專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)線地震儀系統(tǒng)的制作方法
無(wú)線地震儀系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地球物理勘探技術(shù)，具體涉及一種應(yīng)用于石油、地質(zhì)、煤田、工程勘探
等領(lǐng)域，能夠?qū)θ斯せ蜃匀坏卣饠?shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和傳輸?shù)臒o(wú)線地震儀系統(tǒng)。背景技術(shù)：
地球物理勘探是利用地震檢波器獲取可控震源(或爆炸震源)產(chǎn)生的地震波信息，然后進(jìn)行處理分析從而獲得地底資源信息的技術(shù)，其中，地震儀是其不可或缺的一部分。地震儀是利用人工方式產(chǎn)生彈性地震波，向地下地層傳輸。當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅讲煌ㄗ杩沟牡貙訒r(shí)將發(fā)生反射、折射等現(xiàn)象，此時(shí)通過(guò)地面上所安裝的測(cè)量?jī)x器接收、記錄彈性波的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為高精度數(shù)字采樣流，采集后用計(jì)算機(jī)予以分析處理，從而推斷出地下的地質(zhì)構(gòu)造。地震儀必須具有高精度的數(shù)據(jù)采集、時(shí)間同步、記錄存儲(chǔ)等功能。目前，地震儀采用的數(shù)據(jù)傳輸方式包括有線傳輸方式、無(wú)線傳輸方式和有線、無(wú)線混合的數(shù)據(jù)傳輸方式。 傳統(tǒng)的有線地震儀是在選定的測(cè)量區(qū)域內(nèi)人工將地震檢波器按照預(yù)先的設(shè)計(jì)通過(guò)有線傳輸電纜予以順序埋置。當(dāng)檢波器接收到地震信號(hào)后將震動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)通過(guò)傳輸電纜傳輸?shù)讲杉净蛑醒肟刂破饔枰跃幣盘幚怼？上攵恐氐碾娎|在一些如山地、沼澤、江湖等地區(qū)給勘探工作帶來(lái)了難以克服的困難，有的地區(qū)不得不租用直升飛機(jī)支持生產(chǎn)。同時(shí)有線電纜方式也受到電纜長(zhǎng)度的制約，導(dǎo)致測(cè)量范圍受到局限或操作程序復(fù)雜。如此致使操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工復(fù)雜、費(fèi)用高等。另外，每套電纜3 4年需要更新一次，昂貴的電纜更新費(fèi)用和維修電纜費(fèi)用使得設(shè)備維修費(fèi)用增加，促使生產(chǎn)成本大幅度地增加。同時(shí)，數(shù)字信號(hào)在有線傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)受到線路間的信號(hào)干擾以及傳輸過(guò)程中的信號(hào)衰減損耗，從而大大降低了采集精度和測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)性，影響到了最終所要處理數(shù)據(jù)的有效性。 有線、無(wú)線相混合的地震儀中采用采集站的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。檢波器間仍采用有線的方式予以數(shù)據(jù)采集，在合適的地點(diǎn)通過(guò)采集站收集檢波器的模擬信號(hào)并予以存儲(chǔ)。 一種實(shí)現(xiàn)方式是采集站非固定安裝，當(dāng)數(shù)據(jù)采集完畢后可將采集站收集后在短距離內(nèi)與中央控制器予以無(wú)線或有線的方式上傳到中央控制器后予以處理或以人工方式收集采集站的數(shù)據(jù)后帶回。此種方式的實(shí)時(shí)性較差，若采集數(shù)據(jù)存在誤差較大，需要再次地震取樣的程序較為復(fù)雜。另一種實(shí)現(xiàn)方式是安裝固定中繼器的采集站，當(dāng)中繼器接收到地震檢波器的數(shù)字信號(hào)后，通過(guò)無(wú)線的方式將信號(hào)發(fā)射給中央控制器的接收站。由于中繼器的安裝位置固定，故而需要中繼器具有較大的發(fā)射功率，從而造成中繼器體積和功耗較大。同時(shí)，中繼器也不具備靈活路由和優(yōu)化組網(wǎng)的功能。此種有線與無(wú)線相結(jié)合的方式中采集站與檢波器仍采用有線連接，雖然可適當(dāng)?shù)目s短傳輸電纜的長(zhǎng)度，但這使得采集站及檢波器的安裝地點(diǎn)缺乏靈活性且整體數(shù)據(jù)傳輸路徑缺乏優(yōu)化性。 目前現(xiàn)有的無(wú)線地震儀只是將有線、無(wú)線相混合地震儀中采集站與檢波器的連接方式改為無(wú)線連接，通過(guò)固定的路由傳輸方式將檢波器的模擬信號(hào)傳輸至采集站后再通過(guò)無(wú)線傳輸上傳到中央控制器固定的路由傳輸方式并不能克服采集站所存在的弊端。另外， 由于檢波器與采集站間所采用的無(wú)線傳輸方式不具備優(yōu)化路徑的自動(dòng)組網(wǎng)功能，其并未解 決安裝地點(diǎn)缺乏靈活性及數(shù)據(jù)傳輸路徑缺乏優(yōu)化的難點(diǎn)，一旦某些檢波器所處的地理位置 信號(hào)較弱，無(wú)法完成與采集站的正常通訊，則將丟失測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)影響整組測(cè)量數(shù)據(jù)的有效 性和真實(shí)性。

發(fā)明內(nèi)容
