地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)包括至少一個(gè)地球物理傳感器。所述至少一個(gè)地球物理傳感器具有與其相關(guān)聯(lián)的信號(hào)發(fā)生器，其被配置成生成對(duì)應(yīng)于所述至少一個(gè)地球物理傳感器的類型的信號(hào)。該系統(tǒng)包括具有多個(gè)輸入通道的至少一個(gè)信號(hào)獲取單元。所述至少一個(gè)地球物理傳感器與所述多個(gè)輸入通道之一進(jìn)行信號(hào)通信。所述多個(gè)輸入通道各自包括用于接收和標(biāo)識(shí)由信號(hào)發(fā)生器生成的信號(hào)的檢測(cè)器。所述至少一個(gè)信號(hào)獲取單元包括響應(yīng)于由檢測(cè)到的信號(hào)標(biāo)識(shí)的傳感器類型而自動(dòng)可配置的放大、濾波和數(shù)字化電路。
【專利說(shuō)明】地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般地涉及地球物理數(shù)據(jù)獲取的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及可以使用具 有多個(gè)不同類型的地球物理傳感器的單個(gè)類型的獲取和信號(hào)處理設(shè)備的地球物理數(shù)據(jù)獲 取系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 授予Loehken等人的美國(guó)專利No. 8, 026, 723描述了一種海洋電磁和地震感測(cè)線 纜系統(tǒng)。所描述的系統(tǒng)包括沿著感測(cè)線纜布置的一個(gè)或多個(gè)獲取單元。（多個(gè))單元包括連 接到各種類型的地球物理傳感器(例如磁力計(jì)、磁場(chǎng)振幅傳感器、地震粒子運(yùn)動(dòng)傳感器、地 震壓力或壓力梯度傳感器以及電場(chǎng)傳感器）的許多分離的信號(hào)輸入端。每個(gè)信號(hào)輸入端可 以具有特定于耦合到其上的傳感器類型的電路。電路的輸出可以多路復(fù)用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 可以將數(shù)字化信號(hào)測(cè)量引導(dǎo)至記錄單元和/或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。所公開的系統(tǒng)要求要耦合到 信號(hào)輸入端的特定類型的地球物理傳感器具有針對(duì)這樣的傳感器所需的電路。因此，可以 使用的傳感器類型及其電學(xué)和機(jī)械配置可能是有限的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 存在對(duì)更加靈活的獲取系統(tǒng)的需要，其可以與多個(gè)不同的傳感器一起使用而同時(shí) 簡(jiǎn)化和標(biāo)準(zhǔn)化用于處理來(lái)自各種地球物理傳感器的信號(hào)的電路。
[0004] 本發(fā)明的一個(gè)方面是地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的該方面的地球物理數(shù) 據(jù)獲取系統(tǒng)包括至少一個(gè)地球物理傳感器。所述至少一個(gè)地球物理傳感器具有與其相關(guān)聯(lián) 的信號(hào)發(fā)生器，其被配置成生成對(duì)應(yīng)于所述至少一個(gè)地球物理傳感器的類型的信號(hào)。該系 統(tǒng)包括具有多個(gè)輸入通道的至少一個(gè)信號(hào)獲取單元。所述至少一個(gè)地球物理傳感器與所述 多個(gè)輸入通道之一進(jìn)行信號(hào)通信。所述多個(gè)信號(hào)通道各自包括用于接收和標(biāo)識(shí)由信號(hào)發(fā)生 器生成的信號(hào)的檢測(cè)器。所述至少一個(gè)信號(hào)獲取單元包括響應(yīng)于由檢測(cè)的信號(hào)所標(biāo)識(shí)的傳 感器類型而自動(dòng)可配置的放大、濾波和數(shù)字化電路。
[0005] 本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將從以下描述和權(quán)利要求中顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的地球物理獲取系統(tǒng)的示意性視圖，其包括多個(gè)數(shù)據(jù)獲取單 J Li 〇
[0007] 圖2更加詳細(xì)地示出來(lái)自圖1的數(shù)據(jù)獲取單元。
[0008] 圖3示出包括編碼元件的一種類型的傳感器的示例。
[0009] 圖4示出包括不同類型的編碼元件的另一示例傳感器。
[0010] 圖5示出用于時(shí)鐘振蕩器的溫控晶體的示例。
[0011] 圖6示出示例數(shù)字低通濾波器。
[0012] 圖7示出形成圖2中所示的數(shù)據(jù)獲取單元的部分的示例信號(hào)發(fā)生器。
