CN115267884A - 一种微地震数据采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微地震数据采集系统,属于微地震数据采集技术领域,包括三分量微电机传感装置、信号预处理模块、模数转换模块和微控制器,通过将采集到的体波和槽波进行差分模拟,然后将差分模拟的体波和槽波信号进一步放大滤波处理后转化为数字信号传播,能够极大限度减少噪声对有效信号的干扰,提高了微地震数据采集的精度。

Description

一种微地震数据采集系统
技术领域
本发明涉及微地震数据采集技术领域,特别是涉及一种微地震数据采集系统。
背景技术
微地震监测技术目前被广泛的应用于油田生产开发动态监测过程,其通过在监测区周边布置多组检波器实时采集煤岩体在变形或断裂过程中微震信号,利用先进的采集技术、通讯技术和计算机技术等在三维空间中实时地确定微震事件发生的空间位置和能量,在确认井底周围储层内形成裂缝的造缝长度及裂缝走向、延伸趋势能否达到设计要求,是否与周围的注水、注汽井联通,是否发生汽窜、水窜情况等等方面,微地震有着独特的优势。
微地震监测技术运用的技术方法很多,但基本流程大致相同,主要包括数据采集、处理和反演定位等几个关键步骤,而高精度采集微地震波信号是微震监测准确性的前提。现有的微震信号数据采集系统通常会受到环境噪声及其他干扰源的影响,难以保证采集到的微地震波信号准确。
因此,亟需一种能够准确采集微地震波信号的微地震数据采集系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种微地震数据采集系统,能够极大抑制噪声及其他干扰源的影响,准确采集微地震波数据。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种微地震数据采集系统,包括:
三分量微电机传感装置,安装于微地震监测工作面,用于采集工作面中的体波和槽波,并将采集到的所述体波和所述槽波进行差分模拟,分别得到差分模拟体波信号和差分模拟槽波信号;
信号预处理模块,与所述三分量微电机传感装置电连接,用于分别对所述差分模拟体波信号和所述差分模拟槽波信号进行放大滤波处理,得到处理后差分模拟体波信号和处理后差分模拟槽波信号;
模数转换模块,与所述信号预处理模块电连接,用于分别将所述处理后差分模拟体波信号和所述处理后差分模拟槽波信号进行模数转化,得到数字体波信号和数字槽波信号;
微控制器,与所述模数转换模块电连接,与上位机通信连接,用于对所述数字体波信号和所述数字槽波信号进行解析,并将解析后的数字体波信号和数字槽波信号发送至所述上位机。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明提供了一种微地震数据采集系统,包括三分量微电机传感装置、信号预处理模块、模数转换模块和微控制器,通过将采集到的体波和槽波进行差分模拟,然后将差分模拟的体波和槽波信号进一步放大滤波处理后转化为数字信号传播,能够极大限度减少噪声对有效信号的干扰,提高了微地震数据采集的精度。
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,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的微地震数据采集系统的结构图;
图2为本发明实施例中三分量微电机传感装置的结构图。
符号说明:
1-三分量微电机传感装置;2-信号预处理模块;3-模数转换模块;4-微控制器;5-上位机;6-增益模块;7-固态硬盘;8-三轴检波器;9-数据处理单元;10-防爆外壳;11-耦合尾椎螺母;12-尾椎主体;13-耦合尾椎锥尖。
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。
本发明的目的是提供一种微地震数据采集系统,能够极大抑制噪声及其他干扰源的影响,准确采集微地震波数据。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例:
参阅图1,本实施例提供了一种微地震数据采集系统,包括:
三分量微电机传感装置1,安装于微地震监测工作面,用于采集工作面中的体波和槽波,并将采集到的所述体波和所述槽波进行差分模拟,分别得到差分模拟体波信号和差分模拟槽波信号;
信号预处理模块2,与所述三分量微电机传感装置1电连接,用于分别对所述差分模拟体波信号和所述差分模拟槽波信号进行放大滤波处理,得到处理后差分模拟体波信号和处理后差分模拟槽波信号;
模数转换模块3,与所述信号预处理模块2电连接,用于分别将所述处理后差分模拟体波信号和所述处理后差分模拟槽波信号进行模数转化,得到数字体波信号和数字槽波信号;
