单通道无线存储式地震仪关键技术

当前地震勘探装备多数价格昂贵、体积大、功耗高,导致大规模的地震勘探产生很大困难.新型的无缆存储式地震仪,省去了大线传输,解决了复杂环境下进行大道数地震数据采集的问题.但是由于缺乏有效的监测手段,无法对其进行现场实时质量监控,施工质量和效率难以保证,具有封闭性的技术缺陷.针对此问题,本文研制了一款基于无线网络通讯技术的低功耗、低成本、小体积、高精度的现场可实时质量监控型单通道无线存储式地震仪.地震仪以Cortex-M4型内核MCU为核心,构成系统的主控模块,负责管理系统运行.采用32位A/D采集模块、大容量SD卡存储模块、高效率DC-DC电源管理模块、低功耗无线WiFi模块以及有线以太网模块,完成地震数据的采集、存储、质量监控和回收.研制的基于无线通讯技术的单通道无线存储式地震仪以其便携性、低成本、可现场实时质量监控以及地震数据本地存储的特点,降低了勘探成本,提高了大规模勘探的可操作性,在大道数、高密度、宽方位的地震勘探中具有广泛的应用前景.     

基于eCos的海底地震仪嵌入式软件系统

针对海底地震仪在文件存储,数据通信等方面的观测要求,在海底地震仪的研制中引入了eCos（Embedded Configurable Operating System）系统,开发了基于该系统的具有数据采集、文件存储、仪器状态控制、网络数据通信、无线通信等功能的海底地震仪控制软件.本文在对海底地震仪的系统结构和工作模式作简要说明的基础上,重点介绍了eCos系统构建过程,海底地震仪控制软件的结构,指出该软件系统可有效地提高海底地震仪观测系统运行的稳定性和可靠性.     

地震仪器中应用的网络通讯技术研究

网络通讯是决定地震勘探仪器系统性能和规模的关键核心技术之一,按照所采用的数据传输方式,数字地震仪目前可分为有线遥测地震仪、无线遥测地震仪和无缆存储式地震仪.本文分别举例介绍了三类地震勘探仪器中应用的经典地震网络通讯技术,并对其设计理念、网络通讯原理、通信构架、通信协议进行了分析和对比,针对有线地震仪器的电缆管理难、无线地震仪器的数据传输稳定性差和无缆存储式地震仪缺少质量监控手段的问题,讨论了无线监控与本地存储相结合的地震网络通讯技术方案,提出了基于宽带无线通信技术的无缆无线混合型地震仪的设想.     

汶川地震断裂带科学深钻井孔附近微震观测问题及微震数据转换

为了配合汶川地震科学深钻,弄清楚钻孔附近浅层的断层面结构,中国地震局地球物理研究所分别在四川省绵竹市天池乡和四川省绵阳市南坝镇布设15套南非矿山地震研究所(IMS)生产的矿山地震仪.分析矿山地震仪天然微震监测中仪器布设、数据采集和数据处理等方面遇到的问题,介绍与该仪器对应的数据的文件格式,并实现该数据与通用地震数据格式SAC二进制格式的转换.     

一种低成本无缆地震仪采集站的研制

随着电子技术的发展,许多新技术被应用到地球物理仪器之中.其中,无缆地震仪采集站具有重量轻、易搬运的特点,适宜应用于如森林、沼泽、沙漠等地面状况复杂的区域,可以在复杂地质条件下方便地进行地震数据采集,是未来地震仪发展的方向.本研究研发了一种低成本无缆地震仪采集站,通过分析无缆地震仪的发展方向,确定了采集站的设计方案,该系统采用了微功耗设计,GPS授时同步与低成本晶振相结合的时钟机制,并设计了基于多项分解的软件滤波器提高24位Σ-ΔADC的动态范围,其低成本、小体积、低功耗的特点使其非常适用于复杂区域下的资源勘探,并可应用于高密度、宽方位等物探新技术当中.     

无缆存储式数字地震仪的现状及展望

本文首先按照数字地震仪的数据传输方式对地震仪进行了分类（有线遥测地震仪、无线遥测地震仪、无缆存储式地震仪）;回顾了无缆存储式地震仪的发展历程,简单分析了无缆存储式地震仪的优点;并对目前国内外的无缆存储式地震仪进行了简单介绍和比较;最后展望了我国发展无缆存储式地震仪的可能性和应用前景.由于无缆存储式地震仪结构相对简单、技术相对成熟,研制开发相对比较容易,非常有利于我国进行自主研发,也是我国石油和天然气行业摆脱地震勘探仪器全部依靠进口的被动局面,在研发数字地震采集系统方面赶上国际水平的有利时机.     

