地震儀器設備簡介課件

1、儀器野外設備簡介儀器中心目錄一、儀器主機二、采集站、電源站、交叉站部分三、電纜及輔助部分四、檢波器部分地震數(shù)據(jù)采集設備地震儀器輔助設備機械（震源）設備野外設備(傳輸和采集) 中央記錄系統(tǒng) 儀器儀器車 爆炸機系統(tǒng)的編/譯碼器、震源的掃描發(fā)生器/電子箱體大線、電臺/檢波器、采集站、交差站地球物理勘探設備采集設備儀器主機地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心就是地震勘探儀器 ,這里就以遙測數(shù)字地震儀器為例簡要介紹其結構、電路組成和關鍵技術等。遙測數(shù)字地震儀器由硬件和軟件兩大部分構成 ,硬件是完成數(shù)據(jù)采集的執(zhí)行部件 ,軟件是完成數(shù)據(jù)采集等的控制程序。軟件一般包括采集程序、監(jiān)控程序、診斷程序、現(xiàn)場處理程序和其它服務程序

2、等 ,它們分別用來控制和管理地震數(shù)據(jù)的采集、系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作、故障的檢測、采集質(zhì)量的監(jiān)視和其它服務工作等。硬件設備主要包括采集站、交叉站、電源站、電纜、中繼站和主機等 ,它們依次完成地震信號從模擬到數(shù)字的采集、排列的管理、排列的供電、模擬信號的輸入和數(shù)字信號的傳送、數(shù)字信號與命令或狀態(tài)整形和接力以及數(shù)據(jù)的整編與記錄。環(huán)境噪音錄制和地震信號的錄制目錄一、儀器主機二、采集站、電源站、交叉站部分三、電纜及輔助部分四、檢波器部分408ULS: No equipment on surfaceFDU2SFDU2SFDU2SLAULSFDU2Sdown 50 m depthLAUXCMXLPRMTapedri

3、ve408UL QCs地震數(shù)據(jù)采集流程地震數(shù)據(jù)的采集過程從時序上看是一個開環(huán)鏈路數(shù)據(jù)接力傳輸流程 ,即從炮點能量激發(fā)開始儀器便進入采集狀態(tài) ,此時地震波經(jīng)檢波器輸入到采集站 ,地震數(shù)據(jù)就經(jīng)由每一個相關環(huán)節(jié)源源不斷地傳到主機并記錄磁帶直到完成整個記錄長度 ,其基本流程關系如圖1 所示。使用采集站的優(yōu)點（1）電纜的芯數(shù)減少，減輕了野外工人的勞動強度；（2）電纜傳輸?shù)男盘柺菙?shù)字信號增強可靠性提高了抗干擾能力；（3）采集站同時又可作為轉發(fā)器，形成接力傳輸?shù)男问?，不斷恢復原信號的大小；?）便于無線電傳送，可以去掉采集站與采集站之間的電纜連接線，這樣更方便野外施工。前放（放大模擬地震信號，提高抗干擾能力

4、）、前放增益：地震信號強度很弱，檢波器輸出的電信號一般為微伏級至毫伏級左右，若這一信號直接送至A/D 轉換，其結果將帶來以下幾個問題：由于信號幅度小、A/D轉換精度低。由于信號整體幅度較小，勢必使A/D轉換器的高位均為0，不能充分利用24位A/D 轉換器(實用20 位)資源。也將損失相當部分的小信號，降低了信號的動態(tài)范圍采用線性提升整個信號幅度的方法，使A/D 轉換器輸入信號的最大幅度略小于滿標稱幅度范圍(目前儀器A/D轉換器的參考電壓一般為2.5V-4.5V)。最大限度地提高信號的轉換精度和最大限度地保證所記錄信號的動態(tài)范圍。注意：一方面由于地震信號很微弱，在送到A/D轉換以前，必須進行放大