微控制器4,与所述模数转换模块3电连接,与上位机5通信连接,用于对所述数字体波信号和所述数字槽波信号进行解析,并将解析后的数字体波信号和数字槽波信号发送至所述上位机5,其中优选ZigBee技术实现通信连接;
所述上位机5用于根据所述解析后的数字体波信号和数字槽波信号生成工作面全波图形;
增益模块6,分别与所述信号预处理模块2的输出端和所述模数转换模块3的输入端电连接,用于对所述处理后差分模拟体波信号和所述处理后差分模拟槽波信号进行增益,使所述处理后差分模拟体波信号和所述处理后差分模拟槽波信号的强度被调整到所述模数转换模块3要求的输入范围;
固态硬盘7,与所述微控制器4电连接,用于存储解析后的数字体波信号和数字槽波信号,在微控制器4与上位机5通信网络堵塞或者损坏时,避免数据丢失,等网络状态好的时候再进行传输。
本实施例通过将采集到的体波和槽波进行差分模拟,以差分模拟量形式输入至信号预处理模块2,能够有效抑制其他干扰源的影响;通过将差分模拟的体波和槽波信号进一步放大滤波处理,能够降低传播衰减因素的影响,消除噪声信号;通过对处理后的体波信号和槽波信号进行模数转换,以数字信号形式输出,进一步抑制了环境噪声和其他干扰源的影响,因而本实施例提供的采集系统提高对微地震数据采集的精度。
由于本实施例利用三分量微电机传感装置1采集的是工作面中的体波和槽波,并对采集到的体波和槽波进行处理,因此本实施例的采集系统能够实现对纵波、横波以及瑞利型、拉夫型槽波等全波场数据采集。
需要说明的是,为进一步降低环境噪声和其他干扰源的影响,本实施例的电连接方式优选屏蔽线缆进行连接。
为使得三分量微电机传感装置1能够采集工作面不同传播路径的体波(P波和S波)以及P波和S波干涉叠加形成的槽波,本实施例需要对三分量微电机传感装置1进一步设计。
作为一种可选的实施方式,如图2所示,三分量微电机传感装置1包括多个三轴检波器8、数据处理单元9和防爆外壳10;
多个所述三轴检波器8以笛卡尔坐标形式布置于所述防爆外壳10内,分别与所述数据处理单元9电连接,并设置三轴检波器8的中心频率为100Hz,带宽为1-150Hz,灵敏度为70.0V/m/s,能够降低地层高频滤波和信号衰减作用以及强背景噪声等因素影响,使其具备宽频、高灵敏度与非线性响应好的特性,能够准确采集工作面中不同传播路径的体波和槽波;
所述数据处理单元9,与所述信号预处理模块2电连接,用于将采集到的所述体波和所述槽波进行差分模拟,分别得到差分模拟体波信号和差分模拟槽波信号。
为实现三轴检波器8与工作面的弹性耦合,本实施例在所述微机电传感单元的底面安装拼接式工作面耦合尾椎,其中所述拼接式工作面耦合尾椎包括耦合尾椎螺母11、尾椎主体12、耦合尾椎锥尖13和耦合尾椎锤击条。
尾椎主体12的一端安装耦合尾椎螺丝,另一端内侧设置内嵌螺母;
耦合尾椎锥尖13的锥头尾椎安装螺丝;
耦合尾椎螺母11安装在微机电传感单元的底面,与耦合尾椎螺丝连接;
内嵌螺母与另一个尾椎主体12的耦合尾椎螺丝连接;
另一个尾椎主体12的内嵌螺母与耦合尾椎锥尖13的螺丝连接。
以采集煤岩层的微地震信号为例,由于煤是一种特殊岩石,较其他岩石强度低、具有脆性并且节理裂隙发育,在煤矿井下巷道周边受采掘影响易发生破碎,形成深度不同的围岩松动圈,根据所测煤岩层的特征对拼接式尾椎主体12进行拼接,多个拼接式尾椎主体12的拼接可将尾椎深入煤岩层,在遇到坚硬的煤岩层时可利用耦合尾椎锤击条锤击加力使耦合尾椎锥尖13牢固嵌入未破坏的原煤中,达到最优良弹性耦合。
作为另一种可选的实施方式,选择钛合金作为拼接式耦合尾椎的材料。由于钛合金强度高,质量轻,不会生锈,可以更好的实现整个检波器的轻量化。
同时,设置耦合尾椎锥尖13的锥尖端部为圆锥;所述圆锥外周面上周向设置有若干向内凹陷的沉槽;所述沉槽向下延伸。
这样沉槽可以减重,更好的降低成本,同时沉槽的设置使得尾椎的横截面积更小,可以更省力的插入地下。
作为一种可选的实施方式,可以设置信号预处理模块2为电路形式,即放大滤波电路;所述放大滤波电路包括电压比较器U4A、电压比较器U4B、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C6、电容C7、二极管D1和二极管D2;
所述三分量微电机传感装置1发送所述差分模拟体波信号和所述差分模拟槽波信号至所述放大滤波电路的信号输入端,通过所述电阻R6连接到所述电压比较器U4A的反向输入端,同时通过所述电容C7接地滤波;所述电压比较器U4A的正向输入端接地,所述电压比较器U4A的反向输入端通过所述电阻R8与所述电压比较器U4A的输出端连接;所述电压比较器U4A的输出端通过所述电阻R7与所述电压比较器U4B的正向输入端连接,同时所述电压比较器U4B的正向输入端连接所述电阻R4;所述电压比较器U4B的反向输入端与所述电压比较器U4B的输出端连接;所述电压比较器U4B输出端连接所述电阻R5后作为所述放大滤波电路的输出端与所述模数转换模块3连接;所述二极管D1的阳极连接有所述电阻R5和所述二极管D2的阴极,所述电容C6与所述二极管D2并联;
