Gps衛星授時遙測地震儀的製作方法

2023-09-11 12:56:00 2

專利名稱：Gps衛星授時遙測地震儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及石油、地質、煤田、工程勘探領域，具體地說，是用於天然地震測量；同步數據測量、記錄；同步定時起爆的一種GPS衛星授時遙測地震儀。
目前世界上地球物理遙測地震儀器隨通信、計算機技術、電子技術、網絡技術的飛速發展而發展，商家不斷推出新產品。國際上生產陸地遙測地震儀器的公司有美國的INPUT/OUTPUT INC生產SYSTEM2000、IMAGE SYSTEM；FAIRFIELD TECHNOLOGIES公司生產的BOX；法國SERCEL公司生產的SN-388、408UL；加拿大的GEO-X公司生產的ARAM.ARIES；日本的JGI公司生產的G.DAPS-4。國內西安石油儀器總廠生產的GYZ4000和地球物理勘探局裝備總廠生產的SK--6遙測地震儀器。
現在國內地震勘探所用的儀器95％是引進國外的產品。
地球物理地震遙測儀器按數據傳輸方式分類，可分為有線傳輸方式、無線傳輸方式和有線、無線混合方式。有線傳輸方式是地面上按設計要求擺放的幾百個到幾千個不同距離的接收點，每個接收點稱為一個地震道，地震道埋置檢波器將機械震動轉變為電信號。若干個地震道連接到一個採集站，採集站將檢波器輸出的模擬電信號，經過採集站放大、整形、24位模/數轉換後的數據按時序，通過電纜連接到儀器中央控制器，進行編排、記錄、處理。同時儀器中央控制器將控制指令，通過電纜傳給每一個接收點。無線傳輸方式是；每個採集站接收的數據不是通過電纜傳輸。而是通過自身專用的無線發射系統，用國家無線電管理委員會批准的發射頻率，將數據發回中央控制器，中央控制器的控制指令也是通過無線發射系統傳輸給採集站的。這兩種傳輸方式的生產程序是當野外按設計要求布好排列，打好炮井，放置好炸藥包後，由儀器操作員打開主機，通過電纜傳輸啟動排列工作指令，使儀器系統進入工作狀態。同時，主機通過FM無線電臺控制炮井附近的爆炸機起爆炸藥包，炸藥包起爆激發的地震波通過不同地層向地層深處傳播，在遇到波阻抗不同的界面產生反射波。地面上埋置的檢波器將反射波引起的地面機械震動變為電信號，傳輸到採集站，採集站將模擬的電信號變為數位訊號，按主機的指令有序地通過電纜傳輸到主機。主機按地震勘探專用的記錄格式對數據進行編排後，記錄在磁帶上。由於有線儀器笨重的電纜在一些地區如山地、沼澤、江湖地區給勘探工作帶來了難以克服的困難，有的地區不得不租用直升飛機支持生產。另外，每套電纜3-4年需要更新一次，昂貴的電纜更新費用和維修電纜費用使設備維修費用增加，促使生產成本大幅度地增加。無線儀器在湖、灘地區有其優勢。但是地形形成的發射死角是其難以克服的弱點，儀器也易受電波的幹擾。隨著道數的增加，中央控制器的體積也相應增加，也給野外勘探帶來了麻煩。為了解決上述兩種儀器的不足，法國SERCEL公司、美國INPUT/0UTPUT INC將有線儀器和無線儀器在野外排列上用網絡技術連接起來，在有線儀器的中央控制器中增加一個無線接收器，組成有線和無線混合型。
2，當今遙測地震儀器的不足隨著勘探向越來越地形困難地區、惡劣氣侯環境發展，現有的遙測地震儀已難以適應需要。有以下不足現有的遙測地震儀器都有龐大的中央控制器、繪圖儀、磁帶機、電臺、發電機、空調、機箱、儀器車。在沒有道路的地區儀器車無法到達測線，需要用人抬或直升機運輸。有的製造商為此設計出輕便的中央控制器，但在困難地區仍需要用人抬或直升機運輸，高溫、潮溼和嚴寒又使儀器不能正常工作。
有線儀器的地震電纜不適應當前的勘探工作；隨著三維技術的發展，地震道數越來越多，國內達到1500道到3000道，國外已上萬道。按每道道間距50米計算，一臺3000道儀器，野外需要150千米電纜。
