地震勘探儀器原理作業(yè)及最終答案

1、地震勘探原理作業(yè)整理作業(yè)一1、 地震勘探的三個階段和每個階段需要的設備？地震勘探基本上可分如下三個階段：野外數據采集、室內資料處理、地震資料解釋。每一個階段都需要相應的設備，地震勘探裝備是地震勘探的物質基礎。需要的設備分別是：地震勘探儀器，大型計算機集群和交互的工作站。2、 地震勘探儀器的任務是什么？地震勘探儀器的任務是將由震源激發(fā)的，并經地層傳播反射回地表的地震波接收并記錄下來3、 地震勘探第一個階段的成果是什么？地震勘探第一階段的最終成果，就是地震勘探儀器產生的野外地震記錄，它是資料處理和資料解釋的原始依據和工作基礎4、 地震勘探儀器大致分為哪幾代？地震勘探儀器經歷了六代：第一代：模擬光點

2、記錄地震儀第二代：模擬磁帶記錄地震儀 第三代：集中控制式數字地震儀第四代：分布式遙測地震儀 第五代：新一代分布式遙測地震儀第六代：全數字地震儀5、 地震信號有效范圍是0.001毫伏-100毫伏，要求地震勘探儀器的動態(tài)范圍至少為多少？DR=20log(Vmax/Vmin)=20log(100/0.001)=100dB,儀器動態(tài)范圍為0-100dB6、 對于一個滿量程為4096毫伏的10位二進制電壓表，輸入信號電壓為2231.5毫伏，轉換的二進制數據是（不含符號位）多少位，量化電平是多少毫伏？輸入信號電壓>1/2滿量程，所以轉換的二進制數據是10位的量化電平q=VFSR/2N=4096mV/

3、210=4mV7、 敘述地震波的運動學和動力學特征？運動學特征：反射波到達時間有關的特征，如到達時間、速度等，稱為運動學特征。動力學特征：地震波的波形特征稱為動力學特征，它包括振幅特征和頻率特征。 8、 敘述采樣定理。用低通濾波器從離散信號中恢復原信號的條件是采樣頻率(fs)大于信號最高頻率（fm）的兩倍。作業(yè)二1、 敘述講過的四種地震勘探檢波器的種類，并說明哪種檢波器是速度檢波器，哪種檢波器是加速度檢波器。速度檢波器：電動式地震檢波器、渦流式地震檢波器加速度檢波器：壓電式地震檢波器、數字地震檢波器-MEMS加速度傳感器2、 敘述電動式檢波器的性能參數？1、失真度（畸變系數）檢波器是一線性振動

4、系統(tǒng)，按理想狀態(tài)，它的輸出應當是一純正的正弦波，但是由于種種原因，在它的上面總含有其它的倍頻于它的高頻成分，使其看上去就不那么純，這就叫做檢波器的失真度。2、假頻（偽諧振頻率或橫向固有頻率）Fs 假頻”一詞在地震勘探儀器系統(tǒng)中有兩次出現，采樣定理；另一個就是檢波器的假頻，其實稱為偽諧振頻率或橫向固有頻率更為恰當。 3、極性對極性的規(guī)定是敲擊檢波器底部，若示波器屏幕上的第一個波形向上跳，那么示波器正夾子端為負，這就是說規(guī)定的方向是和線圈的運動方向相同。4、絕緣電阻檢波器裝入護殼后，均要對其進行絕緣檢測。絕緣是保證檢波器免受工頻等干擾的主要因素。絕緣電阻越高，抗電干擾能力就越強，檢波器的絕緣電阻根

5、據使用條件規(guī)定了大于10兆歐、20兆歐、50兆歐三個檔次。5、跌落指標對于常規(guī)的840Hz檢波器來講應承受5000次跌落，然后放入一個低速轉動的對邊距離為一米的六角滾筒內進行自由跌落，以跌落次數對檢波器進行考核。 6、自然頻率 僅和彈性系數K和質量M有關7、靈敏度（機電轉換系數S） 3、 繪出24位-A/D型采集站框圖。4、 敘述IFP型采集站存在的問題。（1）影響地震儀頻率特性的因素主要是模擬電路及A/D轉換之前采樣速率的限制。 其高頻響應主要取決于多路轉換開關的采樣頻率。設采樣頻率為fs，有效信號中的最高頻率為fmax，IFP的單道調整時間為tc，地震道數為N；考慮到采樣定理fs 2 fm