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.     

基于压缩感知的多跳地震数据采集技术与方法

随着油气地震勘探目标的复杂程度日益提高,地震数据采集系统的道容量也需要得到进一步的提升.本文根据压缩感知、稀疏表示等理论,提出了一种多跳恒传输量的数据采集框架,以减少每条测线上地震数据的传输量,进而提升采集系统的道容量.为了能够明显地提高带道能力,设计了基于有序并行原子更新的字典学习算法,该算法能够在计算量较小的前提下有效的得到相应数据的稀疏变换矩阵.基于压缩感知的多跳地震数据采集方法已能够在吉林大学研制的无缆自定位地震仪中实现.本文最后使用一组仿真数据和一组实测数据进行测试,其结果表明,数据采集信噪比控制在14 dB以上(引入噪声约18%)时,最多可以将系统的道容量提高3倍以上.     

虚拟地震采集仿真系统开发

鉴于野外地震采集具有系统庞大、仪器昂贵、成本高、风险大等诸多不利因素,利用虚拟现实技术高仿真性的优点,开发虚拟地震采集仿真系统用于地震采集人员培训或高校实践教学无疑具有重要的现实意义.按照简单、快速、高效的原则,以加拿大ARAM系统有限公司生产的ARAM ARIES便携数字地震仪为原型,借助于3DS MAX三维建模软件和中视典VRP三维引擎平台,实现了地震采集仪器系统中检波器、采集站、交叉站、爆炸机、记录仪等各部件的仿真建模,开发完成了虚拟地震采集系统VSAS1.0版本,该系统仿真效果真实感强、渲染速度快、交互性能良好.对于地震采集人员培训以及高校实践教学而言不失为一次有益的尝试.     

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。     

地震仪的发展历史及现状综述

地震仪是地震监测中最关键的仪器,负责对地震信息进行采集和记录,其性能的好坏直接影响监测结果的可靠与否.因此,了解不同原理地震仪的性能和适用环境,对于地震数据采集和分析工作都有重要意义.本文从不同类型地震仪的原理出发,简要概括了其优缺点,以及当前的研究进展和使用现状,以便为相关科学研究和工程应用提供参考.此外,本文还简要介绍了目前本课题组正在研究的一款激光多普勒地震仪的设计原理.     

便携式节点地震仪数据采集和处理技术进展

地震学方法在地球物理的研究中占有重要的地位,便携式节点地震仪凭借着其灵活性、低价格、高效率等特点越来越多地出现在地球物理探测领域.本文基于已有的便携式节点地震仪应用实例,对数据采集流程和数据处理技术进行了简要介绍,还阐述了其在主动源与被动源数据采集中相比于传统采集的差异和优点.相比较宽频带流动台阵,便携式节点地震仪观测形式的主要特点是短周期密集台阵方式.近年来,便携式节点地震仪的短周期密集台阵观测在利用被动源地震开展深部结构探测的应用越来越广泛.本文就SPAC、HVSR、背景噪声成像及接收函数四种方法在节点地震仪的应用中进行了评述,分析了几种处理技术的原理和特点,最后探讨便携式节点仪器相比宽频带仪器的优缺点,为未来发展灵活地震采集技术提供一点参考.     

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.     

UDP协议在工程地震仪中的应用

地震勘探仪器是集当代先进技术(传感器技术、电子技术、计算机技术、数据传输技术、通讯技术等)为一体的综合系统.工程地震仪是一种解决工程实际问题的应用较为广泛的地震勘探仪器,一般用于小范围内矿产,水文地质,工程地质等领域.UDP是用户数据报协议简称,这种简化的UDP协议和服务在很多情况下是足够的.UDP协议不需要建立和维护连接,所以只需要极小的系统占用.由于这个特点,UDP可以对一些应用程序提供了一个非常有效的通信传输.DZG-1型数字地震仪是采用FPGA芯片作为采集模块控制器,工控机为主控单元的48道工程地震仪.在仪器的设计与使用过程中,发现数据传输速度是制约此类仪器发展的重要因素之一.本文以DZG-1型数字地震仪为例,讨论UDP协议在工程地震仪中的实现,数据传输速度达50Mbps以上,解决了数据传输问题.     