5、，以滿足儀器的最小輸入，從儀器本身的噪聲中提取出來；另一方面，一些干擾波的幅度很大，當上面附加有有效信號時，如果放大的倍數(shù)太大，則會超出A/D的最大值導致溢出。因此選擇前放增益需要考慮當時的施工情況。另外為防止野外可能出現(xiàn)的雷擊破壞情況，在前置放大器前端信號入口處加入電壓抑制放電管、共模濾波器等電路以保護采集電路。采集站的基本原理采集站的基本原理濾波、多路轉換開關（在一個采樣間隔依次對每道采一次樣） ，采樣間隔，采樣定理，過采樣，主放（瞬時浮點放大IFP）-放大的是已經(jīng)離散化的地震子樣，最高位碼權值4096MV，最低位碼權值0。5MV，主放都能選擇一個四進制三位碼表示的增益把子樣放大到A/D轉

6、換的滿量的16%-87%之間。這就是對子樣的規(guī)范化，大大提高記錄精度。他是在指令對增益控制電路、增益比較器電路完成的。A/D轉換將14個差2倍二進制權值電壓依次與子樣電壓比較，大于為1，反之為0。每個一個地震子樣是由主放和A/D完成輸出。由4位階碼和15位尾數(shù)構成的浮點數(shù)。寫寄存器、讀寄存器、邏輯控制器、極性檢測器、格式編排。以及轉發(fā)器等構成。408采集站工作原理技術就是 24 位A/D 轉換的核心技術 ,它與以往的采樣保持再用標準的參考電壓作逐位比較的原理絕然不同 ,它是以時域分辨率來實現(xiàn)幅度分辨率 ,也即以遠高于奈奎斯特頻率的速度將模擬信號調(diào)制成簡單的數(shù)字信號 ,再經(jīng)高速數(shù)字抽取濾波器實現(xiàn)

7、去假頻功能和24 位樣點信號。408采集站工作原理采集站主要由六大功能電路組成：（1）傳輸電路（To Line Plug） （2）電源電路(POWER SUPPLY)（3）模數(shù)轉換電路(SIG DEL) （4）采集站接口電路(FDU INT)（5）采集站數(shù)據(jù)通訊電路(FDU COM)（6）EEPROM電源電路輸入濾波電路P2P1模數(shù)轉換電路檢波器接入口 T1 T3 T4 T2FDU INTFDU COM電源電路電路板五項功能 電源電路_為模擬部分提供6.3伏電壓和數(shù)字部分提供3.7伏電壓 采集站接口電路信號的整形，產(chǎn)生兩路使系統(tǒng)同步的相位同步邏輯信號 采集站數(shù)據(jù)通訊電路與電源站的通信，數(shù)據(jù)處理

8、：完成數(shù)據(jù)的抽取模數(shù)轉換電路模數(shù)轉化，也包括來自電源站或交叉站指令的DAC數(shù)模轉化（用以測試）EEPROM由采集站串行通信部分控制，包含有采集站地址信息，校正參數(shù)通過傳輸電路接收來自電源站或交叉站的命令，將檢波器拾取的信號首先經(jīng)過輸入濾波電路完成第一級濾波，然后進入模數(shù)轉換電路，將采集到的模擬信號轉換成數(shù)字信號，經(jīng)數(shù)據(jù)通訊電路整理，最后將數(shù)字信號經(jīng)采集站接口電路傳送到下一個電源站或交叉站，同時采集站內(nèi)部裝有測試信號源以供其進行自測。電源站、交叉站電源站Laul或lauls電源站是把直流12v通過升壓電路產(chǎn)生48v通過鬼對技術接入的排列中。作為數(shù)字接口一方面，laul解釋來自主機的命令，傳遞采集

9、參數(shù)，使采集與TB同步。另一方面，laul從fdu收集數(shù)據(jù)，并進行抽取濾波和數(shù)據(jù)壓縮。Laul把采集數(shù)據(jù)發(fā)送到laux，進一步再發(fā)到主機。CSU交叉站受主機系統(tǒng)控制，具有存儲功能的信號分配器，有兩種工作方式（1）即采集數(shù)據(jù)前主機系統(tǒng)發(fā)出指令給CSU，主機系統(tǒng)與各采集站溝通；（2）采集數(shù)據(jù)時，CSU負責對所有采集站進行數(shù)據(jù)采集。所以CSU的內(nèi)部信號既能沿側線縱向傳輸，也能橫向送到主機系統(tǒng)。電子設備的年月檢408采集站年檢項目及指標DistortionNoiseCMRRGainPhaseCrosstalkg1g2g1g2g1g2g1g2g1g2g1g21-1031.40.35100-11-2020

