地震儀器設(shè)備簡(jiǎn)介課件

1、儀器野外設(shè)備簡(jiǎn)介儀器中心目錄一、儀器主機(jī)二、采集站、電源站、交叉站部分三、電纜及輔助部分四、檢波器部分地震數(shù)據(jù)采集設(shè)備地震儀器輔助設(shè)備機(jī)械（震源）設(shè)備野外設(shè)備(傳輸和采集) 中央記錄系統(tǒng) 儀器儀器車 爆炸機(jī)系統(tǒng)的編/譯碼器、震源的掃描發(fā)生器/電子箱體大線、電臺(tái)/檢波器、采集站、交差站地球物理勘探設(shè)備采集設(shè)備儀器主機(jī)地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心就是地震勘探儀器 ,這里就以遙測(cè)數(shù)字地震儀器為例簡(jiǎn)要介紹其結(jié)構(gòu)、電路組成和關(guān)鍵技術(shù)等。遙測(cè)數(shù)字地震儀器由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成 ,硬件是完成數(shù)據(jù)采集的執(zhí)行部件 ,軟件是完成數(shù)據(jù)采集等的控制程序。軟件一般包括采集程序、監(jiān)控程序、診斷程序、現(xiàn)場(chǎng)處理程序和其它服務(wù)程序

2、等 ,它們分別用來控制和管理地震數(shù)據(jù)的采集、系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作、故障的檢測(cè)、采集質(zhì)量的監(jiān)視和其它服務(wù)工作等。硬件設(shè)備主要包括采集站、交叉站、電源站、電纜、中繼站和主機(jī)等 ,它們依次完成地震信號(hào)從模擬到數(shù)字的采集、排列的管理、排列的供電、模擬信號(hào)的輸入和數(shù)字信號(hào)的傳送、數(shù)字信號(hào)與命令或狀態(tài)整形和接力以及數(shù)據(jù)的整編與記錄。環(huán)境噪音錄制和地震信號(hào)的錄制目錄一、儀器主機(jī)二、采集站、電源站、交叉站部分三、電纜及輔助部分四、檢波器部分408ULS: No equipment on surfaceFDU2SFDU2SFDU2SLAULSFDU2Sdown 50 m depthLAUXCMXLPRMTapedri

3、ve408UL QCs地震數(shù)據(jù)采集流程地震數(shù)據(jù)的采集過程從時(shí)序上看是一個(gè)開環(huán)鏈路數(shù)據(jù)接力傳輸流程 ,即從炮點(diǎn)能量激發(fā)開始儀器便進(jìn)入采集狀態(tài) ,此時(shí)地震波經(jīng)檢波器輸入到采集站 ,地震數(shù)據(jù)就經(jīng)由每一個(gè)相關(guān)環(huán)節(jié)源源不斷地傳到主機(jī)并記錄磁帶直到完成整個(gè)記錄長(zhǎng)度 ,其基本流程關(guān)系如圖1 所示。使用采集站的優(yōu)點(diǎn)（1）電纜的芯數(shù)減少，減輕了野外工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；（2）電纜傳輸?shù)男盘?hào)是數(shù)字信號(hào)增強(qiáng)可靠性提高了抗干擾能力；（3）采集站同時(shí)又可作為轉(zhuǎn)發(fā)器，形成接力傳輸?shù)男问?，不斷恢?fù)原信號(hào)的大小；（4）便于無線電傳送，可以去掉采集站與采集站之間的電纜連接線，這樣更方便野外施工。前放（放大模擬地震信號(hào)，提高抗干擾能力