顯然，一方面由於受地震檢波器的制約，另一方面目前的遙測儀器都採用了∑-Δ技術的24位模數轉換器(ADC)，因而現代的儀器在其電特性的指標上幾乎都能夠合乎現代勘探的技術要求。但是，對於上述的複雜地區(象根本無路的山地)，如果從全面積(或大三維)的勘探和勘探的成本等方面來考慮，則目前還沒有一種儀器能夠滿足其方便和低成本的勘探要求。這是因為其一對於有線儀器來講，相鄰檢波點的大高差成為了它的致命點；大線的規格(如檢波器的抽頭個數和間距)、長度不能滿足排列的鋪設；而對於大線的運輸和主機(中央記錄系統)的停放，由於重量的原因，無論是人工還是飛機，都需要付出昂貴的代價；如果採用微波中繼站，由於其價格昂貴，其數量遠遠不能滿足要求；以目前野外生產的主要儀器SN-388來看；一個六道採集站重量3.86公斤，而一段六道電纜重量為30公斤，1000道儀器電纜重量大於5噸。在費用上一段電纜六道，優惠價(不含稅)5600元，在平原、沙漠修修補補4-5年，在山地，炮點和排列難以達到規定的偏移距離，電纜的壽命也就3-4年，使勘探成本據高難下。其二對於無線來講，坡陡溝深、溝谷縱橫和以「V」字或「U」字展布地貌，成為其數據傳輸的致命點。要麼是大量的死區，要麼是幾道或幾十道一個微波中繼站，這都是不現實的；其三對於有線和無線混合使用的儀器，由於地貌起伏變化太快，不存在單純的適合有線或適合無線的區域，即使每一個點都具有點對點的數據傳輸能力，但是由於傳輸時間關係，同樣不能滿足我們勘探的需求。其四從技術超前來看，隨著物探技術向四維空間發展，向油田開發發展，在我國人口較密集的地區進行採集工作，有線儀器將越來越不適應新技術的發展。
無線儀器沒有電纜，但地形、雨林、建造物的障礙使其無法工作。每個採集站上都有一個發射系統和發射、接收天線以及發射需要的電源，無疑增加了野外工作重量和電源的供應。
隨著地震技術的發展，地震道數的增加，數據量將增加，中央控制器的數據處理量、內存量大大增加，體積相應增加。
不能滿足地球物理新技術、新方法的發展需要；目前世界上除美國I/O公司的RSR SYSTEM外，所有的地震儀器記錄時間最長為99秒，而隨鑽勘探等新方法、新技術需要更長時間的記錄，現有的儀器難以實現；針對現有遙測地震儀器的不足，地球物理學家提出需要一種無主機，無電纜，無電臺的三無儀器。
由採集記錄與處理單元(DCPU)和定時啟動放炮單元(BLU)兩大部分組成。
DCPU結構採用全密封防水結構，DCPU內部包括五個功能電路板，外接液晶顯示屏幕，紅外線控制接口，計算機通訊接口、GPS接口、電源接口、檢波器輸入接口，體積小於350×180×120(mm)，其線路板採用PC104總線疊堆式結構。
定時啟動放炮單元(BLU)由GPS定時與觸發板、CPU板和一臺改造後的爆炸機組成。
模擬板主要由六個道模塊、測試信號源、測試與控制邏輯等部分組成，每個道模塊中含有輸入保護電路、輸入開關電路、低噪聲前置放大電路和ADC電路，單板6道，每道採用模塊化設計。
模擬板上前置放大增益檔設計為0dB、12dB、24dB、36dB，數位化電路採用Δ-∑技術的24位ADC技術，採樣間隔在0.25、0.5、1、2、3、4、8和16ms任意選擇，板上測試用的高精度信號源可以與道模塊的輸入開關電路相配合。
數字板主要由三部分組成數字濾波部分、FIFO存儲部分、以及控制和時序邏輯部分，包含有數據採集所需要的計算機接口(PC104接口)、前放測試、採樣率等的控制邏輯電路。
數字板中的CS5322與模擬板中的CS5321相對應。
FGPA也可用3片74HC595×6代替。


圖1高精度授時地震儀器—數據採集、記錄和處理系統(DCPU)方框圖；圖2為模擬板方框圖；圖3為數字板方框圖；圖4為GPS、定時和觸發板方框圖；圖5為電源板方框圖；