10、110210.2540.70.180.520.5-1.51.5-25250.25164-33-3030目錄一、儀器主機二、采集站、電源站、交叉站部分三、電纜及輔助部分四、檢波器部分地震電纜種類地震電纜以傳輸方式可分為模擬電纜、數(shù)傳電纜、光導纖維電纜；以使用范圍可分為陸地電纜和海上電纜。模擬電纜：就是采集的地震信號以模擬形式傳輸給采集站。如BOX電纜（海上電纜）。數(shù)傳電纜：就是采集的地震信號以數(shù)字的形式，在采集站之間及采集站與儀器之間進行傳輸。如SN388（陸地）、SYSTEM-II（陸地）、408USL（海上）。1、模擬電纜的特點：是每個地震道占用一對導線傳送地震信號，傳送的是模擬信號。導線越

11、長，模擬信號衰減得越厲害。導線的芯數(shù)根據(jù)采集站所接收的道數(shù)決定的。每對芯線絞合前行，目的是獲得相應長度的工作電容。BOX電纜：有4對絞合線，內(nèi)部含有阻水劑（適于水中使用），和卡夫絨拉筋（抗拉力強），全長220米，道間距55米，每道用防水性BOX抽頭引出，原裝BOX電纜抽頭前有一制動塊，以便海中使用時拴錨，固定電纜。2、數(shù)傳電纜的特點：是電纜擁有相應地震采集道的同時，還擁有控制線和數(shù)字信號傳輸線。每對線都是以絞合形式存在，絞合的均勻度與電纜的工作電容和傳輸速率有關。電纜內(nèi)部有塑料管拉筋，無阻水劑。30米8-855米8-4110米75米8-83米55米8-875米8-4450米2米電纜的種類 40

12、8ULS儀器數(shù)傳電纜多達10種.儀器野外設備-各種電纜 Single sensor110m max.or HGor HGFDU2S14 mmTransmission pairConductorGeophone pair408儀器110米電纜的結構圖408ULS電纜（110米）： 包括3對直通線和2對本道線。3對直通線為1對電源線（1、8），2對數(shù)傳和命令線（2、3；6、7），每對都是交叉直通的。兩個大線插頭分別與1個本道相通（4、5）。本道抽頭為防水性抽頭，電纜內(nèi)部含阻水劑，高強度卡夫絨拉筋，適于海中使用。傳輸速率為8.960MB/S。電纜的指標：電纜測試除了測試其通斷性外,更主要測試其數(shù)傳特

13、性,如線對間的工作電容、特性阻抗、傳輸衰減、近端串音(數(shù)傳線對間的抗干擾能力),線間漏電電阻、線間短路等。408uls單檢110m電纜主要參數(shù)重量：12.5kg長度：110m（27.5M+55M+27.5M）8MHz時工作衰減：小于5.1dB/100m電源線通斷電阻：3 數(shù)傳線通斷電阻：8檢波器線通斷電阻：3.3 線間和對地絕緣電阻：特性阻抗值：1- 電臺、gps、爆炸機等輔助設備爆炸機、震源、氣槍設備要求同步目錄一、儀器主機二、采集站、電源站、交叉站部分三、電纜及輔助部分四、檢波器部分地震檢波器一、地震檢波器定義1、地震檢波器是把傳到地面和水面的地震波轉換成電信號的裝置，它是地震儀器野外數(shù)據(jù)

14、采集的關鍵部件。2、地震檢波器串：將一組檢波器以串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)方式連接在一起，稱為檢波器串。4、三分量（3-C）檢波器：同時可接收水平、側向和上下三個方向振動的檢波器。5、雙檢（2-C）：由水檢（壓電檢波器）和陸檢（動圈式檢波器）組成?？赏瑫r接收海地和水中信號。二、地震檢波器分類地震檢波器按應用環(huán)境分為陸地檢波器和水中檢波器。陸地檢波器：電動式檢波器（動磁式檢波器和動圈式檢波器）、渦流式檢波器和3-C檢波器。水中檢波器：壓電檢波器、2-C檢波器和4-C檢波器。按電學原理分主要為電動式、渦流式、壓電式。按檢測的力學分主要為速度型、加速度型、壓力型。按自然頻率高低分主要為低頻（8-10hz）、

