专利名称：微动勘探系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数据采集记录系统，尤其涉及一种勘探数据采集记录系统。
背景技术：
地球表面的任何地方和时刻即使在无地震之时都处在一种微弱的振动状态下，振 幅很小(位移约为10_5 10_3cm)，地球表面的这种连续的微弱振动就称为微动。微动信号 属于天然源信号，其来源于两个方面。一是来源于人类的日常活动，包括各种机械振动，道 路交通等。这些活动产生的信号频率大于1HZ，属于高频信号源。通常，这类微动信号被称 为常时微动或地脉动。二是来源于各种自然现象，包括海浪对海岸的撞击、河水的流动、风、 雨、气压的变化等。这些现象产生的信号频率小于1HZ，属于低频信号源。通常。这类微动 被称为长波微动。微动没有特定的震源，振动波来自观测点的四面八方，是一种由体波(P 波和S波)和面波(瑞利波和拉夫波)组成的复杂振动，其中面波的能量占信号总能量的70% 以上，携带有大量的地球物理信息。微动信号的振幅和形态随时空变化而发生变化，但在一 定时空范围内具有统计稳定性，可用时间和空间上的平稳随机过程描述。利用上述理论进 行勘探的方法称为微动(microtremor)、或称为被动源面波(Passive Seurface Wave)、或 称为环境振动(Ambient Vibratinom)勘探，随不同的国家和地区有不同的表述。其理论上 都是以平稳随机过程理论为依据，从微动信号中提取面波(Rayleigh波)的频散曲线，通 过对频散曲线的反演，获得地下介质的横波速度结构。从微动信号的垂直分量中提取Rayleigh波频散曲线的方法通常采用空间自相关 法(SPAC^i)及扩展空间自相关法(ESPAC^i)或频率-波数法(F-K法)，从微动记录中求 出了瑞雷波相速度曲线之后，采用个体群探索分歧型遗传算法(fGA)，由相速度频散曲线反 演地下S波速度结构，如插图中所示微动勘探数据采集与数据处理过程。勘探野外数据采 集采用多台仪器组合采集，称为阵列，一般采用中心测点和以中心点为圆心的一圈或几圈 不同半径圆上均布检波器，每圈上不少于三台，各半径上测点微动信号与中心点微动信号 须同时被采集记录，即，须有不少于四台记录仪器同时记录(插图中所示为两个半径的七 台仪器阵列)，因此对所用仪器的一致性要求高，一般要求各台仪器间的相关性在0. 999以 上，相位差在士(3° 5° )以内。阵列微动勘探深度，取决于阵列中各信号数据采集点的 半径大小和高差，一般为2 5倍半径，高差小时测深大。且除非半径很小(数十米以下) 或高差很小(几米以内)阵列的各台仪器间可以用电缆连接之外，一般情况下各台仪器独 立地进行。为了保证阵列上各观测点的仪器间时钟的同步性，可采用在观测开始前和结束 时，仪器通过接收GPS卫星的标准时间信号自动进行内部时钟校正，并记录校正量。在长时 间观测时，一般以1 2 h为间隔插入GPS时间校正。基于上述原理，据上述技术组成，目前微动勘探仅处于实验性勘探的应用，尚未见 专用微动勘探仪器(或系统)。在现有的实验性微动勘探应用中所采用系统组合的主要部 件为常规地震勘探仪器，辅助以其它部件，如各台地震仪器单独连接GPS系统以达到授时 功能。勘探系统结构状态描述如下[0005]1)普通地震勘探仪；2)低频检波器(响应频率为IHz)；3)单台地震勘探仪多道记录时的长距离数据传输线等辅件；4)或采用多台地震勘探仪进行单道记录，辅以外接GPS系统(接收GPS卫星的标 准时间信号自动进行内部时钟校正，并记录校正量。如上所述，现有微动勘探所用仪器为非针对微动勘探的特点而专业定制，其适用 性受到较大限制，其技术组成结构存在很多缺陷1)微动信号采样频率与长度取决于所用地震仪，常规地震仪各项功能参数并不 全部适用于微动勘探的参数要求，如采样频率高，而微动采样频率最低需20HZ ；低通需达 到1Hz，常规地震仪并达不到此类要求。