CN111239800A - 一种交互式辅助地震检波器调平装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于地震勘探和振动检测领域，具体地涉及一种交互式辅助地震检波器调平装置及方法,该装置包括：双轴倾角传感器，放置在检波器正上方，使双轴倾角传感器水平方向与检波器水平方向平行，双轴倾角传感器竖直方向与检波器竖直方向重合；主控制器，采集双轴倾角传感器的信号通过姿态解算得到检波器X轴Y轴的倾斜角，手持终端，通过蓝牙模块接收主控制器的信号，并比较倾斜角是否在误差设定值范围内；若不是在设定范围内，根据倾斜角计算需要推进的长度和方向向量；根据需要推进的长度和方向向量通过界面和语音进行提示,本发明不破坏检波器原有结构，通过主控模块和双轴倾角传感器的辅助，实现了对倾角传感器位置状态的检测。

Description

一种交互式辅助地震检波器调平装置及方法

技术领域

本发明属于地震勘探和振动检测领域，具体地涉及一种交互式辅助地震检波器调平装置及方法。

背景技术

地震勘探广泛应用于勘探石油和天然气等矿产资源、研究地下空间结构等方面。进行地震勘探时，通过人工放炮产生地震波，这些地震波反射回来得到的地震信号携带着重要的信息，需要利用传感器采集回来供研究人员进行处理分析。采集地震信号的传感器即检波器，可将接收到的地震信号转化为能够被仪器记录下来的电信号。检波器作为地震勘探中重要传感器之一，采集到的数据质量会直接影响到后续处理结果，在整个勘探过程中有着重要作用。

现阶段，地震勘探过程中，检波器从种类上分有动圈式地震检波器、压电式地震检波器、MEMS电容式地震检波器、电化学地震检波器等。为使检波器与地面更好的耦合，外壳一般采用锥形结构。在摆放过程中常常没有任何仪器辅助，或只是依据一个气泡水平仪判断检波器是否放置正确。但随着地震勘探区域的逐渐扩大，检波器放置的环境各有不同，有时需要在一些较恶劣的环境下如用户调节时仅仅依靠气泡水平仪，并没有针对性的提示，只能依据自己的经验、感觉进行调整，调错方向、调过角度等现象时有发生，大大拖慢了施工进度也影响了实验的准确度。而地震勘探时常在野外进行，需要将这些仪器进行搬运，在这个过程中，气泡水平仪很容易因不可避免的撞击受到损伤。且地震勘探时常会遇到大风、大雨、大雪等恶劣天气，气泡水平仪容易出现被雨、雪、尘土挡住看不清楚甚至损坏的现象。失去气泡水平仪后，用户肉眼观察摆放的准确率更低、操作更难。随着计算机和数据处理技术的不断发展，对检波器采集到的数据精度要求愈来愈高，对检波器采集到的数据的可靠性要求变得愈来愈高。

虽然可以在后续利用算法进行修正，但地震勘探实验所用检波器数量很多，采集到的数据量极大，且每个检波器放置时的倾斜角度倾斜程度都是未知的，因此单依靠后续算法进行处理效率低，也无法保证数据的可靠性，因此，如何通过一个可靠性强、效率高的快速辅助检波器调平方法就可以减小采集数据误差是现在急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种交互式辅助地震检波器调平装置及方法，解决由于检波器放置不准确造成采集数据误差的问题。

本发明是这样实现的，

一种交互式辅助地震检波器调平装置，该装置包括：

双轴倾角传感器，放置在检波器正上方，使双轴倾角传感器水平方向与检波器水平方向平行，双轴倾角传感器竖直方向与检波器竖直方向重合；

主控制器，采集双轴倾角传感器的信号通过姿态解算得到检波器X轴Y轴的倾斜角；

手持终端，通过蓝牙模块接收主控制器的信号，并比较倾斜角是否在误差设定值范围内；若不是在设定范围内，根据倾斜角计算需要推进的长度和方向向量根据需要推进的长度和方向向量通过界面和语音进行提示。

进一步地，所述主控制器根据L＝(H+l)sinα计算推进的长度，其中，H为尾椎长度，l为双轴倾角传感器到尾椎的长度，α为倾斜角。

进一步地，所述手持终端以双轴倾角传感器X轴为水平方向，Y轴为垂直方向，双轴倾角传感器竖直方向为Z轴，建立空间直角坐标系，通过双轴倾斜角确定检波器水平方向所在平面上的两条不平行的向量，与这两条不平行的向量垂直的向量确定为检波器水平方向所在平面的法向量

