CN204287500U - 一种带有远程监控的32位无缆地震仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带有远程监控的32位无缆地震仪，STM32分别连接JTAC接口、调试串口、SD卡、3G模块、电源、状态灯、秒脉冲开关、GPS模块和以太网控制器，运算放大器经模拟开关、高速放大器和模数转换器与STM32连接构成。将模数采集芯片从现有的24位提升到采用32位，提高了探测设备整体的分辨率，保证高精度采集，为完成更深地质体的勘探提供可能。在探测设备中加入3G网络的远程监控功能，通过3G网络完成探测设备与主控中心的通信，实现了状态查询，数据在线下载，在线参数切换，在线控制功耗。降低了野外工作成本，提高了工作效率。

Description

一种带有远程监控的32位无缆地震仪

技术领域：

本实用新型涉及一种地球物理探测设备，尤其是一种带有基于3G网络的远程监控功能的32位无缆地震仪。

背景技术

现代油气资源地震勘探仪器主要采用有线的方式实现。但是随着现代勘探对地震采集道数需求的不断增加，大量的线缆铺设成了野外试验和工程应用中最为繁重的工作。这样，无缆自存储地震数据采集系统应运而生。典型的无缆仪器有法国SERCEL公司的UNITE系统，美国ION公司的Firefly系统和吉林大学自主研发的无缆自定位地震仪GEIWSR-Ⅱ。而UNITE系统(三分量)和Firefly系统(三分量)和GEIWSR-Ⅱ(四分量)都是24位的采集设备。如果提升了采集位数，就有可能提升系统的分辨率，降低采集误差。同时与传统仪器所采用的基于WIFI和GPRS的通信方式相比较，3G网络通信，具有带宽大，延时小，通讯距离远等优势。同时，系统中新加入了3G网络通信功能，可以更好地实现控制终端和采集设备之间的远程通信，为工程实践提供指导。这样，就优化了工程实践的环境，解放人力，节约财力。

32位模数转换：采用高位高速的32位模数转换提升系统的分辨率。现代地震勘探对勘探深度有着更高的要求，希望对更深的地层处的地质结构和矿产分布有进一步的了解。随着深部地震信号在向地面传播过程中的不断衰减，地震勘探仪器需要有更高的分辨率，更好的抗噪能力。模数转换芯片是地震数据采集系统的核心部件。模数转换是将连续的模拟量转换成离散的数字量，就是完成信号数字化的过程。所谓数字近似是指以N-bit的数字信号来量化表示原始信号，这种量化以bit为单位，可以精细到1/2～N。系统中的模数转换器的位数越多，系统的精度越高。现在主流市场上的地震仪的模数转换芯片大多是24位的采集芯片(比如UNITE系统、Firefly系统和GEIWSR-Ⅱ)，这样的采集芯片的精度可以精细到1/2～24。我们将模数转换芯片的位数提高到32位，这样采集精度就进一步提高到1/2～32。采用高位数据转换从原理上就保证我们的采集系统的精度。高精度的模数转换芯片配合高速晶振配合，保证了系统的高精度、高速地震数据采集。

3G网络：特别地，加入基于3G网络为系统远程监控功能。传统的地震数据采集系统大多采用现场数据通信，需要工程人员下现场，完成数据交互，监测仪器状态。这样的工作环境需要工作人员不断地进入到相对艰苦的工作环境中。如 果我们想要把工作人员从偏僻艰苦的环境中解放出来，就需要仪器有远程通信的能力。3G，即是第三代移动通信技术。在无线网络通信方式中，3G网络通信具有带宽大，延时小的优势，而且3G网络通讯范围大，无需在野外假设天线，通讯效果受到地形的影响较小。在野外的设备中嵌入3G网络模块，完成设备向3G网络的连入。然后，我们就可以利用现代移动通信设备(手机)完成和地震采集仪器之间的信息交互。终端设备可以完成对地震数据的接收，在线分析地震数据质量，从而得到仪器的运行状态信息。

发明内容：

本实用新型的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种带有远程监控的32位无缆地震仪。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种带有远程监控的32位无缆地震仪，是由STM32分别连接JTAC接口3、调试串口4、SD卡5、3G模块10、电源2、状态灯6、秒脉冲开关11、GPS模块7和以太网控制器8，运算放大器12经模拟开关13、高速放大器14和模数转换器9与STM32连接构成。

有益效果：本实用新型将模数采集芯片从现有的24位提升到采用32位，提高了探测设备整体的分辨率，保证高精度采集，为完成更深地质体的勘探提供可能。在探测设备中加入3G网络的远程监控功能，通过3G网络完成探测设备与主控中心的通信，实现了状态查询，数据在线下载，在线参数切换，在线控制功耗。降低了野外工作成本，提高了工作效率。

附图说明：

图1带有远程监控的32位无缆地震仪结构框图

图2带有远程监控的32位无缆地震仪采集部分工作流程图

图3附图1中3G监控系统工作流程图

2电源，3JTAC接口，4调试串口，5SD卡，6状态灯，7GPS模块，8以太网控制器，9模数转换器，103G模块，11秒脉冲开关，12运算放大器，13模拟开关，14高速放大器 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明:

一种带有远程监控的32位无缆地震仪，是由STM32分别连接JTAC接口3、调试串口4、SD卡5、3G模块10、电源2、状态灯6、秒脉冲开关11、GPS模块7和以太网控制器8，运算放大器12经模拟开关13、高速放大器14和模数转换器9与STM32连接构成。