K要解決的技術(shù)問(wèn)題2 本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新的無(wú)線地震儀系統(tǒng)，它具有 遠(yuǎn)距離、同步精度高、靈活性好、傳輸速度快、重量輕、體積小、功耗低等特點(diǎn)，能夠提高勘探 的質(zhì)量、加快工程的進(jìn)度、降低操作員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 K技術(shù)方案〗 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種無(wú)線地震儀系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于實(shí)現(xiàn)人 機(jī)交互和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄功能的上位機(jī)、與所述上位機(jī)相連的至少一部無(wú)線收發(fā)器、與所述 無(wú)線收發(fā)器通訊的至少一部采集通訊終端，所述無(wú)線收發(fā)器和采集通訊終端之間采用無(wú)線 自組織網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸方式，所述無(wú)線收發(fā)器實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與采集通訊終端之間溝通功能，所 述采集通訊終端實(shí)現(xiàn)對(duì)地震波的采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)上傳的功能。 在本發(fā)明中，上位機(jī)主要用于人機(jī)交互和存儲(chǔ)記錄地震數(shù)據(jù)，它可采用通用PC構(gòu) 成。其中，人機(jī)交互包括采集通訊終端初始化、自組織網(wǎng)分網(wǎng)設(shè)置、傳輸參數(shù)設(shè)置、A/D模塊
采樣率設(shè)置、前放增益設(shè)置、采樣起始時(shí)間設(shè)置、時(shí)間同步、電池管理、采集及上傳控制、組 網(wǎng)狀態(tài)(例如將不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以不同的顏色顯示，顯示采集通訊終端是否連接及連接的 路徑及順序，對(duì)于未連接的終端以紅色區(qū)分顯示)顯示等功能，這些功能可通過(guò)多種計(jì)算 機(jī)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。存儲(chǔ)記錄地震數(shù)據(jù)是指上位機(jī)記錄本發(fā)明的系統(tǒng)所有的設(shè)置及操作數(shù)據(jù)，以 及接收到采集通訊終端傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)后，按地震勘探專(zhuān)用的數(shù)據(jù)記錄格式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編 排及記錄。對(duì)于存儲(chǔ)記錄地震數(shù)據(jù)，已有現(xiàn)有軟件可以實(shí)現(xiàn)該功能。 對(duì)于上述無(wú)線地震儀系統(tǒng)，其中所述無(wú)線收發(fā)器主要由核心MCU模塊和無(wú)線傳輸 模塊組成，它在上位機(jī)和采集通訊終端之間起橋梁作用。無(wú)線收發(fā)器主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng) 和配置，對(duì)安裝在野外的采集通訊終端建立網(wǎng)絡(luò)連接，形成自組織網(wǎng)， 一旦這些都完成之 后，其功能如同路由器即負(fù)責(zé)將上位機(jī)的工作指令予以傳輸，完成發(fā)送和接收功能。本發(fā)明 所涉及的無(wú)線收發(fā)器可采用市場(chǎng)上銷(xiāo)售的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)，例如德州儀器(TI)公司生產(chǎn)銷(xiāo)售的 MSP430系列產(chǎn)品。 上位機(jī)和無(wú)線收發(fā)器之間的通訊可采用USB傳輸方式，也可采用現(xiàn)有的其它總線 傳輸方式。 根據(jù)上述無(wú)線地震儀系統(tǒng)的一種具體實(shí)施方式
，其中采集通訊終端包括檢波器、 A/D模塊、測(cè)試模塊、核心MCU模塊、無(wú)線傳輸模塊和電源模塊。其中，所述檢波器用于采集 地震波信號(hào)；所述A/D模塊與檢波器的輸出端相連，對(duì)檢波器的輸出信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；所 述測(cè)試模塊分別與檢波器和A/D模塊相連，對(duì)檢波器和A/D模塊的輸出信號(hào)分別進(jìn)行數(shù)據(jù) 測(cè)試；所述核心MCU模塊分別與測(cè)試模塊、無(wú)線傳輸模塊和電源模塊相連，用于實(shí)現(xiàn)時(shí)間同 步、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、程序存儲(chǔ)及程序處理；所述無(wú)線傳輸模塊采用動(dòng)態(tài)路由的方式實(shí)