圖6為CPU主板方框圖；圖7為定時起爆系統(BLU)方框圖；；圖8為常規儀器工作方式示意圖；圖9為本發明工作方式示意圖。
具體實施例高精度授時地震儀器(簡稱授時地震儀器)的設計思想是要實現真正的無人看守和全自動功能。研製一種最輕便、施工最靈活，操作最簡單，高穩定和可靠度，真正智能化的、具有無限道擴充功能的、可以任意自由擺放的新型遙測地震儀，以其輕便、多道滿足複雜地域(如山地、叢林、沼澤、水網、潮間帶)和複雜施工方法勘探的需要。可以全氣候連續採集和記錄。硬體系統結構僅由採集記錄與處理單元(DCPU)和定時啟動放炮單元(BLU)兩大部分組成。它徹底改變傳統地震勘探儀器結構，去掉中央控制單元，設計成集採集部分與記錄部分為一體(單站6道、工作道數軟體任意設置)的「無主機、無大線、無電臺」的三無系統。變傳統啟動放炮方式為定時自動啟動放炮；利用GPS時間信號同步觸發爆炸機起爆，使所有採集記錄與處理單元之間和採集記錄與處理單元與震源(爆炸機)之間具有時間上的一致性。利用GPS時間信號使爆炸機單元起爆時間和DCPU啟動記錄的時間同步。眾所周知，GPS是用衛星來定位的，定位必須同時接收三顆以上衛星才能確定位置，我們利用的是GPS高精度時間作同步，只要有一顆衛星經過就可以精確確定同步時間，這在山區、叢林很容易實現的。記錄採用活動硬碟方式，容量大於10GB或採用1ms採樣連續採集時，允許記錄的時間大於100小時。供電則以高容量鋰電池為主，配備大功率太陽能電池板。
勘探方法是按照施工觀測系統布置好所有接收點的採集記錄與處理單元(DCPU)後，利用全球衛星定位系統(GPS)的時間信號啟動定時放炮單元(BLU)放炮。所有DCPU利用GPS時間信號進行同步定時採集記錄與處理。DCPU在擺放的過程中擺放人員可以通過上面的屏幕，了解當前所在的地理位置、時間和儀器本身的工作狀態，並且可以對它輸入參數、設置特定的工作模式。如由GPS定時觸發放炮，人工按時間放炮等。採集到的地震資料可定期人工回收或通過無線網絡回收可選。根據儀器本身物理點和時間，以及資料的文件屬性在室內進行後期資料編排和數據處理(亦可以整理成常用的單炮記錄)。最後再轉錄到磁帶或其它存儲介質上。
質量控制和檢驗方面，在系統高穩定性和可靠性基礎上，具有單元自檢自測能力和顯示能力。可實現隨時隨地進行自檢或外檢。對重要檢查項目(例如單元供電是否正常、日檢項目是否通過、檢波器通斷和埋置等)設計聲光報警。對採集的地震數據實行區域控制，控制的方式可以在屏幕上顯示、作一些簡單的數字濾波和速度譜等分析，通過外接的印表機進行列印。這些工作可以針對全部的DCPU進行隨機的抽樣檢查。由於無大線、無主機，大大減輕了設備重量。因此，在一些地區還可以採用多道來彌補不正常工作道，以提高勘探質量。
DCPU結構採用全密封防水結構，外接液晶顯示屏幕。紅外線控制接口，計算機通訊接口、GPS接口、電源接口、檢波器輸入接口等。體積不大於350×180×120(mm)。線路板採用PC104總線疊堆式結構，便於道數的擴展和數傳方式的擴展(如點對點式回收，或廣播式回收)。DCPU內部包括五個功能電路板。系統具有連續採集、定時採集和觸發採集三種採集方式。
由於整個系統不需要中央記錄系統，並且在DCPU中又省去了無線儀器中的電臺、有線儀器中的大線；這樣就能夠大大地方便野外施工，減少施工人員，降低生產費用，提高效益。項目研製也縮短了開發周期，大幅度地降低了開發的投入費用，同樣也大大減少了用戶的購買費用。使之與同道數的儀器相比，開發費用降低30％-50％；用戶購買費用降低20％~40％。(各種儀器---GPS儀器、有線儀器、無線儀器、有線/無線兼容儀器對比表)三系統工作原理根據連續數據採集的原理，在執行數據採集時，採集到的數據(資料)經過一個叫先進先出(FIFO)的存儲器；FIFO對採集到的數據進行緩衝和存儲，當其存儲容量達到一半時則給主機發送一個標誌信號，主機檢測到這個信號後，把FIFO的數據(其容量的一半)一次讀入到內存進行運算、圖形顯示然後轉儲到硬碟。這樣只要數據處理、存檔的速度大於或等於數據採集的速度，連續的數據採集就可以永遠持續下去。