4、）、前放增益：地震信號(hào)強(qiáng)度很弱，檢波器輸出的電信號(hào)一般為微伏級(jí)至毫伏級(jí)左右，若這一信號(hào)直接送至A/D 轉(zhuǎn)換，其結(jié)果將帶來以下幾個(gè)問題：由于信號(hào)幅度小、A/D轉(zhuǎn)換精度低。由于信號(hào)整體幅度較小，勢(shì)必使A/D轉(zhuǎn)換器的高位均為0，不能充分利用24位A/D 轉(zhuǎn)換器(實(shí)用20 位)資源。也將損失相當(dāng)部分的小信號(hào)，降低了信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍采用線性提升整個(gè)信號(hào)幅度的方法，使A/D 轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)的最大幅度略小于滿標(biāo)稱幅度范圍(目前儀器A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓一般為2.5V-4.5V)。最大限度地提高信號(hào)的轉(zhuǎn)換精度和最大限度地保證所記錄信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。注意：一方面由于地震信號(hào)很微弱，在送到A/D轉(zhuǎn)換以前，必須進(jìn)行放大

5、，以滿足儀器的最小輸入，從儀器本身的噪聲中提取出來；另一方面，一些干擾波的幅度很大，當(dāng)上面附加有有效信號(hào)時(shí)，如果放大的倍數(shù)太大，則會(huì)超出A/D的最大值導(dǎo)致溢出。因此選擇前放增益需要考慮當(dāng)時(shí)的施工情況。另外為防止野外可能出現(xiàn)的雷擊破壞情況，在前置放大器前端信號(hào)入口處加入電壓抑制放電管、共模濾波器等電路以保護(hù)采集電路。采集站的基本原理采集站的基本原理濾波、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（在一個(gè)采樣間隔依次對(duì)每道采一次樣） ，采樣間隔，采樣定理，過采樣，主放（瞬時(shí)浮點(diǎn)放大IFP）-放大的是已經(jīng)離散化的地震子樣，最高位碼權(quán)值4096MV，最低位碼權(quán)值0。5MV，主放都能選擇一個(gè)四進(jìn)制三位碼表示的增益把子樣放大到A/D轉(zhuǎn)

6、換的滿量的16%-87%之間。這就是對(duì)子樣的規(guī)范化，大大提高記錄精度。他是在指令對(duì)增益控制電路、增益比較器電路完成的。A/D轉(zhuǎn)換將14個(gè)差2倍二進(jìn)制權(quán)值電壓依次與子樣電壓比較，大于為1，反之為0。每個(gè)一個(gè)地震子樣是由主放和A/D完成輸出。由4位階碼和15位尾數(shù)構(gòu)成的浮點(diǎn)數(shù)。寫寄存器、讀寄存器、邏輯控制器、極性檢測(cè)器、格式編排。以及轉(zhuǎn)發(fā)器等構(gòu)成。408采集站工作原理技術(shù)就是 24 位A/D 轉(zhuǎn)換的核心技術(shù) ,它與以往的采樣保持再用標(biāo)準(zhǔn)的參考電壓作逐位比較的原理絕然不同 ,它是以時(shí)域分辨率來實(shí)現(xiàn)幅度分辨率 ,也即以遠(yuǎn)高于奈奎斯特頻率的速度將模擬信號(hào)調(diào)制成簡(jiǎn)單的數(shù)字信號(hào) ,再經(jīng)高速數(shù)字抽取濾波器實(shí)現(xiàn)

7、去假頻功能和24 位樣點(diǎn)信號(hào)。408采集站工作原理采集站主要由六大功能電路組成：（1）傳輸電路（To Line Plug） （2）電源電路(POWER SUPPLY)（3）模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(SIG DEL) （4）采集站接口電路(FDU INT)（5）采集站數(shù)據(jù)通訊電路(FDU COM)（6）EEPROM電源電路輸入濾波電路P2P1模數(shù)轉(zhuǎn)換電路檢波器接入口 T1 T3 T4 T2FDU INTFDU COM電源電路電路板五項(xiàng)功能 電源電路_為模擬部分提供6.3伏電壓和數(shù)字部分提供3.7伏電壓 采集站接口電路信號(hào)的整形，產(chǎn)生兩路使系統(tǒng)同步的相位同步邏輯信號(hào) 采集站數(shù)據(jù)通訊電路與電源站的通信，數(shù)據(jù)處理

