地震采集接收系統(tǒng)

1、一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 上個(gè)世紀(jì)上個(gè)世紀(jì)7070年代中期，數(shù)字地震儀的出現(xiàn)，年代中期，數(shù)字地震儀的出現(xiàn)，把地震勘探帶入了一個(gè)新的時(shí)代，把地震勘探帶入了一個(gè)新的時(shí)代， 出現(xiàn)了以出現(xiàn)了以DFSDFSV V和和SN338SN338為代表的集中專用控制式數(shù)字地震儀。為代表的集中專用控制式數(shù)字地震儀。到了到了8080年代，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，年代，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)、新器件不斷應(yīng)用到數(shù)字地震儀的設(shè)計(jì)和新技術(shù)、新器件不斷應(yīng)用到數(shù)字地震儀的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，又出現(xiàn)了以生產(chǎn)中，又出現(xiàn)了以SN358SN358和和MDS16MDS16為代表的計(jì)為代

2、表的計(jì)算機(jī)集中控制式數(shù)字地震儀。算機(jī)集中控制式數(shù)字地震儀。 一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 所謂集中控制式系統(tǒng)是指整個(gè)儀器系所謂集中控制式系統(tǒng)是指整個(gè)儀器系統(tǒng)的控制部分采用統(tǒng)一的數(shù)字邏輯電路完統(tǒng)的控制部分采用統(tǒng)一的數(shù)字邏輯電路完成。根據(jù)控制邏輯所采用的電路形式，集成。根據(jù)控制邏輯所采用的電路形式，集中控制式地震儀又可分為中控制式地震儀又可分為專用集中控制式專用集中控制式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集中控制式數(shù)據(jù)采數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集中控制式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。集系統(tǒng)。 一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 1. 1. 專用集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)專用

3、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 檢檢波波器器邏邏輯輯控控制制數(shù)數(shù)字字磁磁帶帶機(jī)機(jī)多多路路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換開開關(guān)關(guān)瞬瞬時(shí)時(shí)浮浮點(diǎn)點(diǎn)放放大大器器模模數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)傳傳輸輸接接口口大大 線線濾波器濾波器低噪聲前低噪聲前置放大器置放大器模模 擬擬濾波器濾波器大大 線線濾波器濾波器低噪聲前低噪聲前置放大器置放大器模模 擬擬濾波器濾波器DFSDFSV V和和SN338SN338一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 1. 1. 專用集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)專用集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) （1 1）檢波器：將地面振動(dòng)信號(hào)換成模擬）檢波器：將地面振動(dòng)信號(hào)換成模擬電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)模擬信號(hào)

4、傳輸大線電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)模擬信號(hào)傳輸大線送至大線濾波器。送至大線濾波器。（2 2）大線濾波器：濾除共模干擾和高頻）大線濾波器：濾除共模干擾和高頻干擾，濾波之后的信號(hào)送低噪聲前置放干擾，濾波之后的信號(hào)送低噪聲前置放大器。大器。一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（3 3）前置放大器：對(duì)微弱的地震信號(hào)進(jìn)行放大，）前置放大器：對(duì)微弱的地震信號(hào)進(jìn)行放大，以利于后續(xù)濾波處理；放大后的信號(hào)送高通濾以利于后續(xù)濾波處理；放大后的信號(hào)送高通濾波器、低通濾波器、陷波器進(jìn)行模擬濾波處理。波器、低通濾波器、陷波器進(jìn)行模擬濾波處理。（4 4）模擬濾波器：對(duì)放大之后的信號(hào)進(jìn)行高通）模擬濾波器：對(duì)

5、放大之后的信號(hào)進(jìn)行高通濾波器、低通濾波器、陷波器進(jìn)行模擬濾波處濾波器、低通濾波器、陷波器進(jìn)行模擬濾波處理；濾除高頻、低頻和工業(yè)干擾。同時(shí)為防止理；濾除高頻、低頻和工業(yè)干擾。同時(shí)為防止采樣過程中產(chǎn)生假頻干擾，還要用大陡度去假采樣過程中產(chǎn)生假頻干擾，還要用大陡度去假頻濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，然后再送入多頻濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，然后再送入多路轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用轉(zhuǎn)換并同時(shí)完成采樣。路轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用轉(zhuǎn)換并同時(shí)完成采樣。 一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（5 5）多路轉(zhuǎn)換開關(guān)：完成時(shí)分復(fù)用轉(zhuǎn)換并同）多路轉(zhuǎn)換開關(guān)：完成時(shí)分復(fù)用轉(zhuǎn)換并同時(shí)完成采樣；經(jīng)過多路合一的各道信