4現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，使所述采集通訊終端與無(wú)線收發(fā)器之間構(gòu)成自組織網(wǎng)；所述電源模塊 與核心MCU模塊相連，對(duì)其供電。 根據(jù)上述無(wú)線地震儀系統(tǒng)的優(yōu)選的實(shí)施方式，所述檢波器是水陸兩用檢波器。更 優(yōu)選地，所述檢波器是動(dòng)圈式、磁環(huán)式、光學(xué)式、壓電陶瓷式檢波器或三分量式的模擬檢波 器。 檢波器的主要作用是將由炸藥包或可控震源激發(fā)的地震波在通過(guò)不同地層向地 層深處傳播在遇到波阻抗不同的界面時(shí)產(chǎn)生反射波引起的地面機(jī)械震動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然 后傳輸?shù)紸/D模塊。檢波器在本技術(shù)領(lǐng)域中屬于現(xiàn)有設(shè)備，可參考的文獻(xiàn)例如《高分辨率 地震檢波器綜述》(朱衛(wèi)星，中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球資源與信息學(xué)院)等?？商峒暗膭?dòng) 圈式檢波器例如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN01120572. 5公開(kāi)的檢波器；磁環(huán)式檢波器例如中國(guó)專(zhuān)利 申請(qǐng)CN97231109公開(kāi)的檢波器；光學(xué)式檢波器例如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN03250863公開(kāi)的檢波 器；壓電陶瓷式檢波器例如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN200820180227公開(kāi)的檢波器；三分量式檢波器 例如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN02116297公開(kāi)的檢波器。 根據(jù)上述無(wú)線地震儀系統(tǒng)的一種優(yōu)選的具體實(shí)施方式
，所述無(wú)線傳輸模塊可采用
任意支持自組織網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，例如但不限于采用zigbee、藍(lán)牙或wifi等通訊模塊。其中，
zigbee模塊例如采用上海悅動(dòng)電子科技有限公司生產(chǎn)銷(xiāo)售的YD01網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品。 根據(jù)上述無(wú)線地震儀系統(tǒng)的一種優(yōu)選的具體實(shí)施方式
，所述A/D模塊包括依次相
連的前置放大器、增益調(diào)節(jié)器、濾波器及A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換器組成。 具體地，其中前置放大器前端與檢波器連接，然后連接增益調(diào)節(jié)器和濾波器，然后 由A/D轉(zhuǎn)換器完成模擬量的取樣、保持、量化和編碼工作，最終實(shí)現(xiàn)精確采集的性能。
在本發(fā)明中，測(cè)試模塊主要由測(cè)試信號(hào)源和測(cè)試控制邏輯板組成，用于測(cè)試檢波 器和A/D模塊的整體性能，包括檢波器的靈敏度、自然頻率、阻尼、失真度和阻抗這五個(gè)參 數(shù)及A/D模塊的信噪比、信號(hào)與噪聲+失真之比、有效位數(shù)、總諧波失調(diào)、無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍、 雙音互調(diào)失真、多音互調(diào)失真和電壓駐波比這八個(gè)參數(shù)，以測(cè)試該采集通訊終端的采集性 能是否達(dá)到要求。用測(cè)試控制邏輯板檢測(cè)信號(hào)的靈敏度、自然頻率、阻尼、失真度、阻抗和信 噪比、信號(hào)與噪聲+失真之比、有效位數(shù)、總諧波失調(diào)、無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍、雙音互調(diào)失真、多 音互調(diào)失真和電壓駐波屬于現(xiàn)有技術(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要?jiǎng)?chuàng)造性勞動(dòng)即可重復(fù)實(shí)施， 也可以參照《微機(jī)遠(yuǎn)程控制邏輯測(cè)試與分析》(王莉等人；工程設(shè)計(jì)CAD與智能建筑，1999 年07期)等文獻(xiàn)記載的內(nèi)容。 根據(jù)上述無(wú)線地震儀系統(tǒng)的一種優(yōu)選的具體實(shí)施方式
，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地采 由24位A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。例如采用ADS1210/1211、LTC2400、CS5381、CS5321/532224等24 位A/D轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成。 根據(jù)上述無(wú)線地震儀系統(tǒng)的一種優(yōu)選的具體實(shí)施方式
，所述核心MCU模塊主包括
依次相連的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片(RTC)、可編程邏輯控制器(CPLD)和單片機(jī)(MCU)。 對(duì)于該模塊，其中自組織網(wǎng)傳輸協(xié)議固化在模塊的協(xié)議棧內(nèi)以簡(jiǎn)化傳輸步驟；時(shí)
間同步通過(guò)上位機(jī)以廣播的形式對(duì)每個(gè)采集通訊終端進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)。其中CPLD對(duì)RTC的每