STM32F207是本实用新型的核心，通过JTAG接口3写入程序对STM32进 行控制，STM32通过调试串口4向个人电脑输出SD卡信息和GPS信息等，对SD卡5、GPS模块6、有线和无线通信模块进行电源管理以实现无缆地震仪的低功耗运行，实现对模数转换器9和状态灯6的控制。

电源2是无缆地震仪的供电单元，供电部分尽量少地向无缆地震仪中引入原始干扰。

JTAG接口3主要实现对主控芯片1芯片程序的写入和在线调试，支持J-Link、ULINK等接口仿真器。

调试串口4结合个人电脑上的调试助手向个人电脑输出SD卡容量信息，GPS定位信息，程序执行顺序信息等。

SD卡5实现对地震数据的大容量、高速存储。

状态灯6分别对模数转换器9工作状态、网络运行状态、GPS信息都能运行状态的显示，是运行状态的直观展示，

GPS模块7主要完成时钟同步和授时两个功能，监控同步误差；

以太网控制器8：实现有线的基于FTP和HTTP的网络通信和基于3G网络的无线通信；

AD9芯片是无缆地震仪的另一个核心部件，AD9芯片的位数直接决定无缆地震仪精度。本无缆地震仪特别是将采集芯片从24位提升到32位，实现高位、高速的数据采集，保证整个系统的高精度运行。

在采集站中嵌入3G模块，通过基站转发，结合运营商就即可进入互联网。

一种带有远程监控的32位无缆地震仪数据采集过程：

a、首先输入信号首先通过运算放大器12，对放大器的基本要求就是低噪声，低温漂，而且要有极低的输入失调电压；

b、其次通过STM32对模拟开关13的控制，完成对地震仪采集模式的切换:模式一是单独采集干扰信号，模式二是采集输入信号；

c、输入信号通过模拟开关13后，送入高速放大器，该高速放大器为低功率差分放大器，既解决高速信号的放大问题，又不放弃低功耗；

d、在输入信号进入模数转换器9之前，要通过STM32对模数转换器9初始化，模数转换器9的工作模式，采样率，工作位数都需要通过STM32确定；

e、通过STM32向GPS模块7发送16进制命令，使其发送我们需要的GPS数据——GPRMC格式的GPS数据，进行GPS数据解析，完成高精度授时，另一方面要利用GPS模块7本身发出的高精度秒脉冲对模数转换器9进行数据同步；

f、高精度秒脉冲需要通过秒脉冲开关11，然后作用在模数转换器9上。通过STM32选择秒脉冲开关的工作方式。秒脉冲开关的工作方式决定秒脉冲作用在模数转换器上的作用方式；

g、STM32控制GPS模块7输出特定的GPS数据信息，解析出来的GPS数据信息通过STM32的控制，使SD卡5中存储的文件带有GPS的数据特征。

h、数据同步完成，SD卡5中的文件创建完毕后，开始模数转换的过程；

i、模数转换器9向SD卡5中写入数据，当停止采集时，对创建的文件进行关闭操作，采集到的地震数据就存储到了SD卡5中。

一种带有远程监控的32位无缆地震仪远程质量监控过程：

远程质量监控过程需要地震仪和主控中心完成通信；

所述的主控中心包括手机、平板或者个人电脑。

远程质量监控，包括以下流程：

1、在野外完成检波器和地震仪等完成铺设，地震仪开机；

2、完成地震仪和主控中心的连接，建立一条数据链路，完成对3G网络自身的监控；

3、根据现场的需要，从主控中心向地震仪发送命令，对地震仪进行配置，

如采样率、增益等。远程监控系统自检情况；

4、从主控中心向地震仪发送命令，从地震仪向主控中心返回仪器的自检数据，电池电量和SD卡5的总容量和剩余容量，通过返回信息分析地震仪的运行状态；从主控中心向地震仪发送运行模式切换命令，使系统在正常运行模式和低功耗运行模式之间相互切换；从主控中心向地震仪发送回收数据命令，远程回收采集到的地震波数据。

5、采集结束，远程控制采集站关机。

地震仪包括以下流程：

a、首先进行驱动USB口，完成初始化。

b、向主控中心发送建立TCP/IP的请求，完成PPP拨号上网和对话程序，完成地震仪入网。

c、向主控中心发送数据，看主控中心能否接收成功：成功，下一步；不成功，回到上一步。

d、USB口接收到消息，解析消息，如果是我们定义了的命令，就执行相应的动作：向主控中心发送自检数据、电池电量数据、SD卡信息数据，切换工作模式，向主控中心发送采集到的地震波数据。

e、将执行情况的结果发送到主控中心。

f、执行完毕，返回到c继续执行。 

主控中心，包括以下流程：

A、绑定本地IP，接收地震仪发送的建立TCP/IP的请求。

B、然后创建地震仪和主控中心之间的socket连接，检测二者之间的链路 是否通畅。 

C、发送自检命令，回收系统硬件状态，电池电量和SD卡等信息，判断仪器运行状态。

D、根据工程需要，发送命令：切换系统工作在正常运行模式和低功耗运行模式；远程回收数据。

Claims (1)

1.一种带有远程监控的32位无缆地震仪，其特征在于，是由STM32分别连接JTAC接口(3)、调试串口(4)、SD卡(5)、3G模块(10)、电源(2)、状态灯(6)、秒脉冲开关(11)、GPS模块(7)和以太网控制器(8)，运算放大器(12)经模拟开关(13)、高速放大器(14)和模数转换器(9)与STM32连接构成。