地震仪器设备简介课件

1、仪器野外设备简介仪器中心目录一、仪器主机二、采集站、电源站、交叉站部分三、电缆及辅助部分四、检波器部分地震数据采集设备地震仪器辅助设备机械（震源）设备野外设备(传输和采集) 中央记录系统 仪器仪器车 爆炸机系统的编/译码器、震源的扫描发生器/电子箱体大线、电台/检波器、采集站、交差站地球物理勘探设备采集设备仪器主机地震数据采集系统的核心就是地震勘探仪器 ,这里就以遥测数字地震仪器为例简要介绍其结构、电路组成和关键技术等。遥测数字地震仪器由硬件和软件两大部分构成 ,硬件是完成数据采集的执行部件 ,软件是完成数据采集等的控制程序。软件一般包括采集程序、监控程序、诊断程序、现场处理程序和其它服务程序

2、等 ,它们分别用来控制和管理地震数据的采集、系统的协调工作、故障的检测、采集质量的监视和其它服务工作等。硬件设备主要包括采集站、交叉站、电源站、电缆、中继站和主机等 ,它们依次完成地震信号从模拟到数字的采集、排列的管理、排列的供电、模拟信号的输入和数字信号的传送、数字信号与命令或状态整形和接力以及数据的整编与记录。环境噪音录制和地震信号的录制目录一、仪器主机二、采集站、电源站、交叉站部分三、电缆及辅助部分四、检波器部分408ULS: No equipment on surfaceFDU2SFDU2SFDU2SLAULSFDU2Sdown 50 m depthLAUXCMXLPRMTapedri

3、ve408UL QCs地震数据采集流程地震数据的采集过程从时序上看是一个开环链路数据接力传输流程 ,即从炮点能量激发开始仪器便进入采集状态 ,此时地震波经检波器输入到采集站 ,地震数据就经由每一个相关环节源源不断地传到主机并记录磁带直到完成整个记录长度 ,其基本流程关系如图1 所示。使用采集站的优点（1）电缆的芯数减少，减轻了野外工人的劳动强度；（2）电缆传输的信号是数字信号增强可靠性提高了抗干扰能力；（3）采集站同时又可作为转发器，形成接力传输的形式，不断恢复原信号的大小；（4）便于无线电传送，可以去掉采集站与采集站之间的电缆连接线，这样更方便野外施工。前放（放大模拟地震信号，提高抗干扰能力

4、）、前放增益：地震信号强度很弱，检波器输出的电信号一般为微伏级至毫伏级左右，若这一信号直接送至A/D 转换，其结果将带来以下几个问题：由于信号幅度小、A/D转换精度低。由于信号整体幅度较小，势必使A/D转换器的高位均为0，不能充分利用24位A/D 转换器(实用20 位)资源。也将损失相当部分的小信号，降低了信号的动态范围采用线性提升整个信号幅度的方法，使A/D 转换器输入信号的最大幅度略小于满标称幅度范围(目前仪器A/D转换器的参考电压一般为2.5V-4.5V)。最大限度地提高信号的转换精度和最大限度地保证所记录信号的动态范围。注意：一方面由于地震信号很微弱，在送到A/D转换以前，必须进行放大

5、，以满足仪器的最小输入，从仪器本身的噪声中提取出来；另一方面，一些干扰波的幅度很大，当上面附加有有效信号时，如果放大的倍数太大，则会超出A/D的最大值导致溢出。因此选择前放增益需要考虑当时的施工情况。另外为防止野外可能出现的雷击破坏情况，在前置放大器前端信号入口处加入电压抑制放电管、共模滤波器等电路以保护采集电路。采集站的基本原理采集站的基本原理滤波、多路转换开关（在一个采样间隔依次对每道采一次样） ，采样间隔，采样定理，过采样，主放（瞬时浮点放大IFP）-放大的是已经离散化的地震子样，最高位码权值4096MV，最低位码权值0。5MV，主放都能选择一个四进制三位码表示的增益把子样放大到A/D转

6、换的满量的16%-87%之间。这就是对子样的规范化，大大提高记录精度。他是在指令对增益控制电路、增益比较器电路完成的。A/D转换将14个差2倍二进制权值电压依次与子样电压比较，大于为1，反之为0。每个一个地震子样是由主放和A/D完成输出。由4位阶码和15位尾数构成的浮点数。写寄存器、读寄存器、逻辑控制器、极性检测器、格式编排。以及转发器等构成。408采集站工作原理技术就是 24 位A/D 转换的核心技术 ,它与以往的采样保持再用标准的参考电压作逐位比较的原理绝然不同 ,它是以时域分辨率来实现幅度分辨率 ,也即以远高于奈奎斯特频率的速度将模拟信号调制成简单的数字信号 ,再经高速数字抽取滤波器实现