6、號(hào)的子樣時(shí)完成采樣；經(jīng)過多路合一的各道信號(hào)的子樣送瞬時(shí)浮點(diǎn)放大器（送瞬時(shí)浮點(diǎn)放大器（IFPIFP）進(jìn)行可變?cè)鲆?。）進(jìn)行可變?cè)鲆?。? 6）瞬時(shí)浮點(diǎn)放大器）瞬時(shí)浮點(diǎn)放大器: :（對(duì)于小信號(hào)自動(dòng)調(diào)整（對(duì)于小信號(hào)自動(dòng)調(diào)整選擇較大增益，對(duì)于大信號(hào)自動(dòng)選擇較小增益）選擇較大增益，對(duì)于大信號(hào)自動(dòng)選擇較小增益）的放大，然后將的放大，然后將IFPIFP調(diào)整后的模擬信號(hào)送調(diào)整后的模擬信號(hào)送1515位位逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；對(duì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；對(duì)產(chǎn)生的的3 3位增益碼和位增益碼和1515位位A/DA/D轉(zhuǎn)換的尾數(shù)送格式編排轉(zhuǎn)換的尾數(shù)送格式編排電路按照規(guī)定的格式進(jìn)行編排，編排的結(jié)

7、果送電路按照規(guī)定的格式進(jìn)行編排，編排的結(jié)果送數(shù)字磁帶機(jī)記錄。數(shù)字磁帶機(jī)記錄。 一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 1. 1. 專用集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)專用集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)數(shù)字字磁磁帶帶機(jī)機(jī)反反格格式式編編排排器器數(shù)數(shù)字字自自動(dòng)動(dòng)增增益益控控制制數(shù)數(shù)模模轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器反反多多路路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換開開關(guān)關(guān)回回放放濾濾波波器器顯顯示示記記錄錄儀儀一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 1. 1. 專用集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)專用集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 為監(jiān)視記錄在磁帶中的數(shù)據(jù)的質(zhì)量，為監(jiān)視記錄在磁帶中的數(shù)據(jù)的質(zhì)量，在完成數(shù)據(jù)記錄后還需要

8、進(jìn)行數(shù)據(jù)回放。在完成數(shù)據(jù)記錄后還需要進(jìn)行數(shù)據(jù)回放。回放主要包括反格式編排、自動(dòng)增益控回放主要包括反格式編排、自動(dòng)增益控制、制、D/AD/A轉(zhuǎn)換、反多路轉(zhuǎn)換、回放濾波等轉(zhuǎn)換、反多路轉(zhuǎn)換、回放濾波等處理，最后用繪圖儀形成回放記錄。符處理，最后用繪圖儀形成回放記錄。符合質(zhì)量要求的數(shù)據(jù)磁帶需要送計(jì)算中心合質(zhì)量要求的數(shù)據(jù)磁帶需要送計(jì)算中心完成最后的處理與解釋。完成最后的處理與解釋。 一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 2. 2.計(jì)算機(jī)集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 檢檢波波器器檢檢波波器器通用計(jì)通用計(jì)算機(jī)及算機(jī)及控制記控制記錄程序錄程序數(shù)數(shù)字字磁磁帶

9、帶機(jī)機(jī)多多路路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換開開關(guān)關(guān)瞬瞬時(shí)時(shí)浮浮點(diǎn)點(diǎn)放放大大器器模模數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)傳傳輸輸接接口口大大 線線濾波器濾波器低噪聲前低噪聲前置放大器置放大器模模 擬擬濾波器濾波器大大 線線濾波器濾波器低噪聲前低噪聲前置放大器置放大器模模 擬擬濾波器濾波器前端各種控制前端各種控制SN358SN358和和MDS15BMDS15B一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 2. 2.計(jì)算機(jī)集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 通用通用 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 回放回放 控制控制數(shù)數(shù)字字磁磁帶帶機(jī)機(jī) 打印機(jī)打印機(jī) 顯示記顯示記 錄儀錄儀一、集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、集

