專利名稱：微動勘探系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種數據采集記錄系統(tǒng)，尤其涉及一種勘探數據采集記錄系統(tǒng)。
背景技術：
地球表面的任何地方和時刻即使在無地震之時都處在一種微弱的振動狀態(tài)下，振 幅很小(位移約為10_5 10_3cm)，地球表面的這種連續(xù)的微弱振動就稱為微動。微動信號 屬于天然源信號，其來源于兩個方面。一是來源于人類的日?；顒?，包括各種機械振動，道 路交通等。這些活動產生的信號頻率大于1HZ，屬于高頻信號源。通常，這類微動信號被稱 為常時微動或地脈動。二是來源于各種自然現象，包括海浪對海岸的撞擊、河水的流動、風、 雨、氣壓的變化等。這些現象產生的信號頻率小于1HZ，屬于低頻信號源。通常。這類微動 被稱為長波微動。微動沒有特定的震源，振動波來自觀測點的四面八方，是一種由體波(P 波和S波)和面波(瑞利波和拉夫波)組成的復雜振動，其中面波的能量占信號總能量的70% 以上，攜帶有大量的地球物理信息。微動信號的振幅和形態(tài)隨時空變化而發(fā)生變化，但在一 定時空范圍內具有統(tǒng)計穩(wěn)定性，可用時間和空間上的平穩(wěn)隨機過程描述。利用上述理論進 行勘探的方法稱為微動(microtremor)、或稱為被動源面波(Passive Seurface Wave)、或 稱為環(huán)境振動(Ambient Vibratinom)勘探，隨不同的國家和地區(qū)有不同的表述。其理論上 都是以平穩(wěn)隨機過程理論為依據，從微動信號中提取面波(Rayleigh波)的頻散曲線，通 過對頻散曲線的反演，獲得地下介質的橫波速度結構。從微動信號的垂直分量中提取Rayleigh波頻散曲線的方法通常采用空間自相關 法(SPAC^i)及擴展空間自相關法(ESPAC^i)或頻率-波數法(F-K法)，從微動記錄中求 出了瑞雷波相速度曲線之后，采用個體群探索分歧型遺傳算法(fGA)，由相速度頻散曲線反 演地下S波速度結構，如插圖中所示微動勘探數據采集與數據處理過程?？碧揭巴鈹祿?集采用多臺儀器組合采集，稱為陣列，一般采用中心測點和以中心點為圓心的一圈或幾圈 不同半徑圓上均布檢波器，每圈上不少于三臺，各半徑上測點微動信號與中心點微動信號 須同時被采集記錄，即，須有不少于四臺記錄儀器同時記錄(插圖中所示為兩個半徑的七 臺儀器陣列)，因此對所用儀器的一致性要求高，一般要求各臺儀器間的相關性在0. 999以 上，相位差在士(3° 5° )以內。陣列微動勘探深度，取決于陣列中各信號數據采集點的 半徑大小和高差，一般為2 5倍半徑，高差小時測深大。且除非半徑很小(數十米以下) 或高差很小(幾米以內)陣列的各臺儀器間可以用電纜連接之外，一般情況下各臺儀器獨 立地進行。為了保證陣列上各觀測點的儀器間時鐘的同步性，可采用在觀測開始前和結束 時，儀器通過接收GPS衛(wèi)星的標準時間信號自動進行內部時鐘校正，并記錄校正量。在長時 間觀測時，一般以1 2 h為間隔插入GPS時間校正。基于上述原理，據上述技術組成，目前微動勘探僅處于實驗性勘探的應用，尚未見 專用微動勘探儀器(或系統(tǒng))。在現有的實驗性微動勘探應用中所采用系統(tǒng)組合的主要部 件為常規(guī)地震勘探儀器，輔助以其它部件，如各臺地震儀器單獨連接GPS系統(tǒng)以達到授時 功能?？碧较到y(tǒng)結構狀態(tài)描述如下[0005]1)普通地震勘探儀；2)低頻檢波器(響應頻率為IHz)；3)單臺地震勘探儀多道記錄時的長距離數據傳輸線等輔件；4)或采用多臺地震勘探儀進行單道記錄，輔以外接GPS系統(tǒng)(接收GPS衛(wèi)星的標 準時間信號自動進行內部時鐘校正，并記錄校正量。如上所述，現有微動勘探所用儀器為非針對微動勘探的特點而專業(yè)定制，其適用 性受到較大限制，其技術組成結構存在很多缺陷1)微動信號采樣頻率與長度取決于所用地震儀，常規(guī)地震儀各項功能參數并不 全部適用于微動勘探的參數要求，如采樣頻率高，而微動采樣頻率最低需20HZ ；低通需達 到1Hz，常規(guī)地震儀并達不到此類要求。