秒時(shí)鐘作微妙級(jí)分頻使得MCU得到微妙級(jí)精度時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)采集同步時(shí)間差小于等于10us
的性能，同時(shí)降低了硬件成本。采用RTC、CPLD和MCU構(gòu)成核心MCU模塊以實(shí)現(xiàn)具有時(shí)間同
步、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、程序存儲(chǔ)及程序處理功能也屬于本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)，在此不作贅述。
根據(jù)上述無(wú)線地震儀系統(tǒng)的一種優(yōu)選的具體實(shí)施方式
，所述上位機(jī)具有無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 監(jiān)控設(shè)備的功能，該功能可以由安裝在上位機(jī)中的軟件實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)上述無(wú)線地震儀系統(tǒng)的一種優(yōu)選的具體實(shí)施方式
，所述上位機(jī)具有系統(tǒng)電源 監(jiān)控設(shè)備的功能，該功能可以由安裝在上位機(jī)中的軟件實(shí)現(xiàn)。 本發(fā)明的采集通訊終端的電源模塊屬于現(xiàn)有技術(shù)，一種可行的實(shí)施方式是由大容 量鋰電池、電源管理芯片、USB接口和電量顯示屏、赫爾開(kāi)關(guān)及工作狀態(tài)指示燈組成，其主要 功能是為無(wú)線地震儀提供工作電源并進(jìn)行電池電量管理。電源管理芯片是用來(lái)管理鋰電池 電量的，其中工作狀態(tài)指示燈可以設(shè)定為在電池電量低于20%時(shí)將予以閃爍報(bào)警或同時(shí)發(fā) 出警示音，以提醒使用者及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行充電管理，確保設(shè)備的正常使用。電源管理芯片可 采用市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的產(chǎn)品，例如HIP6301、 IS6537、 RT9237、 ADP3168、 KA7500、 TL494等。電源 模塊中的USB接口可實(shí)現(xiàn)設(shè)備充電和數(shù)據(jù)有線傳輸?shù)墓δ堋?本發(fā)明的無(wú)線地震儀系統(tǒng)由采集通訊終端、無(wú)線收發(fā)器和上位機(jī)組成，其工作過(guò) 程為上位機(jī)向無(wú)線收發(fā)器傳達(dá)工作指令，無(wú)線收發(fā)器將工作指令解釋后通過(guò)自組織網(wǎng)絡(luò) 傳輸給采集通訊終端，采集通訊終端開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，上位機(jī)向無(wú)線收 發(fā)器發(fā)送數(shù)據(jù)上傳指令，無(wú)線收發(fā)器將上傳指令解釋后通過(guò)自組織網(wǎng)絡(luò)傳輸給采集通訊終 端，采集通訊終端開(kāi)始向無(wú)線收發(fā)器上傳數(shù)據(jù)，上位機(jī)從無(wú)線收發(fā)器讀取數(shù)據(jù)后處理記錄。
現(xiàn)有的無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)包括基于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)(其典型應(yīng)用為無(wú)線局域網(wǎng) WLAN)和無(wú)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)，后者一般稱(chēng)為自組織網(wǎng)(AD HOC)。這種網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有固定的 路由器，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可隨意移動(dòng)并能以任意方式相互通信。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)路由器 的功能而在網(wǎng)絡(luò)中搜尋、維護(hù)到另一節(jié)點(diǎn)的路由。無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的核心特征包括
(1)無(wú)中心化和節(jié)點(diǎn)之間的對(duì)等性。Adhoc網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)對(duì)等性網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中所有結(jié) 點(diǎn)的地位平等，無(wú)需設(shè)置任何的中心控制結(jié)點(diǎn)(Infrastructureless，不依賴(lài)于固定的網(wǎng)絡(luò) 設(shè)施)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)既是終端，也是路由器，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)要與其覆蓋范圍之外的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信 時(shí)，需要中間節(jié)點(diǎn)(普通節(jié)點(diǎn))的多跳轉(zhuǎn)發(fā)(Multi-hopDistributed)。
