地电观测专用高精度数据采集器研制

针对地震地电前兆观测,研制基于ARM9平台和32位模数转换器ADS1281的地电观测高精度数据采集系统,实现了高精度和低噪声采样.本文给出地电观测高精度数据采集系统的硬件设计、软件实现和系统指标测试结果.该系统采样率可设置为1次/s至100次/s,1至6通道任意配置,通信协议符合中国地震局地震前兆台网专用设备网络通信规程,可以满足地震地电传感器信号采集和网络接入需求.     

一种新型分量式钻孔应变仪数据采集单元的设计及应用

本文根据新一代RZB型分量式钻孔应变仪的信号特点,设计了一种新型数据采集器.本设计采用了基于32位ARM的工控核心板以及嵌入式Windows CE操作系统作为软硬件平台,集成了总线数字信号与多通道高精度模拟信号的数据记录单元,实现了分量式钻孔应变观测系统的数据采集、存储、传输以及远程监控.实际测试表明,本采集系统具有高分辨率、低功耗等特点,主要参数指标达到了新型RZB型分量式钻孔应变观测系统信号采集要求.实际台站应用表明,本系统具有较高的可靠性和稳定性,可满足实际台站观测要求.     

光泵磁力仪频率信号高精度测定技术实现

针对井下弱磁观测环境狭小,测量精度要求高,但方便实时上传数据,可实现自动测量等特点,设计并制作了一种适用于井下绝对观测的氦光泵磁力仪单片机的频率计。频率计基于Cortex-M3内核的ARM芯片,通过定时器的外部时钟模式进行定时计数,在中断函数中进行计算,得到信号频率。多次实验后,为进一步提高测量精度,使用32 MHz有源温补晶振为芯片提供主频信号,提高了主频精度,减少程序对CPU的资源占用率。实验结果表明:频率计精度较高,满足项目需求。系统误差稳定,在840.70 kHz—1.96 MHz的弱磁测量范围内,误差均为1 Hz,易结合误差原因通过软件补偿实现高精度测量。      

宽动态地震数据采集器技术研究

数据采集是地震信号数字化最为根本的环节,其性能优劣直接关系到地震信号采集的质量,并最终影响数据应用处理的结果。对地震数据采集而言,动态范围是一个极其重要的性能指标,它表示在把模拟地震信号转换为数字输出信号的过程中,所能够不失真转换的最大输入信号和最小输入信号的幅度跨度。地震动信号的幅度跨度很大,由监测几千公里之外的微弱地震信号到近场监测8级以上的大地震,总的动态范围达到了160dB以上,宽频带地震计的动态范围也达到了155dB以上。而现代广为使用的基于ΔΣAD(Analog-to-Digital Convert)转换技术的高性能24位地震数据采集器的动态范围目前最大只有135dB@50SPS(Samples Per-second),导致了在实际地震监测中,数据采集器在记录地震时对微小信号分辨率不够、信噪比不高,信号幅度和数据采集器的分辨率处于同一数量级,不能有效地提取地震信息;而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,致使在抗震救灾最需要第一手观测资料的时候一些最重要的近源地震台站却几乎失去了地震监测的功能,同时,在地震研究上也失去了记录大震信号的珍贵地震资料的机会。因而实现高分辨率和宽动态范围的地震信号数据采集是当今地震观测技术领域中急待解决的问题。本文系统分析了几种模数转换器的原理、分类、结构和模数转换器主要的性能指标,介绍了典型的24位高精度模数转换器以及几种扩展转换器动态范围的方法。在借鉴和总结前人技术方法的基础上,本文结合地震监测的实际应用提出了一种采用多片AD模数转换器对输入信号进行分幅采集来扩展地震数据采集器动态范围的新方法。论文论述了该方法的实现原理,构建了数学分析模型,分析计算了该方法可能达到的动态范围,并与其它扩展动态范围的技术方法进行了比较。本文设计了基于分幅法的宽动态地震数据采集器的原理样机,通过硬件电路和嵌入式采集软件的设计,在实现了动态范围的有效扩展的同时,还实现了GPS高精度授时和校时功能,设计了配套的实时监控软件。样机测试表明,在50SPS采样率下,输入短路噪声有效值RMS为0.18μV,满幅输入电压大于±40V,有效动态范围达到了157dB,输入阻抗大于100kΩ,线性优于0.5%,实现了动态范围的有效扩展,达到了预期效果。     