7、去假频功能和24 位样点信号。408采集站工作原理采集站主要由六大功能电路组成：（1）传输电路（To Line Plug） （2）电源电路(POWER SUPPLY)（3）模数转换电路(SIG DEL) （4）采集站接口电路(FDU INT)（5）采集站数据通讯电路(FDU COM)（6）EEPROM电源电路输入滤波电路P2P1模数转换电路检波器接入口 T1 T3 T4 T2FDU INTFDU COM电源电路电路板五项功能 电源电路_为模拟部分提供6.3伏电压和数字部分提供3.7伏电压 采集站接口电路信号的整形，产生两路使系统同步的相位同步逻辑信号 采集站数据通讯电路与电源站的通信，数据处理

8、：完成数据的抽取模数转换电路模数转化，也包括来自电源站或交叉站指令的DAC数模转化（用以测试）EEPROM由采集站串行通信部分控制，包含有采集站地址信息，校正参数通过传输电路接收来自电源站或交叉站的命令，将检波器拾取的信号首先经过输入滤波电路完成第一级滤波，然后进入模数转换电路，将采集到的模拟信号转换成数字信号，经数据通讯电路整理，最后将数字信号经采集站接口电路传送到下一个电源站或交叉站，同时采集站内部装有测试信号源以供其进行自测。电源站、交叉站电源站Laul或lauls电源站是把直流12v通过升压电路产生48v通过鬼对技术接入的排列中。作为数字接口一方面，laul解释来自主机的命令，传递采集

9、参数，使采集与TB同步。另一方面，laul从fdu收集数据，并进行抽取滤波和数据压缩。Laul把采集数据发送到laux，进一步再发到主机。CSU交叉站受主机系统控制，具有存储功能的信号分配器，有两种工作方式（1）即采集数据前主机系统发出指令给CSU，主机系统与各采集站沟通；（2）采集数据时，CSU负责对所有采集站进行数据采集。所以CSU的内部信号既能沿侧线纵向传输，也能横向送到主机系统。电子设备的年月检408采集站年检项目及指标DistortionNoiseCMRRGainPhaseCrosstalkg1g2g1g2g1g2g1g2g1g2g1g21-1031.40.35100-11-2020

10、110210.2540.70.180.520.5-1.51.5-25250.25164-33-3030目录一、仪器主机二、采集站、电源站、交叉站部分三、电缆及辅助部分四、检波器部分地震电缆种类地震电缆以传输方式可分为模拟电缆、数传电缆、光导纤维电缆；以使用范围可分为陆地电缆和海上电缆。模拟电缆：就是采集的地震信号以模拟形式传输给采集站。如BOX电缆（海上电缆）。数传电缆：就是采集的地震信号以数字的形式，在采集站之间及采集站与仪器之间进行传输。如SN388（陆地）、SYSTEM-II（陆地）、408USL（海上）。1、模拟电缆的特点：是每个地震道占用一对导线传送地震信号，传送的是模拟信号。导线越

11、长，模拟信号衰减得越厉害。导线的芯数根据采集站所接收的道数决定的。每对芯线绞合前行，目的是获得相应长度的工作电容。BOX电缆：有4对绞合线，内部含有阻水剂（适于水中使用），和卡夫绒拉筋（抗拉力强），全长220米，道间距55米，每道用防水性BOX抽头引出，原装BOX电缆抽头前有一制动块，以便海中使用时拴锚，固定电缆。2、数传电缆的特点：是电缆拥有相应地震采集道的同时，还拥有控制线和数字信号传输线。每对线都是以绞合形式存在，绞合的均匀度与电缆的工作电容和传输速率有关。电缆内部有塑料管拉筋，无阻水剂。30米8-855米8-4110米75米8-83米55米8-875米8-4450米2米电缆的种类 40

12、8ULS仪器数传电缆多达10种.仪器野外设备-各种电缆 Single sensor110m max.or HGor HGFDU2S14 mmTransmission pairConductorGeophone pair408仪器110米电缆的结构图408ULS电缆（110米）： 包括3对直通线和2对本道线。3对直通线为1对电源线（1、8），2对数传和命令线（2、3；6、7），每对都是交叉直通的。两个大线插头分别与1个本道相通（4、5）。本道抽头为防水性抽头，电缆内部含阻水剂，高强度卡夫绒拉筋，适于海中使用。传输速率为8.960MB/S。电缆的指标：电缆测试除了测试其通断性外,更主要测试其数传特

13、性,如线对间的工作电容、特性阻抗、传输衰减、近端串音(数传线对间的抗干扰能力),线间漏电电阻、线间短路等。408uls单检110m电缆主要参数重量：12.5kg长度：110m（27.5M+55M+27.5M）8MHz时工作衰减：小于5.1dB/100m电源线通断电阻：3 数传线通断电阻：8检波器线通断电阻：3.3 线间和对地绝缘电阻：特性阻抗值：1- 电台、gps、爆炸机等辅助设备爆炸机、震源、气枪设备要求同步目录一、仪器主机二、采集站、电源站、交叉站部分三、电缆及辅助部分四、检波器部分地震检波器一、地震检波器定义1、地震检波器是把传到地面和水面的地震波转换成电信号的装置，它是地震仪器野外数据

