CN104678456A - 兼具电磁和地震数据采集功能的地球物理勘探仪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种兼具电磁和地震数据采集功能的地球物理勘探仪器，包括有主控站、多个交叉站、多个采集站和多个传感器，相邻的采集站通过大线连接，大线上引出多个接头连接传感器，采集站最终连接交叉站，交叉站再连接上级交叉站，最后一级交叉站连接主控站；采集站包括有与传感器连接的模拟电路单元、与模拟电路单元连接的***总控单元、与***总控单元连接的高速接口单元、以及传感器类型识别单元，传感器类型识别单元包括有稳压电源、接入稳压电源之间的恒流源和模拟开关，传感器接入传感器类型识别单元的电路中，模拟开关与***总控单元连接。本发明兼具地震和电磁数据采集功能，能够同时探测地质结构以及电性结构。

Description

兼具电磁和地震数据采集功能的地球物理勘探仪器

技术领域

   本发明涉及地球物理勘探仪器领域，具体是一种兼具电磁和地震数据采集功能的地球物理勘探仪器。

背景技术

地球物理勘探领域中最常用的仪器是地震仪，由于地震仪可以探测地质分层，所以被广泛应用于油气田的勘探，工程勘探与监测。而若要进一步探测地层的物性特征，探测电阻率等地层电性特征的电磁仪可以很好的完成任务。电磁仪在岩溶探查、考古采空区、水利水电工程、堤防隐患、石油勘探、环境监测等领域有显著作用。

典型的应用场景是煤矿勘探，假设通过地震仪发现某处有煤矿，但是仅通过地震仪无法知道更详细的情况，例如采空区构造以及含水构造。而这些情况都对后续安全施工有着重大影响。所以还迫切需要能探明这些信息的仪器，而电磁仪正能很好的完成这个任务。

地震仪国内外均有大量成熟的产品，代表性的为法国Sercel公司的508-XT。同样电磁仪也有很多，在国内地勘***应用较广的是加拿大凤凰公司的V8***。但是目前并未发现同时提供地震和电磁数据采集功能的地球物理勘探仪器。如果野外作业同时需要地震仪和电磁仪就要带两套记录仪器，而这种记录仪器一般都是体积较大，且需要较多的周边设备如大容量电池和长电缆等。这样野外施工的成本会大幅增加并且可靠性也会下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种兼具电磁和地震数据采集功能的地球物理勘探仪器，兼具地震和电磁数据采集功能，能够同时探测地质结构以及电性结构。

本发明的技术方案为：

兼具电磁和地震数据采集功能的地球物理勘探仪器，包括有主控站、多个交叉站、多个采集站和多个传感器，相邻的采集站通过大线连接，大线上引出多个接头连接传感器，采集站最终连接交叉站，交叉站再连接上级交叉站，最后一级交叉站连接主控站；所述的采集站包括有与传感器连接的模拟电路单元、与模拟电路单元连接的***总控单元、与***总控单元连接的高速接口单元、以及传感器类型识别单元，传感器类型识别单元包括有稳压电源、接入稳压电源之间的恒流源和模拟开关，所述的传感器接入传感器类型识别单元的电路中，所述的模拟开关与***总控单元连接。

所述的模拟电路单元包括与传感器连接的带通滤波器、与***总控单元连接的ADC转换芯片，连接于带通滤波器和ADC转换芯片之间的可变增益放大器。

所述的高速接口单元包括有命令通道接口单元和数据通道接口单元。

所述的大线上引出八个接头连接传感器，每个采集站被配置为连接三个电道、三个磁道和两个地震道。

所述的稳压电源为2.5V稳压电源。

所述的***总控单元为现场可编程逻辑门阵列。

本发明传感器类型识别单元基本原理是测量其内阻—地震仪中使用的典型动圈传感器是无源器件，其内阻约为1000欧姆；而电磁仪中使用的磁传感器是有源器件，内置前端放大器并带有射级跟随输出，其内阻在100欧姆以下；电传感器由于采用的是两个接大地的电极，其阻抗较大，能达到10000欧姆量级。向传感器输入电流，然后测量传感器得到的电压，区分传感器类型。

本发明的优点：

本发明的传感器类型识别单元能自动识别所连接传感器类型，并且能将此信息上传到主控站。主控软件能够据此信息将采集***的各个数据采集通道配置成接收地震检波器数据道或者是接收电磁传感器数据道，并且将各采集站采集的时序数据转换成地震仪和电磁仪的道序数据。本发明既可以作为地震仪使用来勘探地质结构，也可以作为电磁仪使用来完成水文物探和地电结构等勘测，并且该仪器可以自动分辨所连接传感器类型，自动分开保存地震道和电磁道数据，使用方便。本发明可完成两台仪器的功能，可以大大降低野外施工所需要的设备数量和人力资源，提高野外施工的效率。