10、中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 3. 3.集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)問題集中控制式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)問題 一般情況下，集中控制式數(shù)字地震儀的一般情況下，集中控制式數(shù)字地震儀的檢波器通過模擬信號(hào)線（一般稱為檢波器通過模擬信號(hào)線（一般稱為“大線大線”）與采集系統(tǒng)連接，由于大線上傳輸?shù)氖悄M與采集系統(tǒng)連接，由于大線上傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，傳輸?shù)木嚯x又比較遠(yuǎn)，因此，信號(hào)易信號(hào)，傳輸?shù)木嚯x又比較遠(yuǎn)，因此，信號(hào)易受各種干擾因素的影響。同時(shí)，由于采樣間受各種干擾因素的影響。同時(shí)，由于采樣間隔和大線重量的限制，集中控制式地震儀中隔和大線重量的限制，集中控制式地震儀中一條大線電纜一般不超過一條大線電纜一般不超過120120

11、道。道。二、分布式遙測(cè)地震儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)二、分布式遙測(cè)地震儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在地震儀中應(yīng)用的不斷深入，人隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在地震儀中應(yīng)用的不斷深入，人們把數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的放大器、濾波器、們把數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的放大器、濾波器、A/DA/D轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)傳輸控制邏輯以及整個(gè)控制用數(shù)據(jù)傳輸控制邏輯以及整個(gè)控制用CPUCPU做在一個(gè)小箱體做在一個(gè)小箱體內(nèi)，稱為內(nèi)，稱為“采集站采集站”，將采集站放置在檢波點(diǎn)上，每，將采集站放置在檢波點(diǎn)上，每個(gè)采集站用較短的模擬信號(hào)線（一般稱為個(gè)采集站用較短的模擬信號(hào)線（一般稱為“小線小線”）與與1 18 8道檢波器連接，各采集站用數(shù)字信號(hào)線（數(shù)字道檢波器連接

12、，各采集站用數(shù)字信號(hào)線（數(shù)字大線）或以無線方式與中央記錄主機(jī)相連，當(dāng)各采集大線）或以無線方式與中央記錄主機(jī)相連，當(dāng)各采集站和記錄主機(jī)之間合理組合時(shí)，可以構(gòu)成分布式數(shù)據(jù)站和記錄主機(jī)之間合理組合時(shí)，可以構(gòu)成分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由于數(shù)據(jù)采集部件在檢波點(diǎn)而不在儀器車采集系統(tǒng)。由于數(shù)據(jù)采集部件在檢波點(diǎn)而不在儀器車上，因此，這類系統(tǒng)又被稱為上，因此，這類系統(tǒng)又被稱為“遙測(cè)地震儀遙測(cè)地震儀”。 二、分布式遙測(cè)地震儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)二、分布式遙測(cè)地震儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)VME總線控制總線控制野外數(shù)字大線野外數(shù)字大線標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)總線標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)總線 采集站采集站1 采集站采集站2 采集站采集站n計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)1計(jì)算機(jī)計(jì)

13、算機(jī)2繪圖儀繪圖儀磁帶機(jī)磁帶機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口采集控制采集控制磁帶機(jī)接口磁帶機(jī)接口其它接口其它接口繪圖儀接口繪圖儀接口SN368SN368和和MDS16MDS16二、分布式遙測(cè)地震儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)二、分布式遙測(cè)地震儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 1. IFP 1. IFP型采集站型采集站 線線路路濾濾波波器器前前置置放放大大器器高通、高通、陷波、陷波、低通濾低通濾波器波器多多路路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換開開關(guān)關(guān)瞬時(shí)瞬時(shí)浮點(diǎn)浮點(diǎn)放大放大器器A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器檢檢波波器器線線路路濾濾波波器器前前置置放放大大器器高通、高通、陷波陷波低通濾低通濾波器波器檢檢波波器器 采集站控制電路采集站控制電路（CPU）數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)傳

