CN108761525A - 一种地震勘探无缆自主采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地震勘探无缆自主采集系统，其特征在于：包括野外采集节点、中继器、手持数据回收测试终端、集中式数据回收充电柜及地震数据融合处理软件系统，所述野外采集节点内置有高灵敏度检波器机芯，所述野外采集节点电性连接检波器接口，检波器接口电性连接检波器，所述集中式数据回收充电柜通过外部充电与数据回收端口电性连接野外采集节点，所述野外采集节点无线连接中继器，中继器无线连接手持数据回收测试终端。本发明设计合理，重量轻、成本低、精度高、动态范围大、地震信号采集与数字化稳定可靠，而且安装设置方便快捷，可实现真正意义上的无缝采集，可以很好的满足使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种地震勘探采集系统，特别提供了一种地震勘探无缆自主采集系统。
背景技术
地震仪器是地震勘探的核心设备，负责完成野外地震数据的采集和记录。地震仪器主要分为有线系统和无线(节点)系统两种，其中，通常使用的有线系统有Sercel 428XL、Inova G3i等。节点系统又可细分为三大类：实时数据回传系统、部分数据回传系统、自主采集系统。
随着油气勘探目标日趋复杂，地表条件越来越复杂，有线系统存在诸多难题，一方面复杂地表难以布设、布设过程中存在着极大的安全风险；另一方面一旦有排列故障，需要等待处理后才能建排采集；这些难题直接影响到施工的效益、质量和安全。同时，有线系统还受大道数、灵活观测、多目标、连续采集等诸多制约。
因此，本领域技术人员提供了一种地震勘探无缆自主采集系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地震勘探无缆自主采集系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种地震勘探无缆自主采集系统，包括野外采集节点、中继器、手持数据回收测试终端、集中式数据回收充电柜及地震数据融合处理软件系统，所述野外采集节点内置有高灵敏度检波器机芯，所述野外采集节点电性连接检波器接口，检波器接口电性连接检波器，根据项目要求可选择使用内置高灵敏度检波器机芯或通过检波器接口电性连接检波器，所述集中式数据回收充电柜通过外部充电与数据回收端口电性连接野外采集节点，所述野外采集节点无线连接中继器，中继器无线连接手持数据回收测试终端。
作为改进：所述的野外采集节点包括主控模块、32位模数转换模块、GPS模块、高精度时钟联合授时模块、无线通讯模块、电源模块、测试模块；主控模块采用工业级ARM芯片，采用低功耗嵌入式控制流程，控制数据采集、定位、授时、无线通讯、电源管理等功能模块的运行，对各个站内功能单元的状态监测、状态控制和任务调度；时钟授时与守时满足严格意义上的广域、系统级同步采集要求；内置工业级大容量固态存储卡，满足30天连续采集(2KSPS)的存储量要求；野外采集节点支持内置高灵敏度检波器或外接标准检波器串；内置大容量锂电池组及充放电管理单元，实现30天无间断采集；IP67标准防水设计，可浸水工作；野外采集节点采用差分输入-差分输出低噪声可变增益放大电路实现增益前置放大；模数转换电路以国际领先的集成式32位Δ-Σ模数转换器为核心，加以外围辅助电路组成。模数转换器内部包含五阶Δ-Σ增量调制器、可编程数字抽取滤波及其他控制和接口电路，动态范围高达130dB，灵敏度达uV级，这种设置有助于充分发掘检波器的潜力，满足高灵敏度测量的要求；地震勘探无缆自主采集系统采用GPS/GLONASS/BEIDOU多卫星制式+高精度时钟联合授时方案，由GPS模块和高精度时钟联合授时模块提供同步时间基准，由高稳定度时钟源提供卫星同步失锁时的补偿时钟，建立低功耗条件下的局部区域时间同步基准，实现严格意义上的广域系统级同步采集。
作为进一步改进：野外采集节点的供电采用内置大容量锂电池单元，锂电池单元采用标准18650锂电池芯体组合方案，单元内置过流、过压、欠压、过充、过放保护电路，能够在高强度使用的条件下依然较好地保持电池芯体之间的均衡，锂电池单元容量支持野外采集节点连续采集30天。同时通过高效低噪电源模块，提高了多路DC/DC降压器的开关效率、优化电源负载分配网络，配合高频噪声抑制措施，确保满足仪器内部各单元模块对供电电流及电源纯净度的要求。
作为进一步改进：所述野外采集节点内置的无线通讯模块包含ZIGBEE和WIFI两种通讯方式，野外采集节点与中继器可通过ZIGBEE的方式进行通讯，同时手持数据回收测试终端通过WIFI方式与中继器进行通讯，实现了对采集站的无线状态查询、工作状态控制与切换、采集数据回读等操作，从而达到现场质控的目的。
