CN112444884A - 一种双时钟海底地震仪数据采集装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双时钟海底地震仪数据采集装置和方法，包括电源模块、存储模块、控制模块、原子钟、晶振时钟、数据采集模块、水听器和地震计，通过采用同时使用原子钟和晶振时钟2种不同精度的时钟，日常的采集工作使用低精度低功耗的晶振时钟，只有在设定的时间启动原子钟，原子钟与晶振时钟时间进行对比，记录二者的误差并校准晶振时钟，这种采集方法可以大大降低原子钟的使用功耗，既保证提高了采集记录系统的时钟精度，又能保持了较低的系统功耗，从而使双时钟海底地震仪数据采集装置具有了高精度的时钟信息和较低的功耗，增强了海底地震仪的探测能力。
Description
技术领域
本发明涉及海底地震探测技术领域，具体涉及一种双时钟海底地震仪数据采集装置和方法。
背景技术
海底地震探测是研究海洋地壳精细结构、上地幔岩石圈成像的必要手段，在陆地区域，天气地震观测方法较为成熟，地震台网也较为密集，但是，在占地球表面70％的海洋，天然地震观测几乎为空白，由海底地震仪及其组成的海底地震观测台阵是开展海底地震探测的唯一手段，通常的海底地震探测，采用晶振时钟作为采集记录的时钟基准。将海底地震仪布放到海底，通过采集系统自动记录三分量地震计和水听器获得来自地下一定范围内的天然地震信号。原有的采集记录方式为了降低采集系统的功耗，通常采用低功耗低精度低的晶振时钟，但是晶振时钟的精度较低，经过较长时间的使用后会有产生较大的漂移，通常可以达到每月数秒，不利于地震数据的处理和上地幔岩石圈的精确成像。原子钟是一种高精度的时钟，其误差为10万年不到1秒，但是由于原子钟的功耗较大，不利于长时间使用。
发明内容
本发明实施例提供了一种双时钟海底地震仪数据采集装置和方法，通过采用同时使用原子钟和晶振时钟2种不同精度的时钟，日常的采集工作使用低精度低功耗的晶振时钟，只有在设定的时间启动原子钟，原子钟与晶振时钟时间进行对比，记录二者的误差并校准晶振时钟，这种采集方法可以大大降低原子钟的使用功耗，既保证提高了采集记录系统的时钟精度，又能保持了较低的系统功耗，从而使双时钟海底地震仪数据采集装置具有了高精度的时钟信息和较低的功耗，增强了海底地震仪的探测能力。
鉴于上述问题，本发明提出的技术方案是：
一种双时钟海底地震仪数据采集装置，包括电源模块、存储模块、控制模块、原子钟、晶振时钟、数据采集模块、水听器和地震计；
其中，所述电源模块用于提供海底地震仪工作所需要的电能，所述电源模块的电源输出端分别与所述存储模块的电源输入端、所述控制模块的电源输入端、所述原子钟的电源输入端、所述晶振时钟的电源输入端和所述数据采集模块的电源输入端电性连接；
所述控制模块的信号输入输出端分别与所述存储模块的信号输入输出端和所述数据采集模块的信号输入输出端通信连接，所述控制模块的信号输出端分别与所述原子钟的信号输入端和所述晶振时钟的信号输入端通信连接，所述原子钟的信号输出端与所述晶振时钟的信号输入端通信连接，所述晶振时钟的信号输入端与所述数据采集模块的信号输入端通信连接；
所述数据采集模块包括第一采集通道、第二采集通道、第三采集通道和第四采集通道；
所述地震计包括X分量、Y分量和Z分量；
所述水听器的信号输出端与所述数据采集模块的采集通道信号输入端通信连接，所述X分量的信号输出端与所述采集通道的信号输入端通信连接，所述Y分量的信号输出端与所述采集通道的信号输入端通信连接，所述Z分量的信号输出端与所述采集通道的信号输入端通信连接。
为了更好的实现本发明技术方案，还采用了如下技术措施。
进一步的，所述原子钟用于为所述晶振时钟提供校准信息。
进一步的，所述采集通道、所述采集通道、所述采集通道和所述采集通道内部分别设置有一个32位的模拟-数字转换器。
进一步的，所述采集通道用于采集所述水听器的信号。
进一步的，所述采集通道、所述采集通道和所述采集通道分别用于采集所述X分量、所述Y分量和所述Z分量的信号。
进一步的，所述存储模块采用高速固态硬盘，用于存储所述数据采集模块采集的所述地震计的信号和所述水听器的信号。
进一步的，所述控制模块用于进行所述数据采集模块数据的采集、传输和存储，还用于控制所述原子钟的启动以及校准所述晶振时钟。
一种双时钟海底地震仪数据采集方法，包括以下步骤：
S1，准备工作，开展海底地震探测时，使用人员设置海底地震仪的采样率和开始记录时间、结束记录时间、晶振时钟与原子钟对比的时间间隔等信息；
S2，投放海底地震仪，将海底地震仪与重物相连接，通过吊装设备将安装有重物的海底地震仪放入水中，海底地震仪在重物的带动下缓慢落在海底；
