CN209433020U - 一种震电联合监测接收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水力压裂技术领域，具体地为一种震电联合监测接收装置，包括：多个独立的接收单元，每个独立的接收单元包括：一台接收仪器以及接收仪器的接收端连接的一个三分量检波器和一对接收电极，分量检波器和接收电极分别用于感知震电信号和电法信号；接收仪器包括:信号调理与采集控制电路，与所述三分量检波器和一对接收电极的输出端连接；FPGA控制电路，与所述信号调理与采集控制电路的输出连接。主控中心，与所述FPGA控制电路通讯连接；存储单元，与所述主控中心连接用于将数据进行存储；通信单元，与所述主控中心通信连接；GPS模块，与所述所述主控中心通信连接。同时测量电信号与震动信号，解决了现有的勘探设备精度低，利用率低等问题。

Description

一种震电联合监测接收装置

技术领域

本实用新型涉及水力压裂技术领域，具体地来讲为一种震电联合监测接收装置。

背景技术

在水力压裂监测过程中常用的方法包括微地震监测，井地电法监测，测斜仪监测等方法。对于单一的微地震监测方法存在很多的不足。微地震监测方法虽然可以获得在水力压裂过程中震源点的具体位置。但是无法获得裂缝的具体走向等信息；对于井地电法监测来讲，无法获得裂缝的具体位置等信息；由于传统的水力压裂监测接收系统只可以完成一种方法数据的接收，但随着技术的不断提高，提出了多种方法的联合监测，单一的接收系统已经无法完成数据的接收。接收多种数据的系统的研制迫在眉睫。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种震电联合监测接收装置，克服在压裂过程中单一裂缝成像接收结果带来的不足。

本实用新型是这样实现的，

一种震电联合监测接收装置，该装置包括：多个独立的接收单元，每个独立的接收单元包括：一台接收仪器以及接收仪器的接收端连接的一个三分量检波器和一对接收电极，所述分量检波器和接收电极分别用于感知震电信号和电法信号；

所述接收仪器包括:

信号调理与采集控制电路，与所述三分量检波器和一对接收电极的输出端连接；

主控中心，与所述信号调理与采集控制电路通讯连接；

存储单元，与所述主控中心连接用于将数据进行存储；

通信单元，与所述主控中心通信连接；

GPS模块，与所述所述主控中心通信连接。

进一步地，所述信号调理与采集控制电路包括电信号采集通道信号调理电路与震动信号采集通道信号调理电路，所述电信号采集通道信号调理电路的输入端与所述接收电极的输出端连接，所述震动信号采集通道信号调理电路与所述三分量检波器的输出端连接。

进一步地，所述电信号采集通道信号调理电路按照信号流动的方向包括输入端与输出端依次相连的前端隔离电路、自然电位补偿电路、低通滤波网络电路、第一程控放大器、模数转换器、以及第一FPGA控制电路。

进一步地，所述震动信号采集通道信号调理电路按照信号流动的方向包括输入端与输出端依次相连的输入保护电路、无源低通滤波网络 、第二程控放大器、模数转换器、以及第一FPGA控制电路。

进一步地，所述主控中心包括ST公司生产的ARM Cortex-M4内核为基础的单片机STM32F407为CPU，CPU通过接口连接有一SD卡存储单元、一GPS模块和时间同步单元、一个低功耗4G无线通信单元和一个用于数据存储、数据质量监控和数据恢复的有线以太网单元。

进一步地，在所述低通滤波网络电路与第一程控放大器之间设置一第一模拟开关电路，所述第一模拟开关电路通过测试信号产生电路与所述第一FPGA控制电路连接。

进一步地，在所述无源低通滤波网络与第二程控放大器之间设置有第二模拟开关电路，所述第二模拟开关电路通过测试信号产生电路与所述第二FPGA控制电路连接。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型实现两种数据同时接收的功能,为地球物理探测方法提供更加精准的监测结果。接收系统需要同时接收微地震微地震数据和电法数据，即能同时测量电信号与震动信号，在接收系统中的通信功能则是为了实现对仪器的控制、设定以及数据的无线回收功能。解决了现有的勘探设备精度低，利用率低等问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的装置总体框图；