[0013] 圖8示出控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器和隨后的放大器電路以控制傳感器單元中的噪聲補(bǔ)償 反饋的處理器的示例。這里，作為示例示出磁性傳感器?？梢詫?duì)電場(chǎng)或地震傳感器做出類 似的配置。
[0014] 圖9示出其中傳感器為數(shù)字傳感器的示例。接近傳感器完成數(shù)字化，并且在一些 示例中可以執(zhí)行處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及對(duì)無(wú)線或線纜遙測(cè)的網(wǎng)絡(luò)適配和GPS同步。數(shù)字傳感 器可以通過(guò)線纜或無(wú)線來(lái)與數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)連接或者在一些實(shí)例中直接連接到網(wǎng)絡(luò)。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 在圖1中以平面視圖示意性地示出示例地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。該示例地球物理 數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)可以包括數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)20,其具有用于在所選時(shí)間處操作諸如振動(dòng)器之類的 地震能量源26的組件(未分離地示出）。記錄系統(tǒng)20還可以包括用以控制一個(gè)或多個(gè)電磁 場(chǎng)發(fā)射器的操作的組件(未分離地示出），所述電磁場(chǎng)發(fā)射器例如是包括與地面或用于海洋 地球物理勘測(cè)的水體電接觸的間隔開的電極22A、22B的電場(chǎng)發(fā)射器22。此外或可替換地， 記錄系統(tǒng)20可以控制磁場(chǎng)發(fā)射器24的操作，諸如布置成接近地表或者在用于海洋操作的 水體中或其底部的線圈?？梢酝ㄟ^(guò)使電流通過(guò)一個(gè)或多個(gè)類型的上述電磁發(fā)射器而將電磁 場(chǎng)傳到地下的地球形成中。例如,跨電極22A、22B傳遞電流將感應(yīng)出電場(chǎng)。如果電流是時(shí) 變的，則時(shí)變電磁場(chǎng)將被傳到地下?？珉姌O22A、22B的電流可以按一個(gè)或多個(gè)離散頻率在 振幅中變化(例如，以正弦波的形式）以用于頻域電磁勘測(cè)，或者電流可以包括一個(gè)或多個(gè) 電流轉(zhuǎn)換事件以在地下感應(yīng)出瞬時(shí)電磁場(chǎng)以用于時(shí)域電磁勘測(cè)。轉(zhuǎn)換事件的非限制性示例 包括接通電流、關(guān)斷電流、使電流極性反向和以諸如偽隨機(jī)二進(jìn)制序列（PRBS)之類的編碼 序列轉(zhuǎn)換電流。
[0016] 記錄系統(tǒng)20可以包括無(wú)線電通信裝置(未分離地示出）以用于將命令信號(hào)發(fā)射到 布置在接近地表或在水體中的所選位置處的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)獲取單元10以及從其接收數(shù) 據(jù)信號(hào)?？梢允褂弥T如在授予Crice等人并且通過(guò)引用并入于此的美國(guó)專利No. 7, 773, 457 中公開的那個(gè)之類的系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行無(wú)線電通信?？梢蕴峁o(wú)線電收發(fā)器天線A以用于記錄 單元20上的這樣的通信。記錄單元20可以具有其同步到絕對(duì)時(shí)間參考(例如全球定位系 統(tǒng)（GPS)衛(wèi)星信號(hào)）的操作。記錄系統(tǒng)20為此目的可以包括全球定位系統(tǒng)信號(hào)接收器天 線GPS。無(wú)線電通信還可以包括各種形式的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，諸如IEEE 802. 11、IEEE 802. 15協(xié)議中的任一個(gè)或藍(lán)牙。
