CN204989496U

CN204989496U - 一种多功能的无线数据传输地震波勘探仪

Info

Publication number: CN204989496U
Application number: CN201520694887.9U
Authority: CN
Inventors: 肖柏勋; 李太全; 刘玉; 金彦; 叶辉; 佘建峡; 周超; 张佩; 刘黎
Original assignee: Wuhan engineering science and technology research institute
Current assignee: Wuhan engineering science and technology research institute
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2025-09-09

Abstract

本实用新型涉及一种多功能的无线数据传输地震波勘探仪，它包括：控制总站，包括微型计算机以及与所述微型计算机连接的第一无线通信模块；多个检测子站，每个检测子站包括数据采集模块以及与所述数据采集模块连接的第二无线通信模块，每个检测子站的第二无线通信模块通过无线信道与所述第一无线通信模块连接；震源触发子站，与控制总站连接。本实用新型所用控制总站、多个检测子站、震源触发子站结构简单，便于操作，所用电子元器件功率小，耗电量低，无需配带额外的蓄电池。且整个地震仪重量轻，便于携带。

Description

一种多功能的无线数据传输地震波勘探仪

技术领域

本发明涉及一种地震仪，具体地指一种多功能的无线数据传输地震波勘探仪。

背景技术

在众多的地球物理勘探方法中，地震波勘探方法一直有着举足重轻的地位和作用。特别是在石油勘探和工程物探领域，地震波勘探方法是不可或缺的。众所周知，在石油资源的前期勘探工作中，地震勘探是主要的勘探方法。可以毫不夸张地说，地震勘探为我国的油气田勘探工作立下了汗马功劳。同样，在我国大量的工程建设中，地震波勘探方法为城市高层建筑、大型厂房、城市地铁、高速公路、高速铁路、桥梁、隧道、港口码头、机场、水利水电工程、核电站等大型基础设施的兴建作出了非常重要贡献。相应地，其方法技术已从早期单一的浅层折射波法发展为包括地震反射波法、瑞雷面波法、地震层析成像、工程VSP等在内的多种方法。

地震勘探的关键设备是地震勘探仪，地震勘探仪器性能的优劣，直接影响其野外所采集的原始数据的质量。而原始数据的质量好坏，将对地震勘探最终成果的准确与否起着决定性的作用。通常，一台性能优良的地震仪应具有以下特点：1)大动态范围；2)较强的抗干扰能力；3)较高的增益和接收灵敏度；4)较高的保真度；5)极低的系统噪音；6)较强的微弱回波信号识别与提取能力。除此之外，工程地震勘探对地震勘探仪还有轻便小巧、操作简便等特殊的要求。

目前，市场上现有的地震仪器均难同时以满足上述要求，国际上最先进的地震勘探仪器亦是如此。现有地震勘探仪都是采用电缆方式将主机与各个观测点的传感器相连，通过电缆将各个观测点的地震信号传输到中央主机，由中央主机进行现场的数据采集和一些简单的处理。由于主机耗电量很大，因此在野外工作时，还需给主机配备一体积较大且笨重的蓄电池，以保持主机能有足够的工作时间。电缆和主机电源不仅大幅度地增加了仪器设备的重量，也给现场工作带来了极大的麻烦：其一是需要铺设和回收电缆；其二是由于传统地震勘探仪的通道数都是由仪器生产厂家事先固定的，且不能改变。而实际野外工作中，不同的勘探方法和目的所需的仪器通道数不同，例如，就浅层二维勘探而言，一台24道或48道地震仪就可以胜任，但进行三维勘探时，则希望仪器的通道数越多越好。在此情况下，传统的地震仪往往由于其通道数不够而表现得力不从心。此外，在石油地震勘探和工程地震勘探中还存在一个共同的问题，即通常情况下，人们都希望利用小的震源能量获得一个较大的勘探深度，倘能如此，这对二者的贡献都是非常巨大的。但是，综观国内外的地震勘探仪，目前都难以做到这一点，而实际工作中，加大地震勘探深度的办法都是加大震源的炸药量和多次覆盖技术，就加大炸药量而言，工程地震勘探有时是难以做到的，因为多数场合下，不允许使用大炸药量进行地震勘探工作。除此之外，一直以来，用于勘探石油的地震勘探仪与浅层地震仪是彼此独立的，这一问题是传统地震仪器的通道数都是由厂家事先固定且不能改变所导致的。