S3，采集信号，海底地震仪在晶振时钟的指引下开始工作，当时间达到开始记录时间后，海底地震仪的控制模块按照设定的采样率发送采集命令，数据采集模块按照设定的采样率采集地震计和水听器的信号，将信号经过模拟-数字转换、滤波和放大等工作，并发送给存储模块保存；
S4，校准晶振时钟，控制模块根据步骤S1设定的晶振时钟与原子钟对比的时间间隔信息，在时间达到设定的时间后发出开启原子钟的命令，原子钟经过一段时间的热启动后达到工作状态，控制模块同时采集原子钟与晶振时钟的时间信息，进行对比并记录对比结果，同时并校准晶振时钟，原子钟与晶振时钟对比工作结束后，采集模块关闭原子钟，海底地震仪在晶振时钟的指引下继续采集地震信号，直至下一次原子钟与晶振时钟对比；
S5，工作结束，全部探测工作结束后，使用人员将海底地震仪回收，对存储模块中存储的信息进行分析。
相对于现有技术而言，本发明的有益效果是：通过采用同时使用原子钟和晶振时钟2种不同精度的时钟，日常的采集工作使用低精度低功耗的晶振时钟，只有在设定的时间启动原子钟，原子钟与晶振时钟时间进行对比，记录二者的误差并校准晶振时钟，这种采集方法可以大大降低原子钟的使用功耗，既保证提高了采集记录系统的时钟精度，又能保持了较低的系统功耗，从而使双时钟海底地震仪数据采集装置具有了高精度的时钟信息和较低的功耗，增强了海底地震仪的探测能力。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
图1为本发明实施例公开的一种双时钟海底地震仪数据装置的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种双时钟海底地震仪数据装置的电连接示意图；
图3为本发明实施例公开的一种双时钟海底地震仪数据装置通信连接框图；
图4为本发明实施例公开的一种双时钟海底地震仪数据采集方法的流程示意图。
附图标记：100-电源模块；200-存储模块；300-控制模块；400-原子钟；500-晶振时钟；600-数据采集模块；601-第一采集通道；602-第二采集通道；603-第三采集通道；604-第四采集通道；700-水听器；800-地震计；801-X分量；802-Y分量；803-Z分量。
具体实施例
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。
参照附图1-3所示，一种双时钟海底地震仪数据采集装置，其包括电源模块100、存储模块200、控制模块300、原子钟400、晶振时钟500、数据采集模块600、水听器700和地震计800，电源模块100用于提供海底地震仪工作所需要的电能，电源模块100的电源输出端分别与存储模块200的电源输入端、控制模块300的电源输入端、原子钟400的电源输入端、晶振时钟500的电源输入端和数据采集模块600的电源输入端电性连接，控制模块300的信号输入输出端分别与存储模块200的信号输入输出端和数据采集模块600的信号输入输出端通信连接，存储模块200采用高速固态硬盘，用于存储数据采集模块600采集的地震计800的信号和水听器700的信号，控制模块300的信号输出端分别与原子钟400的信号输入端和晶振时钟500的信号输入端通信连接，控制模块300用于进行数据采集模块600数据的采集、传输和存储，还用于控制原子钟400的启动以及校准晶振时钟500，原子钟400的信号输出端与晶振时钟500的信号输入端通信连接，原子钟400用于为晶振时钟500提供校准信息，晶振时钟500的信号输入端与数据采集模块600的信号输入端通信连接，数据采集模块600包括第一采集通道601、第二采集通道602、第三采集通道603和第四采集通道604，第一采集通道601、第二采集通道602、第三采集通道603和第四采集通道604内部分别设置有一个32位的模拟-数字转换器，用于完成信号滤波和放大、数字化和存储工作，第一采集通道601用于采集水听器700的信号，地震计800包括X分量801、Y分量802和Z分量803，第二采集通道602、第三采集通道603和第四采集通道604分别用于采集X分量801、Y分量802和Z分量803的信号，水听器700的信号输出端与数据采集模块600的第一采集通道601信号输入端通信连接，X分量801的信号输出端与第二采集通道602的信号输入端通信连接，Y分量802的信号输出端与第三采集通道603的信号输入端通信连接，Z分量803的信号输出端与第四采集通道604的信号输入端通信连接，晶振时钟500为海底地震仪提供日常使用的时钟信息，日常的采集工作使用低精度低功耗的晶振时钟500，只有在设定的时间启动原子钟400，原子钟400与晶振时钟500时间进行对比，记录二者的误差并校准晶振时钟500，这种采集方法可以大大降低原子钟400的使用功耗，既保证提高了采集记录系统的时钟精度，又能保持了较低的系统功耗，从而使双时钟海底地震仪数据采集装置具有了高精度的时钟信息和较低的功耗，增强了海底地震仪的探测能力。