(2)自發(fā)現(xiàn)(Self-Discovering)、自動(dòng)配置(Self-Configuring)、自組織 (Self-Organizing)、自愈(Self-Healing) 。 Adhoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化，快 速檢測(cè)其它節(jié)點(diǎn)的存在和探測(cè)其他節(jié)點(diǎn)的能力集，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過(guò)分布式算法來(lái)協(xié)調(diào)彼此的 行為，無(wú)需人工干預(yù)和任何其它預(yù)置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，可以在任何時(shí)刻任何地方快速展開(kāi)并自 動(dòng)組網(wǎng)。由于網(wǎng)絡(luò)的分布式特征、節(jié)點(diǎn)的冗余性和不存在單點(diǎn)故障點(diǎn)，任何結(jié)點(diǎn)的故障不會(huì) 影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，具有很強(qiáng)的抗毀性和健壯性。 本發(fā)明針對(duì)在野外進(jìn)行的大面積采集數(shù)據(jù)后的集中無(wú)線傳輸?shù)膯?wèn)題因地形及采 集點(diǎn)分布的不確定性，即利用無(wú)線自組織網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)可完全解決采集通訊終端間的 組網(wǎng)及通訊，實(shí)現(xiàn)高效精確的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)路由器的功能而在網(wǎng)絡(luò) 中搜尋、維護(hù)到另一節(jié)點(diǎn)的路由，有效克服在山區(qū)或通訊受阻地區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸受阻問(wèn)題。
K有益效果2 通過(guò)上述技術(shù)手段，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)的有益效果包括 采用低功耗的集檢波器和地震波采集站于一體的采集通訊終端來(lái)實(shí)現(xiàn)地震數(shù)據(jù) 的無(wú)線傳輸，即每個(gè)采集通訊終端均具備路由功能。其中無(wú)線傳輸采用具有自組織網(wǎng)功能 的無(wú)線傳輸方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即網(wǎng)絡(luò)無(wú)需固定的路由器，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)可隨意移動(dòng)并能以任意方式優(yōu)化組網(wǎng)進(jìn)行相互通訊，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)路由器的功能而在網(wǎng)絡(luò)中搜尋、維 護(hù)到另一節(jié)點(diǎn)的路由，能有效克服在山區(qū)或通訊受阻地區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸受阻問(wèn)題，同時(shí)采用 分網(wǎng)接力方式實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)目焖傩?。采用本發(fā)明的地震儀系統(tǒng)能有效避免數(shù)據(jù)信號(hào)在傳輸過(guò) 程中會(huì)受其它線路的干擾或受制于地形條件的通訊受阻，以及避免傳輸過(guò)程中的信號(hào)衰減 損耗，因此能有效提高最終獲取的數(shù)據(jù)的采集精度和真實(shí)性，保證數(shù)據(jù)的有效性。


圖1是本發(fā)明的無(wú)線地震儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明的采集通訊終端結(jié)構(gòu)圖；
圖3是本發(fā)明的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下述實(shí)施例結(jié)合附圖非限制性地說(shuō)明本發(fā)明的無(wú)線地震儀系統(tǒng)。本技術(shù)領(lǐng)域的普
通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以對(duì)本發(fā)明做出各種變化和修
改，但所有等效的技術(shù)方案都屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明保護(hù)范圍是由本申請(qǐng)權(quán)利要求書(shū)