发明内容

本实用新型目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种多功能的无线数据传输地震波勘探仪，该地震仪基于嵌入式技术和无线传输技术，无需电缆和主机电源，具有轻便小巧、通道数和功能多变的优点。

实现本发明目的采用的技术方案是一种多功能的无线数据传输地震波勘探仪，它包括：

控制总站，包括微型计算机以及与所述微型计算机连接的第一无线通信模块；

多个检测子站，每个检测子站包括数据采集模块以及与所述数据采集模块连接的第二无线通信模块，每个检测子站的第二无线通信模块通过无线信道与所述第一无线通信模块连接；以及

震源触发子站，与控制总站连接。

进一步地，所述控制总站还包括嵌入式微程序控制器，嵌入式微程序控制器连接在微型计算机与第一无线通信模块之间，用于驱动第一无线通信模块将微型计算机产生的命令广播出去。

在上述技术方案中，所述数据采集模块包括依次电信号连接的地震波传感器、信号调理电路、模数转换电路和单片机系统，单片机系统与所述第二无线通信模块连接。

进一步地，所述模数转换电路为ADS1255模数转换电路，所述单片机系统为STM32F103单片机。

更进一步地，所述检测子站还包括电源模块，该电源模块分别与信号调理电路、ADS1255模数转换电路、STM32F103单片机和第二无线通信模块连接，为信号调理电路提供7V电压，为ADS1255模数转换电路提供5V和3.3V电压，以及分别为STM32F103单片机和第二无线通信模块提供3.3V电压。

本实用新型所用控制总站、多个检测子站和震源触发子站结构简单，便于操作，由于所用电子元器件功率小，耗电量低，无需配带额外的蓄电池，所以整个地震仪重量轻，便于携带。

由于本实用新型采用无线传输，无需电缆，能够扩充检测子站的个数，从而实现通道数多变。此外，由于每一个检测子站都能够独立使用，便于建筑基桩检测、锚杆锚固质量检测。

附图说明

图1为本实用新型多功能的无线数据传输地震波勘探仪的结构示意图。

图2为控制总站的结构框图。

图3为检测子站的结构框图。

图4为数据采集模块的供电结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型多功能的无线数据传输地震波勘探仪包括控制总站、多个检测子站、震源触发子站。其中，

控制总站的结构如图2所示，包括微型计算机(PC，PersonalComputer)、嵌入式微程序控制器MCU(MicroprogrammedControlUnit)和第一无线通信模块，嵌入式微程序控制器连接在微型计算机与第一无线通信模块之间，其中，嵌入式微程序控制器与微型计算机通过USB接口连接，嵌入式微程序控制器与第一无线通信模块通过SPI接口连接。操作人员通过微型计算机发布命令，经过USB传输到嵌入式微程序控制器，嵌入式微程序控制器驱动第一无线通信模块将命令广播出去。

检测子站结构如图3所示，包括数据采集模块以及与数据采集模块连接的第二无线通信模块，每个检测子站的第二无线通信模块通过无线信道与第一无线通信模块连接。数据采集模块包括依次电信号连接的地震波传感器、信号调理电路、模数转换电路和单片机系统，单片机系统与第二无线通信模块连接。第二无线通信模块接收第一无线通信模块广播的命令后传输至单片机系统，由单片机系统控制检测子站的工作。本实施例中，所用模数转换电路为ADS1255模数转换电路，所用单片机系统为STM32F103单片机。

震源触发子站与控制总站连接，用于告诉控制总站可以开始采集数据，然后告诉控制总站命令检测子站采集数据。

为了适应野外工作的特点，本实用新型中的控制总站、检测子站和震源触发子站都必须轻便，因此不易携带大容量电源。所以，低功耗设计成为电源管理的一个关键问题，由于总站处于主动状态，电路结构也相对简单，所以该模块的电源管理比较简单。本实施例针对各检测子站中的数据采集模块，提供新的低功耗电源，即检测子站还包括电源模块，其电源电路如图4所示，电源模块为信号调理电路提供7V电压，为ADS1255模数转换电路提供5V和3.3V电压，以及分别为STM32F103单片机和第二无线通信模块提供3.3V电压。