2)检波器响应频率取决于所用低频检波器，目前所能采集到的微动信号经数据 处理显示，有效响应频率大于2Hz，而在同一阵列内测点高差较大(如大于一阵列半径)情 况下的大测深(如大于500m)，其有效信号往往是小于2Hz面波频率才能有良好反应。3)单台地震勘探仪多道记录时的须用长距离数据传输线，在地形复杂地区操作 时极不方便，而小半径阵列勘探无法完成较大深度(如大于300m)勘探。4)当采用多台地震勘探仪器通过接收GPS卫星的标准时间信号自动进行内部时 钟校正的情况时，仪器配用电源较大，同样不适用于复杂地形条件下的勘探时仪器的搬移 等野外操作。5)多台仪器不能适应微动长时段记录的实时监控，如出现无效记录时不能及时 发现，影响作业效率。6)数据记录格式为地震常用格式，不适合微动数据处理要求，需转换格式。因并不是采用微动勘探专用仪器，在上述4)、5)两种情况下，在实际勘探操作中 必然涉及各部件数据传输与电路等线路连接接口的经常性的拔插，必然导致故障率的多 发，且施工操作不方便，并不适用于实际地质等行业勘探的工程应用。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种微动勘探系统，该系统可克服现有技 术中存在的缺陷，满足复杂地形条件下微动勘探的仪器应用要求。解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种微动勘探系统，包括中央 控制设备、数据采集记录仪和低频检波器，所述的中央控制设备由主控PC机和无线传输电 路辅件组成，主控PC机设定并存储数据记录仪的采样参数，经无线转输电路板辅件向数据 采集记录仪发出指令，无线传输电路辅件包括一个共用天线；数据采集记录仪包括包括滤 波器、GPS授时系统、按制面板、微处理器、液晶显示屏、数据存储器、无线传输电路板以及内 置电源，滤波器与GPS授时系统相连，微处理器分别与GPS授时系统、按制面板、液晶显示 屏、数据存储器以及无线传输电路板相连；低频检波器与数据采集仪的滤波器相连向数据 采集仪输入采集信号。数据采集仪对低频检波器输入的信号进行采集和记录，通过共用天 线实现与中央控制设备的无线联络。低频检波器通过周期延迟电路板与滤波器的输入端口相连。周期延迟电路延长了 低频检波器的固有周期，使检波器的对长周期(周期5s以上)低频微动信号有所响应，达
4到观测长周期(低频)微动信号的目的，从而具备了获得深部地层结构的基本条件。为了能够及时发现故障、及时检查维修，微处理器还与故障报警电路板相连。该报 警设备的使用还可避免产生无效数据记录，避免了作业时间的浪费。与现有技术相比，本实用新型具有以下特点1)遥测控制在微动勘探的多测点大半径台阵观测中，省去了各类长线缆易发故障 和操作麻烦现象。2)记录用的仪器参数针对性微动信号数据采集要求范围设定，避免了原设备的仪 器限制因素。3)检波器延迟电路的采用延长了低频检波器的固有周期，使检波器的对长周期 (周期5s以上)低频微动信号有所响应，达到观测长周期(低频)微动信号的目的，从而具 备了获得深部地层结构的基本条件。4)记录仪内置GPS授时部件和检波器延迟电路板部件，减小了微动记录仪的体 积，较原设备便于携带移位。5)减少了接插部件，避免了因操作引起的故障因素。6)记录过程中的主控监视和单机监视可实时看到记录波形，辅以故障报警功能方 便了及时发现故障、及时检查维修，还可减少原设备在此情况下会无效数据记录的产生和 作业时间的浪费。7)主控和单机均可手控中断或启动记录，随地形的不同，可灵活调整设定，待阵列 所有仪器都到位后，即可定时刻开始记录。避免了原设备只能固定记录与仪器搬移时段的 缺点，如，因一台仪器出现故障或搬移未就续，而不能变更记录时间，将会造成的一个时段 的无效。

图1为本实用新型微动勘探系统的结构框图。图2为本实用新型数据采集仪的结构框图。
具体实施方式