2)檢波器響應頻率取決于所用低頻檢波器，目前所能采集到的微動信號經數據 處理顯示，有效響應頻率大于2Hz，而在同一陣列內測點高差較大(如大于一陣列半徑)情 況下的大測深(如大于500m)，其有效信號往往是小于2Hz面波頻率才能有良好反應。3)單臺地震勘探儀多道記錄時的須用長距離數據傳輸線，在地形復雜地區(qū)操作 時極不方便，而小半徑陣列勘探無法完成較大深度(如大于300m)勘探。4)當采用多臺地震勘探儀器通過接收GPS衛(wèi)星的標準時間信號自動進行內部時 鐘校正的情況時，儀器配用電源較大，同樣不適用于復雜地形條件下的勘探時儀器的搬移 等野外操作。5)多臺儀器不能適應微動長時段記錄的實時監(jiān)控，如出現無效記錄時不能及時 發(fā)現，影響作業(yè)效率。6)數據記錄格式為地震常用格式，不適合微動數據處理要求，需轉換格式。因并不是采用微動勘探專用儀器，在上述4)、5)兩種情況下，在實際勘探操作中 必然涉及各部件數據傳輸與電路等線路連接接口的經常性的拔插，必然導致故障率的多 發(fā)，且施工操作不方便，并不適用于實際地質等行業(yè)勘探的工程應用。
發(fā)明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種微動勘探系統(tǒng)，該系統(tǒng)可克服現有技 術中存在的缺陷，滿足復雜地形條件下微動勘探的儀器應用要求。解決以上技術問題，本實用新型采用的技術方案是一種微動勘探系統(tǒng)，包括中央 控制設備、數據采集記錄儀和低頻檢波器，所述的中央控制設備由主控PC機和無線傳輸電 路輔件組成，主控PC機設定并存儲數據記錄儀的采樣參數，經無線轉輸電路板輔件向數據 采集記錄儀發(fā)出指令，無線傳輸電路輔件包括一個共用天線；數據采集記錄儀包括包括濾 波器、GPS授時系統(tǒng)、按制面板、微處理器、液晶顯示屏、數據存儲器、無線傳輸電路板以及內 置電源，濾波器與GPS授時系統(tǒng)相連，微處理器分別與GPS授時系統(tǒng)、按制面板、液晶顯示 屏、數據存儲器以及無線傳輸電路板相連；低頻檢波器與數據采集儀的濾波器相連向數據 采集儀輸入采集信號。數據采集儀對低頻檢波器輸入的信號進行采集和記錄，通過共用天 線實現與中央控制設備的無線聯絡。低頻檢波器通過周期延遲電路板與濾波器的輸入端口相連。周期延遲電路延長了 低頻檢波器的固有周期，使檢波器的對長周期(周期5s以上)低頻微動信號有所響應，達
4到觀測長周期(低頻)微動信號的目的，從而具備了獲得深部地層結構的基本條件。為了能夠及時發(fā)現故障、及時檢查維修，微處理器還與故障報警電路板相連。該報 警設備的使用還可避免產生無效數據記錄，避免了作業(yè)時間的浪費。與現有技術相比，本實用新型具有以下特點1)遙測控制在微動勘探的多測點大半徑臺陣觀測中，省去了各類長線纜易發(fā)故障 和操作麻煩現象。2)記錄用的儀器參數針對性微動信號數據采集要求范圍設定，避免了原設備的儀 器限制因素。3)檢波器延遲電路的采用延長了低頻檢波器的固有周期，使檢波器的對長周期 (周期5s以上)低頻微動信號有所響應，達到觀測長周期(低頻)微動信號的目的，從而具 備了獲得深部地層結構的基本條件。4)記錄儀內置GPS授時部件和檢波器延遲電路板部件，減小了微動記錄儀的體 積，較原設備便于攜帶移位。5)減少了接插部件，避免了因操作引起的故障因素。6)記錄過程中的主控監(jiān)視和單機監(jiān)視可實時看到記錄波形，輔以故障報警功能方 便了及時發(fā)現故障、及時檢查維修，還可減少原設備在此情況下會無效數據記錄的產生和 作業(yè)時間的浪費。7)主控和單機均可手控中斷或啟動記錄，隨地形的不同，可靈活調整設定，待陣列 所有儀器都到位后，即可定時刻開始記錄。避免了原設備只能固定記錄與儀器搬移時段的 缺點，如，因一臺儀器出現故障或搬移未就續(xù)，而不能變更記錄時間，將會造成的一個時段 的無效。

圖1為本實用新型微動勘探系統(tǒng)的結構框圖。圖2為本實用新型數據采集儀的結構框圖。
具體實施方式