所限定的。 實(shí)施例1 在勘探區(qū)域布置上位機(jī)和16部無(wú)線收發(fā)器。上位機(jī)采用通用PC構(gòu)成，在上位機(jī) 中安裝具有電源管理軟件和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控功能的軟件，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的電源管理和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 監(jiān)控功能。同時(shí)，上位機(jī)通過(guò)軟件而具有對(duì)現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備的管理、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集等控 制功能。其所記錄的數(shù)據(jù)符合國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)(記錄格式、記錄內(nèi)容等)，該部分?jǐn)?shù)據(jù)可進(jìn)一步 提供給其它配套的專(zhuān)用數(shù)據(jù)分析軟件(例如將數(shù)據(jù)用于分析地形、各種波形等)。具有上述 功能的軟件可以使用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，例如通過(guò)0++、^8等實(shí)現(xiàn)。通過(guò)編程語(yǔ) 言獲得具有特定功能的軟件是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠重復(fù)實(shí)施的，在此不作贅述。上位機(jī)和 各個(gè)無(wú)線收發(fā)器之間采用USB數(shù)據(jù)傳輸方式。在勘探區(qū)域布置多個(gè)采集通訊終端，終端與 收發(fā)器之間采用自組織網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸方式。上位機(jī)、無(wú)線收發(fā)器和采集通訊終端關(guān)系如圖 l所示。 其中，采集通訊終端的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。它由檢波器、A/D模塊、測(cè)試模塊、核心 MCU模塊、無(wú)線傳輸模塊和電源模塊構(gòu)成。其中，所述檢波器采用動(dòng)圈式水路兩用檢波器。 A/D模塊中的A/D轉(zhuǎn)換器采用CS5381芯片。
對(duì)上述地震儀系統(tǒng)的使用操作主要包括
①設(shè)備檢測(cè) 在采集通訊終端使用之前需對(duì)其采集性能進(jìn)行檢測(cè)，為后續(xù)所采集的地震數(shù)據(jù)準(zhǔn) 確性提供保障。操作員可在上位機(jī)端發(fā)送檢測(cè)命令，通過(guò)無(wú)線收發(fā)器對(duì)采集通訊終端進(jìn)行 設(shè)備檢測(cè)或通過(guò)采集通訊終端的USB數(shù)據(jù)通訊接口與上位機(jī)直接進(jìn)行通訊檢測(cè)。檢測(cè)內(nèi)容 包括靈敏度、自然頻率、阻尼、失真度、阻抗、信噪比、信號(hào)與噪聲+失真之比、有效位數(shù)、總 諧波失調(diào)、無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍、雙音互調(diào)失真、多音互調(diào)失真、電壓駐波比以及電池容量，以檢 測(cè)該采集通訊終端是否達(dá)到要求，符合要求的采集通訊終端才可用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用。
②設(shè)備初始化
采集通訊終端使用前需完成網(wǎng)絡(luò)的配置及采集通訊終端的設(shè)置工作，故而需對(duì)采
集通訊終端進(jìn)行初始化設(shè)置，包括通訊初始化、時(shí)間同步設(shè)置、分網(wǎng)個(gè)數(shù)設(shè)置、采樣率設(shè)置
和前放增益設(shè)置等，這些操作都是通過(guò)上位機(jī)連接無(wú)線收發(fā)器對(duì)采集通訊終端集中發(fā)出各
種命令得以實(shí)現(xiàn)。這些采集通訊終端初始化后，在采集參數(shù)及通訊設(shè)置不需要變動(dòng)的情況
下不需要再作變動(dòng)，如有變動(dòng)，可按照需求再次初始化。 ③自組織網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組建 施工人員在指定地點(diǎn)將所有的采集通訊終端安裝就位后，操作人員需通過(guò)上位機(jī) 將所有采集通訊終端切換至工作狀態(tài)，即通過(guò)無(wú)線收發(fā)器與現(xiàn)場(chǎng)的所有終端設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng) 通訊。在上位機(jī)的管理軟件中將可以監(jiān)控所有設(shè)備的組網(wǎng)情況，當(dāng)所有設(shè)備均處于正常的 網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)中后，可進(jìn)行下一步操作。
④數(shù)據(jù)采集上傳 在野外按工程需要和設(shè)計(jì)要求打好炮井、放置好炸藥包后，通過(guò)上位機(jī)設(shè)置采集 開(kāi)始時(shí)間(含采集起始時(shí)間)以定時(shí)自動(dòng)采集。采集完后由上位機(jī)端發(fā)送命令停止采集 (含采集停止時(shí)間)。如需將數(shù)據(jù)上傳，可在上位機(jī)設(shè)置發(fā)送命令后自動(dòng)上傳所需時(shí)間段內(nèi) 的數(shù)據(jù)，上傳完畢后自動(dòng)停止傳輸。
⑤通訊監(jiān)測(cè) 在采集上傳過(guò)程中，操作員可通過(guò)上位機(jī)端的通訊狀態(tài)顯示來(lái)查看各采集通訊終 端的工作狀態(tài)，同時(shí)可根據(jù)需要顯示各采集通訊終端的電量。