附图说明

图1是本发明的总体拓扑结构图。

图2是本发明传感器和采集站的连接结构示意图。

具体实施方式

见图1，兼具电磁和地震数据采集功能的地球物理勘探仪器，包括有主控站1、多个交叉站2、多个采集站3和多个传感器4，相邻的采集站通过大线5连接，大线5上引出八个接头连接传感器4，每个采集站可以被配置为连接三个电道、三个磁道和两个地震道，采集站3将这些传感器4的信号采集并数字化之后逐级向上传输（交叉站方向），交叉站2负责将一条测线上所有采集站3传输上来的数据汇总后再往上级交叉站传输，最后一级交叉站连接主控站1，所有的采集数据最终汇总在主控站1上并保存。主控站1负责所有命令的下发以及所有上传数据的存储以及格式转换。

见图2，采集站3包括有与传感器4连接的模拟电路单元31、与模拟电路单元31连接的***总控单元32、与***总控单元32连接的命令通道接口单元33和数据通道接口单元34、以及传感器类型识别单元35，模拟电路单元31包括与传感器4连接的带通滤波器311、与***总控单元32连接的ADC转换芯片313，连接于带通滤波器311和ADC转换芯片313之间的可变增益放大器312；传感器类型识别单元35包括有2.5V稳压电源351、接入+2.5V和-2.5V稳压电源351之间的恒流源352和模拟开关353，传感器4接入传感器类型识别单元34的电路中，模拟开关353与***总控单元32连接。恒流源352采用的是TI（德州仪器）公司的LM334芯片，其输出电流可在1uA到10mA之间调节，在不考虑温度漂移效应下可以通过外接68欧姆的电阻使其工作在输出1mA电流，如果考虑温度漂移可以在此基础上再添加一个二极管以及电阻来实现。模拟开关353使用的是TI公司的TS3A24159芯片，这是一个双路单刀双掷开关，由***总控单元32—FPGA（现场可编程门阵列）控制其通断，其导通电阻为0.3欧姆，导通情况下可以视为短路。***在识别检波器类型阶段会自动闭合两个模拟开关使得电流源接入电路。根据欧姆定律，动圈检波器上将会得到1V左右的电压，磁传感器上会得到不大于0.1V的电压，而对于电传感器由于此时传感器电阻为10k量级，这会导致恒流源输出电流被钳制在小于1mA电流状态，同时此时恒流源两端电压处在小于1V的工作状态，这样电传感器将得到超过4V的电压。所以后端的ADC芯片可以准确的区分出这三种不同的电压，进而***软件可以判别连接的是哪种类型的传感器。在判断完成后***会自动断开模拟开关，从而不会影响到正常采集功能。

本发明的工作流程：

采集站3上电后，会接收到来自主控站1的初始化命令，初始化主要完成各采集站3编号，为接下来的组帧上传做好准备，避免软件在进行数据重组（时序转道序）时混乱。编号完成之后主控站1会发送探测传感器类型命令，各采集站3的***总控单元32在接收到此命令后会首先打开模拟开关353，然后再采集各数据通道ADC转换芯片313测量的电压，从而判断各采集通道的数据属性（是地震道还是电道，磁道），每个采集站3会将其连接的八个采集通道的属性在命令应答中上传到主控站1，这样主控软件便得到了仪器所有采集通道的属性，在接下来的时序转道序过程中可以完成分类地震和电磁采集的数据。完成初始化后，等待自检测试命令。自检测试即在进行实际数据采集前，由采集站3内部产生测试波形对采集电路进行测试，查看通道的好坏以及各项指标情况，这项测试由人工控制，不自动进行，通常只需在最开始时进行测试，在以后工作中，只要拓扑结构不发生变化，均可跳过。完成自检测试后，采集站3进入正常工作流程，等待用户命令，执行命令。

Claims (6)

1.兼具电磁和地震数据采集功能的地球物理勘探仪器，包括有主控站、多个交叉站、多个采集站和多个传感器，相邻的采集站通过大线连接，大线上引出多个接头连接传感器，采集站最终连接交叉站，交叉站再连接上级交叉站，最后一级交叉站连接主控站；所述的采集站包括有与传感器连接的模拟电路单元、与模拟电路单元连接的***总控单元、与***总控单元连接的高速接口单元，其特征在于：所述的采集站还包括有传感器类型识别单元，传感器类型识别单元包括有稳压电源、接入稳压电源之间的恒流源和模拟开关，所述的传感器接入传感器类型识别单元的电路中，所述的模拟开关与***总控单元连接。

2.根据权利要求1所述的兼具电磁和地震数据采集功能的地球物理勘探仪器，其特征在于：所述的模拟电路单元包括与传感器连接的带通滤波器、与***总控单元连接的ADC转换芯片，连接于带通滤波器和ADC转换芯片之间的可变增益放大器。

3.根据权利要求1所述的兼具电磁和地震数据采集功能的地球物理勘探仪器，其特征在于：所述的高速接口单元包括有命令通道接口单元和数据通道接口单元。

4.根据权利要求1所述的兼具电磁和地震数据采集功能的地球物理勘探仪器，其特征在于：所述的大线上引出八个接头连接传感器，每个采集站被配置为连接三个电道、三个磁道和两个地震道。

5.根据权利要求1所述的兼具电磁和地震数据采集功能的地球物理勘探仪器，其特征在于：所述的稳压电源为2.5V稳压电源。

6.根据权利要求1所述的兼具电磁和地震数据采集功能的地球物理勘探仪器，其特征在于：所述的***总控单元为现场可编程逻辑门阵列。