本實用新型所述的微動勘探系統(tǒng)，包括中央控制設備、數據采集記錄儀和低頻檢 波器，所述的中央控制設備由主控PC機和無線傳輸電路輔件組成，主控PC機設定并存儲數 據記錄儀的采樣參數，經無線轉輸電路板輔件向數據采集記錄儀發(fā)出指令，無線傳輸電路 輔件包括一個共用天線；數據采集記錄儀包括包括濾波器、GPS授時系統(tǒng)、按制面板、微處 理器、液晶顯示屏、數據存儲器、無線傳輸電路板以及內置電源，濾波器與GPS授時系統(tǒng)相 連，微處理器分別與GPS授時系統(tǒng)、按制面板、液晶顯示屏、數據存儲器以及無線傳輸電路 板相連；低頻檢波器與數據采集儀的濾波器相連向數據采集儀輸入采集信號。低頻檢波器 通過周期延遲電路板與濾波器的輸入端口相連，微處理器還與故障報警電路板相連。本實用新型各組件的具體說明如下一，中央控制設備(也稱為中控部分)由主控PC機內設軟件設定并存儲各數據采集記錄儀的采樣頻率、采樣時間、采樣 通道和總通道數等采樣參數，經無線轉輸電路板輔件發(fā)出指令，接收監(jiān)視并存儲各數據采集儀的工作狀態(tài)和所采集數據情況。中控部分所說總通道數指可控制的數據采集記錄儀， 最多可設定為256臺。二，數據采集記錄儀由各功能部件集合組成，在勘探工作中須有四臺以上按一定平面幾何位置組合布 置，且同時進行信號采集與記錄，要求各臺儀器各項參數設置相同，記錄時間一致。其組成 部件的功能分述如下1.控制面板1)配置各類操作按鈕、開關，進行各類功能操作，進行本臺儀器的參數手動設置2)配置數據有線傳輸數據接口3)配置外接電源接口4)可手控本臺采集記錄儀器的采樣頻率、采樣時間、采樣通道5)可手控設定GPS授時系統(tǒng)工作參數6)可手控設定與調節(jié)濾波器工作參數7)可手控設定是否采用周期延遲電路和工作檔位8)可手控啟動數據采集9)可手控液晶顯示所采集數據與波形。2.液晶顯示屏顯示各類功能工作狀態(tài)，顯示時間，顯示電源狀態(tài)、顯示所采集數據波形等，延時 自動關閉。3.微處理器數據采集記錄儀的控制部分，接收、運算、發(fā)出各項控制指令。4.數據存儲器存儲各類參數設置值，存儲所采集微動信號的數據。5. GPS授時系統(tǒng)接受中控部分無線控制指令或面板設置參數指令，接收GPS衛(wèi)星的標準時間信號 自動進行內部時鐘校正，并記錄校正量。6.濾波器接受中控部分無線控制指令或面板設置參數指令，對所采集信號數據進行高通和 低通過慮。7.周期延時電路板加低頻檢波器的小于IHz信號的響應功能。由控制面板控制選用，可選采用或不 采用。8.故障報警電路配置發(fā)聲裝置，接收微處理器發(fā)出的報警指令發(fā)出故障警報。9.無線傳輸電路板接收中控部分發(fā)出的指令信號，發(fā)出本數據采集記錄儀的工作狀態(tài)參數和所采集 微動信號數據。10.內置內源為儀器各組成部件提供電源。配置可充電大容量12V電池1塊，電源盒設雙接通裝置，可不斷電更換。11.共用天線GPS受時系統(tǒng)接收衛(wèi)星信號、本數據記錄儀與中控部分無線聯絡的共用天線。三、檢波器低頻檢波器，接收地面微動信號，做為勘探工作的基礎數據。垂直分量 或水平分量可選，響應頻率1Hz。微動勘探須有不少于四臺檢波器與相對應數 據采集儀配套同時工作，一般要求各檢波器間的相關性在0. 999以上，相位差在
±(3。-5。)以內?？蛇x用其它通用檢波器，如10ΗΖ、28Ηζ、60Ηζ等中、高響應頻率的檢波器，
根據勘探目的不同選擇采用或結合應用。本實用新型是采用遙測數據采集系統(tǒng)的模式，配合低頻檢波器，滿足微動勘探要 求。遙測數據采集系統(tǒng)采用如下方案遙測控制、固態(tài)記錄、采集后“對接”傳輸或遙測傳輸， 在采集端有實時顯示功能。具有如下的功能1)可長時間連續(xù)傳輸測量數據，也可按主控命令要求的數據段傳輸一定的數據 量；2)由主控命令確定采樣頻率、采樣時間、采樣通道和總通道數；3)除了遙測控制外，可實現單臺儀器的手動控制功能。如記錄開始時間、記錄長 度、放大倍數、濾波器的擋次、GPS對時等凡是遙測控制能實現的控制項目，手動控制也都能 實現?？刂泼畹妮斎肟赏ㄟ^帶液晶屏的操作面板來實現。