系統的穩定性和工作狀態的可知性是智能型的關鍵，隨著電子技術和製造工業的發展，目前設計製造的工業產品其穩定性已經能夠達到我們數據採集的要求，體積作到手持也是輕而以舉；因此我們可以在布置排列時，就可以使DCPU顯示當前所在的地理位置、時間和儀器本身的工作狀態。操作人員還可以適當偏轉帶角速度傳感器的GPS天線，以確保GPS信息的接收，和數據採集的正常。
為了彌補現有儀器在系統搬遷、勘探布線、數據傳輸與通訊等方面的不足，勘探工作者需要「不要電纜、不要天線、單道、輕便、廉價飯盒式、時鐘同步、定時記錄的儀器」。並且系統具有連續採集、定時採集和觸發採集三種採集方式。這種儀器是真正智能型的，能夠根據需要，通過小屏幕或聲音隨時報告當前的地理位置、時間和工作狀況，或者進入特定的工作方式。而今電子技術、計算機技術和通訊技術的飛速發展，為我們設計製造這種設備提供了基礎和保證。
我們提出該項目是在總結以往研製、開發地震儀的基礎上進行的。在經濟效益上，由於以往我們開發地震儀是以跟蹤世界物探先進技術，僅為地震勘探生產為出發點，而這次我們在論證時把出發點拓寬到天然地震測量、測井、錄井、隨鑽勘探、四維勘探。同時，我們還評估社會潛在市場中的經濟效益。這個項目在整體上是一臺地震儀，而就其個體採集站是一臺完整的便攜24位A/D轉換大容量數據信息記錄儀器。只要改變傳感器就能接收各種量值的信息和多道不同地區同步信息記錄儀，它將會是一個很有前途的社會產品。
另外，在要做淺層折射的地區，用常規儀器每個隊還要配備一臺小折射儀器。使用這種儀器時，可以省去淺層折射儀的配置，抽調幾個站和一臺爆炸機就可以做小折射、微測井等工作，減少了小隊的設備配置，可以按不同地區布置小折射排列，不用配置不同檢波點的電纜，方便生產、節約投資。
連續採集的另外一個因素是時間。我們用GPS的秒脈衝來作為高精度的時鐘源，或作為儀器內部晶體的相位鎖定。一方面，我們可以用GPS時鐘來定時校準儀器的內部時鐘(十的負七次方)；另一方面，我們可以用GPS的時鐘輸出製作一個高精度的時鐘源。因為GPS的秒脈衝輸出(1PPS)精度優於+/-1us，遠遠高於地震勘探的需求。
對本系統來說，採集資料的後期處理是十分重要的一個環節，數據文件名稱(包括以DCPU編號的擴展文件名)、格式、頭段信息(樁號、日期和時間)是至關重要的，必須具有唯一性。為了考慮數據收集的方便，數據的存儲以直觀簡單為原則，文件名稱以八個字符表示，包含日期和時間(月日時分)；擴展文件名以三個字符表示；代表DCPU的編號(字符用0~9及26個英文字母表達四位數)。由於GPS的定位信息包含這些因素的全部內容，在加上人工設置的測線、記錄方式、道數、長度和增益等等參考信息。後期的處理就可以根據相同文件名，而擴展名為儀器(採集記錄與處理單元)序號，進行同炮組合。由於樁號、日期和時間的唯一性，採用相同文件，擴展名為DCPU序號，就可以對單炮記錄的文件頭段和道頭段等信息進行定義。這種數據的後期整理方法的最大優點是單炮記錄的記錄長度、總的道數(覆蓋次數)可以根據資料的處理情況隨時改變，達到以最少成本取得最佳資料的效果。四、採集記錄與處理單元(DCPU)採集記錄與處理單元(DCPU)的主要功能是完成對地震信號的採集和記錄。DCPU的系統方框圖如圖1所示整個系統是以高穩定度的PC104嵌入式計算機為中心，集控制、定時和資料的採集、調整、記錄、處理、存儲以及交換於一體的智能儀器。它的心臟由模擬板、數字板、CPU板、GPS時鐘與觸發板、電源板等五塊13mm×10mm的印刷電路板組成。