗定位、格洛纳斯定位等定位方式。

在本发明的一个具体的实施例中，存储单元120的存储介质采用固态硬盘。这是因为固态硬盘无马达电机转动和旋转介质，其内部不存在任何机械部件，即使发生碰撞和震荡时，也不会影响到正常使用，所以具有较好的抗震性能，适合野外条件下的生产和施工。大多数固态硬盘重量轻、外形尺寸小，便于携带。固态硬盘可在-10～70摄氏度的范围内工作，工作温度范围大，适合野外工作环境要求。同时，固态硬盘没有机械传动，发热量小、故障率低，所以使用寿命较长。

如图5所示为本发明所述的用于采集地震数据的系统的一个实施例的结构图。该系统包括多个以上所述的采集地震数据的装置100。该装置包括单点检波器110和存储单元120。单点检波器110将振动波数据编码并通过RS485发送给存储单元120。存储单元120存储的振动波数据通过网络发送给地震数据采集处理平台以进行分析处理。该存储单元120存储的地震数据还可以通过WIFI方式发送，其中，WIFI模块通过USB接口与存储单元120连接。同时，该装置还设有GPS模块用于对地震数据采集地点进行实时定位，并将该点的位置信息发送给存储单元120以进行存储/发送。

在本发明中，通过将存储单元和检波器组合为一体使用，使采集和存储装置小型化、轻便化，同时不用进行占用很大工作量的测线布置，节省了人力、物力。由于检波器采集的数据存储时不需要通过大量的、远距离的线缆传输，减少了测线查错、排错的工作量，数据的可靠性得到了提高，从而提高了勘探的精度。由于采集、存储数据一体化，因此实现了无人值守，自动采集，减少了传统地震施工作业中大规模的人力、物力和系统配合资源。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，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 (15)

1.一种用于采集地震数据的装置，其特征在于，包括：

单个检波器(110)，其包括感应振动波的传感器芯体(111)、将所述振动波转化为一体现振动参量的信号的接口电路(112)以及接收所述振动参量信号并将其编码为符合一定格式的数据的采集控制模块(113)，所述采集控制模块还包括通信电路(113a)，以将所编码的数据发送出去；

存储单元(120)，其与所述单个检波器通信连接以接收并保存所述单个检波器(110)发送的编码数据。

2.如权利要求1所述的用于采集地震数据的装置，其特征在于，所述振动参量为加速度，所述传感器芯体包括X轴加速度传感器、Y轴加速度传感器以及Z轴加速度传感器。

3.如权利要求2所述的用于采集地震数据的装置，其特征在于，所述采集控制模块(113)还包括模数转换电路(113b)，其用于将模拟量的加速度信号转化为数字量。

4.如权利要求3所述的用于采集地震数据的装置，其特征在于，所述采集控制模块(113)还包括自检电路(113c)，其接收所述控制模块的核心件(113d)发出的自检命令，并根据该自检命令中包括的幅度值和周期信息产生相应的波形以得到自检所用的模拟输入量。

5.如权利要求4所述的用于采集地震数据的装置，其特征在于，所述自检电路(113c)的输出连接到所述模数转换电路(113b)的模拟输入上，所述模数转换电路(113b)对该模拟输入量进行模数转换后，由核心件(113d)将转换后的值与理想值进行比较，如果匹配，则自检成功，否则发出出错信息。

6.如权利要求2-5中任一项所述的用于采集地震数据的装置，其特征在于，所述单个检波器(110)还包括标准参考电压源(114)，所述标准参考电压源(114)用于向单个检波器(110)各部分电路提供电压基准。

7.如权利要求1-6中任一项所述的用于采集地震数据的装置，其特征在于，所述单个检波器(110)还包括稳压模块(115)，所述稳压模块(115)用于将外部电源电压转换为所述单个检波器(110)的各部分电路所需的电压，并将所述单个检波器(110)的数字部分与模拟部分的电源不共地设置。

8.如权利要求2-7中任一项所述的用于采集地震数据的装置，其特征在于，所述加速度传感器为MEMS加速度传感器。

9.如权利要求1-8中任一项所述的用于采集地震数据的装置，其特征在于，所述存储单元(120)包括微控制器及由所述微控制器控制的若干个本地通信接口，所述本地通信接口包括接收所述单个检波器(110)发送的编码数据的接口、将所述编码数据输出给存储介质的接口、将所述编码数据输出给PC超级终端以进行处理的接口和将所述编码数据通过WIFI无线方式发送的接口。

10.如权利要求9所述的用于采集地震数据的装置，其特征在于，所述存储介质采用固态硬盘。

11.如权利要求9或10所述的用于采集地震数据的装置，其特征在于，所述存储单元(120)还包括由微控制器控制的远程通信接口，所述远程通信接口包括发送所述编码数据的以太网接口。

12.如权利要求9-11中任一项所述的用于采集地震数据的装置，其特征在于，所述存储单元(120)还包括内核下载接口。

13.如权利要求9-12中任一项所述的用于采集地震数据的装置，其特征在于，所述装置还包括GPS模块(130)用以对地震数据采集位置进行定位，所述GPS(130)模块由微控制器控制实现定位功能。

14.一种用于采集地震数据的系统，其特征在于，包括：

单个检波器(100)，其包括感应振动波的传感器芯体(101)、将所述振动波转化为一体现振动参量的信号的接口电路(102)以及接收所述振动参量信号并将其编码为符合一定格式的数据的采集控制模块(103)，所述采集控制模块还包括通信电路(103a)，以将所编码的数据发送出去；

存储单元(110)，其与所述单个检波器(100)通信连接以接收并保存所述单个检波器(100)发送的编码数据；

地震数据采集处理平台，其通过本地通信或远程通信方式获取存储单元(110)存储的所述编码数据并进行处理、分析以获得所需的地震资料。

15.如权利要求14所述的用于采集地震数据的系统，其特征在于，所述用于采集地震数据的系统还设有GPS定位功能用以对取各个地震数据采集位置进行定位。