微震信号无线数据采集和远程传输接口的设计

在地质勘探中微震信号采集和传输是关键部分。介绍了使用Zigbee(无线个域网)技术和无线数据传输技术解决微震信号采集和远距离传输的全新解决方案。硬件方面,前端数据采集接口通过Zigbee无线蜂窝网技术实现,远程数据传输解决方案由通用无线分组业务(GPRS)技术和Zigbee与GPRS间接口的详细设计构成。同时文中给出了相应的系统软件。此方案解决了微震勘探时困扰我们的复杂恶劣环境下的许多实际问题。实验结果表明使用Zigbee无线网络通讯技术和GPRS无线分组交换技术的方法是高效、可靠和灵活的。     

无线遥测式数字地震仪关键技术

介绍了一种完全自主开发的便携无线遥测式浅层数字地震仪.系统以无线自组网为核心,基于双ARM和FPGA平台,采用多功能IP软核驱动方式及嵌入式操作系统,从硬件方面提高系统的集成化程度,缩小设备体积.设计可动态配置信号调理单元保证系统前端的动态范围和保真性,采用并行双缓存循环预采集存储技术,实现不确定传输延时情况下的多道严格并行采集.文中详细分析了适合于地震数据传输的无线射频和无线以太网两种传输方式,以及相应的组网方案和关键技术难点,解决了分布式无线信号采集站的采集同步和非均匀采样问题.信号采集站单站集成12路并行采集道,各通道在4 k采样率时有效分辨率达18位,且参数可远程配置.软件中所集成的现场质量控制功能,非常适于复杂环境下的工程勘探,且由于移除了多个附加配件,从而缩小了设备的体积和重量,降低施工布线的复杂性,提高环境适应能力和勘探效率.     

陆上地震数据采集系统通讯技术现状及展望

通讯技术是地震数据采集工作中的关键技术之一,直接影响着采集系统规模的大小与工作效率的高低.按照采集工作中应用的通讯技术不同,目前陆上地震数据采集系统分为三类:有线地震数据采集系统、无线地震数据采集系统、混合式地震数据采集系统.文章在三类系统中选择7种具有代表性的产品,对比这7种产品所使用的组网方式、通讯协议及其在通讯方面的性能,分析目前陆上地震数据采集系统中常用的通讯技术的优点与不足,并由此总结了当前陆上地震数据采集工作对通讯技术的需求,提出在陆上地震数据采集中应用一种基于簇树结构的复用传输技术的想法.     

浅层地震勘探数据拟同步采集时差分析与实践

理想的地震勘探数据采集,其硬件系统采用多道同步方式实现,保证多路信号的时间或相位一致性.理论时差分析表明,就地震信号的初至时刻来看,多路同步采集系统也存在系统误差.浅层地震勘探数据记录道数少,采用单个A/D模数转换器件通过逻辑系统控制实现少量地震道的多路循环分时采集,在满足采样定理所需采样频率和不增加地震信号初至系统误差的前提下,可以以较少的硬件成本实现浅层地震信号的有效采集,这种采集方式我们称之为有效拟同步采集;通过实践证明了其采集方式的有效性.     

岩石电磁辐射信号观测系统构建及检验

针对岩石电磁实验研究需要,构建专用岩石电磁辐射信号观测系统。铜板电容传感器的采用,将观测的频率带宽由固定点频拓宽至2.5 kHz—800 kHz的宽频带范围;PXIe-6368数据采集卡的应用,消除了PAC声发射仪的带通滤波和波形前端滤波功能对信号的影响,使观测系统可以记录到原始的EME信号。通过人工信号和岩石加载实验,对观测系统进行检验,发现:该观测系统可以采集2.5 kHz—800 kHz频带范围内0.1 mV以上EME信号,具有每通道最大2 M采样率、最多16通道同步采集功能。本套电磁辐射信号观测系统可以用来检测岩石加载过程中产生的EME信号,也可用于多种岩石物性参数的多通道同步采集。     

基于Android平台的广域电磁接收机采集监控软件研究与实现

现有广域电磁接收机采集监控设备便携性、人机交互、续航能力不佳给野外数据采集带来一定困难,为此可借助Android智能手机在普及率高、用户基础好、便携性佳、计算能力相对较强、人机交互好、续航能力佳、随时随地的无线通信能力等方面的优势实现监控设备朝轻量化和移动化发展,而实现该目标的关键在于设计一款针对通用Android平台智能手机的采集监控软件.该文在搭载Android系统的通用智能手机上设计开发了集Wi Fi(Wireless Fidelity)通信、多线程并行、实时监控、数据可视化、SQLite存储、文件存储于一体的应用程序,在其中可设置或接入WLAN(Wireless Local Area Network)无线局域网,设置测点、测线、采集周期、工作次数等采集任务参数,实时监控多台电磁接收机的运行状态,实现处理数据的双对数坐标显示等.经过试验表明该监控软件功能高效、便携性好,能极大方便工作人员的野外数据采集,具有一定的实际应用价值.     