本实用新型所述的微动勘探系统，包括中央控制设备、数据采集记录仪和低频检 波器，所述的中央控制设备由主控PC机和无线传输电路辅件组成，主控PC机设定并存储数 据记录仪的采样参数，经无线转输电路板辅件向数据采集记录仪发出指令，无线传输电路 辅件包括一个共用天线；数据采集记录仪包括包括滤波器、GPS授时系统、按制面板、微处 理器、液晶显示屏、数据存储器、无线传输电路板以及内置电源，滤波器与GPS授时系统相 连，微处理器分别与GPS授时系统、按制面板、液晶显示屏、数据存储器以及无线传输电路 板相连；低频检波器与数据采集仪的滤波器相连向数据采集仪输入采集信号。低频检波器 通过周期延迟电路板与滤波器的输入端口相连，微处理器还与故障报警电路板相连。本实用新型各组件的具体说明如下一，中央控制设备(也称为中控部分)由主控PC机内设软件设定并存储各数据采集记录仪的采样频率、采样时间、采样 通道和总通道数等采样参数，经无线转输电路板辅件发出指令，接收监视并存储各数据采集仪的工作状态和所采集数据情况。中控部分所说总通道数指可控制的数据采集记录仪， 最多可设定为256台。二，数据采集记录仪由各功能部件集合组成，在勘探工作中须有四台以上按一定平面几何位置组合布 置，且同时进行信号采集与记录，要求各台仪器各项参数设置相同，记录时间一致。其组成 部件的功能分述如下1.控制面板1)配置各类操作按钮、开关，进行各类功能操作，进行本台仪器的参数手动设置2)配置数据有线传输数据接口3)配置外接电源接口4)可手控本台采集记录仪器的采样频率、采样时间、采样通道5)可手控设定GPS授时系统工作参数6)可手控设定与调节滤波器工作参数7)可手控设定是否采用周期延迟电路和工作档位8)可手控启动数据采集9)可手控液晶显示所采集数据与波形。2.液晶显示屏显示各类功能工作状态，显示时间，显示电源状态、显示所采集数据波形等，延时 自动关闭。3.微处理器数据采集记录仪的控制部分，接收、运算、发出各项控制指令。4.数据存储器存储各类参数设置值，存储所采集微动信号的数据。5. GPS授时系统接受中控部分无线控制指令或面板设置参数指令，接收GPS卫星的标准时间信号 自动进行内部时钟校正，并记录校正量。6.滤波器接受中控部分无线控制指令或面板设置参数指令，对所采集信号数据进行高通和 低通过虑。7.周期延时电路板加低频检波器的小于IHz信号的响应功能。由控制面板控制选用，可选采用或不 采用。8.故障报警电路配置发声装置，接收微处理器发出的报警指令发出故障警报。9.无线传输电路板接收中控部分发出的指令信号，发出本数据采集记录仪的工作状态参数和所采集 微动信号数据。10.内置内源为仪器各组成部件提供电源。配置可充电大容量12V电池1块，电源盒设双接通装置，可不断电更换。11.共用天线GPS受时系统接收卫星信号、本数据记录仪与中控部分无线联络的共用天线。三、检波器低频检波器，接收地面微动信号，做为勘探工作的基础数据。垂直分量 或水平分量可选，响应频率1Hz。微动勘探须有不少于四台检波器与相对应数 据采集仪配套同时工作，一般要求各检波器间的相关性在0. 999以上，相位差在
±(3。-5。)以内。可选用其它通用检波器，如10ΗΖ、28Ηζ、60Ηζ等中、高响应频率的检波器，
根据勘探目的不同选择采用或结合应用。本实用新型是采用遥测数据采集系统的模式，配合低频检波器，满足微动勘探要 求。遥测数据采集系统采用如下方案遥测控制、固态记录、采集后“对接”传输或遥测传输， 在采集端有实时显示功能。具有如下的功能1)可长时间连续传输测量数据，也可按主控命令要求的数据段传输一定的数据 量；2)由主控命令确定采样频率、采样时间、采样通道和总通道数；3)除了遥测控制外，可实现单台仪器的手动控制功能。如记录开始时间、记录长 度、放大倍数、滤波器的挡次、GPS对时等凡是遥测控制能实现的控制项目，手动控制也都能 实现。控制命令的输入可通过带液晶屏的操作面板来实现。