地震数据自动备份程序

1 设计思想 实现地震数据自动备份需要考虑两个问题:一是定时问题,这可以由定时器控件来解决,让定时器随时(时间间隔可设置)比较设置时间与当前时间,若当前时间到达了设置的时间,则执行相应的程序;另一个问题是使用API函数SHFileOperation来实现文件的备份(拷贝)。用     

BSN矿山微震监测技术及其应用

深井高应力、高岩压诱发的冒顶、片帮、塌方、岩爆等地压灾害严重影响了矿山安全生产。随着高精度、高采样率传感器的研发和计算机技术的飞速发展,微震高精度实时监测技术不断完善,微震监测已成为矿山地压灾害监测预警的重要手段。通过设计、研发完全自主知识产权的BSN(BGRIMM Seismic Network)微震监测系统,实现了微震信号数据采集、多通道时钟同步、噪声压制、到时自动拾取、震源定位等功能,并结合统计地震学的相关方法,初步实现了基于微震活动性分析的岩体危险性评价。本文主要从矿山微震监测数据采集、预处理、定位、活动性分析等模块介绍BSN微震监测系统全流程,并对监测系统在广西某矿山的实际应用案例进行分析。     

基于DAQ及LabVIEW的数据采集平台研发

基于LabVIEW软件和数据采集卡搭建一个数据采集平台,实现数据采集、存储及显示等功能。通过与高精度万用表进行对比,此平台采集的数据非常准确,并且具有维护简单、开发周期更短、成本更低等优点,为各种传感器信号的采集及显示提供一种解决方案,也可为仪器维护人员快速检修地震专业仪器提供保障。     

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%.     

TDE系列地震数据采集器

ＴＤＥ系列地震数据采集器是一套１６位（ＴＤＥ－２１６Ｃ）／２４位（ＴＤＥ－２２４Ｃ）地震数据采集器。该采集器为低功耗、程控增益、现场模数转换,其带宽为（０～２０Ｈｚ）,动态范围为９０ｄＢ（ＴＤＥ－２１６Ｃ）／１２０ｄＢ（ＴＤＥ－２２４Ｃ）。采集器通过接收ＧＰＳ信号产生精确定时。介绍了该采集器的技术设计方案、性能及实际应用效果。     

基于非均匀曲波变换的高精度地震数据重建

在野外数据采集过程中,空间非均匀采样下的地震道缺失现象经常出现,为了不影响后续资料处理,必须进行高精度数据重建.然而大多数常规方法只能对空间均匀采样下的地震缺失道进行重建,而对于非均匀采样的地震数据则无能为力.为此本文在以往多尺度多方向二维曲波变换的基础上,首先引入非均匀快速傅里叶变换,建立均匀曲波系数与空间非均匀采样下地震缺失道数据之间的规则化反演算子,在L1最小范数约束下,使用线性Bregman方法进行反演计算得到均匀曲波系数,最后再进行均匀快速离散曲波反变换,从而形成基于非均匀曲波变换的高精度地震数据重建方法.该方法不仅可以重建非均匀带假频的缺失数据,而且具有较强的抗噪声能力,同时也可以将非均匀网格数据归为到任意指定的均匀采样网格.理论与实际数据的处理表明了该方法重建效果远优于非均匀傅里叶变换方法,可以有效地指导复杂地区数据采集设计及重建.     

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.     

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.     

三通道无线振动数据采集系统

本文阐述了一种采用无线方式进行数据传输的振动数据采集系统。在测量端使用低频拾振器拾取振动信号,并用模数转换器实现振动参数的模数转换,精度可达19．5mV。数字振动参数以无线的方式发射出去,在接收端应用远程可视化编程系统接收采集数据。系统对振动信号的采集及时准确,无线技术使得信号传输方便;远端可视化控制系统使振动数据采集、过程监控更加直观。     

地震数据采集系统计时精度测试方法研究

计时精度是地震数据采集系统的重要性能指标,直接影响到地震勘探对地层分辨的准确度.地震数据采集系统中计时精度主要由采集站的采样率精度决定.本文首先给出了计时精度的定义,基于模拟信号数字处理技术,分别研究了采用单方波脉冲法和双单位脉冲法测量计时精度的两种方法并比较了它们的测试精度,给出了采用本文所述方法的测试结果.最后对测试误差进行了讨论.     