图2为本实用新型实施例电信号采集通道信号调理电路的结构框图；

图3为本实用新型实施例提供的自然电位补偿电路的电路框图；

图4为本实用新型实施例提供的低通滤波网络电路的电路原理图；

图5为本实用新型实施例震动信号采集通道信号调理电路的结构框图；

图6为本实用新型实施例FPGA控制电路的芯片图；

图7为本实用新型实施例提供的装置展开模块框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1结合图7所示，一种震电联合监测接收装置，该装置包括：多个独立的接收单元，每个独立的接收单元包括：一台接收仪器以及接收仪器的接收端连接的一个三分量检波器和一对接收电极，所述分量检波器和接收电极分别用于感知震电信号和电法信号；所述接收仪器包括:

信号调理与采集控制电路，与所述三分量检波器和一对接收电极的输出端连接；

FPGA控制电路，与所述信号调理与采集控制电路的输出连接。

主控中心，与所述FPGA控制电路通讯连接；

存储单元，与所述主控中心连接用于将数据进行存储；

通信单元，与所述主控中心通信连接；

GPS模块，与所述所述主控中心通信连接。

信号调理与采集控制电路包括电信号采集通道信号调理电路与震动信号采集通道信号调理电路，所述电信号采集通道信号调理电路的输入端与所述接收电极的输出端连接，所述震动信号采集通道信号调理电路与所述三分量检波器的输出端连接。

参见图2所示，所述电信号采集通道信号调理电路按照信号流动的方向包括输入端与输出端依次相连的前端隔离电路、自然电位补偿电路、低通滤波网络电路，第一程控放大器、以及模数转换器。其中，前段隔离电路用于消除尖峰脉冲电压和隔离过大电流来保护调理电路；考虑到野外实验过程中，信号很容易因自然电位的存在而波动。从而，设计了自然电位补偿电路，通过预采集环境中的自然电位，对采集数据中的自然电位进行补偿；低通滤波网络在整个震电信号的采集系统中系统发射部分的激励源为低频段的信号，因此将采用低通滤波滤除数据中的高频噪声部分；第一程控放大器将两个电极接受到信号经过以上调理电路处理之后经过程控放大器放大后输出进行信号的采集和存储。

如图3所示为自然电位补偿电路的电路框图。包括一个减法器，原信号调理部分将原信号送至入FPGA后，采集自然电位，将直流偏移量，经过数模转换器反馈到前端调理电路将信号中心位置拉回零点，从而达到补偿的作用。

如图4所示为本新型实施例采用的低通滤波网络电路的电路原理图，由一个差分滤波器和两个独立的滤波器所组成。差分滤波器从输入信号中去除高频正常模式分量。独立滤波器去除多个输入信号共用的高频分量（共模滤波器））

参见图5所示，震动信号采集通道信号调理电路按照信号流动的方向包括输入端与输出端依次相连的输入保护电路、无源低通滤波网络 、程控放大器、以及模数转换器。其中输入保护电路通过采用瞬态抑制二极管进行保护，防止静电、瞬变电压、过压电流以及闪电子器件的损害；本实施例中，无源低通滤波网络采用图4所示的低通滤波网络电路的电路也可以实现，由一个差分滤波器和两个独立的滤波器所组成。差分滤波器从输入信号中去除高频正常模式分量。独立滤波器去除多个输入信号共用的高频分量（共模滤波器）。模数转换电路采用具有高精度、低功耗的32位、模数转化器ADS1282。：滤除震动信号中的高频干扰成分；第二程控放大器：对滤波后的信号进行放大；检波器感知到的震动信号经过以上的信号调理电路输送至数模转换器进行模数转换后，可通过DSP将数据暂存FPGA控制电路。

输入信号经过前段调理电路后由数模转换器转换为数字信号，独立输入到FPGA控制电路中，FPGA控制电路将对信号进行存储等处理。

在所述低通滤波网络电路与第一程控放大器之间设置一第一模拟开关电路，所述第一模拟开关电路（采用在ADS1282芯片里的MUX模块进行提供）通过测试信号产生电路与所述FPGA控制电路连接。在所述无源低通滤波网络与第二程控放大器之间设置有第二模拟开关电路，所述第二模拟开关电路通过测试信号产生电路与所述FPGA控制电路连接。