[0017] 可以在要勘測(cè)的地球地下的區(qū)域之上的所選位置處部署多個(gè)信號(hào)獲取單元10。每 個(gè)信號(hào)獲取單元10可以包括無(wú)線電通信天線A和全球定位系統(tǒng)信號(hào)接收器天線GPS以用 于與記錄系統(tǒng)20通信和用于檢測(cè)來(lái)自全球定位系統(tǒng)信號(hào)的絕對(duì)時(shí)間參考信號(hào)。每個(gè)信號(hào) 獲取單元10可以具有耦合到每個(gè)信號(hào)獲取單元10的輸入通道的各種類型和數(shù)量的地球物 理傳感器，如將參照?qǐng)D2更加詳細(xì)地解釋的。例如，地震粒子運(yùn)動(dòng)傳感器12(要么是單個(gè)組 件要么是多組件）可以與地表接觸、懸于水體中或部署在水底部以檢測(cè)自然發(fā)生的地震信 號(hào)或響應(yīng)于地震能量源26的操作所產(chǎn)生的信號(hào)中的任一個(gè)或二者。地震粒子運(yùn)動(dòng)傳感器 12可以檢測(cè)自然發(fā)生的或響應(yīng)于地震能量源26的致動(dòng)所產(chǎn)生的地震能量。可以使用的其 它類型的傳感器可以包括磁力計(jì)14、磁場(chǎng)振幅傳感器16 (以線環(huán)或線圈、磁通門傳感器等 等的形式）以及諸如間隔開的電極18A、18B (以電流電極、電容性電極等等的形式）之類的 與地面或者水體或其底部接觸以用于海洋勘測(cè)操作的電場(chǎng)傳感器18。本文所描述的地球物 理傳感器的類型和配置僅僅是示例并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。
[0018] 在圖2中示出示例信號(hào)獲取單元10的功能框圖。信號(hào)獲取單元10的組件可以布 置在不受氣候影響（weather proof)或耐壓的外殼11內(nèi)部。外殼11可以包括多個(gè)不受氣 候影響和/或不受壓力影響的輸入連接器A1直到A6。輸入連接器引導(dǎo)來(lái)自相應(yīng)地球物理 傳感器（以下參照?qǐng)D3和4解釋）的信號(hào)輸入，電纜從所述地球物理傳感器可以耦合到輸入 連接器A1-A6之一。每個(gè)連接器A1-A6中的電端子可以耦合到低噪聲、可編程增益放大器 30的輸入端。每個(gè)可編程增益放大器30的增益可以通過(guò)將適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)應(yīng)用到增益控 制輸入端44來(lái)選擇，如下文將進(jìn)一步解釋的。為了方便起見，連接器A1-A6、對(duì)應(yīng)的可編程 增益放大器30和對(duì)應(yīng)的另外的電路(包括低通濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器--在以下解釋）可以 被稱為"輸入通道"。
[0019] 每個(gè)可編程增益放大器30的輸出端可以耦合到相應(yīng)機(jī)電(例如由螺線管46操作） 或電子開關(guān)S。每個(gè)開關(guān)S可以被配置成將相應(yīng)可編程增益放大器30的輸出端選擇性地耦 合到特定低通濾波器32、34、36,并且然后耦合到相應(yīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC) 38。每個(gè)開關(guān)S還 可以直接將相應(yīng)可編程增益放大器30輸出端耦合到相應(yīng)ADC 38的輸入端?？梢詫⒌屯V 波器32、34、36選擇成取決于在連接器A1-A6處稱合到相應(yīng)模擬信號(hào)輸入端的地球物理傳 感器（圖1)的類型來(lái)對(duì)可編程增益放大器30的輸出進(jìn)行濾波。
[0020] 每個(gè)ADC 38可以是24位分辨率、可編程采樣率設(shè)備，諸如從德州儀器(德州達(dá)拉 斯)可獲得的那樣?？梢詫⒚總€(gè)ADC的采樣率選擇成，取決于與輸入通道進(jìn)行信號(hào)通信的傳 感器類型，對(duì)應(yīng)于來(lái)自對(duì)應(yīng)的可編程增益放大器和低通濾波器的最高預(yù)期頻率信號(hào)輸入。 可以將來(lái)自每個(gè)ADC 38的數(shù)字化傳感器信號(hào)輸出引導(dǎo)到相應(yīng)緩沖器40以用于其臨時(shí)存 儲(chǔ)，直到可以將數(shù)字化信號(hào)引導(dǎo)到諸如硬驅(qū)動(dòng)器或固態(tài)存儲(chǔ)器之類的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備 50。諸如微控制器之類的中央處理單元（CPU)48可以提供信號(hào)以選擇每個(gè)可編程增益放大 器30的增益，可以選擇用于每個(gè)可編程增益放大器30的低通濾波器32、34、36并且可以使 每個(gè)緩沖器40的內(nèi)容被寫至大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元50 (例如經(jīng)由信號(hào)總線41)。收發(fā)器52 可以通過(guò)使用任何無(wú)線或無(wú)線電收發(fā)器協(xié)議(例如藍(lán)牙、IEEE 802. 11 (b)，（g)或（η)，或 IEEE 802. 15)來(lái)傳送數(shù)字化傳感器信號(hào)?？梢詮娜蚨ㄎ幌到y(tǒng)（GPS)信號(hào)接收器54獲得 絕對(duì)時(shí)間參考。收發(fā)器52和GPS接收器54可以各自都具有相應(yīng)天線A、GPS。
