CN106772558A - 一种海底地震监测系统 - Google Patents

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冯学祥
莫才旺
陈谟华
苏小妹
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陈娟
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Abstract

本发明提供一种海底地震监测系统，属于数据采集领域，包括水下数据采集端和水面数据控制端；所述水下数据采集端与水面数据控制端经过光纤连接。所述水下数据采集端包括检波器、前置放大器、模拟滤波器、主放大器、模数转换器和信号转换器。所述水面数据控制端人机界面、控制器模块、服务器、数据分析模块、结果生成模块、数据传送模块、数据接收模块和若干个信号转换模块。本发明满足高速，高精度的釆集要求，实现对地震波信号的精确、实时采集，能够高保真地实时采集地震信号，实现很高的数据分辨率，很好的消除各种干扰。

Description

一种海底地震监测系统
技术领域
本发明涉及地震监测领域，具体的来说是涉及一种海底地震监测系统。
背景技术
目前，海上高精度地震采集技术作为深水油气田资源勘探开发的核心技术，直接制约着我国深海油气勘探开发技术与装备开发的技术水平；能够解决海上高精度地震采集技术这一瓶颈性问题，便能更好的解决我国海上深水油气资源勘探问题，大幅度提高深水油气资源勘探的成功率，提高海上油田开发采收率，推动我国高端海洋工程装备和深水油气勘探开发技术服务产业发展。其中，作为配套海上高精度地震采集装备的采集电路测试系统的技术水平对海上地震数据采集测试分析等有着重要的影响。
现在的很多的检测系统因存在上述体积大、传输模式复杂的缺点，还没有检测方便的海底地震监测系统。需要设计一种具有检测速度更快，结构更加方便的地震监测系统。
发明内容
为克服上述存在的不足，本发明提供一种海底地震监测系统。
本发明通过以下技术方案解决上述问题：
一种海底地震监测系统，包括水下数据采集端和水面数据控制端；所述水下数据采集端与水面数据控制端经过光纤连接；
所述水下数据采集端包括检波器、前置放大器、模拟滤波器、主放大器、模数转换器和信号转换器；所述检波器的输出端与前置放大器的输入端连接；所述前置放大器的输出端与模拟滤波器的输入端连接；所述模拟滤波器的输出端与主放大器的输入端连接；所述主放大器的输出端与模数转换器的输入端连接；所述模数转换器的输出端与信号转换器的输入端连接；所述信号转换器的输出端与光纤连接；
所述水面数据控制端人机界面、控制器模块、服务器、数据分析模块、结果生成模块、数据传送模块、数据接收模块和若干个信号转换模块；
所述每个信号转换模块的输入端均与数据传输的光纤连接；所述每个信号转换模块的输出端均与数据接收模块输入端连接；所述数据接收模块的输出端与数据传送模块的输入端连接；所述数据传送模块的输出端经控制器模块与服务器连接；所述数据分析模块的输入端与服务器连接；所述数据分析模块的输出端与结果生成模块的输入端连接；所述结果生成模块的输出端与控制器模块连接；所述人机界面的输入端与控制器模块连接。
上述方案中，优选的是通滤波器、阻带滤波器和低通滤波器；所述高通滤波器的输入端与前置放大器的输出端连接；所述高通滤波器的输出端与阻带滤波器连接；所述阻带滤波器的输出端与低通滤波器连接；所述低通滤波器的输出端与主放大器的输入端连接。
上述方案中，优选的是检波器为压电式的海洋检波器，使用锆酸钡、钛酸钡或黄硅铌钙矿与铅的合金制成，为片、管或陶瓷盘状。
上述方案中，优选的是数据接收模块包括CPCI总线电路、时序电路、采样电路和模数转换电路；所述CPCI总线电路的输入端与每个信号转换模块的输出端连接；所述CPCI总线电路的输出端与采样电路连接；所述采样电路的输出端与模数转换电路连接；所述模数转换电路的输出端与数据传送模块连接；所述时序电路的输出端与CPCI总线电路；所述时序电路和采样电路的输入端经数据传送模块与控制器模块连接。
上述方案中，优选的是数据传送模块包括滤波器、放大器和指令传送通道电路；所述滤波器的输入端与模数转换电路的输出端连接；所述滤波器的输出端经放大器与控制器模块连接；所述指令传送通道电路的输入端与控制器模块连接；所述指令传送通道电路的输出端与采样电路连接。
上述方案中，优选的是前置放大器包括放大器电路和电源电路；所述电源电路的输出端与放大器电路的电源端连接；所述放大器电路的输入端与检波器的输出端连接；所述放大器电路的输出端与模拟滤波器的输入端连接。
上述方案中，优选的是信号转换器为光电转换器，所述光电转换器包括光电转换电路、发射电路和光纤接口；所述光电转换电路的输入端与模数转换器的输出端连接；所述光电转换电路的输出端与发射电路的输入端连接；所述发射电路经光纤接口与光纤连接。