采集后的数据可“对接”传输 到计算机内(附带“对接”传输软件)；4)分散在不同位置的各采集装置可由主控命令控制同时采集，在收不到主控命令 的情况下，可以直接通过外接带液晶屏的手持操作仪键入采集命令；5)采集时可在采集端通过液晶屏实时显示信号时域波形；6)采集故障时发出蜂鸣报警；7)数据可“对接”或遥测传入计算机；8)数据传输可含CRC (循环冗余码)检验，通过软件高效快速地完成错误监测；9)选用内外两种电源供电，便于野外操作；10)采用GPS授时以保证各采集器的采集同步。本实用新型的技术指标如下1)每台采集记录器3个通道，1台控制器最多可以控制256台采集记录器；2)采集频率每通道20Hz IOOOHz ；3)采集频率分档20HZ，50HZ, 100HZ, 200HZ, 500HZ, 1000HZ ；4)记录容量彡512MB ；5)存储器有断电保护功能；6)采集精度:24Bit ；7)信噪比彡 90dB;8)增益1、10、30、100、300、1000 六档；9)信号类型电压信号，双端差分输入；10)信号电压范围士0. Olmv 士 50mv ；11)各通道间同步累计误差1小时内小于0.3ms ；
7[0092]12)每台采集记录器包括前置放大器(可选放在检波器内)和有源滤波器；13)低通滤波器分档1HZ，5HZ，10HZ, 20HZ,全通；14)采集启动方式立即采集，延时采集(延时时间可任意设定)；在收不到主控命 令的情况下，可直接键入采集命令；15)采集时可在采集端通过液晶屏的实时显示信号时域波形；16)液晶屏采用手动打开和关闭，并可延时自动关闭；17)工作温度-20°C +50°C (不含电池)，_5°C +40°C (含电池)；18)供电方式；内置可充电电池供电，外电源供电；19)内置电池连续工作时间不计算传感器和外接带液晶屏的手持操作仪供电， 可连续工作12小时；20)无线工作频段公用频段；21)无线传输距离2Km ；22)无线数传速率1. 2 K bps 或 9. 6K bps ；23)有线数传速率800Kbps ；24)GPS授时方式可用GPS授时，也可以强制授时，GPS授时可以人为开关。
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权利要求一种微动勘探系统，其特征在于包括中央控制设备、数据采集记录仪和低频检波器，所述的中央控制设备由主控PC机和无线传输电路辅件组成，主控PC机设定并存储数据记录仪的采样参数，经无线转输电路板辅件向数据采集记录仪发出指令，无线传输电路辅件包括一个共用天线；数据采集记录仪包括包括滤波器、GPS授时系统、按制面板、微处理器、液晶显示屏、数据存储器、无线传输电路板以及内置电源，滤波器与GPS授时系统相连，微处理器分别与GPS授时系统、按制面板、液晶显示屏、数据存储器以及无线传输电路板相连；低频检波器与数据采集仪的滤波器相连向数据采集仪输入采集信号。
2.根据权利要求1所述的微动勘探系统，其特征在于低频检波器通过周期延迟电路 板与滤波器的输入端口相连。
3.根据权利要求1或2所述的微动勘探系统，其特征在于微处理器还与故障报警电 路板相连。
专利摘要本实用新型涉及一种勘探数据采集记录系统，为了克服现有技术中存在的缺陷，满足复杂地形条件下微动勘探的仪器应用要求，本实用新型提供的一种微动勘探系统，中央控制设备由主控PC机和无线传输电路辅件组成，滤波器与GPS授时系统相连，微处理器分别与GPS授时系统、按制面板、液晶显示屏、数据存储器以及无线传输电路板相连；低频检波器与滤波器相连向数据采集仪输入采集信号。低频检波器通过周期延迟电路板与滤波器的输入端口相连。本实用新型针对微动信号数据采集要求范围设定，避免了原设备的仪器限制因素，同时具备获得深部地层结构的基本条件。
文档编号G01V1/00GK201740873SQ20102026761
公开日2011年2月9日 申请日期2010年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者薛春明, 马宏兵 申请人:马宏兵;薛春明;张胤彬