作为进一步改进：所述手持数据回收测试终端3包括状态显示模块、参数设置模块、波形显示模块、数据回收模块和仪器自检模块，借助WLAN高速无线网络，完成现场采集节点的参数设置、桩号校验、检波器测试、状态检查、数据回收等工作。
作为进一步改进：所述集中式数据回收充电柜包括集中式数据回收处理器和充电柜，集中式数据回收处理器和充电柜设置在同一个防护柜体内，集中式数据回收充电柜设有24个槽位，共4层，每层设6个槽位，可实现节点仪器的批量充电与数据回收。
作为进一步改进：所述地震数据融合处理软件系统基于Windows操作系统编制，支持炸药、可控震源(源驱动采集方式)，震源信号分析；地震激发控制、数据相关和叠加；实现系统采集数据的汇总、数据完整性检查、震源同步检验及单炮道集切割，输出SEG-D格式数据。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明设计合理，重量轻、成本低、精度高、动态范围大、地震信号采集与数字化稳定可靠，而且安装设置方便快捷，可实现真正意义上的无缝采集，可以很好的满足使用要求。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明中地震勘探无缆自主采集系统的野外采集节点功能框图；
图2是本发明中野外采集节点兼容内置高灵敏度检波器机芯和外置检波器的连接示意图；
图3是本发明的联合授时算法优化设计的示意图；
图4是本发明中无线通讯方式示意图。
图中：野外采集节点1、检波器2、手持数据回收测试终端3、中继器4、高灵敏度检波器机芯5。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～4，本发明实施例中，一种地震勘探无缆自主采集系统，包括野外采集节点1、中继器4、手持数据回收测试终端3、集中式数据回收充电柜及地震数据融合处理软件系统，所述野外采集节点1内置有高灵敏度检波器机芯5，所述野外采集节点1电性连接检波器接口，检波器接口电性连接检波器2，根据项目要求可选择使用内置高灵敏度检波器机芯5或通过检波器接口电性连接检波器2，所述集中式数据回收充电柜通过外部充电与数据回收端口电性连接野外采集节点1，所述野外采集节点1无线连接中继器4，中继器4无线连接手持数据回收测试终端3。
所述的野外采集节点1包括主控模块、32位模数转换模块、GPS模块、高精度时钟联合授时模块、无线通讯模块、电源模块、测试模块；主控模块采用工业级ARM芯片，采用低功耗嵌入式控制流程，控制数据采集、定位、授时、无线通讯、电源管理等功能模块的运行，对各个站内功能单元的状态监测、状态控制和任务调度；时钟授时与守时满足严格意义上的广域、系统级同步采集要求；内置工业级大容量固态存储卡，满足30天连续采集(2KSPS)的存储量要求；野外采集节点1支持内置高灵敏度检波器或外接标准检波器串；内置大容量锂电池组及充放电管理单元，实现30天无间断采集；IP67标准防水设计，可浸水工作；野外采集节点采用差分输入-差分输出低噪声可变增益放大电路实现增益前置放大；模数转换电路以国际领先的集成式32位Δ-Σ模数转换器为核心，加以外围辅助电路组成。模数转换器内部包含五阶Δ-Σ增量调制器、可编程数字抽取滤波及其他控制和接口电路，动态范围高达130dB，灵敏度达uV级，这种设置有助于充分发掘检波器的潜力，满足高灵敏度测量的要求；地震勘探无缆自主采集系统采用GPS/GLONASS/BEIDOU多卫星制式+高精度时钟联合授时方案，由GPS模块和高精度时钟联合授时模块提供同步时间基准，由高稳定度时钟源提供卫星同步失锁时的补偿时钟，建立低功耗条件下的局部区域时间同步基准，实现严格意义上的广域系统级同步采集。
所述野外采集节点1的供电采用内置大容量锂电池单元，锂电池单元采用标准18650锂电池芯体组合方案，单元内置过流、过压、欠压、过充、过放保护电路，能够在高强度使用的条件下依然较好地保持电池芯体之间的均衡，锂电池单元容量支持野外采集节点1连续采集30天；同时通过高效低噪电源模块，提高了多路DC/DC降压器的开关效率、优化电源负载分配网络，配合高频噪声抑制措施，确保满足仪器内部各单元模块对供电电流及电源纯净度的要求。
所述野外采集节点1内置的无线通讯模块包含ZIGBEE和WIFI两种通讯方式，野外采集节点与中继器可通过ZIGBEE的方式进行通讯，同时手持数据回收测试终端通过WIFI方式与中继器进行通讯，实现了对采集站的无线状态查询、工作状态控制与切换、采集数据回读等操作，从而达到现场质控的目的。
所述手持数据回收测试终端3包括状态显示模块、参数设置模块、波形显示模块、数据回收模块和仪器自检模块，借助WLAN高速无线网络，完成现场采集节点的参数设置、桩号校验、检波器测试、状态检查、数据回收等工作。