上述方案中，优选的是数据分析模块包括数据抽取电路、数据比对电路和数据匹配电路；所述数据抽取电路的输入端与服务器连接；所述数据抽取电路的输出端经数据比对电路与数据匹配电路连接；所述数据匹配电路的输出端与结果生成模块连接。
本发明的优点与效果是：
1、本发明满足高速，高精度的釆集要求，实现对地震波信号的精确、实时采集，能够高保真地实时采集地震信号，实现很高的数据分辨率，很好的消除各种干扰；
2、本发明实现低功耗和多通道的数据采集同步，传输系统实现高速实时数据向上传输和釆集系统中所有采集板同步配置功能；
3、本发明能够在海洋作业的恶劣环境中长期工作，并能实现高可靠性和稳定性。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
一种海底地震监测系统，如图1所示，包括水下数据采集端和水面数据控制端；所述水下数据采集端与水面数据控制端经过光纤连接。
所述水下数据采集端包括检波器、前置放大器、模拟滤波器、主放大器、模数转换器和信号转换器。所述检波器的输出端与前置放大器的输入端连接。所述前置放大器的输出端与模拟滤波器的输入端连接。所述模拟滤波器的输出端与主放大器的输入端连接。所述主放大器的输出端与模数转换器的输入端连接。所述模数转换器的输出端与信号转换器的输入端连接。所述信号转换器的输出端与光纤连接。
所述水面数据控制端人机界面、控制器模块、服务器、数据分析模块、结果生成模块、数据传送模块、数据接收模块和若干个信号转换模块。
所述每个信号转换模块的输入端均与数据传输的光纤连接。所述每个信号转换模块的输出端均与数据接收模块输入端连接。所述数据接收模块的输出端与数据传送模块的输入端连接。所述数据传送模块的输出端经控制器模块与服务器连接。所述数据分析模块的输入端与服务器连接；所述数据分析模块的输出端与结果生成模块的输入端连接。所述结果生成模块的输出端与控制器模块连接。所述人机界面的输入端与控制器模块连接。
所述模拟滤波器包括高通滤波器、阻带滤波器和低通滤波器；所述高通滤波器的输入端与前置放大器的输出端连接；所述高通滤波器的输出端与阻带滤波器连接；所述阻带滤波器的输出端与低通滤波器连接；所述低通滤波器的输出端与主放大器的输入端连接。海上压电式地震检波器主要有两种：变压耦合式海上检波器和带电荷放大器的海上检波器。根据压电检波器的压电效应原理，可以把压电检波器等效成一个与电容并联的电荷源或者等效成一个电压源。由于近年来，很多海上检波器不再采用变压器親合，而是利用电荷放大器来提供低输出阻抗，并对压电检波器产生的信号有一定的放大作用。
所述模拟滤波器包括高通滤波器、阻带滤波器和低通滤波器；所述高通滤波器的输入端与前置放大器的输出端连接；所述高通滤波器的输出端与阻带滤波器连接；所述阻带滤波器的输出端与低通滤波器连接；所述低通滤波器的输出端与主放大器的输入端连接。在海上地震勘探中，经地层反射到达检波器的地震信号中除了真正反映海底地质结构的有效地震信号外还包括许多其它噪声源产生的干扰信号，这些干扰信号同样会被检波器接收，转换成电压信号输出送到前置放大器的输入端，因此水下采集系统前端釆集电路采集到的地震信号中还包含了各种噪音源产生的干扰噪声。由于这些干扰噪声大部分都是相干噪声，在频域分布上与有效地震波的频率分布并不重合，因此可以利用两者之间的频率分布差异，通过滤波电路来压制或消除千扰噪声，从而提高地震信号的信噪比。滤波器是一种选频装置，它允许一些频率的信号通过同时阻止另外一些频率的信号通过。
所述信号转换模块为光电转换模块，所述光电转换模块主要包括光电转换器。所述所有的信号转换模块的信号通道一共为8000条，实现多通道数据同时采集。
所述数据接收模块包括CPCI总线电路、时序电路、采样电路和模数转换电路。所述CPCI总线电路的输入端与每个信号转换模块的输出端连接。所述CPCI总线电路的输出端与采样电路连接。所述采样电路的输出端与模数转换电路连接；所述模数转换电路的输出端与数据传送模块连接。所述时序电路的输出端与CPCI总线电路。所述时序电路和采样电路的输入端经数据传送模块与控制器模块连接。所述CPCI总线电路实现多通道数据的汇总，时序电路给采样电路提供采样时序，采样电路实现数据的采样。所述模数转换电路采用24位模数转换器配置的0.25ms采样率时。所述模数转换电路吧模拟信号转为数字信号。
所述前置放大器包括放大器电路和电源电路；所述电源电路的输出端与放大器电路的电源端连接；所述放大器电路的输入端与检波器的输出端连接；所述放大器电路的输出端与模拟滤波器的输入端连接。在水下釆集系统中，前置放大器与检波器通过一对差分导线相连。
所述信号转换器为光电转换器，所述光电转换器包括光电转换电路、发射电路和光纤接口；所述光电转换电路的输入端与模数转换器的输出端连接；所述光电转换电路的输出端与发射电路的输入端连接；所述发射电路经光纤接口与光纤连接。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。