A SUPER-DYNAMIC DEFORMATION MEASUREMENT SYSTEM WITH LONG-TIME PARALLEL CONTINUOUS ACQUISITION

In the simulation experiments of earthquakes in laboratory, the instability slip or rupture events are obtained through steady state loading to simulate earthquake processes. In the experiments, steady-state deformation and unstable sliding occur alternately. It is hard to determine the origin time and duration of the instability event of fault, and there may be many instability events in one experiment. Therefore, in order to ensure that sufficient data is obtained at the extremely short instability moment to analyze the mechanical process of the earthquake source, the data acquisition system is required to continuously collect data at high-speed from the beginning of the experiment until the end, and the lasting time can be more than ten hours, so it requires huge storage space. Although the upper frequency limit of the instability signal is unknown exactly, but the previous experiments have shown that the frequency of the signal will reach hundred to several kilohertz, so the sampling frequency of the data acquisition should be above megahertz. In this case of long-time continuous high-frequency data acquisition, it is still necessary to maintain a high signal-to-noise ratio. Furthermore, previous studies have proved that the source mechanics field has a complex spatial structure, which is difficult to describe with a few measuring points, and it is necessary to perform simultaneous measurements of the source mechanics field for dozens or more measuring points. The combination of long-term continuous recording, high-resolution high-frequency sampling and multi-point simultaneous measurement poses a huge challenge to the technical indicators of the observing system. With the method for composing distributed synchronous acquisition machine group by using multiple high-resolution high-frequency sampling computers, a super dynamic deformation measurement system of high signal-to-noise ratio, which features 64-channel, 16-bit resolution, 4MHz sampling frequency, and parallel continuous acquisition with tens of hours was developed. This system can realize the synchronous acquisition of various signals, such as strain, acoustic emission, electromagnetic waves and displacement, so it is convenient for analyzing the conversion relationship between various physical quantities.     

The impact of surface‐wave attenuation on 3‐D seismic survey design

Three‐dimensional seismic survey design should provide an acquisition geometry that enables imaging and amplitude‐versus‐offset applications of target reflectors with sufficient data quality under given economical and operational constraints. However, in land or shallow‐water environments, surface waves are often dominant in the seismic data. The effectiveness of surface‐wave separation or attenuation significantly affects the quality of the final result. Therefore, the need for surface‐wave attenuation imposes additional constraints on the acquisition geometry. Recently, we have proposed a method for surface‐wave attenuation that can better deal with aliased seismic data than classic methods such as slowness/velocity‐based filtering. Here, we investigate how surface‐wave attenuation affects the selection of survey parameters and the resulting data quality. To quantify the latter, we introduce a measure that represents the estimated signal‐to‐noise ratio between the desired subsurface signal and the surface waves that are deemed to be noise. In a case study, we applied surface‐wave attenuation and signal‐to‐noise ratio estimation to several data sets with different survey parameters. The spatial sampling intervals of the basic subset are the survey parameters that affect the performance of surface‐wave attenuation methods the most. Finer spatial sampling will reduce aliasing and make surface‐wave attenuation easier, resulting in better data quality until no further improvement is obtained. We observed this behaviour as a main trend that levels off at increasingly denser sampling. With our method, this trend curve lies at a considerably higher signal‐to‐noise ratio than with a classic filtering method. This means that we can obtain a much better data quality for given survey effort or the same data quality as with a conventional method at a lower cost.     

VP型宽频带潮汐观测仪的研制

摆式潮汐观测仪是记录由天体相互作用力引起的地倾斜固体潮变化的地震前兆观测设备。基于VP型宽频带潮汐观测仪的研制过程论述其原理及应用,得出VP型宽频带潮汐观测仪具有频带宽、易操作、采样率高的特点。     

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.     

测震数采仪记录的钻孔应变

采用测震仪数采器在昌平台站开展了高频采集实验,对原来1次/分钟采样的钻孔应变仪输出进行100次/秒采样,记录到大量丰富的信息.计算了高频采样获得的应变记录分钟值后,发现与原来的1次/分钟采样变化曲线趋势完全吻合.高频采样获得的应变地震波更加完整,细节更为清晰.通过应变地震波计算得到的震相参数,与前人所得结果一致.与十三陵地震台测震仪记录的地震波比较,二者的波谱相似,且应变地震波中还存在低频成份.