14、傳輸輸接接口口去去前前端端數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)指指令令美國(guó)的美國(guó)的DFSDFS、MDSMDS1616和法國(guó)和法國(guó)SN368SN368二、分布式遙測(cè)地震儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)二、分布式遙測(cè)地震儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 2.IFP 2.IFP型采集站存在的問題型采集站存在的問題 1 1、影響地震儀頻率特性的因素主要是模擬電路及、影響地震儀頻率特性的因素主要是模擬電路及A/DA/D轉(zhuǎn)換之前采樣速率的限制。轉(zhuǎn)換之前采樣速率的限制。 其高頻響應(yīng)主要取決于多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的采樣頻率。其高頻響應(yīng)主要取決于多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的采樣頻率。設(shè)采樣頻率為設(shè)采樣頻率為fs s，有效信號(hào)中的最高頻率為，有效信號(hào)中的最高頻率為fmaxmax，IFP的的單道調(diào)整

15、時(shí)間為單道調(diào)整時(shí)間為tc，地震道數(shù)為地震道數(shù)為N；考慮到采樣定理；考慮到采樣定理fs s 2 fmaxmax的的要求，取要求，取fs s =4 =4 fmaxmax，系統(tǒng)的高截止轉(zhuǎn)折頻率，系統(tǒng)的高截止轉(zhuǎn)折頻率fc c= = fmaxmax，則有，則有 Ntffcsc14141二、分布式遙測(cè)地震儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)二、分布式遙測(cè)地震儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 2.IFP 2.IFP型采集站存在的問題型采集站存在的問題 2 2、影響儀器動(dòng)態(tài)范圍的主要因素是模擬電路本底噪、影響儀器動(dòng)態(tài)范圍的主要因素是模擬電路本底噪聲幅值和儀器最大不失真信號(hào)的幅值聲幅值和儀器最大不失真信號(hào)的幅值 一般情況下，對(duì)于一般情況下，對(duì)于n n

16、位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器，其動(dòng)態(tài)范轉(zhuǎn)換器，其動(dòng)態(tài)范圍圍DRDR為：為： nDRn02. 62log20二、分布式遙測(cè)地震儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)二、分布式遙測(cè)地震儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 2.IFP 2.IFP型采集站存在的問題型采集站存在的問題 2 2、影響儀器動(dòng)態(tài)范圍的主要因素是模擬電路本底噪、影響儀器動(dòng)態(tài)范圍的主要因素是模擬電路本底噪聲幅值和儀器最大不失真信號(hào)的幅值聲幅值和儀器最大不失真信號(hào)的幅值 就目前集成電路工藝和技術(shù)來說，對(duì)于傳統(tǒng)的積分就目前集成電路工藝和技術(shù)來說，對(duì)于傳統(tǒng)的積分型型A/DA/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近型轉(zhuǎn)換器、逐次逼近型A/DA/D轉(zhuǎn)換器和直接比較型轉(zhuǎn)換器和直接比較型A/DA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器，由于

17、電路本身噪聲特性的影響，其分辨率很難達(dá)到換器，由于電路本身噪聲特性的影響，其分辨率很難達(dá)到1818位，因此，直接使用傳統(tǒng)位，因此，直接使用傳統(tǒng)A/DA/D轉(zhuǎn)換器的儀器系統(tǒng)，其動(dòng)轉(zhuǎn)換器的儀器系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)范圍難以達(dá)到態(tài)范圍難以達(dá)到110 dB 110 dB 。 二、分布式遙測(cè)地震儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)二、分布式遙測(cè)地震儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 2.IFP 2.IFP型采集站存在的問題型采集站存在的問題 3 3、IFPIFP結(jié)構(gòu)的采集站使用了大量模擬器件和數(shù)字器件，結(jié)構(gòu)的采集站使用了大量模擬器件和數(shù)字器件，電路結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，功耗也比較大，這些都不符合現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，功耗也比較大，這些都不符合現(xiàn)代電子技術(shù)集成化、數(shù)字化、低功耗（低電源電壓）、代電子技術(shù)集成化、數(shù)字化、低功耗（低電源電壓）、高性能的要求。