[0021] 中央處理器48可以通過(guò)兩條專用控制/接收線來(lái)詢問(wèn)傳感器的類型，例如通過(guò)相 應(yīng)控制端子45來(lái)詢問(wèn)傳感器的編碼輸入。具有在輸入端上檢測(cè)到的特定輸入水平的信號(hào) 可以指示被耦合到相應(yīng)輸入連接器A1-A6的傳感器類型。參照?qǐng)D3,用于生成對(duì)應(yīng)于傳感 器類型的信號(hào)的一種類型的設(shè)備是傳感器特定的電阻器R。在圖3中所示的示例中，具有 預(yù)定電阻的電阻器R可以與特定類型的傳感器(例如地震傳感器12)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)中央處理 器(在圖2中的48)檢測(cè)到與地震傳感器12或其它類型的傳感器相關(guān)聯(lián)的特定電阻值時(shí)， 中央處理器（圖2中的48)可以發(fā)送控制信號(hào)以將相應(yīng)可編程增益放大器（圖2中的30)的 增益調(diào)整到對(duì)應(yīng)于與特定類型的傳感器相關(guān)聯(lián)的輸入信號(hào)。中央處理器（圖2中的48)還 可以向?qū)?yīng)的開關(guān)（圖2中的S)發(fā)送控制信號(hào)以選擇對(duì)應(yīng)的低通濾波器（圖2中的32、34、 36)。低通濾波器（圖2中的32、34、36)可以實(shí)現(xiàn)為模擬濾波器，或者可以是可控的數(shù)字濾 波器，如將參照?qǐng)D6解釋的。針對(duì)低通濾波器（圖2中的32、34、36)的高截?cái)囝l率的非限制 性示例可以包括1〇Ηζ、1ΚΗζ和20KHz。
[0022] 返回到圖2,中央處理器48還可以通過(guò)其上的控制端子42向每個(gè)ADC 38發(fā)送控 制信號(hào)以選擇每個(gè)ADC 38的數(shù)字采樣率?？梢詫⒚總€(gè)ADC 38的采樣率選擇成對(duì)應(yīng)于耦合 到相應(yīng)輸入連接器A1-A6的傳感器的類型。當(dāng)中央處理器48詢問(wèn)每個(gè)輸入(例如通過(guò)每個(gè) 放大器30上的端子45)時(shí)，這樣的采樣率選擇可以基于確定要耦合相應(yīng)輸入連接器A1-A6 的傳感器的類型而是自動(dòng)的。
[0023] 中央處理器48還可以包括用于例如SD卡或外部硬驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備57的 輸入端子56。這樣的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備57可以包括用于中央處理器48的預(yù)編程指令以將某些 輸入通道操作成具有預(yù)選擇的數(shù)字采樣率、低通濾波器高截?cái)囝l率和可編程放大器增益。 存儲(chǔ)設(shè)備57還可以包括取決于獲取系統(tǒng)(例如，如圖1中所示)的配置的用于針對(duì)每個(gè)輸入 通道的預(yù)定數(shù)據(jù)記錄開始時(shí)間和停止時(shí)間的指令，并且可以包括信號(hào)波形的數(shù)字表示以使 中央處理器48操作數(shù)模轉(zhuǎn)換器，如將參照?qǐng)D7解釋的。
[0024] 參照?qǐng)D4,在另一示例中，數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，諸如只讀存儲(chǔ)器（ROM) 58可以與相應(yīng) 傳感器(例如，本示例中的磁力計(jì)14)的輸出端進(jìn)行信號(hào)通信?？梢詫OM 58編程為發(fā)送 對(duì)應(yīng)于傳感器類型的所選數(shù)字字（digital word)?？梢詫⑦@樣的數(shù)字字傳送到中央處理器 (圖2中的48)，其作為響應(yīng)將向相應(yīng)可編程放大器增益控制端子44發(fā)送控制信號(hào)以選擇對(duì) 應(yīng)于被耦合到可編程增益放大器輸入端的傳感器的類型的放大器增益。中央處理器（圖2 中的48)可以操作相應(yīng)開關(guān)（圖2中的S)以選擇用于被連接到相應(yīng)輸入端子（圖2中的A1 直到A6)的傳感器類型的適當(dāng)?shù)屯V波器（圖2中的32、34、36)。中央處理器（圖2中的48) 還可以向相應(yīng)ADC (圖2中的38)發(fā)送控制信號(hào)以選擇適于被耦合到相應(yīng)輸入通道的傳感 器類型的數(shù)字采樣率。
[0025] 圖5示出布置在絕熱腔體70中的振蕩器晶體76。腔體70可以布置在數(shù)據(jù)獲取 單元外殼（圖2中的11)內(nèi)部，并且其中可以包括電加熱元件72和與中央處理器（圖2中的 48)進(jìn)行信號(hào)通信的溫度傳感器74。中央處理器（圖2中的48)可以提供控制信號(hào)以響應(yīng) 于如由溫度傳感器74測(cè)量的溫度而操作加熱元件72,使得在腔體70內(nèi)部維持基本上恒定 的溫度。因此，可以最小化晶體頻率中的熱漂移。晶體76可以被用于操作例如形成中央處 理器（圖2中的48)的部分的時(shí)鐘振蕩器。在將信號(hào)獲取單元（圖2中的10)定位成使得沒 有全球定位系統(tǒng)信號(hào)可檢測(cè)的情況下，時(shí)鐘振蕩器可以維持基本上恒定的時(shí)鐘信號(hào)以用于 標(biāo)識(shí)由每個(gè)ADC (圖2中的38)生成的每個(gè)數(shù)字樣本的絕對(duì)獲取時(shí)間。形成中央處理器（圖 1中的48)的部分的時(shí)鐘在系統(tǒng)部署期間可以與記錄單元（圖1中的20)中的時(shí)鐘同步，并 且形成處理器的部分的時(shí)鐘可以在當(dāng)絕對(duì)時(shí)間參考信號(hào)不可用的時(shí)間段期間進(jìn)行操作將 溫控晶體76用作頻率參考。