采集后的數據可“對接”傳輸 到計算機內(附帶“對接”傳輸軟件)；4)分散在不同位置的各采集裝置可由主控命令控制同時采集，在收不到主控命令 的情況下，可以直接通過外接帶液晶屏的手持操作儀鍵入采集命令；5)采集時可在采集端通過液晶屏實時顯示信號時域波形；6)采集故障時發(fā)出蜂鳴報警；7)數據可“對接”或遙測傳入計算機；8)數據傳輸可含CRC (循環(huán)冗余碼)檢驗，通過軟件高效快速地完成錯誤監(jiān)測；9)選用內外兩種電源供電，便于野外操作；10)采用GPS授時以保證各采集器的采集同步。本實用新型的技術指標如下1)每臺采集記錄器3個通道，1臺控制器最多可以控制256臺采集記錄器；2)采集頻率每通道20Hz IOOOHz ；3)采集頻率分檔20HZ，50HZ, 100HZ, 200HZ, 500HZ, 1000HZ ；4)記錄容量彡512MB ；5)存儲器有斷電保護功能；6)采集精度:24Bit ；7)信噪比彡 90dB;8)增益1、10、30、100、300、1000 六檔；9)信號類型電壓信號，雙端差分輸入；10)信號電壓范圍士0. Olmv 士 50mv ；11)各通道間同步累計誤差1小時內小于0.3ms ；
7[0092]12)每臺采集記錄器包括前置放大器(可選放在檢波器內)和有源濾波器；13)低通濾波器分檔1HZ，5HZ，10HZ, 20HZ,全通；14)采集啟動方式立即采集，延時采集(延時時間可任意設定)；在收不到主控命 令的情況下，可直接鍵入采集命令；15)采集時可在采集端通過液晶屏的實時顯示信號時域波形；16)液晶屏采用手動打開和關閉，并可延時自動關閉；17)工作溫度-20°C +50°C (不含電池)，_5°C +40°C (含電池)；18)供電方式；內置可充電電池供電，外電源供電；19)內置電池連續(xù)工作時間不計算傳感器和外接帶液晶屏的手持操作儀供電， 可連續(xù)工作12小時；20)無線工作頻段公用頻段；21)無線傳輸距離2Km ；22)無線數傳速率1. 2 K bps 或 9. 6K bps ；23)有線數傳速率800Kbps ；24)GPS授時方式可用GPS授時，也可以強制授時，GPS授時可以人為開關。
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權利要求一種微動勘探系統(tǒng)，其特征在于包括中央控制設備、數據采集記錄儀和低頻檢波器，所述的中央控制設備由主控PC機和無線傳輸電路輔件組成，主控PC機設定并存儲數據記錄儀的采樣參數，經無線轉輸電路板輔件向數據采集記錄儀發(fā)出指令，無線傳輸電路輔件包括一個共用天線；數據采集記錄儀包括包括濾波器、GPS授時系統(tǒng)、按制面板、微處理器、液晶顯示屏、數據存儲器、無線傳輸電路板以及內置電源，濾波器與GPS授時系統(tǒng)相連，微處理器分別與GPS授時系統(tǒng)、按制面板、液晶顯示屏、數據存儲器以及無線傳輸電路板相連；低頻檢波器與數據采集儀的濾波器相連向數據采集儀輸入采集信號。
2.根據權利要求1所述的微動勘探系統(tǒng)，其特征在于低頻檢波器通過周期延遲電路 板與濾波器的輸入端口相連。
3.根據權利要求1或2所述的微動勘探系統(tǒng)，其特征在于微處理器還與故障報警電 路板相連。
專利摘要本實用新型涉及一種勘探數據采集記錄系統(tǒng)，為了克服現有技術中存在的缺陷，滿足復雜地形條件下微動勘探的儀器應用要求，本實用新型提供的一種微動勘探系統(tǒng)，中央控制設備由主控PC機和無線傳輸電路輔件組成，濾波器與GPS授時系統(tǒng)相連，微處理器分別與GPS授時系統(tǒng)、按制面板、液晶顯示屏、數據存儲器以及無線傳輸電路板相連；低頻檢波器與濾波器相連向數據采集儀輸入采集信號。低頻檢波器通過周期延遲電路板與濾波器的輸入端口相連。本實用新型針對微動信號數據采集要求范圍設定，避免了原設備的儀器限制因素，同時具備獲得深部地層結構的基本條件。
文檔編號G01V1/00GK201740873SQ20102026761
公開日2011年2月9日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權日2010年7月22日
發(fā)明者薛春明, 馬宏兵 申請人:馬宏兵;薛春明;張胤彬