参照附图1-4所示，本发明还提出一种双时钟海底地震仪数据采集方法，包括以下步骤：
S1，准备工作，开展海底地震探测时，使用人员设置海底地震仪的采样率和开始记录时间、结束记录时间、晶振时钟500与原子钟400对比的时间间隔等信息；
S2，投放海底地震仪，将海底地震仪与重物相连接，通过吊装设备将安装有重物的海底地震仪放入水中，海底地震仪在重物的带动下缓慢落在海底；
S3，采集信号，海底地震仪在晶振时钟500的指引下开始工作，当时间达到开始记录时间后，海底地震仪的控制模块300按照设定的采样率发送采集命令，数据采集模块600按照设定的采样率采集地震计800和水听器700的信号，将信号经过模拟-数字转换、滤波和放大等工作，并发送给存储模块200保存；
S4，校准晶振时钟，控制模块300根据步骤S1设定的晶振时钟500与原子钟400对比的时间间隔信息，在时间达到设定的时间后发出开启原子钟400的命令，原子钟400经过一段时间的热启动后达到工作状态，控制模块300同时采集原子钟400与晶振时钟500的时间信息，进行对比并记录对比结果，同时并校准晶振时钟500，原子钟400与晶振时钟500对比工作结束后，采集模块关闭原子钟400，海底地震仪在晶振时钟500的指引下继续采集地震信号，直至下一次原子钟400与晶振时钟500对比；
S5，工作结束，全部探测工作结束后，使用人员将海底地震仪回收，对存储模块200中存储的信息进行分析。
具体的，开展海底地震探测时，使用人员设置海底地震仪的采样率和开始记录时间、结束记录时间、晶振时钟500与原子钟400对比的时间间隔等信息，将海底地震仪与重物相连接，通过吊装设备将安装有重物的海底地震仪放入水中，海底地震仪在重物的带动下缓慢落在海底，海底地震仪在晶振时钟500的指引下开始工作，当时间达到开始记录时间后，海底地震仪的控制模块300按照设定的采样率发送采集命令，数据采集模块600按照设定的采样率采集地震计800和水听器700的信号，将信号经过模拟-数字转换、滤波和放大等工作，并发送给存储模块200保存，在海底地震仪运行时间达到设定的时间后控制模块300发出开启原子钟400的命令，原子钟400经过一段时间的热启动后达到工作状态，控制模块300同时采集原子钟400与晶振时钟500的时间信息，进行对比并记录对比结果，同时并校准晶振时钟500，原子钟400与晶振时钟500对比工作结束后，采集模块关闭原子钟400，海底地震仪在晶振时钟500的指引下继续采集地震信号，在海底地震仪工作期间不断重复原子钟400与晶振时钟500对比的过程，保持晶振时钟500的工作精度，这种采集方法可以大大降低原子钟400的使用功耗，既保证提高了采集记录系统的时钟精度，又能保持了较低的系统功耗，从而使双时钟海底地震仪数据采集装置具有了高精度的时钟信息和较低的功耗，增强了海底地震仪的探测能力。
需要说明的是，电源模块100、存储模块200、控制模块300、原子钟400、晶振时钟500、数据采集模块600、水听器700和地震计800具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。
电源模块100、存储模块200、控制模块300、原子钟400、晶振时钟500、数据采集模块600、水听器700和地震计800的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种双时钟海底地震仪数据采集装置，其特征在于，包括电源模块(100)、存储模块(200)、控制模块(300)、原子钟(400)、晶振时钟(500)、数据采集模块(600)、水听器(700)和地震计(800)；
其中，所述电源模块(100)用于提供海底地震仪工作所需要的电能，所述电源模块(100)的电源输出端分别与所述存储模块(200)的电源输入端、所述控制模块(300)的电源输入端、所述原子钟(400)的电源输入端、所述晶振时钟(500)的电源输入端和所述数据采集模块(600)的电源输入端电性连接；
所述控制模块(300)的信号输入输出端分别与所述存储模块(200)的信号输入输出端和所述数据采集模块(600)的信号输入输出端通信连接，所述控制模块(300)的信号输出端分别与所述原子钟(400)的信号输入端和所述晶振时钟(500)的信号输入端通信连接，所述原子钟(400)的信号输出端与所述晶振时钟(500)的信号输入端通信连接，所述晶振时钟(500)的信号输入端与所述数据采集模块(600)的信号输入端通信连接；
所述数据采集模块(600)包括第一采集通道(601)、第二采集通道(602)、第三采集通道(603)和第四采集通道(604)；