15、中頻（28-40hz）、高頻（60-100hz）按接受地震波的震動方向分主要為接受縱波的單分量、接受縱波橫波的三分量檢波器。電動式檢波器工作原理電動式檢波器由磁鋼、線圈、彈簧片和軟鐵外殼等組成。線圈通過彈簧片于軟鐵外殼相連，線圈又處于磁鋼于軟體外殼的縫隙磁場中，工作時，軟體外殼受到地震波的作用而運動時，線圈則相對磁鋼做相對運動。根據(jù)電磁感應原理，線圈和磁鋼做相對運動切割磁力線，線圈中將產(chǎn)生感應電動勢，且電動勢的大小與相對運動速度成正比，此感應電動勢即為地震檢波器的輸出信號。 速度型檢波器結構與特性動圈檢波器結構示意圖穩(wěn)定速度驅(qū)動時相對電壓輸出值1100.23571010.70.50.3h=0h

16、=0.3h=0.5h=0.7h=1h=2110180015001200900600300h=2h=0.5h=0.7h=0.3h=1速度與電壓之間的相位值模擬檢波器：檢波器技術指標 衡量地震檢波器性能指標的參數(shù)有許多，主要參數(shù)包括自然頻率、阻尼系數(shù)、靈敏度、諧波失真、容差等，相關參數(shù)包括直流電阻、阻抗、假頻、噪聲、漏電、極性以及懸體質(zhì)量、線圈最大位移、允許傾斜角度、體積和重量等。下面著重介紹地震檢波器主要技術參數(shù)的物理意義及其對地震數(shù)據(jù)采集效果的影響。一是自然頻率：也稱固有頻率或共振頻率，它由檢波器彈性系統(tǒng)的結構和材料決定。自然頻率的高低主要決定地震信號的有效起始頻率。二是靈敏度：它是檢波器對激

17、勵（振動）響應的敏感程度，大小取決于線圈總長度和磁場強度 。該指標主要反映響應弱小信號能力。三是失真度（畸變）：它是輸出信號諧波分量總和有效值與基波分量有效值之比的百分比 。該指標決定地震信號的瞬時動態(tài)范圍。模擬檢波器：檢波器技術指標檢波器技術指標模擬檢波器：四是阻尼系數(shù)：阻尼系數(shù)是指檢波器并聯(lián)衰減電阻后慣性體振動衰減快慢的相對比值，它主要影響分辨相鄰反射地震波的能力。 五是容差：容差表示同種型號的個體檢波器互相之間技術指標的相對差異，一般用百分比表示。雖然它不是檢波器本身的技術參數(shù)，卻直接影響地震數(shù)據(jù)的采集效果，如果檢波器的一致性差，不同檢波器接收同一信號的結果就會有不同的輸出，結果將降低地

18、震數(shù)據(jù)采集質(zhì)量和保真度。 自然頻率： 它完全由系統(tǒng)本身的彈簧振子的質(zhì)量(M)和剛度(K)所決定CSG-60CJ-120DX-2820DX-10-3dB-20dB理論上：使用不同自然頻率的檢波器，只能改變信號低截頻，而每個頻率的信噪比是不會改變的。關鍵點：保證高保真度、畸變小、寬頻接收的技術指標。自然頻率分析20DX系列檢波器參數(shù)一覽表(注)組合檢波器一、組合檢波組合檢波就是在每一個地震道上都采用兩個以上的檢波器，按一定形式(直線或面積)安置在排列上，同時接收地震波，并把所接收到的地震信號作為某一道共同的地震信號，用這種相加的辦法可以達到增強有效波，削弱干擾波的目的。 組合檢波是利用干擾波與有效波出現(xiàn)規(guī)律的差異和傳播方向(也就是視速度)的不同來壓制干擾波的。下圖4-1-14為三串三并檢波器串圖形：-+ L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 壓電式檢波器是以壓電傳感器為信號檢測單元的檢波器 。它以某些介質(zhì)的壓電效應為基礎 ,在外力的作用下 ,在電介質(zhì)表面上產(chǎn)生電荷 ,其電荷與所受外力成正比 ,從而達到把機械能轉化為電量的目的。因為壓電晶體二極板間產(chǎn)生的電荷量相等 ,壓電晶體為高阻抗的元件 ,所以可將其視為一個電容器。二極板間的電壓為 U =Q /C