14、采集的关键部件。2、地震检波器串：将一组检波器以串联、并联或串并联方式连接在一起，称为检波器串。4、三分量（3-C）检波器：同时可接收水平、侧向和上下三个方向振动的检波器。5、双检（2-C）：由水检（压电检波器）和陆检（动圈式检波器）组成。可同时接收海地和水中信号。二、地震检波器分类地震检波器按应用环境分为陆地检波器和水中检波器。陆地检波器：电动式检波器（动磁式检波器和动圈式检波器）、涡流式检波器和3-C检波器。水中检波器：压电检波器、2-C检波器和4-C检波器。按电学原理分主要为电动式、涡流式、压电式。按检测的力学分主要为速度型、加速度型、压力型。按自然频率高低分主要为低频（8-10hz）、

15、中频（28-40hz）、高频（60-100hz）按接受地震波的震动方向分主要为接受纵波的单分量、接受纵波横波的三分量检波器。电动式检波器工作原理电动式检波器由磁钢、线圈、弹簧片和软铁外壳等组成。线圈通过弹簧片于软铁外壳相连，线圈又处于磁钢于软体外壳的缝隙磁场中，工作时，软体外壳受到地震波的作用而运动时，线圈则相对磁钢做相对运动。根据电磁感应原理，线圈和磁钢做相对运动切割磁力线，线圈中将产生感应电动势，且电动势的大小与相对运动速度成正比，此感应电动势即为地震检波器的输出信号。 速度型检波器结构与特性动圈检波器结构示意图稳定速度驱动时相对电压输出值1100.23571010.70.50.3h=0h

16、=0.3h=0.5h=0.7h=1h=2110180015001200900600300h=2h=0.5h=0.7h=0.3h=1速度与电压之间的相位值模拟检波器：检波器技术指标 衡量地震检波器性能指标的参数有许多，主要参数包括自然频率、阻尼系数、灵敏度、谐波失真、容差等，相关参数包括直流电阻、阻抗、假频、噪声、漏电、极性以及悬体质量、线圈最大位移、允许倾斜角度、体积和重量等。下面着重介绍地震检波器主要技术参数的物理意义及其对地震数据采集效果的影响。一是自然频率：也称固有频率或共振频率，它由检波器弹性系统的结构和材料决定。自然频率的高低主要决定地震信号的有效起始频率。二是灵敏度：它是检波器对激

17、励（振动）响应的敏感程度，大小取决于线圈总长度和磁场强度 。该指标主要反映响应弱小信号能力。三是失真度（畸变）：它是输出信号谐波分量总和有效值与基波分量有效值之比的百分比 。该指标决定地震信号的瞬时动态范围。模拟检波器：检波器技术指标检波器技术指标模拟检波器：四是阻尼系数：阻尼系数是指检波器并联衰减电阻后惯性体振动衰减快慢的相对比值，它主要影响分辨相邻反射地震波的能力。 五是容差：容差表示同种型号的个体检波器互相之间技术指标的相对差异，一般用百分比表示。虽然它不是检波器本身的技术参数，却直接影响地震数据的采集效果，如果检波器的一致性差，不同检波器接收同一信号的结果就会有不同的输出，结果将降低地

18、震数据采集质量和保真度。 自然频率： 它完全由系统本身的弹簧振子的质量(M)和刚度(K)所决定CSG-60CJ-120DX-2820DX-10-3dB-20dB理论上：使用不同自然频率的检波器，只能改变信号低截频，而每个频率的信噪比是不会改变的。关键点：保证高保真度、畸变小、宽频接收的技术指标。自然频率分析20DX系列检波器参数一览表(注)组合检波器一、组合检波组合检波就是在每一个地震道上都采用两个以上的检波器，按一定形式(直线或面积)安置在排列上，同时接收地震波，并把所接收到的地震信号作为某一道共同的地震信号，用这种相加的办法可以达到增强有效波，削弱干扰波的目的。 组合检波是利用干扰波与有效波出现规律的差异和传播方向(也就是视速度)的不同来压制干扰波的。下图4-1-14为三串三并检波器串图形：-+ L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 压电式检波器是以压电传感器为信号检测单元的检波器 。它以某些介质的压电效应为基础 ,在外力的作用下 ,在电介质表面上产生电荷 ,其电荷与所受外力成正比 ,从而达到把机械能转化为电量的目的。因为压电晶体二极板间产生的电荷量相等 ,压电晶体为高阻抗的元件 ,所以可将其视为一个电容器。二极板间的电压为 U =Q /C