8、：完成數(shù)據(jù)的抽取模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模數(shù)轉(zhuǎn)化，也包括來自電源站或交叉站指令的DAC數(shù)模轉(zhuǎn)化（用以測(cè)試）EEPROM由采集站串行通信部分控制，包含有采集站地址信息，校正參數(shù)通過傳輸電路接收來自電源站或交叉站的命令，將檢波器拾取的信號(hào)首先經(jīng)過輸入濾波電路完成第一級(jí)濾波，然后進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)通訊電路整理，最后將數(shù)字信號(hào)經(jīng)采集站接口電路傳送到下一個(gè)電源站或交叉站，同時(shí)采集站內(nèi)部裝有測(cè)試信號(hào)源以供其進(jìn)行自測(cè)。電源站、交叉站電源站Laul或lauls電源站是把直流12v通過升壓電路產(chǎn)生48v通過鬼對(duì)技術(shù)接入的排列中。作為數(shù)字接口一方面，laul解釋來自主機(jī)的命令，傳遞采集

9、參數(shù)，使采集與TB同步。另一方面，laul從fdu收集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行抽取濾波和數(shù)據(jù)壓縮。Laul把采集數(shù)據(jù)發(fā)送到laux，進(jìn)一步再發(fā)到主機(jī)。CSU交叉站受主機(jī)系統(tǒng)控制，具有存儲(chǔ)功能的信號(hào)分配器，有兩種工作方式（1）即采集數(shù)據(jù)前主機(jī)系統(tǒng)發(fā)出指令給CSU，主機(jī)系統(tǒng)與各采集站溝通；（2）采集數(shù)據(jù)時(shí)，CSU負(fù)責(zé)對(duì)所有采集站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。所以CSU的內(nèi)部信號(hào)既能沿側(cè)線縱向傳輸，也能橫向送到主機(jī)系統(tǒng)。電子設(shè)備的年月檢408采集站年檢項(xiàng)目及指標(biāo)DistortionNoiseCMRRGainPhaseCrosstalkg1g2g1g2g1g2g1g2g1g2g1g21-1031.40.35100-11-2020

10、110210.2540.70.180.520.5-1.51.5-25250.25164-33-3030目錄一、儀器主機(jī)二、采集站、電源站、交叉站部分三、電纜及輔助部分四、檢波器部分地震電纜種類地震電纜以傳輸方式可分為模擬電纜、數(shù)傳電纜、光導(dǎo)纖維電纜；以使用范圍可分為陸地電纜和海上電纜。模擬電纜：就是采集的地震信號(hào)以模擬形式傳輸給采集站。如BOX電纜（海上電纜）。數(shù)傳電纜：就是采集的地震信號(hào)以數(shù)字的形式，在采集站之間及采集站與儀器之間進(jìn)行傳輸。如SN388（陸地）、SYSTEM-II（陸地）、408USL（海上）。1、模擬電纜的特點(diǎn)：是每個(gè)地震道占用一對(duì)導(dǎo)線傳送地震信號(hào)，傳送的是模擬信號(hào)。導(dǎo)線越

11、長(zhǎng)，模擬信號(hào)衰減得越厲害。導(dǎo)線的芯數(shù)根據(jù)采集站所接收的道數(shù)決定的。每對(duì)芯線絞合前行，目的是獲得相應(yīng)長(zhǎng)度的工作電容。BOX電纜：有4對(duì)絞合線，內(nèi)部含有阻水劑（適于水中使用），和卡夫絨拉筋（抗拉力強(qiáng)），全長(zhǎng)220米，道間距55米，每道用防水性BOX抽頭引出，原裝BOX電纜抽頭前有一制動(dòng)塊，以便海中使用時(shí)拴錨，固定電纜。2、數(shù)傳電纜的特點(diǎn)：是電纜擁有相應(yīng)地震采集道的同時(shí)，還擁有控制線和數(shù)字信號(hào)傳輸線。每對(duì)線都是以絞合形式存在，絞合的均勻度與電纜的工作電容和傳輸速率有關(guān)。電纜內(nèi)部有塑料管拉筋，無阻水劑。30米8-855米8-4110米75米8-83米55米8-875米8-4450米2米電纜的種類 40