整個部件使用大功率的太陽能電池配合高容量的12伏鋰電池供電；採用GPS(配合帶有角速度傳感器的天線)作為定位和時間標準；採用寬溫的LCD顯示設備的狀態和數據質量；用快速功能鍵盤或紅外線設備作為參數和命令的輸入；地理信息、時間、設備的運行狀態信息以及採集到的地震資料存儲在硬碟(活動硬碟)上或通過計算機的通信接口、網絡等設備轉移到其它存儲介質上。1.模擬板其主要功能是對接收到的檢波器資料進行調整、放大、濾波、以及進行數位化；對溫度、電池電壓等狀態信息數位化；各項指標的測試。單板6道，每道採用模塊化設計，可以隨意增減，工作道數由軟體任意設置，使排列布置時更加方便。並且每道的電源亦由軟體控制單獨供電，以便在使用的道數減少時功耗也相應的降低。整個板的各項技術指標不低於目前國外先進遙測儀器的水平。方框圖如圖二所示。
(圖二 模擬板方框圖)它主要由六個道模塊、測試信號源、測試與控制邏輯等部分組成。每個道模塊中含有輸入保護電路、輸入開關電路(用來支持自測功能)、低噪聲前置放大電路和ADC電路。前置放大增益檔設計為0dB、12dB、24dB、36dB。數位化電路採用先進Δ-∑技術的24位ADC技術，採樣間隔在0.25、0.5、1、2、3、4、8和16ms任意選擇，且動態範圍達到120dB(2ms採樣)；板上測試用的高精度信號源可以與道模塊的輸入開關電路相配合，用於對儀器的檢查和地震道的性能指的標測試。性能指標的測試包括檢波器噪聲、漏電、電阻、脈衝響應、增益精度、諧波崎變、系統噪聲(等效輸入噪聲)、串音、共模抑制比、濾波脈衝響應等。2.數字板對應於模擬板。其功能是產生自身和模擬板所需要的各種定時和測試信號；完成模擬板經ADC後的地震數據的數字濾波、數據編排、緩衝存儲，最後送到計算機進行處理並存儲到硬碟或指定的存儲媒體。它主要由三部分組成數字濾波部分、FIFO存儲部分、以及控制和時序邏輯部分。包含有數據採集所需要的計算機接口(PC104接口)、前放測試、採樣率等的控制邏輯電路。方框圖如圖三所示。
數字板中的CS5322與模擬板中的CS5321相對應，完成採樣和數字濾波。FGPA實際上是將八道的串行數據轉換成並行數據(也可用3片74HC595×6代替)。用先進先出(暫用IDT7208 256K×8)作為緩存，最後送給計算機進行記錄。控制邏輯部分主要是產生將串並轉換後數據送入FIFO的時序，以及根據FIFO和模擬板的狀態向計算機返回各種狀態和條件信息。並依據計算機的定時信號和控制命令產生相應的採集與測試信號。PC104接口部分完成採集數據(或採集部分)與計算機的信息交換。3.GPS、時鐘和定時觸發板此板的主要功能是通過GPS為儀器(PC104計算機)提供高精度的時鐘信號(包括GPS時間信號拾取)；形成並提供儀器各種採集方式所需要的時鐘同步、觸發、定時和停止等信號；獲取並提供GPS數據(包括儀器所處的地理位置——經緯度和高程、當前時間和日期、GPS天線角度等)；此外，還生成時間代碼，供計算機寫文件時調用以便寫入每次記錄的文件頭段，作為數據後期處理的定位和錯誤校準；也產生位置代碼，供計算機寫文件時調用，作為資料後期處理的定位依據。其方框圖如圖四所示。
如圖4所示，GPS、定時和觸發板□它主要由GPS OEM板、時鐘發生器、實時鐘以及定時和觸發電路組成；並通過串行口與CPU板通信。
電源板如圖5所示，此板的功能是通過外接的12V太陽能電池組為整個採集記錄與處理單元(DCPU)提供所需的各種電源；並藉助太陽能板給12V電池充電。其方框圖如圖五所示。它主要由電池充電部分、直流/直流變換器(DC/DC)組部分和繼電器組組成。DC/DC組通過DCPU外部標稱12V的直流電源(設計允許電壓變化範圍為9V~18V)，為儀器提供穩定的+5V、-5V、+12V、-12V等數字電路和模擬電路工作所需的各種電源；電池充電電路則通過太陽能板給電池充電；繼電器組則由軟體控制是否給DCPU各個板上的具體電路分配電源。
