[发明专利]具有采样率可调及自检功能的地震信号采集节点

说明书

技术领域

本发明属于信号探测领域，特别是一种具有采样率可调及自检功能的地震信号采集节点。

技术背景

能源是现代工业生命的基础,并广泛地影响着经济。陆地与海底的石油和天然气作为一种重要的能源和战略资源,在现代社会中越来越显示其重要性,在世界各国经济发展中都占有非常重要的地位,并已渗透到人类生活的方方面面^[1-3]。因此，石油和天然气的探测已经成为世界各国的研究热点。

近20多年来,各种先进技术的应用,尤其是地震勘探技术的迅速发展,使人们对地下地质的刻画和预测更加准确,精度也越来越高。在勘探程度较低的地区获得了许多重要突破,在一些勘探程度较高的地区,石油勘探向精细化发展,找到了一大批隐藏油气藏^[1]。而其中，对地质信息的获取主要是通过基于地震勘探技术的采集系统^[2]来实现的。

目前，基于地震勘探技术的地震采集系统多采用基于过采样技术的24位模数转换器，其有超宽的动态范围，优良的线性度，超低的谐波失真，去假频滤波器，简单的外界器件及外接串行接口大大简化了硬件设计，以24位模数转换器为核心的采集系统几乎可以完全克服原来瞬时浮点地震仪的缺点，新型的地震采集系统几乎都使用24位模数转换器。使用24位模数转换器已经成为新型地震采集系统的标志^[3]。

然而，这种基于过采样技术的新型地震采集系统无法灵活地完成变采样率的数据采集功能，对于采集系统所处环境的噪声^[4]，不同采集通道之间的相互干扰等系统自检信息也无法收集。这些都大大降低了地震采集系统的实用性和可靠性。

[1]马灵.海上地震数据多缆采集与记录[D].博士学位论文,中国科学技术大学,2012.

[2]刘志田.海上多波地震勘探技术研究[D].硕士学位论文,中国海洋大学,2003.

[3]吴康.声纳拖曳阵缆采集传输技术研究[D].硕士学位论文,天津大学,2010.

[4]褚宏宪,杨源,张晓波等.高分辨率单道地震调查数据采集技术方法[J].海洋地质前沿,2012,28(12);70-74.

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提供地震信号采集节点，其获取的信号质量高，系统的性能好，实现可变道数采集工作、多种自检信息的采集与测量。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，具有采样率可调及自检功能的地震信号采集节点，包括：

命令配置及数据处理模块：一方面接收由传输节点下发的命令，并对其进行相应处理，根据命令内容转发给本采集节点内的同步控制模块、奇通道控制模块、偶通道控制模块、自检模块，另一方面将接收到的数据组帧，根据命令的要求将组帧数据依次上传至传输节点；

同步控制模块：接收传输节点下传的同步时钟，并转发给本采集节点内的奇通道控制模块、偶通道控制模块、锁相环，用于采集节点的各模块的同步控制；

信号采集模块：信号采集模块一方面负责接收传感器输出的地震信号，并将其转换为可靠的数字信号上传至采集节点控制单元，另一方面负责接收采集节点控制单元对其下发的配置信息，并对这些配置信息进行相应处理；

奇、偶通道控制模块：一方面接收由命令接收模块下发的命令，并对其进行相应处理，另一方面，分别接收奇通道、偶通道采集到的地震信号，并对奇、偶通道分别进行控制；

锁相环：用于控制各采集通道的同步，实现同步采集功能。

自检模块通过SPI接口对产生系统自检所需的标准信号芯片进行配置，标准信号芯片连接到各信号采集模块，用于进行包括通道一致性、直流偏置、奇偶通道串扰的系统自检信息的测试。

当需要正常采集所有通道的地震信号时，奇、偶通道控制模块将会同步控制其连接的相应信号采集模块进行数据采集；当只需要采集奇通道或者偶通道的数据时，奇、偶通道控制模块做出相应的处理，只采集奇通道或者偶通道的数据；当需要进行自检测试时，奇、偶通道控制模块分别测量奇通道串扰及偶通道串扰或者同时控制自检测试。

信号采集模块主要由依次相连的数据抽取器，△-Σ模数转换器，程控放大器，电子开关组成，传感器通过滤波网络连接到电子开关，电子开关连接公共地。

数据抽取器由计数器、数据缓存器、锁相环构成；锁相环对各个△-Σ模数转换器及计数器进行同步，数据缓存模块用于缓存△-Σ模数转换器的转换数据，计数器用于抽取数据缓存模块中的数据，即每一个数字信号抽取一次，或每两个数字信号抽取一次，或每三个数字信号抽取一次，以此类推。

本发明具备下列技术效果：