通过本实用新型，地震勘探仪在控制总站的控制下工作，系统启动后，各检测子站(ED)加入到以控制总站(AP)为中心的网络。无线网络建立后，地震勘探仪采用以控制总站为中心的呼叫、应答方式控制系统工作。由控制总站发送命令，检测子站收到命令后完成相应的操作并做出应答。具体工作步骤包括：

(1)调节检测子站的发射功率：网络建立后，控制总站测试缺省设置下各检测子站上行的信号强度与通信质量。

(2)设置系统工作参数：即设置测量的采样率、采样持续时间、各采集站前置放大器增益、站点位置、采集的起始时延等。

(3)时钟同步：检测中，在地震波激发的同时，由震源触发子站发送数据采集命令。然而，从激发到采集子站解析出该命令大约有2ms的时延，且这个时延是不确定的，如果存在信道干扰，时延可能更长，所以必须进行时钟同步。时钟同步有多种算法，本实施例采用了简化的网络结构，所以时钟同步设计较为方便。由总站发送时钟同步命令，发送该命令时，命令包中附带总站系统时间戳信息。检测子站和震源触发子站收到命令包时，记录下本地的时间戳信息。在解析出时钟同步命令后，各自的系统时钟与控制总站时钟对齐，虽然因为数据传输时延，检测子站时钟没有真正意义上与控制总站对齐，但各检测子站间是严格对齐的。

(4)时钟同步完成后，采集子检测站启动模数转换电路工作，读取采集数据，并保存到缓冲区，等待采集命令。在单片机系统外部扩展了1024k字节数据存储器作为缓冲区用于暂存数据。该缓冲区被循环利用，当缓冲区被用尽后，回到开头覆盖前方的数据。

(5)时钟同步完成后，震源触发子站激发人工地震波，同时，震源触发子站发送数据采集命令，该命令包含地震波激发时刻的系统时间戳。检测子站收到该命令后，根据数据包中的时间戳和当前系统时钟计算出与地震波激发时刻的采集数据在缓冲区的存储地址，以该地址为起点，后续数据为有效的地震波数据。

(6)检测子站完成设置采样数后，向控制总站发送采样完成消息，等待数据传输命令。

(7)控制总站收到检测子站的完成采样信息后，依次向各检测子站调取采集数据，并绘制图形，工作人员判断测试的有效性。

本实用新型适用于多道瞬态面波勘探、检测；工程测震分析评价；地震反射波、折射波勘查；弹性波CT检测与测井；水域与陆域高密度地震映像勘查；锚杆检测；桩基检测。

Claims

1.一种多功能的无线数据传输地震波勘探仪，其特征在于，包括：

震源触发子站，与控制总站连接。

2.根据权利要求1所述多功能的无线数据传输地震波勘探仪，其特征在于：所述控制总站还包括嵌入式微程序控制器，嵌入式微程序控制器连接在微型计算机与第一无线通信模块之间，用于驱动第一无线通信模块将微型计算机产生的命令广播出去。

3.根据权利要求1所述多功能的无线数据传输地震波勘探仪，其特征在于：所述数据采集模块包括依次电信号连接的地震波传感器、信号调理电路、模数转换电路和单片机系统，单片机系统与所述第二无线通信模块连接。

4.根据权利要求3所述多功能的无线数据传输地震波勘探仪，其特征在于：所述模数转换电路为ADS1255模数转换电路，所述单片机系统为STM32F103单片机。

5.根据权利要求4所述多功能的无线数据传输地震波勘探仪，其特征在于：所述检测子站还包括电源模块，该电源模块分别与信号调理电路、ADS1255模数转换电路、STM32F103单片机和第二无线通信模块连接，为信号调理电路提供7V电压，为ADS1255模数转换电路提供5V和3.3V电压，以及分别为STM32F103单片机和第二无线通信模块提供3.3V电压。