图6所示，FPGA控制电路采用Cyclone IV版本作为采集和测试控制器。测试信号产生电路采用单片测试信号发生器，型号为DAC1282。它可以实现微地震中微弱信号的三向数据采集、转换、传输和信道测试。

本实用新型在信号调理通路上设置模拟开关，主要作用完成采集电路的不同的工作状态，主要为正常工作状态和测试状态。测试主要完成整个系统连接情况的检测，通过检测课确保仪器的正确连接。模拟开关打开至测试档，装置进入到自检、连接情况测试过程。检查完毕后。模拟开关电路将开至正常采集位置，此时进入正常采集模式。

参见图7，主控中心包括ST公司生产的ARM Cortex-M4内核为基础的单片机STM32F407为CPU，CPU通过接口连接有一SD卡存储单元、一GPS模块和时间同步单元、一个低功耗4G无线通信单元和一个用于数据存储、数据质量监控和数据恢复的有线以太网单元。

本实用新型在每个节点的接收仪器上都有一个内置GPS模块，用于在数据采集期间接收GPS卫星信号。GPS卫星上装有高精度氦原子钟，以便在全球范围内提供准确的UTC时间信息。仪器接收到GPS信息后，将GPS数据转换为常用的时间和位置信息，然后将位置信息保存到SD卡上。为了实现仪器的节能设计，我们结合GPS和实时时钟（RTC）来获取时间信息。GPS的功耗远高于RTC。因此，使用RTC对数据文件进行时间记录。为了减少时间误差，采用GPS每5分钟同步一次RTC时间。存储单元采用SD卡，具有体积小、存储容量大、数据存储速度快的特点。SD卡将RTC每秒钟签名的微地震数据和第一个数据点的时间信息存储在与时间域中的文件名相对应的数据文件中。

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

Claims (7)

1.一种震电联合监测接收装置，其特征在于，该装置包括：多个独立的接收单元，每个独立的接收单元包括：一台接收仪器以及接收仪器的接收端连接的一个三分量检波器和一对接收电极，所述分量检波器和接收电极分别用于感知震动信号和电法信号；

所述接收仪器包括:

信号调理与采集控制电路，与所述三分量检波器和一对接收电极的输出端连接；

FPGA控制电路，与所述信号调理与采集控制电路的输出连接；

主控中心，与所述FPGA控制电路通讯连接；

存储单元，与所述主控中心连接用于将数据进行存储；

通信单元，与所述主控中心通信连接；

GPS模块，与所述主控中心通信连接。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号调理与采集控制电路包括电信号采集通道信号调理电路与震动信号采集通道信号调理电路，所述电信号采集通道信号调理电路的输入端与所述接收电极的输出端连接，所述震动信号采集通道信号调理电路与所述三分量检波器的输出端连接。

3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电信号采集通道信号调理电路按照信号流动的方向包括输入端与输出端依次相连的前端隔离电路、自然电位补偿电路、低通滤波网络电路、第一程控放大器、以及模数转换器，通过所述模数转换器输出至FPGA控制电路。

4.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述震动信号采集通道信号调理电路按照信号流动的方向包括输入端与输出端依次相连的输入保护电路、无源低通滤波网络、第二程控放大器以及模数转换器，通过所述模数转换器输出至FPGA控制电路。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主控中心包括ST公司生产的ARMCortex-M4内核为基础的单片机STM32F407为CPU，CPU通过接口连接有一SD卡存储单元、一GPS模块和时间同步单元、一个低功耗4G无线通信单元和一个用于数据存储、数据质量监控和数据恢复的有线以太网单元。

6.按照权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述低通滤波网络电路与第一程控放大器之间设置一第一模拟开关电路，所述第一模拟开关电路通过测试信号产生电路与所述FPGA控制电路连接。

7.按照权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述无源低通滤波网络与第二程控放大器之间设置有第二模拟开关电路，所述第二模拟开关电路通过测试信号产生电路与所述FPGA控制电路连接。