[0026] 圖6示出數(shù)字低通濾波器（LPF) 33的示例，其可以是本領(lǐng)域中已知的任何類型的 數(shù)字信號(hào)濾波器。數(shù)字LPF 33的截止頻率可以由響應(yīng)于中央處理器（圖2中的48)由此生 成的信號(hào)而應(yīng)用于控制端子46A的控制信號(hào)來(lái)選擇。數(shù)字LPF 33可以連接在ADC(圖2中 的38)的輸出端與去往緩沖器（圖2中的40)的輸入端之間。當(dāng)使用前述數(shù)字LPF配置時(shí)， 應(yīng)當(dāng)將ADC (圖2中的38)的采樣頻率設(shè)置成避免其數(shù)字輸出中的混疊（S卩，至少兩倍于去 往相應(yīng)低噪聲可編程增益放大器（圖2中的30)的相應(yīng)模擬信號(hào)輸入的最大頻率。
[0027] 圖7示出可以形成數(shù)據(jù)獲取單元（圖2中的10)的部分的信號(hào)發(fā)生器的示例。中 央處理器48可以已經(jīng)在其中存儲(chǔ)了，或者可以從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備(例如圖2中的57)(如果使 用的話)接收一個(gè)或多個(gè)信號(hào)波形的數(shù)字表示。這樣的波形可以包括直流（DC)和任何所選 交流(AC)波形，包括但不限于離散頻率正弦波和各種電流瞬時(shí)轉(zhuǎn)換事件波形?？梢詫?shù)字 波形表示引導(dǎo)到數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC) 80?？梢詫AC 80的輸出引導(dǎo)到功率放大器82。功率 放大器82的輸出端可以耦合到輸入通道中任何一個(gè)或多個(gè)。前文可以為數(shù)據(jù)獲取單元（圖 2中的10)提供以下能力。每個(gè)輸入通道可以多路復(fù)用于DAC 80所生成的信號(hào)。任何信號(hào) 波形可以由固件生成以饋送到輸入通道中用于校準(zhǔn)和功能驗(yàn)證目的。DAC 80的輸出還可以 被用于噪聲消除，諸如60Hz和50Hz電力線（power line)噪聲。輸入通道可以由中央處理 器（圖2中的48)采樣并且可以將被引導(dǎo)到DAC 80的波形調(diào)整成輸出相同的采樣波形，但 是具有反向極性以減小噪聲。通過(guò)使用前述特征，可以為每個(gè)可編程增益放大器（圖2中的 30)選擇較高的增益以測(cè)量小振幅信號(hào)并且從而改善來(lái)自每個(gè)輸入通道的信噪比。
[0028] 還可以生成任意或隨機(jī)的信號(hào)以驅(qū)動(dòng)如果耦合到具有校準(zhǔn)輸入功能的輸入通道 的磁力計(jì)。隨機(jī)信號(hào)可以被用于磁力計(jì)輸出的校準(zhǔn)或驗(yàn)證以及被鎖定到噪聲中并且反饋到 傳感器中以這樣的方式使得它們補(bǔ)償噪聲的特定信號(hào)。對(duì)于磁力計(jì)而言，這可以是，例如但 不限于，以校準(zhǔn)繞組、鎖定于周期性噪聲的相位、極性反向并且相比被放大的形式的電流， 使得周期性噪聲在傳感器輸出處最小。對(duì)于線性的任何其它傳感器，例如但不限于電極，可 以采樣許多噪聲周期。隨后可以分析噪聲并且將其外部地反饋到傳感器中，使得傳感器的 輸出示出最小量的噪聲。由于最大噪聲源最通常是周期性的并且關(guān)于信號(hào)時(shí)間緩慢變化 (參見例如，Strack， Κ. -Μ. , 1992, Exploration with Deep Transient Electromagnetics -JflirotA/ciio/? Elsevier Science 出版社 B. V·，阿姆斯特丹），只需要少 量噪聲循環(huán)以近實(shí)時(shí)地補(bǔ)償噪聲。隨后由于大多數(shù)由電力線系統(tǒng)導(dǎo)致的周期性噪聲的有限 可改變性，補(bǔ)償將快速收斂。電路可以基于對(duì)周期性噪聲源的這樣的理解而被進(jìn)一步優(yōu)化。
[0029] 圖7中所示的前述設(shè)備還可以被用于生成DC偏移電壓以補(bǔ)償當(dāng)使用電場(chǎng)傳感器 (例如圖1中所示的電極18A、18B)時(shí)可以跨輸入通道存在的偏置電壓。由中央處理器確定 成具有耦合到其上的電場(chǎng)傳感器(例如，如參照?qǐng)D3和4解釋的）的輸入通道可以具有如參 照?qǐng)D2解釋的在不存在傳到地下的任何電磁場(chǎng)（即任何電磁發(fā)射器不在操作）的情況下測(cè) 量的電壓?？珉妶?chǎng)傳感器（圖1中的18)測(cè)量的電壓偏置可以由到其上的反轉(zhuǎn)(偏移）電壓 的施加基本上抵消，所述反轉(zhuǎn)(偏移）電壓的施加是通過(guò)使用圖7中所示的設(shè)備或可以耦合 到每個(gè)輸入通道的基本上類似的設(shè)備。如果另一類型的傳感器被檢測(cè)為耦合到特定輸入通 道，則可以將中央處理器編程為不施加 DC偏移。