所述集中式数据回收充电柜包括集中式数据回收处理器和充电柜，集中式数据回收处理器和充电柜设置在同一个防护柜体内，集中式数据回收充电柜设有24个槽位，共4层，每层设6个槽位，可实现节点仪器的批量充电与数据回收。
所述地震数据融合处理软件系统基于Windows操作系统编制，支持炸药、可控震源(源驱动采集方式)，震源信号分析；地震激发控制、数据相关和叠加；实现系统采集数据的汇总、数据完整性检查、震源同步检验及单炮道集切割，输出SEG-D格式数据。
工作原理
本发明在使用时，若系统是使用野外采集节点1内置的高灵敏度检波器机芯5进行采集，需在野外采集节点1底部装上尾椎。使用触发开关启动野外采集节点1，将野外采集节点1按规定埋置于指定区域，野外采集节点完成搜星后开始自动采集。手持数据回收测试终端3通过中继器4进行对野外采集节点1进行参数、线号桩号等设置，并将工作模式设置为内置检波器模式。
若系统使用外接检波器2进行采集，需通过野外采集节点1端盖上的检波器接口电性连接检波器2。使用触发开关启动野外采集节点1，将野外采集节点和外接的检波器2按规定埋置于指定区域，野外采集节点完成搜星后开始自动采集。手持数据回收测试终端3通过中继器4进行对野外采集节点1进行参数、线号桩号等设置，并将工作模式设置为外置检波器模式，此时内置的高灵敏度检波器机芯5被系统关闭不工作。
手持数据回收测试终端3对野外采集节点1进行自检时，需先点击停止采集，待确定自检结果皆正常后再点击开始采集，野外采集节点1即进入数据采集阶段。采集过程中，可在手持数据回收测试终端3上实时观测当前野外采集节点1的地震数据采集情况，回看某个特定时间段内的地震数据。
采集结束后，用开关将野外采集节点1关机，将野外采集节点1置于集中式数据回收充电柜上，将野外采集节点存储的地震数据导出，经地震数据融合处理软件的处理、合成，即可得到所需的地震资料。集中式数据回收充电柜连接上220V的交流电，即可对野外采集节点进行充电。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种地震勘探无缆自主采集系统，其特征在于：包括野外采集节点(1)、中继器(4)、手持数据回收测试终端(3)、集中式数据回收充电柜及地震数据融合处理软件系统，所述野外采集节点(1)内置有高灵敏度检波器机芯(5)，所述野外采集节点(1)电性连接检波器接口，检波器接口电性连接检波器(2)，所述集中式数据回收充电柜通过外部充电与数据回收端口电性连接野外采集节点(1)，所述野外采集节点(1)无线连接中继器(4)，中继器(4)无线连接手持数据回收测试终端(3)。
2.根据权利要求1所述地震勘探无缆自主采集系统，其特征在于：所述的野外采集节点(1)包括主控模块、32位模数转换模块、GPS模块、高精度时钟联合授时模块、无线通讯模块、电源模块、测试模块；主控模块采用工业级ARM芯片，采用低功耗嵌入式控制流程，控制数据采集、定位、授时、无线通讯、电源管理等功能模块的运行，对各个站内功能单元的状态监测、状态控制和任务调度，野外采集节点(1)内置有工业级大容量固态存储卡。
3.根据权利要求1所述的地震勘探无缆自主采集系统，其特征在于：野外采集节点(1)内置有大容量锂电池单元，锂电池单元采用标准18650锂电池芯体组合方案，单元内置过流、过压、欠压、过充、过放保护电路。
4.根据权利要求1或2所述的地震勘探无缆自主采集系统，其特征在于：野外采集节点(1)内置无线通讯模块包含ZIGBEE和WIFI两种通讯方式，野外采集节点(1)与中继器(4)可通过ZIGBEE的方式进行通讯，同时手持数据回收测试终端(3)通过WIFI方式与中继器(4)进行通讯。
5.根据权利要求1所述地震勘探无缆自主采集系统，其特征在于：所述手持数据回收测试终端(3)包括状态显示模块、参数设置模块、波形显示模块、数据回收模块和仪器自检模块。
6.根据权利要求1所述地震勘探无缆自主采集系统，其特征在于：所述集中式数据回收充电柜包括集中式数据回收处理器和充电柜，集中式数据回收处理器和充电柜设置在同一个防护柜体内，集中式数据回收充电柜设有24个槽位，共4层，每层设6个槽位。
7.根据权利要求1所述地震勘探无缆自主采集系统，其特征在于：所述地震数据融合处理软件系统基于Windows操作系统编制，支持炸药、可控震源(源驱动采集方式)，震源信号分析；地震激发控制、数据相关和叠加；实现系统采集数据的汇总、数据完整性检查、震源同步检验及单炮道集切割，输出SEG-D格式数据。
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