所述地震计(800)包括X分量(801)、Y分量(802)和Z分量(803)；
所述水听器(700)的信号输出端与所述数据采集模块(600)的第一采集通道(601)信号输入端通信连接，所述X分量(801)的信号输出端与所述第二采集通道(602)的信号输入端通信连接，所述Y分量(802)的信号输出端与所述第三采集通道(603)的信号输入端通信连接，所述Z分量(803)的信号输出端与所述第四采集通道(604)的信号输入端通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种双时钟海底地震仪数据采集装置，其特征在于：所述原子钟(400)用于为所述晶振时钟(500)提供校准信息。
3.根据权利要求1所述的一种双时钟海底地震仪数据采集装置，其特征在于：所述第一采集通道(601)、所述第二采集通道(602)、所述第三采集通道(603)和所述第四采集通道(604)内部分别设置有一个32位的模拟-数字转换器。
4.根据权利要求1所述的一种双时钟海底地震仪数据采集装置，其特征在于：所述第一采集通道(601)用于采集所述水听器(700)的信号。
5.根据权利要求1所述的一种双时钟海底地震仪数据采集装置，其特征在于：所述第二采集通道(602)、所述第三采集通道(603)和所述第四采集通道(604)分别用于采集所述X分量(801)、所述Y分量(802)和所述Z分量(803)的信号。
6.根据权利要求1所述的一种双时钟海底地震仪数据采集装置，其特征在于：所述存储模块(200)采用高速固态硬盘，用于存储所述数据采集模块(600)采集的所述地震计(800)的信号和所述水听器(700)的信号。
7.根据权利要求1所述的一种双时钟海底地震仪数据采集装置，其特征在于：所述控制模块(300)用于进行所述数据采集模块(600)数据的采集、传输和存储，还用于控制所述原子钟(400)的启动以及校准所述晶振时钟(500)。
8.一种双时钟海底地震仪数据采集方法，应用如权利要求1-7所述的一种双时钟海底地震仪数据采集装置，其特征在于：包括以下步骤：
S1，准备工作，开展海底地震探测时，使用人员设置海底地震仪的采样率和开始记录时间、结束记录时间、晶振时钟(500)与原子钟(400)对比的时间间隔等信息；
S2，投放海底地震仪，将海底地震仪与重物相连接，通过吊装设备将安装有重物的海底地震仪放入水中，海底地震仪在重物的带动下缓慢落在海底；
S3，采集信号，海底地震仪在晶振时钟(500)的指引下开始工作，当时间达到开始记录时间后，海底地震仪的控制模块(300)按照设定的采样率发送采集命令，数据采集模块(600)按照设定的采样率采集地震计(800)和水听器(700)的信号，将信号经过模拟-数字转换、滤波和放大等工作，并发送给存储模块(200)保存；
S4，校准晶振时钟，控制模块(300)根据步骤S1设定的晶振时钟(500)与原子钟(400)对比的时间间隔信息，在时间达到设定的时间后发出开启原子钟(400)的命令，原子钟(400)经过一段时间的热启动后达到工作状态，控制模块(300)同时采集原子钟(400)与晶振时钟(500)的时间信息，进行对比并记录对比结果，同时并校准晶振时钟(500)，原子钟(400)与晶振时钟(500)对比工作结束后，采集模块关闭原子钟(400)，海底地震仪在晶振时钟(500)的指引下继续采集地震信号，直至下一次原子钟(400)与晶振时钟(500)对比；
S5，工作结束，全部探测工作结束后，使用人员将海底地震仪回收，对存储模块(200)中存储的信息进行分析。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN113534242A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-10-22 | 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) | 微地震观测数据的采集方法、装置、设备及存储介质 |
| CN113835118A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-12-24 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种基于原子钟的沉浮式海底地震仪及原子钟驯服方法 |
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2020
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