可控震源车的振动效应

本文介绍了可控震源车产生的地面振动，利用多点同步采集的时域信号，在频域及时域内进行振动参数分析，确定出该震源车起振动引起的地需振动效应。     

基于车辆振动噪声的城市面波观测方法研究及其应用

针对城市复杂环境干扰且常规物探方法无法有效进行作业特点,本文重点分析了城市环境的振动噪声特征,同时以面波理论为基础分析了城市环境振动噪声在瞬态面波与被动源面波中的表征的,认为可通过有效方式将环境噪声作为有效信号进行利用.结合相关分析,本文在某城市环境进行了实际数据采集,对不同工况下环境振动干扰进行了分析,认为多重强干扰情况下无法将环境振动模拟为单一虚拟震源,需结合复杂环境信号传播特征进行合理的观测系统布置,同时采用合理的分析方式压制干扰,以获取合理的地层波速结构.结合上述分析方式,本文在城市强振动环境进行了应用分析,并结合实际钻孔资料对获取的波速结构合理性进行了分析.     

基于虚拟仪器技术的振动台模型试验98通道动态信号采集系统研制

土工结构振动台模型试验除了需采集常规的加速度、位移、应变信号外,还需采集模型场地土中振动孔隙水压力、动土压力等信号,由于同步采集的动态信号的多样性和复杂性,一般的振动台信号采集系统难以满足这样的多种动态信号同步采集要求。基于传感器融合技术和虚拟仪器技术,研发了一套适用于多种类型信号输入的动态信号同步采集系统,可实现80通道动态信号、18通道数字信号的同步采集、回放和频谱分析等功能,并具有界面友好、使用维护方便等特点。     

RSDA-1型24位水库地震数据采集器的标定系统

RSDA-1型24位水库地震数据采集器中标定系统是测定地震计和参数的关键工具,是评判台站每天工作状态是否正常的评判手段,是标定系统特性的必须环节.根据地震计和台站不同需要,需在采集器中设计4种标定信号,即脉冲标定、正弦标定、伪随机信号和高阶脉冲信号.本文主要介绍标定系统及4种标定信号在24位地震数据采集器中的设计和实现.     

Designing a unified wireless system for vibration control

This research aims to develop a unified wireless control system which would successfully control the vibration of bridges, and also to evaluate its performance. In this unified wireless control system, a wireless measurement control system is developed independently from the central system, and it controls the structure by feedback on the basis of the measured signals transmitted from the control device. Also this independent control system wirelessly monitors the general performance of the control device on the site and reports to the central control system. Embedded with control algorithm and made into a system with the control device, it continuously controls the vibration by feedback. Since this independently made wireless measurement-control system does not have enough memory space for effective control, all signals can be made to communicate wirelessly with the central control system which has more memory space. When needed, a user can directly intervene in the control process. When the possible disconnection of wires due to earthquake or some other disasters can cause troubles in data transmission or power supply, the wireless control system can safely perform its function. The performance of this unified wireless control system is evaluated in comparison to a wired control system by means of vibration control experiments on bridges. In these experiments, a semi-active control method is selected, and all outputs are quantitatively compared and evaluated. As a result, this unified wireless control system with a central control system is proved to be effective for vibration control and also overcome the shortcomings of the wired system.     

用多通道AD分级采集扩展地震数据采集器的动态范围

地震数据采集是地震信号数字化必不可少的环节,动态范围是其一个重要的性能指标.实际地震信号的动态范围在160dB以上,而目前普遍使用的24位地震数据采集器动态范围相对较小且在50 Hz采样率时最大只达到135dB,致使24位地震数据采集器在实际使用中对小信号分辨率不够,不能有效提取地震信息;在大地震时又容易使数据采集器出现饱和限幅失真的现象而失去地震监测记录功能.本文针对在地震监测和地震研究中需要具有高分辨率和高动态范围的地震数据采集器这个亟待解决的问题,提出一种采用多通道AD转换器并行分级采集的方法,讨论了通道间失配及其标定.对研制实验样机的测试表明,其动态范围在50Hz采样时可以达到157dB以上,线性度优于0.005%.     

近钻头井斜动态测量重力加速度信号提取方法研究

利用加速度计进行近钻头井斜动态测量时,钻具的高速旋转,井下强振动、强冲击环境给重力加速度测量带来极大干扰,如何从干扰噪声中有效提取重力加速度信号对于提高井斜角和工具面角的测量精度至关重要.根据重力加速度径向和切向分量为周期性信号,轴向分量为近似直流信号,离心加速度为缓慢变化信号,振动和冲击加速度为随机信号的特征,提出一种基于互相关检测的重力加速度信号提取方法,选择径向或切向磁力计信号作为参考信号.利用相关检测方法分别对仿真数据、实验室旋转测试数据和振动测试数据进行处理,并计算了井斜角和工具面角,结果表明相关检测方法可以有效提取重力加速度信号,基于MEMS加速度计的井斜角测量精度优于0.5°,工具面角变化连续平滑,满足井斜动态测量需求.通过进一步开展实际钻井环境测试,该方法有望应用于近钻头地质导向系统或旋转导向钻井系统等需要近钻头井斜动态测量的场合.     