⑥數(shù)據(jù)記錄 當(dāng)所有數(shù)據(jù)上傳完成之后，操作員可在上位機(jī)端發(fā)送命令將地震數(shù)據(jù)按地震勘探 專(zhuān)用的記錄格式進(jìn)行編排，然后予以記錄。 在本實(shí)施例中，采集通訊終端的無(wú)線通訊模塊采用MaxStream公司的 ZigBee/802. 15. 4XBee-PR0 OEM RF芯片實(shí)現(xiàn)自組織網(wǎng)，由該芯片構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有固定 的路由器，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)(即發(fā)明中的采集通訊終端和無(wú)線收發(fā)器)可隨意移動(dòng)并能以任 意方式相互通信。無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點(diǎn)最多可達(dá)百萬(wàn)以上，故而通過(guò)采用優(yōu)化的分 網(wǎng)接力路由算法可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大范圍的采集通訊終端與無(wú)線收發(fā)器的快速通訊，如圖3 所示。當(dāng)采集通訊終端在直接連通區(qū)域時(shí)，即在無(wú)線收發(fā)器信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，每個(gè)采集通 訊終端可以直接與無(wú)線收發(fā)器通訊。當(dāng)采集通訊終端在直接連通區(qū)域以外時(shí)，就需要通過(guò) 優(yōu)化算法來(lái)選擇路徑進(jìn)行接力傳輸；當(dāng)采集通訊終端過(guò)多的時(shí)候，就需要將其分成多個(gè)子 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，使得每個(gè)分網(wǎng)中采集通訊終端的個(gè)數(shù)合理，減少傳輸?shù)臅r(shí)間。當(dāng)子網(wǎng)絡(luò)中的 節(jié)點(diǎn)受到干擾無(wú)法正常通訊時(shí)，該節(jié)點(diǎn)可以動(dòng)態(tài)的切換到另一個(gè)工作信道上。根據(jù)Zigbee 的工作頻率，其最多可擴(kuò)展為16個(gè)通訊信道，即上位機(jī)最多可同時(shí)與16個(gè)無(wú)線收發(fā)器進(jìn)行 通訊。 在本實(shí)施例中，室外RF可視距離可以高達(dá)1. 6km，超越標(biāo)準(zhǔn)ZigBee模塊的2 3 倍。該芯片工作于2. 4GHZ頻段，低功耗，支持睡眠模式，擁有16個(gè)直接序列通道，可采用16 個(gè)無(wú)線收發(fā)器實(shí)現(xiàn)16個(gè)子網(wǎng)同時(shí)傳輸，單一網(wǎng)絡(luò)最多可容納65535個(gè)采集通訊終端，總共 可連接1048560個(gè)節(jié)點(diǎn)。 A/D模塊方面，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采用24位差分輸入A - E芯片CS5381，完成模擬量 的取樣、保持、量化和編碼工作，最終實(shí)現(xiàn)精確采集的性能。主要技術(shù)指標(biāo)為動(dòng)態(tài)范圍大于
8等于120dB ;輸入噪聲小于0. 2 ii v ;采樣率大于等于50kHz且程控可調(diào)；前放增益大于64 倍，分1、2、4、8、16、32、64倍可調(diào)；共模抑制比大于等于llOdB ;采樣率為50KHz時(shí)有效位數(shù) 為20位；放大器的輸入阻抗為200KQ ;帶寬0. 3hz 4khz ;工作溫度-40°C 60°C ;以最 大速率工作時(shí)功耗電流小于80mA ;休眠功耗電流不超過(guò)100 ii A。 采集通訊終端中的電源模塊主要由大容量鋰電池、電源管理芯片、USB接口 、電量
顯示屏、赫爾開(kāi)關(guān)和工作狀態(tài)指示燈組成，其主要功能是為無(wú)線地震儀提供工作電源并進(jìn)
行電池電量進(jìn)行管理。電源管理芯片是用來(lái)管理鋰電池電量的，其中工作狀態(tài)指示燈在電
量低于20%時(shí)將予以閃爍報(bào)警，以提醒使用者及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行充電管理，確保設(shè)備的正常
使用；USB接口可實(shí)現(xiàn)設(shè)備充電和數(shù)據(jù)有線傳輸?shù)墓δ堋?本實(shí)施例的技術(shù)性能與指標(biāo)測(cè)結(jié)果為 系統(tǒng)道容量小等于1048560個(gè) 數(shù)據(jù)采集方式定時(shí)、觸發(fā)、連續(xù)可選 時(shí)間同步方式系統(tǒng)廣播 時(shí)間同步精度小等于IOUS A/D轉(zhuǎn)換器24位 瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍大于120dB 等效輸入噪音小于0. 2 ii V 采樣率大等于50kHz且可調(diào) 共模抑制比大等于llOdB 前放增益大于64倍且可調(diào) 最大輸入信號(hào)2262mV 輸入阻抗200KQ 帶寬0. 3hz 4khz 供電方式5VDC 功耗最大速率工作時(shí)功耗電流小于300mA，休眠功耗電流不超過(guò)8mA 工作溫度-40°C 60°C 采集通訊終端體積①120 X 200mm。
權(quán)利要求