6、ax的要求，取fs =4 fmax，系統(tǒng)的高截止轉折頻率fc= fmax，則有（2）影響儀器動態(tài)范圍的主要因素是模擬電路本底噪聲幅值和儀器最大不失真信號的幅值。一般情況下，對于n位A/D轉換器，其動態(tài)范圍DR為：就目前集成電路工藝和技術來說，對于傳統(tǒng)的積分型A/D轉換器、逐次逼近型A/D轉換器和直接比較型A/D轉換器，由于電路本身噪聲特性的影響，其分辨率很難達到18位，因此，直接使用傳統(tǒng)A/D轉換器的儀器系統(tǒng)，其動態(tài)范圍難以達到110 dB 。 （3）IFP結構的采集站使用了大量模擬器件和數字器件，電路結構十分復雜，功耗也比較大，這些都不符合現代電子技術集成化、數字化、低功耗（低電源電壓）、高

7、性能的要求。因此，需要一種新型結構的地震數據采集站，以適應現代高分辨率地震勘探的需要 5、 從電路的角度出發(fā)敘述地震信號干擾的類型，并敘述如何消除？大線檢波器輸入電路是如何消除干擾信號的？信號傳輸電纜感應等因素產生的共模干擾，其峰值通常遠大于待測信號電壓的幅度，因此需要使用具有很強共模干擾抑制能力的儀器輸入電路抑制共模干擾工頻交流電干擾、雷電等因素造成的高頻差模干擾，可以用濾波器濾除對于共模信號，大線濾波器是一個二階低通濾波器，其截止頻率為：它對高于fc的共模干擾有很強的濾波作用;對于差模信號來說，大線濾波器是一個五階LC低通濾波器，在頻率低于1000Hz時，它近似于一個由R6和C7+C8+C

8、9并聯成的RC濾波器，其截止頻率為：對于高于fd的差模干擾有一定的壓制作用對于頻率低于截止頻率的有效地震信號，大線濾波器具有較好的平坦通帶作用。采用這種平衡式大線濾波器與后續(xù)前置放大器配合，對于雙端輸入信號具有很好的共模抑制比，從而提高整個儀器輸入回路的信噪比。 6、 對于一個10位的A/D數據采集系統(tǒng)其動態(tài)范圍是多少？在不增加轉換位數的情況下如何提高系統(tǒng)的動態(tài)范圍？DR=20log(VImax/VIN)=20log102N6.02n=60.2dB使用IFP放大器。7、 計算下圖U0/(Vi1-Vi2)(1)求(V1-V2)/(Vi1-Vi2)按照節(jié)點電壓法和運算放大器的特性得：（V1-V2）

9、/(2RF0+Rw)=（Vi1-Vi2）/Rw（V1-V2）/（Vi1-Vi2）=1+2RF0/Rw(2)求Uo/（V1-V2）Rf1= Rf1= RfRF1=RF2=RFV2=V2RF/(RF+Rf) (別忘記在圖上標號V2')（V1-V2）/Rf=（V2-Uo）/RFV1RF-V2RF-V2Rf= UoRf V1RF-V2(RF+Rf)= UoRfV1Rf-V2RF/(RF+Rf)*(RF+Rf)= UoRfUo/（V1-V2）=RF/RfKf=Uo/(vi1-Vi2)= (1+2Rfo/Rw)(RF/Rf) （負號?。┳鳂I(yè)三1、 敘述（前置）放大器及其主要指標放大器是儀器模擬電路

10、中的重要功能單元，其主要作用是為傳感器輸出的微弱信號提供電壓增益，以適應后續(xù)濾波和A/D轉換對信號電平的要求。作為重要的模擬部件，放大器的失真度、頻率響應范圍、放大器噪聲和幅值響應動態(tài)范圍是決定整個系統(tǒng)相關特性的重要因素。 主要指標：失真度：又稱為非線性失真，是指放大器輸入一單一頻率的正弦信號時，其輸出信號中諧波頻率成分的總和與基波成分的比值。頻率響應范圍：又稱為通頻帶，是指放大器的放大倍數在高頻和低頻段分別下降到其標準放大倍數（中頻段）的0.707倍時的頻率范圍。 放大器噪聲：又稱為本底噪聲，是指放大器在沒有信號輸入（放大器入口接地）時，由于放大電路內部噪聲源的存在，放大器仍有輸出信號，該信

11、號即為放大器的本底噪聲。把放大器電路輸出端測得的噪聲有效值VON除以該電路的增益K，即得到放大器的等效輸入噪聲VIN 幅值響應動態(tài)范圍：又簡稱為動態(tài)范圍，是指放大器在其規(guī)定的失真度和頻率響應范圍內其最大輸出信號幅值與其最大本底噪聲信號幅值的比值，該值通常用分貝形式給出，即 ：2、 敘述電模擬濾波器常用的4種類型。3、 理想濾波器四種類型：低通濾波器，高通濾波器，帶通濾波器，帶阻濾波器4、 把下列數據轉換成4位二進制補碼：+4，+6，-3，-7原碼反碼補碼+401000100+601100110-3101111001101-71111100010015、 對于一個滿量程為1024毫伏的10位二進