得出法向量与Z轴正方向的夹角α为检波器的倾斜角,向量

方向为需要推进的方向。

进一步地，所述手持终端通过绘制模块绘制调平界面图像，在调平界面图像上用星号表示检波器显示出当前检波器所在的位置。

进一步地，所述绘制模块绘制调平界面包括：以检波器上视图为基准面，以双轴倾角传感器X轴正方向为水平正方向，Y轴正方向为垂直正方向建立平面直角坐标系，依据倾斜角画出当前检波器位置(x,y)，以星号表示，并在界面图像显示“倾角α”，若允许最小误差为γ，用圆圈画出检波器允许摆放的位置最大范围圆圈半径为R,R＝(H+l)sinγ，星号进入圆圈内即为调平成功，语音和界面提示调平成功，若倾斜角度大于γ，用箭头指出调平方向即方向向量

方向。计算并在界面上标注向量

与X轴正方向夹角，以及需要推动的距离L。

一种交互式辅助地震检波器调平方法，该方法包括:

通过双轴倾角传感器放置在检波器正上方，使双轴倾角传感器水平方向与检波器水平方向平行，双轴倾角传感器竖直方向与检波器竖直方向重合，测量检波器X轴Y轴的倾斜角，并比较倾斜角是否在误差设定值范围内；若不是在设定范围内，根据倾斜角计算需要推进的长度和方向向量；

根据需要推进的长度和方向向量通过界面图像和语音进行提示。

进一步地，根据L＝(H+l)sinα计算推进的长度，其中，H为尾椎长度，l为双轴倾角传感器到尾椎的长度，α为倾斜角。

进一步地，以双轴倾角传感器X轴为水平方向，Y轴为垂直方向，双轴倾角传感器竖直方向为Z轴，建立空间直角坐标系，通过双轴倾斜角确定检波器水平方向所在平面上的两条不平行的向量，与这两条不平行的向量垂直的向量确定为检波器水平方向所在平面的法向量

得出法向量与Z轴正方向的夹角α为检波器的倾斜角,向量

方向为需要推进的方向。

进一步地，根据需要推进的长度和方向向量通过界面图像和语音进行提示包括：绘制调平界面图像，在调平界面图像上显示出当前检波器所在的位置。

进一步地，所述绘制调平界面包括：以检波器上视图为基准面，以双轴倾角传感器X轴正方向为水平正方向，Y轴正方向为垂直正方向建立平面直角坐标系，依据倾斜角画出当前检波器位置(x,y)，以星号表示，并在界面图像显示“倾角α”，若允许最小误差为γ，用圆圈画出检波器允许摆放的位置最大范围圆圈半径为R,R＝(H+l)sinγ，星号进入圆圈内即为调平成功，语音和界面提示调平成功，若倾斜角度大于γ，用箭头指出调平方向即方向向量

方向，计算并在界面上标注向量

与X轴正方向夹角，以及需要推动的距离L。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：通过一种交互式辅助地震检波器调平方法，在保证检波器成本低，体积小、重量轻、便携的优点下，不破坏检波器原有结构，通过主控模块和双轴倾角传感器，实现了对倾角传感器位置状态的检测，并和手机终端结合，将倾角传感器位置状态和后续调整方法形象的展示出来，不同于之前通过气泡水平仪调整，这种方法可靠性更强，视角更大，更直观，通过图像以及语音的提示可以更有针对性的提示用户，大大缩短调平时间，提高检测数据的质量，节约了地震勘探中的人力成本，时间成本。

附图说明

图1为本装置实施例结构示意图；

图2为本界面图像图；

图3为本发明方法实施例方法流程图；

图4为本发明方法实施例在倾斜角与最小误差判断执行流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种交互式辅助检波器调平装置，其中包括检波器3、双轴倾角传感器2、主控制器1以及手持终端。如图1所示，将双轴倾角传感器放置在检波器正上方，使双轴倾角传感器水平方向与检波器水平方向平行，双轴倾角传感器竖直方向与检波器竖直方向重合。主控模块放置在双轴倾角传感器上方。检波器3连接有尾椎4。

参见图3，双轴倾角传感器按照设定频率获取X轴Y轴的倾斜角，倾斜角为倾斜面X轴Y轴与水平面X轴Y轴的倾斜角，将倾斜角信息通过主控模块上的蓝牙传输到手持终端。以双轴倾角传感器X轴为水平方向，Y轴为垂直方向，双轴倾角传感器竖直方向为Z轴，建立空间直角坐标系，通过双轴倾斜角确定检波器水平方向所在平面上的两条不平行的向量，与这两条不平行的向量垂直的向量确定为检波器水平方向所在平面的法向量