12、8ULS儀器數(shù)傳電纜多達(dá)10種.儀器野外設(shè)備-各種電纜 Single sensor110m max.or HGor HGFDU2S14 mmTransmission pairConductorGeophone pair408儀器110米電纜的結(jié)構(gòu)圖408ULS電纜（110米）： 包括3對(duì)直通線和2對(duì)本道線。3對(duì)直通線為1對(duì)電源線（1、8），2對(duì)數(shù)傳和命令線（2、3；6、7），每對(duì)都是交叉直通的。兩個(gè)大線插頭分別與1個(gè)本道相通（4、5）。本道抽頭為防水性抽頭，電纜內(nèi)部含阻水劑，高強(qiáng)度卡夫絨拉筋，適于海中使用。傳輸速率為8.960MB/S。電纜的指標(biāo)：電纜測(cè)試除了測(cè)試其通斷性外,更主要測(cè)試其數(shù)傳特

13、性,如線對(duì)間的工作電容、特性阻抗、傳輸衰減、近端串音(數(shù)傳線對(duì)間的抗干擾能力),線間漏電電阻、線間短路等。408uls單檢110m電纜主要參數(shù)重量：12.5kg長(zhǎng)度：110m（27.5M+55M+27.5M）8MHz時(shí)工作衰減：小于5.1dB/100m電源線通斷電阻：3 數(shù)傳線通斷電阻：8檢波器線通斷電阻：3.3 線間和對(duì)地絕緣電阻：特性阻抗值：1- 電臺(tái)、gps、爆炸機(jī)等輔助設(shè)備爆炸機(jī)、震源、氣槍設(shè)備要求同步目錄一、儀器主機(jī)二、采集站、電源站、交叉站部分三、電纜及輔助部分四、檢波器部分地震檢波器一、地震檢波器定義1、地震檢波器是把傳到地面和水面的地震波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置，它是地震儀器野外數(shù)據(jù)

14、采集的關(guān)鍵部件。2、地震檢波器串：將一組檢波器以串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)方式連接在一起，稱為檢波器串。4、三分量（3-C）檢波器：同時(shí)可接收水平、側(cè)向和上下三個(gè)方向振動(dòng)的檢波器。5、雙檢（2-C）：由水檢（壓電檢波器）和陸檢（動(dòng)圈式檢波器）組成。可同時(shí)接收海地和水中信號(hào)。二、地震檢波器分類地震檢波器按應(yīng)用環(huán)境分為陸地檢波器和水中檢波器。陸地檢波器：電動(dòng)式檢波器（動(dòng)磁式檢波器和動(dòng)圈式檢波器）、渦流式檢波器和3-C檢波器。水中檢波器：壓電檢波器、2-C檢波器和4-C檢波器。按電學(xué)原理分主要為電動(dòng)式、渦流式、壓電式。按檢測(cè)的力學(xué)分主要為速度型、加速度型、壓力型。按自然頻率高低分主要為低頻（8-10hz）、

15、中頻（28-40hz）、高頻（60-100hz）按接受地震波的震動(dòng)方向分主要為接受縱波的單分量、接受縱波橫波的三分量檢波器。電動(dòng)式檢波器工作原理電動(dòng)式檢波器由磁鋼、線圈、彈簧片和軟鐵外殼等組成。線圈通過彈簧片于軟鐵外殼相連，線圈又處于磁鋼于軟體外殼的縫隙磁場(chǎng)中，工作時(shí)，軟體外殼受到地震波的作用而運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈則相對(duì)磁鋼做相對(duì)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，線圈和磁鋼做相對(duì)運(yùn)動(dòng)切割磁力線，線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且電動(dòng)勢(shì)的大小與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度成正比，此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)即為地震檢波器的輸出信號(hào)。 速度型檢波器結(jié)構(gòu)與特性動(dòng)圈檢波器結(jié)構(gòu)示意圖穩(wěn)定速度驅(qū)動(dòng)時(shí)相對(duì)電壓輸出值1100.23571010.70.50.3h=0h