12、制電壓表，電壓為226毫伏轉換的數據是多少？書P88q=E/2N=1024/210=1mV226=128+64+32+2 轉換的數據為00111000106、 對于一個14位A/D轉換器，滿量程電壓8192毫伏，如果：輸入信號為16毫伏，相對誤差是多少？如果經過瞬時浮點放大26后，相對誤差是多少？輸入信號為16毫伏，相對誤差：q= q/a  q=q=E/2N=0.5mVq=0.5/163.125%如果經過瞬時浮點放大26后，相對誤差= q/a·KF=0.5/（16*26）0.04883%7、 例一、七階型IFP放大器，該電路要求正子樣放大范圍是+4.09

13、6V+1.024V。（1） 敘述子樣放大工作過程（2） 當采樣之后的子樣的電壓為2.2mV時，最后的電壓增益是多少？子樣的電壓是多少？（1）該七階型IFP放大器子樣放大工作過程為三次增益放大、三次比較、三次增益調整的工作方式。每當一個子樣進入IFP時，控制邏輯電路首先賦予它的增益為28，子樣經過放大以后經緩沖級去增益比較器與參考電壓進行比較，若放大后的子樣電平高于窗口電平上限，即增益由原來的變?yōu)?4；若放大后的子樣電平低于窗口電平下限，即增益由原來的變?yōu)?12；若放大后的子樣電平處于窗口電平的上限與下限之間，則比較器做出增益不變的判斷，增益仍然為28。從而完成第一次增益調整。第一次增益調整期間

14、，增益改變臺階為24；第二、第三次增益調整期間，增益改變臺階為22。第二、第三次增益調整和第一次類似，按照增益調整圖進行調整。 （課件原話，不用改動）（2）若a=2.2mV 則a×28=563.2mVa×212=9011.2mVa×210=2252.8mVa×210=2.2528V例二、游標型IFP放大器要求正子樣放大范圍是+8.192V+4.096V,（1） 簡述子樣放大工作過程（2） 當采樣之后的子樣的電壓為2.2mV時，最后的電壓增益是多少？子樣的電壓是多少？（1）此類IFP放大器中有三個主放大級A2、A3和A4，每級的增益為24；A6的增益為23

15、，A6和電阻網絡衰減器構成游標放大級。S1、S2、S3和S4為主放大級增益開關，依次單獨接通使主放大級的增益分別為20、24、28和212。S5、S6、S7和S8為游標放大級的增益衰減開關，它們依次單獨接通使衰減器的衰減系數分別為23、22、21和20，控制游標放大級的增益分別為20、21、22和23，由主放大級和游標級相互配合，使游標型IFP放大器具有2n增益（n=0,1,2,.，15），增益臺階為21.在任何時候只是一個增益開關（S1S4）和一個增益衰減開關（S5S8）接通，定義開關斷開狀態(tài)為1，接通狀態(tài)為0。游標型IFP放大器采用四次放大、四次調整的工作方式。（2）若a=2.2mV 則a

16、×28=563.2mVa×212=9011.2mVa×210=2252.8mVa×211=4505.6mVa×210=2.2528V作業(yè)四1、 對于一個雙積分型A/D轉換器，VR=2000毫伏，T1為40毫秒，對于輸入信號為1000毫伏的信號，T的時間是多少？如果讓輸出的數據最后1位為1毫伏（量化電平為1毫伏），計數器的頻率是多少？T=T1Vi/VR=40*1000/2000=20msf=(Vi/q)/ T=(1000mv/1mv)/20ms=50kHz2、 按照書上的圖，敘述四位逐次逼近型A/D轉換器的基本原理，子樣大小為+14.3mV節(jié)拍C1出現上跳沿時，S1接+16mv電源，VT=+8mv<Vi=+14.3mV,位取舍電平BRL=1，判斷為取，碼寄存器Q1=1節(jié)拍C2出現上跳沿時，S1、S2接+16mv電源，VT=+12mv<Vi=+14.3mV,位取舍電平BRL=1，判斷為取，碼寄存器Q2=1節(jié)拍C3出現上跳沿時，S1、S2、S3接+16mv電源，VT=+14mv<Vi=+14.3mV,位取舍電平BRL=