其中两条不平行的向量为从原点出发的两条方向向量，一个是倾斜面x轴所在的方向向量，一个是倾斜面y轴所在的方向向量，得出法向量与Z轴正方向的夹角α即为检波器的倾斜角，并通过手持终端语音播报当前倾斜角度。参见图2所示，为更加形象的将位置状态展现，绘制辅助调平界面图像，以检波器上视图为基准面，以倾角传感器X轴正方向为水平正方向，Y轴正方向为垂直正方向建立平面直角坐标系，依据倾斜角画出当前检波器位置即(x,y)，如图2所示，以星号表示，并在界面显示“倾角α”。

手持终端的辅助调整部分将信息采集部分获得的倾斜角α大小与设定允许的最小误差γ进行比较，若α＜γ，手持终端语音和界面同时提示调平成功；若α＞γ，语音报警，界面显示摆放错误，如图2所示，手持终端计算出需要推动的距离L，L＝(H+l)sinα，其中H为尾椎长度，l为双轴倾角传感器到尾椎的长度，在调平界面图像上标明允许最小误差γ时，用灰色圆圈画出检波器允许摆放的位置最大范围圆圈半径为R,R＝(H+l)sinγ，星号进入灰色圆圈内即为调平成功。给出箭头指向需要调平的方向即向量

方向，β为向量

与X轴正方向夹角，通过界面和语音同时提示用户如何调节，即-x＞0时向右，-x＜0向左，y＞0提示向前，y＜0提示向后，如-x＞0,-y＞0时提示用户向右前方β调整。当检波器倾角α＞10°时，当前倾角过大可快速推动；当检波器倾角α≤10°时，当前倾角过小，请小心慢调，同时界面上代表检波器的星号变红并闪烁提示用户，直到检波器放置正确，通过显示界面和语音同时提示用户调平成功。由于手持终端的移动性较强，因此在使用手持终端辅助调平时，要将界面上展示的正上方向对准检波器Y轴正方向，方可按照界面和语音提示调平。

本发明实施例提供的一种交互式辅助地震检波器调平方法，参见图3结合图4该方法包括:

通过双轴倾角传感器放置在检波器正上方，使双轴倾角传感器水平方向与检波器水平方向平行，双轴倾角传感器竖直方向与检波器竖直方向重合，测量检波器X轴Y轴的倾斜角，并比较倾斜角是否在误差设定值范围内；若不是在设定范围内，根据倾斜角计算需要推进的长度和方向向量；

根据需要推进的长度和方向向量通过界面图像和语音进行提示。

根据L＝(H+l)sinα计算推进的长度，其中，H为尾椎长度，l为双轴倾角传感器到尾椎的长度，α为倾斜角。

参见图3，以双轴倾角传感器X轴为水平方向，Y轴为垂直方向，双轴倾角传感器竖直方向为Z轴，建立空间直角坐标系，通过双轴倾斜角确定检波器水平方向所在平面上的两条不平行的向量，与这两条不平行的向量垂直的向量确定为检波器水平方向所在平面的法向量

得出法向量与Z轴正方向的夹角α为检波器的倾斜角。将倾斜角α显示在手持终端界面上，绘制辅助调平界面。在调平界面图像上显示出当前检波器所在的位置。

所述绘制调平界面包括：以检波器上视图为基准面，以双轴倾角传感器X轴正方向为水平正方向，Y轴正方向为垂直正方向建立平面直角坐标系，依据倾斜角画出当前检波器位置(x,y)，以星号表示，并在界面图像显示“倾角α”，若允许最小误差为γ，用圆圈画出检波器允许摆放的位置最大范围圆圈半径为R,R＝(H+l)sinγ，星号进入圆圈内即为调平成功，语音和界面提示调平成功，若倾斜角度大于γ，用箭头指出调平方向即方向向量

方向。计算并在界面上标注向量

与X轴正方向夹角，以及需要推动的距离L。

参见图4，获得的倾斜角α大小与设定允许的最小误差γ进行比较，若α＜γ，手持终端语音和界面同时提示调平成功；若α＞γ，语音报警，界面显示摆放错误，如图2所示，手持终端计算出需要推动的距离L，L＝(H+l)sinα，其中H为尾椎长度，l为双轴倾角传感器到尾椎的长度，在调平界面图像上标明允许最小误差γ时，用灰色圆圈画出检波器允许摆放的位置最大范围圆圈半径为R,R＝(H+l)sinγ，星号进入灰色圆圈内即为调平成功。给出箭头指向需要调平的方向即向量