16、=0.3h=0.5h=0.7h=1h=2110180015001200900600300h=2h=0.5h=0.7h=0.3h=1速度與電壓之間的相位值模擬檢波器：檢波器技術(shù)指標(biāo) 衡量地震檢波器性能指標(biāo)的參數(shù)有許多，主要參數(shù)包括自然頻率、阻尼系數(shù)、靈敏度、諧波失真、容差等，相關(guān)參數(shù)包括直流電阻、阻抗、假頻、噪聲、漏電、極性以及懸體質(zhì)量、線圈最大位移、允許傾斜角度、體積和重量等。下面著重介紹地震檢波器主要技術(shù)參數(shù)的物理意義及其對(duì)地震數(shù)據(jù)采集效果的影響。一是自然頻率：也稱固有頻率或共振頻率，它由檢波器彈性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和材料決定。自然頻率的高低主要決定地震信號(hào)的有效起始頻率。二是靈敏度：它是檢波器對(duì)激

17、勵(lì)（振動(dòng)）響應(yīng)的敏感程度，大小取決于線圈總長(zhǎng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度 。該指標(biāo)主要反映響應(yīng)弱小信號(hào)能力。三是失真度（畸變）：它是輸出信號(hào)諧波分量總和有效值與基波分量有效值之比的百分比 。該指標(biāo)決定地震信號(hào)的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍。模擬檢波器：檢波器技術(shù)指標(biāo)檢波器技術(shù)指標(biāo)模擬檢波器：四是阻尼系數(shù)：阻尼系數(shù)是指檢波器并聯(lián)衰減電阻后慣性體振動(dòng)衰減快慢的相對(duì)比值，它主要影響分辨相鄰反射地震波的能力。 五是容差：容差表示同種型號(hào)的個(gè)體檢波器互相之間技術(shù)指標(biāo)的相對(duì)差異，一般用百分比表示。雖然它不是檢波器本身的技術(shù)參數(shù)，卻直接影響地震數(shù)據(jù)的采集效果，如果檢波器的一致性差，不同檢波器接收同一信號(hào)的結(jié)果就會(huì)有不同的輸出，結(jié)果將降低地

18、震數(shù)據(jù)采集質(zhì)量和保真度。 自然頻率： 它完全由系統(tǒng)本身的彈簧振子的質(zhì)量(M)和剛度(K)所決定CSG-60CJ-120DX-2820DX-10-3dB-20dB理論上：使用不同自然頻率的檢波器，只能改變信號(hào)低截頻，而每個(gè)頻率的信噪比是不會(huì)改變的。關(guān)鍵點(diǎn)：保證高保真度、畸變小、寬頻接收的技術(shù)指標(biāo)。自然頻率分析20DX系列檢波器參數(shù)一覽表(注)組合檢波器一、組合檢波組合檢波就是在每一個(gè)地震道上都采用兩個(gè)以上的檢波器，按一定形式(直線或面積)安置在排列上，同時(shí)接收地震波，并把所接收到的地震信號(hào)作為某一道共同的地震信號(hào)，用這種相加的辦法可以達(dá)到增強(qiáng)有效波，削弱干擾波的目的。 組合檢波是利用干擾波與有效波出現(xiàn)規(guī)律的差異和傳播方向(也就是視速度)的不同來壓制干擾波的。下圖4-1-14為三串三并檢波器串圖形：-+ L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 壓電式檢波器是以壓電傳感器為信號(hào)檢測(cè)單元的檢波器 。它以某些介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ) ,在外力的作用下 ,在電介質(zhì)表面上產(chǎn)生電荷 ,其電荷與所受外力成正比 ,從而達(dá)到把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電量的目的。因?yàn)閴弘娋w二極板間產(chǎn)生的電荷量相等 ,壓電晶體為高阻抗的元件 ,所以可將其視為一個(gè)電容器。二極板間的電壓為 U =Q /C