基于虚拟仪器技术的声-电效应观测系统及其在冻土模型研究中的应用

详细介绍了介质的声-电转换效应的产生机理、利用虚拟仪器技术来搭建声-电观测系统的原理、软硬件系统和实现方法.搭建的观测系统可以实现高分辨率、高采样率和多次叠加的数据采集,极大的增强了采集的微弱声-电信号的信噪比.该系统还具有混合信号同步采集功能,可以方便的通过改变接收传感器进行声-声和声-电两种信号的基本同步测量,为声-电信号的观测和分析提供重要的参考信息.文章以观测干砂摸型的声-电响应,和冻土模型的声-声和声-电响应两个具体实例验证了该观测系统的可行性和优越性.     

分布式光纤振动传感系统中数据采集及信号处理系统设计

本文主要介绍了一套分布式光纤振动传感系统中的数据采集及信号处理系统,该系统设计采用高性能的运算放大电路完成光电信号调理,以高精度差动模数转换器AD9246完成模数转换工作,并选用高性能FPGA作为核心逻辑控制器,并以低功耗的OMAP-L137作为CPU负责振动数据计算、网络通讯等工作,从而使该-OTDR分布式光纤振动传感系统测量范围扩展到25 km范围。本文通过计算相邻测点振动增量方法检测是否发生了振动入侵,提高了分布式光纤振动入侵检测的灵敏度。该设计方法提高分布式光纤振动传感系统的信噪比,使得该系统振动检测灵敏度提高、抗干扰能力增强,因此该分布式光纤振动传感系统可以用于实际工程的振动监控。     

Dispersion calculation method based on S-transform and coordinate rotation for Love channel waves with two components

Dispersion analysis is an important part of in-seam seismic data processing, and the calculation accuracy of the dispersion curve directly influences pickup errors of channel wave travel time. To extract an accurate channel wave dispersion curve from in-seam seismic two-component signals, we proposed a time–frequency analysis method based on single-trace signal processing; in addition, we formulated a dispersion calculation equation, based on S-transform, with a freely adjusted filter window width. To unify the azimuth of seismic wave propagation received by a two-component geophone, the original in-seam seismic data undergoes coordinate rotation. The rotation angle can be calculated based on P-wave characteristics, with high energy in the wave propagation direction and weak energy in the vertical direction. With this angle acquisition, a two-component signal can be converted to horizontal and vertical directions. Because Love channel waves have a particle vibration track perpendicular to the wave propagation direction, the signal in the horizontal and vertical directions is mainly Love channel waves. More accurate dispersion characters of Love channel waves can be extracted after the coordinate rotation of two-component signals.     

哈尔滨地铁环境振动噪声测试与降噪处理

考虑地铁环境振动噪声对未来城市地铁地震警报系统中地震信号识别的影响,以包含Ⅱ类和Ⅲ类2种场地土类型的哈尔滨市4个地铁站的上行线首部和尾部作为观测点,展开地铁环境振动噪声的测试、分析以及降噪处理研究。首先,对采集的列车振动数据进行统计分析;其次,基于滑动平均法,提出确定帕曾窗带宽b值的经验方法,并利用其对采集的地脉动数据进行平滑滤波处理;最后,采用本方法确定哈尔滨地铁地震P波预警的滤波频带,并与日本气象厅仪器地震烈度以及新干线地震预警系统的滤波频带进行对比。结果表明:①三轴向地铁列车振动信号中,竖向振动比水平向振动要大,切向振动比径向振动要大。②帕曾窗带宽b值为0.4 Hz时,平滑滤波处理后的频谱能较好地反映地脉动信号的频谱主频,且滤波后的地脉动信号的卓越频率和场地土类型有明显的对应关系,即水平向卓越频率和场地土类型的相关性较好,而竖向卓越频率的误差较大。③哈尔滨地铁地震P波预警的滤波频带为0.3~10 Hz时,能较好地滤除地震动信号中的地铁环境振动噪声,满足地震警报系统对地震记录信噪比的要求。     

Identification of blasting vibration and coal-rock fracturing microseismic signals

Α new method based on variational mode decomposition (VMD) is proposed to distinguish between coal-rock fracturing and blasting vibration microseismic signals. First, the signals are decomposed to obtain the variational mode components, which are ranked by frequency in descending order. Second, each mode component is extracted to form the eigenvector of the energy of the original signal and calculate the center of gravity coefficient of the energy distribution plane. Finally, the coal-rock fracturing and blasting vibration signals are classified using a decision tree stump. Experimental results suggest that VMD can effectively separate the signal components into coal-rock fracturing and blasting vibration signals based on frequency. The contrast in the energy distribution center coefficient after the dimension reduction of the energy distribution eigenvector accurately identifies the two types of microseismic signals. The method is verified by comparing it to EMD and wavelet packet decomposition.