方向，β为向量

与X轴正方向夹角，通过界面和语音同时提示用户如何调节，即-x＞0时向右，-x＜0向左，y＞0提示向前，y＜0提示向后，如-x＞0,-y＞0时提示用户向右前方β调整。当检波器倾角α＞10°时，当前倾角过大可快速推动；当检波器倾角α≤10°时，当前倾角过小，请小心慢调，同时界面上代表检波器的星号变红并闪烁提示用户，直到检波器放置正确，通过显示界面和语音同时提示用户调平成功。由于手持终端的移动性较强，因此在使用手持终端辅助调平时，要将界面上展示的正上方向对准检波器Y轴正方向，方可按照界面和语音提示调平。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种交互式辅助地震检波器调平装置，其特征在于，该装置包括：

双轴倾角传感器，放置在检波器正上方，使双轴倾角传感器水平方向与检波器水平方向平行，双轴倾角传感器竖直方向与检波器竖直方向重合；

主控制器，采集双轴倾角传感器的信号通过姿态解算得到检波器X轴Y轴的倾斜角；

手持终端，通过蓝牙模块接收主控制器的信号，并比较倾斜角是否在误差设定值范围内；若不是在设定范围内，根据倾斜角计算需要推进的长度和方向向量根据需要推进的长度和方向向量通过界面和语音进行提示。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主控制器根据L＝(H+l)sinα计算推进的长度，其中，H为尾椎长度，l为双轴倾角传感器到尾椎的长度，α为倾斜角。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述手持终端以双轴倾角传感器X轴为水平方向，Y轴为垂直方向，双轴倾角传感器竖直方向为Z轴，建立空间直角坐标系，通过双轴倾斜角确定检波器水平方向所在平面上的两条不平行的向量，与这两条不平行的向量垂直的向量确定为检波器水平方向所在平面的法向量

得出法向量与Z轴正方向的夹角α为检波器的倾斜角,向量

方向为需要推进的方向。

4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述手持终端通过绘制模块绘制调平界面图像，在调平界面图像上用星号表示检波器显示出当前检波器所在的位置。

5.按照权利要求4所述的装置，其特征在于，所述绘制模块绘制调平界面包括：以检波器上视图为基准面，以双轴倾角传感器X轴正方向为水平正方向，Y轴正方向为垂直正方向建立平面直角坐标系，依据倾斜角画出当前检波器位置(x,y)，以星号表示，并在界面图像显示“倾角α”，若允许最小误差为γ，用圆圈画出检波器允许摆放的位置最大范围圆圈半径为R,R＝(H+l)sinγ，星号进入圆圈内即为调平成功，语音和界面提示调平成功，若倾斜角度大于γ，用箭头指出调平方向即方向向量

方向。计算并在界面上标注向量

与X轴正方向夹角，以及需要推动的距离L。

6.一种交互式辅助地震检波器调平方法，其特征在于，该方法包括:

通过双轴倾角传感器放置在检波器正上方，使双轴倾角传感器水平方向与检波器水平方向平行，双轴倾角传感器竖直方向与检波器竖直方向重合，测量检波器X轴Y轴的倾斜角，并比较倾斜角是否在误差设定值范围内；若不是在设定范围内，根据倾斜角计算需要推进的长度和方向向量；

根据需要推进的长度和方向向量通过界面图像和语音进行提示。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，根据L＝(H+l)sinα计算推进的长度，其中，H为尾椎长度，l为双轴倾角传感器到尾椎的长度，α为倾斜角。

8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，以双轴倾角传感器X轴为水平方向，Y轴为垂直方向，双轴倾角传感器竖直方向为Z轴，建立空间直角坐标系，通过双轴倾斜角确定检波器水平方向所在平面上的两条不平行的向量，与这两条不平行的向量垂直的向量确定为检波器水平方向所在平面的法向量

得出法向量与Z轴正方向的夹角α为检波器的倾斜角,向量

方向为需要推进的方向。

9.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，根据需要推进的长度和方向向量通过界面图像和语音进行提示包括：绘制调平界面图像，在调平界面图像上显示出当前检波器所在的位置。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述绘制调平界面包括：以检波器上视图为基准面，以双轴倾角传感器X轴正方向为水平正方向，Y轴正方向为垂直正方向建立平面直角坐标系，依据倾斜角画出当前检波器位置(x,y)，以星号表示，并在界面图像显示“倾角α”，若允许最小误差为γ，用圆圈画出检波器允许摆放的位置最大范围圆圈半径为R,R＝(H+l)sinγ，星号进入圆圈内即为调平成功，语音和界面提示调平成功，若倾斜角度大于γ，用箭头指出调平方向即方向向量

方向，计算并在界面上标注向量

与X轴正方向夹角，以及需要推动的距离L。

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