也可以设置信号预处理模块2包括:放大器,与所述三分量微电机传感装置1电连接,用于对所述差分模拟体波信号和所述差分模拟槽波信号进行放大处理;
低通滤波器,分别与所述放大器和所述模数转换模块3电连接,用于对放大处理后的差分模拟体波信号和差分模拟槽波信号进行滤波处理。
本实施例提供的微地震数据采集系统通过将采集到的体波和槽波进行差分模拟,然后将差分模拟的体波和槽波信号进一步放大滤波处理后转化为数字信号传播,能够极大限度减少噪声对有效信号的干扰,提高了微地震数据采集的精度。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种微地震数据采集系统,其特征在于,包括:
三分量微电机传感装置,安装于微地震监测工作面,用于采集工作面中的体波和槽波,并将采集到的所述体波和所述槽波进行差分模拟,分别得到差分模拟体波信号和差分模拟槽波信号;
信号预处理模块,与所述三分量微电机传感装置电连接,用于分别对所述差分模拟体波信号和所述差分模拟槽波信号进行放大滤波处理,得到处理后差分模拟体波信号和处理后差分模拟槽波信号;
模数转换模块,与所述信号预处理模块电连接,用于分别将所述处理后差分模拟体波信号和所述处理后差分模拟槽波信号进行模数转化,得到数字体波信号和数字槽波信号;
微控制器,与所述模数转换模块电连接,与上位机通信连接,用于对所述数字体波信号和所述数字槽波信号进行解析,并将解析后的数字体波信号和数字槽波信号发送至所述上位机。
2.根据权利要求1所述的微地震数据采集系统,其特征在于,所述三分量微电机传感装置包括多个三轴检波器、数据处理单元和防爆外壳;
多个所述三轴检波器以笛卡尔坐标形式布置于所述防爆外壳内;
多个所述三分检波器,分别与所述数据处理单元电连接,用于采集工作面中的体波和槽波;
所述数据处理单元,与所述信号预处理模块电连接,用于将采集到的所述体波和所述槽波进行差分模拟,分别得到差分模拟体波信号和差分模拟槽波信号。
3.根据权利要求1所述的微地震数据采集系统,其特征在于,所述三分检波器的底部可拆卸安装拼接式耦合尾椎。
4.根据权利要求3所述的微地震数据采集系统,其特征在于,所述拼接式耦合尾椎的材料为钛合金。
5.根据权利要求3所述的微地震数据采集系统,其特征在于,所述拼接式耦合尾椎的下部为竖直向下设置的圆锥;所述圆锥外周面上周向设置有若干向内凹陷的沉槽;所述沉槽向下延伸。
6.根据权利要求2所述的微地震数据采集系统,其特征在于,所述三轴检波器的中心频率为100Hz,带宽为1-150Hz,灵敏度为70.0V/m/s。
7.根据权利要求1所述的微地震数据采集系统,其特征在于,所述信号预处理模块为放大滤波电路;
所述放大滤波电路包括电压比较器U4A、电压比较器U4B、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C6、电容C7、二极管D1和二极管D2;
所述三分量微电机传感装置发送所述差分模拟体波信号和所述差分模拟槽波信号至所述放大滤波电路的信号输入端,通过所述电阻R6连接到所述电压比较器U4A的反向输入端,同时通过所述电容C7接地滤波;所述电压比较器U4A的正向输入端接地,所述电压比较器U4A的反向输入端通过所述电阻R8与所述电压比较器U4A的输出端连接;所述电压比较器U4A的输出端通过所述电阻R7与所述电压比较器U4B的正向输入端连接,同时所述电压比较器U4B的正向输入端连接所述电阻R4;所述电压比较器U4B的反向输入端与所述电压比较器U4B的输出端连接;所述电压比较器U4B输出端连接所述电阻R5后作为所述放大滤波电路的输出端与所述模数转换模块连接;所述二极管D1的阳极连接有所述电阻R5和所述二极管D2的阴极,所述电容C6与所述二极管D2并联。
8.根据权利要求1所述的微地震数据采集系统,其特征在于,所述微地震数据采集系统还包括:
增益模块,分别与所述信号预处理模块的输出端和所述模数转换模块的输入端电连接,用于对所述处理后差分模拟体波信号和所述处理后差分模拟槽波信号进行增益。
9.根据权利要求1所述的微地震数据采集系统,其特征在于,所述微地震数据采集系统还包括:固态硬盘,与所述微控制器电连接,用于存储解析后的数字体波信号和数字槽波信号。
10.根据权利要求1所述的微地震数据采集系统,其特征在于,所述微控制器通过ZigBee技术与所述上位机通信连接。
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