[0030] 圖8示出前述設(shè)備，其中數(shù)模通道（DAC)80從處理器38接收基于各種補(bǔ)償算法的 命令，使得其將預(yù)定義的模擬信號(hào)饋送到數(shù)據(jù)獲取單元的補(bǔ)償部分中。在磁力計(jì)的情況下， 模擬信號(hào)可以由二者均在圖8中用92表示的校準(zhǔn)繞組或附加繞組提供。外部繞組也是可 能的，只要在傳感器輸出端上的結(jié)果得到的噪聲低于沒有這樣的繞組的情況即可。對(duì)于其 它類型的傳感器，其它補(bǔ)償技術(shù)是可能的，只要使得上述噪聲降低發(fā)生即可。這樣的補(bǔ)償可 以降低噪聲并且顯著改善信噪定量（ration)而沒有信號(hào)保真中的任何相位失真。
[0031] 附加的益處可以是當(dāng)單元被用于記錄類似于由Strack、1992描述的類型的受控 源信號(hào)時(shí)，減少對(duì)于降低信噪比或降低發(fā)射器功率需求所需的處理時(shí)間。將模擬反饋與數(shù) 字反饋耦合同樣可以是有利的，同樣諸如但不限于其中先前信號(hào)窗的剩余噪聲部分從其相 繼窗中被減去以使得噪聲被降低到幾乎為零的情況。
[0032] 如本文所描述的數(shù)據(jù)獲取單元和使用這樣的數(shù)據(jù)獲取單元的地球物理數(shù)據(jù)獲取 系統(tǒng)可以具有以下優(yōu)點(diǎn)中一個(gè)或多個(gè)。信號(hào)獲取單元可以使用被耦合到輸入通道中任一個(gè) 的任何類型的地球物理傳感器，并且獲取單元將自動(dòng)地配置它，使得放大、濾波和數(shù)字化針 對(duì)被耦合到這樣的輸入通道的特定類型的傳感器而得到優(yōu)化。所有的輸入通道可以是相同 的，這使得能夠使用數(shù)據(jù)獲取單元來(lái)用于通用應(yīng)用。在其中輸入通道可變的情況下(諸如在 其中獲取電和磁場(chǎng)的大地電磁勘探中常見的那樣)，或者在其中地震和/或電磁傳感器被混 合的情況下，每個(gè)傳感器可以按照傳感器類型和/或類別進(jìn)行編碼，或者假設(shè)數(shù)字傳感器 作為唯一標(biāo)識(shí)的傳感器。這允許適當(dāng)?shù)男?zhǔn)數(shù)據(jù)將或者與所獲取的信號(hào)數(shù)據(jù)合并。結(jié)果是 時(shí)間節(jié)省和數(shù)據(jù)減少。
[0033] 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以被用于將地球物理勘測(cè)測(cè)量基本上實(shí)時(shí)地從數(shù)據(jù)獲取單元傳輸?shù)?記錄單元以用于數(shù)據(jù)質(zhì)量分析和檢查。獲取單元可以具有內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器以使得能夠補(bǔ)償 外部電壓偏移。數(shù)據(jù)獲取單元可以具有高達(dá)100kHz的數(shù)字采樣率以覆蓋例如高達(dá)50kHz 的高頻信號(hào)。通過(guò)將放大、數(shù)字化率和樣本記錄率匹配到特定傳感器類型，示例數(shù)據(jù)獲取單 元可以組合低頻和高頻采樣的輸入通道二者，從而提供關(guān)于針對(duì)每種傳感器類型的所需數(shù) 據(jù)質(zhì)量的最小化功耗。圖8中所示的噪聲補(bǔ)償反饋和傳感器的標(biāo)識(shí)進(jìn)一步降低功耗并且可 以提供平衡的系統(tǒng)。
[0034] 可以將數(shù)據(jù)獲取定時(shí)與全球定位系統(tǒng)信號(hào)絕對(duì)時(shí)間參考進(jìn)行同步；在不存在可檢 測(cè)時(shí)間參考(例如GPS)信號(hào)的情況下，可以將絕對(duì)時(shí)間信號(hào)從記錄單元發(fā)送到任何數(shù)據(jù)獲 取單元。獲取定時(shí)在這樣的情況中還可以由溫度穩(wěn)定的時(shí)鐘振蕩器晶體提供。當(dāng)由數(shù)據(jù)獲 取單元再次可檢測(cè)到例如GPS信號(hào)的時(shí)間參考信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)獲取單元可以自動(dòng)地再同步到 絕對(duì)時(shí)間參考。
[0035] 當(dāng)使用數(shù)字傳感器時(shí)，可以將來(lái)自那里的已經(jīng)數(shù)字化的數(shù)據(jù)輸出發(fā)送到記錄系統(tǒng) 20,如圖9中所示。數(shù)字傳感器100可以至少產(chǎn)生數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其然后可以要么通過(guò)有線要么 通過(guò)無(wú)線連接102被傳輸?shù)接涗浵到y(tǒng)20或者存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器設(shè)備(在圖9中未分離地示出） 上。
