[发明专利]用于地震传感器校准的方法和系统

说明书

技术领域

本公开涉及用于进行精确地震测量的技术，更具体地，涉及通过将指定量的电流施加到地震传感器的动圈(moving coil)来校准和消除地震传感器中的噪声。

背景技术

在此呈现的技术涉及用于感测地球地层中的振动的设备(如电动力学((electrodynamic))感测设备)，包括具有放置在磁场中心位置的动圈的地音探听器(geophone)和地震检波器(seismometer)。在感测或传输操作中，本公开可应用于其它类型的振动换能器。

地震测量和/或监视检测源于地震能量源的地球的振动，其通过传感器在分立位置感测。在一些应用中，传感器的输出用于确定地下地层的结构。地震能量源可以是自然的(如地震和其它构造活动、下沉、火山活动等)或人为的(如来自地表或地下操作或来自在地表或地下的地震源的蓄意操作的声学信号)。例如，感测的地震信号可以是从通过岩层断裂或水库坍塌或蚀变(alteration)诱发的微型地震活动导出的直接信号、或从人工能量源导出的反射信号。

传感器主要分两类：水听器(hydrophone)，其感测源于地震源的压力场；或地音探听器，其感测源自地震源的质点运动。

当地球由于从源直接传播或经由地下反射器传播的地震能量而移动时，可以位于地球表面和穿入地球的钻孔的壁上的地音探听器在能量的传播方向上移动(在P波的示例中)。然而，如果地音探听器的轴与运动方向对齐，则安装在地音探听器内部的弹簧上的动圈停留在相同位置，导致线圈相对于外壳的相对运动。当线圈在磁场中移动时，在线圈中感应电压，其可以输出为信号。地音探听器的响应依赖于频率。

为了确保地音探听器的正确工作，典型地在制造后和/或在每次使用前，定期在工厂校准地音探听器。因此，地音探听器制造商和厂商通常在其地音探听器单元卖给客户前，对该地音探听器单元不执行任何校准。制造商宁可提供地音探听器单元的响应在特定温度(如室温)下在指定容许范围内的保证。然而，这种容许保证不是对地音探听器单元的正确校准的替代。因此，许多地音探听器单元的购买者在将这种单元部署在现场或在现场使用期间，对购买的地音探听器单元执行他们自己的校准测试。

然而，传统的地音探听器校准测试经常不适于确保许多如今的地震测量活动典型要求的地音探听器测量的期望精度。在用于测量动圈的DC电阻(DCR)的某些校准技术中，将电流注入线圈中，并且从跨越线圈出现的电压确定电阻。然而，因为动圈还对地音探听器的振动敏感，所以DCR测量精度依赖于环境噪声。如果地音探听器敏感度高，则测量的噪声大，并且DCR测量的精度劣化。此外，DCR值的不精确影响其他地震传感器参数，如敏感度和衰减因子，因为DCR是用于计算地音探听器参数的基本值。

因此，将意识到存在对改进传统地音探听器校准技术以便改进地震测量的精度的期望。

前面所述的传统地震传感器的限制意图不在于是穷尽性的，而只是可能减少之前已知的传感器校准技术的有效性的许多中的一些。然而，上面应足以说明过去存在的地震传感器技术将值得改进。

发明内容

在此公开的实施例提供用于地震传感器(如地音探听器和地震检波器)的方法和系统。本公开的原理贯注于用于校正由于环境噪声(如周围振动噪声)导致的DCR测量中的误差、由于内部电路导致的误差(如DC偏移和DC漂移)、由于珀耳帖(Peltier)效应和电信号噪声导致的外部误差和由于系统(如测量电路中的热量产生)导致的误差的技术。具体地，本公开的一些实施例提供用于校准地震传感器的方法和系统，其中改进了DCR测量并且减少了由于环境噪声导致的误差。这里的其他实施例贯注于对DCR上的热量产生效应进行补偿。本公开的另外的实施例提供用于校准地震传感器的系统，包括一个或多个数字信号处理器。另外的实施例贯注于用于通过在噪声频率的周期上平均测量数据来抑制测量的电压数据中的电源噪声(electrical mainsnoise)的技术。

通常，通过使用万用表、欧姆表或电阻表测量地震传感器动圈的DCR。这种测量仪器将电流注入电阻性组件并读取跨越组件的电压。该仪器显示或输出与电压和电流有关的电阻量。然而，因为注入的电流量依赖于测量仪器，所以用户不知道注入了多少电流。在地音探听器线圈电阻的情况下，动圈部分地被注入的电流浮起未知量，并且动圈还响应振动环境噪声。如果用于平均数据的测量时间相比于环境噪声的时段不是足够长，则测量不可重复。例如，如果自然频率为1Hz，则0.5秒的测量时间不够用来平均在大约1Hz的环境噪声。