Claims (8)

1.一种海底地震监测系统，其特征在于：包括水下数据采集端和水面数据控制端；所述水下数据采集端与水面数据控制端经过光纤连接；
所述水下数据采集端包括检波器、前置放大器、模拟滤波器、主放大器、模数转换器和信号转换器；所述检波器的输出端与前置放大器的输入端连接；所述前置放大器的输出端与模拟滤波器的输入端连接；所述模拟滤波器的输出端与主放大器的输入端连接；所述主放大器的输出端与模数转换器的输入端连接；所述模数转换器的输出端与信号转换器的输入端连接；所述信号转换器的输出端与光纤连接；
所述水面数据控制端人机界面、控制器模块、服务器、数据分析模块、结果生成模块、数据传送模块、数据接收模块和若干个信号转换模块；
所述每个信号转换模块的输入端均与数据传输的光纤连接；所述每个信号转换模块的输出端均与数据接收模块输入端连接；所述数据接收模块的输出端与数据传送模块的输入端连接；所述数据传送模块的输出端经控制器模块与服务器连接；所述数据分析模块的输入端与服务器连接；所述数据分析模块的输出端与结果生成模块的输入端连接；所述结果生成模块的输出端与控制器模块连接；所述人机界面的输入端与控制器模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种海底地震监测系统，其特征在于：所述模拟滤波器包括高通滤波器、阻带滤波器和低通滤波器；所述高通滤波器的输入端与前置放大器的输出端连接；所述高通滤波器的输出端与阻带滤波器连接；所述阻带滤波器的输出端与低通滤波器连接；所述低通滤波器的输出端与主放大器的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种海底地震监测系统，其特征在于：所述检波器为压电式的海洋检波器，使用锆酸钡、钛酸钡或黄硅铌钙矿与铅的合金制成，为片、管或陶瓷盘状。
4.根据权利要求1所述的一种海底地震监测系统，其特征在于：所述数据接收模块包括CPCI总线电路、时序电路、采样电路和模数转换电路；所述CPCI总线电路的输入端与每个信号转换模块的输出端连接；所述CPCI总线电路的输出端与采样电路连接；所述采样电路的输出端与模数转换电路连接；所述模数转换电路的输出端与数据传送模块连接；所述时序电路的输出端与CPCI总线电路；所述时序电路和采样电路的输入端经数据传送模块与控制器模块连接。
5.根据权利要求1所述的一种海底地震监测系统，其特征在于：所述数据传送模块包括滤波器、放大器和指令传送通道电路；所述滤波器的输入端与模数转换电路的输出端连接；所述滤波器的输出端经放大器与控制器模块连接；所述指令传送通道电路的输入端与控制器模块连接；所述指令传送通道电路的输出端与采样电路连接。
6.根据权利要求1所述的一种海底地震监测系统，其特征在于：所述前置放大器包括放大器电路和电源电路；所述电源电路的输出端与放大器电路的电源端连接；所述放大器电路的输入端与检波器的输出端连接；所述放大器电路的输出端与模拟滤波器的输入端连接。
7.根据权利要求1所述的一种海底地震监测系统，其特征在于：所述信号转换器为光电转换器，所述光电转换器包括光电转换电路、发射电路和光纤接口；所述光电转换电路的输入端与模数转换器的输出端连接；所述光电转换电路的输出端与发射电路的输入端连接；所述发射电路经光纤接口与光纤连接。
8.根据权利要求1所述的一种海底地震监测系统，其特征在于：所述数据分析模块包括数据抽取电路、数据比对电路和数据匹配电路；所述数据抽取电路的输入端与服务器连接；所述数据抽取电路的输出端经数据比对电路与数据匹配电路连接；所述数据匹配电路的输出端与结果生成模块连接。
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