[0036] 在一些實(shí)例中，其中噪聲考慮允許，數(shù)字傳感器100可能已經(jīng)包括記錄系統(tǒng)20的 包括網(wǎng)絡(luò)適配在內(nèi)的所有功能。對(duì)于磁場(chǎng)傳感器，這需要非常謹(jǐn)慎的屏蔽和接地設(shè)計(jì)，因?yàn)?存儲(chǔ)器寫動(dòng)作可以通過(guò)磁性傳感器而準(zhǔn)備就緒。磁性傳感器包括磁場(chǎng)和地震傳感器。能夠 利用這樣的陣列架構(gòu)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)允許最小化系統(tǒng)噪聲并且通過(guò)允許以具有低功耗的平衡 模式的并行信號(hào)放大來(lái)允許來(lái)自噪聲分裂的信號(hào)。這允許高度專門化的地球物理獲取系統(tǒng) 的顯著成本和尺寸減小。
[0037] 雖然已經(jīng)關(guān)于有限數(shù)量的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù) 人員將領(lǐng)會(huì)到，可以設(shè)想到不脫離于如本文所公開的本發(fā)明的范圍的其它實(shí)施例。因此，本 發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)僅由隨附權(quán)利要求所限制。
[0038] 引用列表 授予Loehken等人的美國(guó)專利No. 8, 026, 723, 2001。
[0039] 授予 Crice 等人的美國(guó)專利 No. 7, 773, 457, 2010。
[0040] Strack, Κ. -Μ. , 1992, Exploration with Deep Transient Electromagnetics
【權(quán)利要求】
1. 一種地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，包括： 至少一個(gè)地球物理傳感器，所述至少一個(gè)地球物理傳感器具有與其相關(guān)聯(lián)的信號(hào)發(fā)生 器，其被配置成生成對(duì)應(yīng)于所述至少一個(gè)地球物理傳感器的類型的信號(hào)；以及 具有多個(gè)輸入通道的至少一個(gè)信號(hào)獲取單元，所述至少一個(gè)地球物理傳感器與所述多 個(gè)輸入通道之一進(jìn)行信號(hào)通信，所述多個(gè)輸入通道各自包括用于接收和標(biāo)識(shí)由信號(hào)發(fā)生器 生成的信號(hào)的檢測(cè)器，所述至少一個(gè)信號(hào)獲取單元包括響應(yīng)于由檢測(cè)到的信號(hào)所標(biāo)識(shí)的傳 感器類型而自動(dòng)可配置的放大、濾波和數(shù)字化電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述信號(hào)發(fā)生器包括編碼的電 阻器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述信號(hào)發(fā)生器包括只讀存儲(chǔ) 器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述放大電路包括可編程增益 放大器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述濾波電路包括多個(gè)模擬低 通濾波器，所述多個(gè)低通濾波器之一基于檢測(cè)到的信號(hào)可選地連接在放大電路與數(shù)字化電 路之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述濾波電路包括連接在放大 電路與數(shù)字化電路之間的數(shù)字控制濾波器，基于檢測(cè)到的信號(hào)來(lái)選擇數(shù)字控制濾波器的截 止頻率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述數(shù)字化電路包括可選采樣 率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，基于檢測(cè)到的信號(hào)來(lái)選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)地球物理傳感器 包括地震傳感器、電場(chǎng)傳感器、磁場(chǎng)振幅傳感器和磁力計(jì)中的至少一個(gè)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，還包括與所述至少一個(gè)信號(hào)獲取單 元相關(guān)聯(lián)的絕對(duì)時(shí)間參考信號(hào)接收器，由絕對(duì)時(shí)間參考信號(hào)接收器所檢測(cè)的絕對(duì)時(shí)間信號(hào) 被用于相對(duì)于絕對(duì)時(shí)間來(lái)同步由所述至少一個(gè)地球物理傳感器進(jìn)行的信號(hào)檢測(cè)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，還包括與所述至少一個(gè)地球物理 信號(hào)獲取單元相關(guān)聯(lián)的時(shí)鐘振蕩器，所述時(shí)鐘振蕩器連接到被布置在溫控腔體中的振蕩器 晶體。