一体化低功耗宽频带数字地震仪研制

流动观测台网与固定观测台网的结合是当前地震观测技术系统发展的一个趋势.针对流动观测时地震计与地震数据采集器互相独立、携带不方便、功耗高的问题,自主研发了一款适合流动观测的集地震信号提取、数据采集、记录和服务为一体的数字地震仪.该仪器具有频带宽(60s—80Hz)、动态范围高(140dB)、功耗低(0.6W)、携带方便(整机重量在15kg左右,包括供电系统、GPS天线和包装箱)等特点.详细介绍了该地震仪的外观结构、整体硬件结构、低功耗处理技术和所采用的灵敏度校正、标准方位和正交校正技术.对仪器的主要性能参数指标进行了严格的测试,并给出了具体的测试结果.该仪器研制完成后,投入到了青海玉树MS7.1地震震后流动观测中.从半年的实际使用结果来看,该仪器能够满足流动观测的要求.     

高保真高分辨率遥测地震勘探采集系统研制及应用

矿产资源勘探尤其是金属矿勘探具有地质条件复杂、勘探深度大、分辨率要求高等特点.常规地震勘探技术与装备难以满足复杂地形高精度三维地震勘探需求.针对该技术难题,研发一套高保真、高分辨率轻便分布式混合遥测地震勘探系统迫在眉睫.鉴于此本文开发了信号高保真高分辨率数据采集技术、实时通讯及采集单元无址链接技术和多媒介混合遥测技术等一系列关键技术.成功研制出SE863单站单道分布式混合遥测地震数据采集系统,该系统由31位高分辨率采集单元链、集3 G/4 G无线通讯及有线通讯的交叉数据管理站、便携式主控站以及测控软件组成.支持二维、三维高密度地震反射波勘探、散射成像、天然源透射成像等地震数据采集工作.利用该套系统与428XL地震数据采集系统进行同步对比,并将该系统交付第三方使用完成了1 km²三维地震勘探实验,结果表明该系统设备轻便、性能稳定、分辨率高、数据质量好,是我国具有完全自主知识产权的高精度轻便分布式地震勘探技术装备,大大增强了我国地震勘探技术核心竞争力.     

宽频带地震仪性能现场检测方法进展研究

宽频带地震仪具有采样信号频带宽、动态范围广及采样精度高的特点,常布设于野外流动地震台站中进行长时间的地震观测,利用宽频带地震仪及由其组成的观测系统进行科学研究已成为近年来的发展趋势．由于野外环境存在大量不确定因素,这些变化可能会导致宽频带地震仪性能改变,从而影响数据质量．现场检测作为地震仪器性能检测的一种方法,无需改变仪器的布设位置能够保证仪器采集的连续性,同时考虑野外现场因素的影响．因此,宽频带地震仪性能的现场检测也越来越受到国内外学者的重视．本文以野外宽频地震仪性能检测为研究方向,从仪器性能的影响因素、原位校准方法以及利用观测数据评估仪器性能这三个角度出发：（1）论述了布设位置及方式、温湿度及大气压力变化对仪器性能的影响;（2）介绍了仪器原位校准中的电测法和对比测量法;（3）总结了利用地震信号、地震背景噪声以及潮汐信号对宽频地震仪性能进行现场检测的方法．最后,本文对目前宽频地震仪性能检测方法存在的问题进行分析总结,并对其发展前景提出展望．     

数字地震仪系统传递函数的一种计算方法

随着科学技术的发展 ,近年来我国地震观测大量采用数字地震仪系统 ,并将逐步取代原模拟记录系统 ,这是地震观测工作中的一大飞跃 .它使我们有可能更快地进行大震速报 ,更方便地从地震记录中获取更多、更真实的来自地球内部介质和震源过程的信息 ,从而进行更深入的地震科学研究 .由我国港震公司生产的速度型数字地震仪系统包括FBS 3A宽带反馈式地震计 ① 、EDAS 3型地震数据采集器以及电信传输系统和计算机系统 .当地震发生时 ,仪器记录了地震信号 ,而我们从计算机中读出的信号只是一些无量纲整数 ,并非是真正的地动速度或地动位移 ,它必…     

应变地震仪数据采集系统的研究

为了丰富应变仪器的信息量，研究了具有高速采集事件触发能力的应变地震仪数据采集系统。此采集系统除了 正常记录潮汐应变信息外，还具有记录应变地震波等非潮汐信息的能力。     

地震前兆串口通讯设备的网络接入方案与实现

针对地震前兆台网在不同时期项目建设时的技术限制,对前兆台网技术系统进行整合,在全国开展“九五”及模拟观测系统整体并人“十五”系统的改造升级工作。其主要内容包括台站网络改造和“九五”仪器接人改造两部分。对于具有仪器改造任务而不具备网络条件的台站进行网络通讯改造;通过增加地震前兆通信协议转换器和升级数据采集器两种方式进行“九五”仪器的接人改造改造后的仪器可以通过网络进行观测数据的汇集,从而实现前兆台网统一的运行监控、采集数据、存储、交换、管理和服务。