如圖6所示的CPU主板，這是儀器系統的中心控制部件。隨著大規模集成電路製造技術和信息處理技術的發展，儀器系統中的計算機技術和儀器的界線越來越模糊，體積也越來越小。事實上，它是一臺多功能的PC104型嵌入式計算機。作業系統可以採用DOS或WINDOWS。利用各種接口可實現數據的硬碟記錄、數據的交換與回收、文件列印、屏幕顯示、儀器工作狀態監視、儀器檢驗測試質量控制、地理位置(排列樁號、測線號等)和採集文件號等參數的輸入、GPS通訊等等。其主頻100MHZ以上，內存128MB，內含電子盤(DOC)插座。2個串行口(COM1，COM2)、一個並行口、硬碟(IDE)接口、軟盤驅動器(FDD)、顯示器(LCD/CRT)和鍵盤(KEY)等外設接口。
DOC(32M)內裝作業系統及控制軟體。並且由於採用了插座結構，可以隨時進行容量的擴充、軟體的更新，便於產品的升級和再利用。通過IDE接口外接2.1英寸硬碟(容量10G以上)。利用並行口可以和另外一臺筆記本微機進行數據和信息的交換(回收數據)。該接口也可外掛印表機(可選)。利用LCD接口外接液晶顯示屏(可隨時打開或關閉)，以監視儀器工作狀態和進行質量控制。利用其中一個串行口作為紅外線接口，以接收操作員輸入的地理位置(排列樁號、測線號等)和採集文件號等參數。另一個串行口可作為GPS的通訊口(可選)；鍵盤口可設置一些快速功能鍵或外接標準PC 鍵盤，以便軟體的升級和數據的現場處理與分析、設備的診斷和調試；內置的乙太網口可以直接連接網絡設備，用來進行資料的有線或無線傳輸。
調製器板(可選部件)它的功能是使DCPU無線登陸到網際網路(Internet)，向基地發送DCPU所採集記錄與處理的資料。
定時啟動放炮單元(BLU)如圖7所示定時啟動放炮單元(BLU)由GPS定時與觸發板、CPU板和一臺改造後的爆炸機組成。它的功能是接收並記錄GPS信息(炮點位置、時間)、產生系統時鐘、提供定時、觸發、同步等脈衝、給遙控爆炸機提供預備、啟爆等命令、記錄遙控爆炸機的信息(工作狀態、TB延遲、井口時間等)、以及完成利用時間信號的定時啟動放炮。
GPS定時與觸發板電路構成和功能類似於採集記錄與處理單元中的定時與觸發板。所不同的是該板產生的各種信號送到一個單板機。該板還產生炮點位置代碼和放炮時間代碼，供CPU板調用並記錄，作為資料後期處理時使用。
CPU板該單板機是定時啟動放炮單元(BLU)的控制部件。事實上他也是一塊多功能的PC104計算機板；與DCPU所用的CPU板相比只是少幾個通訊口(如SCSI口)。他完成GPS通訊、定時啟動放炮、炮點地理位置和炮序號的輸入與記錄等功能。並且能夠自動記錄GPS信息、爆炸機的工作狀態、TB時間、井口信息等爆炸機利用一臺完整的爆炸機，經過改造加入定時與觸發電路和CPU板，使之能夠符合新系統的要求。
本發明的關鍵技術在於1、時間精度的保證。須採用10-7以上晶振，以確保時間上的一致性。
2、GPS同步啟動與校準。主要在於要求全部採集記錄與處理單元的一致性。要求要高。時鐘偏移須控制在1ms以內(不低於目前遙爆系統的TB精度)，並能隨時校準儀器時鐘，以補償各採集記錄與處理單元的時差。
3、單個採集站功耗控制在10W以內。考慮硬碟和計算機的休眠。
4、數據採集觀念的更新，質量控制只能是區域性的。
5、操作員和排列布置檢查員的責任心。因為需要對各個DCPU進行採集參數的(包括文件名稱等)的輸入，不允許出現任何差錯。
6、資料的後處理工作。須對野外回收資料，根據儀器編號、樁號、文件號進行重新編排處理。