一種無(wú)線地震儀系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄功能的上位機(jī)、與所述上位機(jī)相連的至少一部無(wú)線收發(fā)器、與所述無(wú)線收發(fā)器通訊的至少一部采集通訊終端，所述無(wú)線收發(fā)器和采集通訊終端之間采用無(wú)線自組織網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸方式，所述無(wú)線收發(fā)器實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與采集通訊終端之間溝通功能，所述采集通訊終端實(shí)現(xiàn)對(duì)地震波的采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)上傳的功能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線地震儀系統(tǒng)，其特征在于所述采集通訊終端包括檢波器、A/D模塊、測(cè)試模塊、核心MCU模塊、無(wú)線傳輸模塊和電源模塊，其中，所述檢波器用于采集地震波信號(hào)；所述A/D模塊與檢波器的輸出端相連，對(duì)檢波器的輸出信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；所述測(cè)試模塊分別與檢波器和A/D模塊相連，對(duì)檢波器和A/D模塊的輸出信號(hào)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試；所述核心MCU模塊分別與測(cè)試模塊、無(wú)線傳輸模塊和電源模塊相連，用于實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、程序存儲(chǔ)及程序處理；所述無(wú)線傳輸模塊采用動(dòng)態(tài)路由的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，使所述采集通訊終端與無(wú)線收發(fā)器之間構(gòu)成自組織網(wǎng)；所述電源模塊與核心MCU模塊相連，對(duì)其供電。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線地震儀系統(tǒng)，其特征在于所述檢波器是水陸兩用檢波器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線地震儀系統(tǒng)，其特征在于所述檢波器是動(dòng)圈式、磁環(huán)式、光學(xué)式、壓電陶瓷式檢波器或三分量式的模擬檢波器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線地震儀系統(tǒng)，其特征在于所述無(wú)線傳輸模塊是能夠支持自組織網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線地震儀系統(tǒng)，其特征在于所述A/D模塊包括依次相連的前置放大器、增益調(diào)節(jié)器、濾波器及A/D轉(zhuǎn)換器組成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)線地震儀系統(tǒng)，其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用24位A/D轉(zhuǎn)換器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)線地震儀系統(tǒng)，其特征在于所述核心MCU模塊包括依次相連的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、可編程邏輯控制器和單片機(jī)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線地震儀系統(tǒng)，其特征在于所述上位機(jī)具有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備和系統(tǒng)電源監(jiān)控設(shè)備的功能。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線地震儀系統(tǒng)，其特征在于所述電源模塊包括依次相連的電池、電源管理芯片、USB接口和電量顯示屏、赫爾開(kāi)關(guān)與工作狀態(tài)指示燈，所述電源模塊具有電源管理和顯示當(dāng)前電量的功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)線地震儀系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄功能的上位機(jī)、與所述上位機(jī)相連的至少一部無(wú)線收發(fā)器、與所述無(wú)線收發(fā)器通訊的至少一部采集通訊終端，所述上位機(jī)和無(wú)線收發(fā)器之間采用USB傳輸方式，所述無(wú)線收發(fā)器和采集通訊終端之間采用無(wú)線自組織網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸方式，所述無(wú)線收發(fā)器實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與采集通訊終端之間溝通功能，所述采集通訊終端實(shí)現(xiàn)對(duì)地震波的采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)上傳的功能。
文檔編號(hào)G01V1/18GK101776767SQ201010108930
公開(kāi)日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者尹卿青, 張春生, 謝志崗, 馬焱 申請(qǐng)人:北京豪儀測(cè)控工程有限公司