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，還包括與所述至少一個(gè)地球物理 信號(hào)獲取單元相關(guān)聯(lián)的波形發(fā)生器，所述波形發(fā)生器被配置成生成具有所選波形的電流， 所述波形發(fā)生器與輸入通道中至少一個(gè)進(jìn)行信號(hào)通信。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述波形發(fā)生器被配置成檢 測(cè)由所述至少一個(gè)地球物理傳感器傳送的信號(hào)中的所選類型噪聲，所述波形發(fā)生器被配置 成生成對(duì)應(yīng)于所選類型噪聲的反轉(zhuǎn)的波形并且將反轉(zhuǎn)應(yīng)用到與所述至少一個(gè)地球物理傳 感器相關(guān)聯(lián)的輸入通道。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所選類型噪聲包括50赫茲電 力線噪聲和60赫茲電力線噪聲中的至少一個(gè)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所選類型噪聲包括存在于電 場(chǎng)傳感器上的偏置電壓。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)地球物理信號(hào) 獲取單元包括無(wú)線電收發(fā)器，其用于將數(shù)字化傳感器信號(hào)傳送到被布置在與所述至少一個(gè) 地球物理信號(hào)獲取單元分離的所選位置處的記錄系統(tǒng)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，還包括多個(gè)地球物理信號(hào)獲取單 元，其各自包括無(wú)線電收發(fā)器，其中所述無(wú)線電收發(fā)器形成用于數(shù)字化數(shù)據(jù)信號(hào)到記錄系 統(tǒng)的傳送的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的部分。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)地球物理信號(hào) 獲取單元包括被配置成對(duì)放大、濾波和數(shù)字化電路進(jìn)行操作的中央處理器。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述中央處理器還包括可連 接到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的輸入端，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備包括編碼在其上的指令，其用于與多個(gè)輸 入通道中每一個(gè)相關(guān)聯(lián)的放大、濾波和數(shù)字化電路的預(yù)定操作。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中去往傳感器的獲取單元控制 反饋電路生成傳感器模擬噪聲中的外部補(bǔ)償信號(hào)，并且還包括被配置成最小化噪聲的反 饋。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)地球物理傳感 器被數(shù)字連接到獲取設(shè)備，從而允許訪問(wèn)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)并且向這樣的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中數(shù)字連接由線纜和無(wú)線連接 中的至少一個(gè)執(zhí)行。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地球物理數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中數(shù)字傳感器直接向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01V11/00GK104115405SQ201280066824
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月11日
【發(fā)明者】J·蔣, A.A.阿齊斯, 劉瑩, K-M.斯特拉克 申請(qǐng)人:Kjt企業(yè)有限公司