技術性能與指標系統道容量任意道數； 數據採集方式定時、觸發、連續可選；DCPU同步方式GPS； 數據記錄方式定時回收和後期整理；數據格式IEEE、(SEG-D)；數據存儲IDE硬碟(大於10GB)；作業系統MS-DOS(WINDOWS)； 單個DCPU1~6道軟體選擇；主控制器PC104(ALL IN ONE)主頻200MHz；內存32M；記錄長度100時(1ms採樣)； 採樣率1/4、1/2、1、2、4、8ms；A/D轉換器23+1符號； 動態範圍110dB(理論144dB)；總諧波畸變0.0003％(2ms)；帶寬0.3Hz～1.7KHz；前放增益0dB，12dB，24dB，36dB，48dB；增益精度0.1％；共模抑制比＞100dB； 串音-90dB；最大輸入信號10uV(48dB)； 等效輸入噪音＜0.25u V RMS(48dB)；輸入阻抗20千歐姆，0.02uF；預觸發資料2048個樣；供電方式12VDC； 太陽能板12W功耗計算機休眠時2W、寫硬碟時10W； 工作環境攝氏-40～+50度高精度授時地震儀器與各種儀器(有線、無線、有線/無線兼容)對比表

權利要求
1.GPS衛星授時遙測地震儀，其特徵在於由採集記錄與處理單元(DCPU)和定時啟動放炮單元(BLU)、數據回收單元三大部分組成。
2.根據權利要求1所述的GPS衛星授時遙測地震儀，其特徵在於DCPU結構採用全密封防水結構，DCPU內部包括五個功能電路板，它的心臟由模擬板、數字板、CPU板、GPS時鐘與觸發板、電源板等五塊13mm×10mm的印刷電路板組成。外接液晶顯示屏幕，紅外線控制接口，計算機通訊接口、GPS接口、電源接口、檢波器輸入接口，體積小於350×180×120(mm)，其線路板採用PC104總線疊堆式結構。
3，根據權利要求1所述的GPS衛星授時遙測地震儀，其特徵在於定時啟動放炮單元(BLU)由GPS定時與觸發板、CPU板和一臺改造後的爆炸機組成。
4.根據權利要求1所述的GPS衛星授時遙測地震儀，其特徵在於模擬板主要由六個道模塊、測試信號源、測試與控制邏輯等部分組成，每個道模塊中含有輸入保護電路、輸入開關電路、低噪聲前置放大電路和ADC電路，單板6道，每道採用模塊化設計。
5.根據權利要求4所述的GPS衛星授時遙測地震儀，其特徵在於模擬板上前置放大增益檔設計為0dB、12dB、24dB、36dB，數位化電路採用Δ-∑技術的24位ADC技術，採樣間隔在0.25、0.5、1、2、3、4、8和16ms任意選擇，板上測試用的高精度信號源可以與道模塊的輸入開關電路相配合。
6.根據權利要求1所述的GPS衛星授時遙測地震儀，其特徵在於數字板主要由三部分組成數字濾波部分、FIFO存儲部分、以及控制和時序邏輯部分，包含有數據採集所需要的計算機接口(PC104接口)、前放測試、採樣率等的控制邏輯電路。
7.根據權利要求6所述的GPS衛星授時遙測地震儀，其特徵在於數字板中的CS5322與模擬板中的CS5321相對應。
8.根據權利要求6所述的GPS衛星授時遙測地震儀，其特徵在於FGPA也可用3片74HC595×6代替。
全文摘要
本發明用於天然地震測量；同步數據測量、記錄；同步定時起爆的一種GPS衛星授時遙測地震儀，由採集記錄與處理單元(DCPU)和定時啟動放炮單元(BLU)兩大部分組成，可實現無人看守和全自動功能，輕便、施工靈活，操作簡單，高穩定和可靠度且智能化的、可以任意自由擺放的新型遙測地震儀，可多道滿足複雜地域(如山地、叢林、沼澤、水網、潮間帶)和複雜施工方法勘探的需要。可以全氣候連續採集和記錄。它徹底改變傳統地震勘探儀器結構，去掉中央控制單元，設計成採集和記錄部分為一體(單站1－8道、工作道數軟體任意設置)的「無主機、無大線、無電臺」的三無系統。
文檔編號G01V1/24GK1417593SQ0113472
公開日2003年5月14日 申請日期2001年11月9日 優先權日2001年11月9日
發明者李慶忠, 陳聯青, 夏祥瑞, 羅維炳, 易碧金, 黨曉春, 羅福龍 申請人:中國石油集團地球物理勘探局