多道輕便地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1、多道輕便地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)李穎羅維芳唱鶴鳴（長(zhǎng)春科技大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春130026）摘要詳細(xì)介紹了 48道淺震儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件組成及各部分的工作原理，并介紹 了淺震儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本軟件流程及編制軟件原理。關(guān)鍵詞多路轉(zhuǎn)換瞬時(shí)浮點(diǎn)放大a.方轉(zhuǎn)換濾波中圖分類號(hào)p631. 430引言地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是為了接收和記錄地震波而專門設(shè)計(jì)的一種精密的電子儀器組合裝置，它的性能好壞直接影響地震記錄質(zhì)量。隨著地震勘探工作的迅速發(fā)展，地震勘探儀器在金屬礦地震勘探工作和工程地質(zhì)勘查中的作用也曰益顯著，為此，國(guó)內(nèi)外許多大學(xué)、公司、硏究單位都建立了工程地震勘探實(shí) 驗(yàn)室，對(duì)方法、儀器、應(yīng)用和數(shù)據(jù)処理等進(jìn)行了

2、廣泛的研究。就地震勘探儀器而言，大部另 都是從國(guó)外引進(jìn)的，如瑞典的mark6、日本的170f、美國(guó)的r24,這些儀器多用于淺層 地震勘探，工程地震勘測(cè)應(yīng)用的范圍有限，而且體積大、笨重、價(jià)值昂貴，不宜推廣。本系統(tǒng)就是為了發(fā)展國(guó)內(nèi)地震儀器，為金屬礦地震勘探提供手段而硏制的一種輕偎 的數(shù)字化多功能地震儀。該系統(tǒng)包括山微機(jī)控制的數(shù)字地震儀和采集処理系統(tǒng)，可用于金 屬礦地霆勘探、石油和煤田地霆勘探、工程勘探、v sp垂直地震剖面、p s測(cè)井，該儀器同 時(shí)還具備多種功能，可進(jìn)行樁基的無(wú)損檢測(cè)、巖土 r s測(cè)試、地面常時(shí)微動(dòng)測(cè)試等，并能實(shí) 時(shí)処理數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)出圖，及時(shí)提供巖土的基礎(chǔ)資料。1系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)系

3、統(tǒng)工作原理人工震源所產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)大地形成的折射波、反射波、面波 等到迖檢波器,并通過(guò)檢波器被轉(zhuǎn)換成模似的電信號(hào),傳遞到前置放大器（包括放大器和 濾波器），進(jìn)行固定增益的前置放大和各種必要的濾波（包括高通、低通、陷波等），再經(jīng)過(guò) 可變?cè)鲆娴闹鞣欧糯蟆＝?jīng)放大的信號(hào)又送到a轉(zhuǎn)換器，并經(jīng)ajs轉(zhuǎn)換器進(jìn)行量化轉(zhuǎn)換 為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，由計(jì)算機(jī)讀人內(nèi)存，經(jīng)變換后按規(guī)定的格式存人硬盤或軟盤上，同時(shí) 在顯示器上進(jìn)行顯示或在打印機(jī)上進(jìn)行打印。存貯后的數(shù)據(jù)還可以進(jìn)行処理分析，如頻譜 分析、濾波等，以迖到預(yù)期的目的。第一作者簡(jiǎn)介李穎女32歲博士生儀器分析專業(yè) 收稿日期1998-01-14圖1多道輕便地震儀數(shù)字

4、采集系統(tǒng)硬件框圖由于接收到的地震信號(hào)中不伎fig i系統(tǒng)原理1框圖如圖1所 示，它是由計(jì)算機(jī)控制的數(shù)字 式淺震儀。包括以下幾個(gè)部分 前置放大器，濾波器，多路轉(zhuǎn)拔 開(kāi)關(guān)，主放電路2，瞬吋浮點(diǎn)增 益調(diào)整電路3，a#轉(zhuǎn)換器， 存貯器，屏幕顯示，圖形打印， 微機(jī)控制。前置放大電路包括放大電路和濾波電路。信號(hào)放大電路就是把從檢波器接收到的微弱信號(hào)放大到 多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)能夠采樣的電 平，并配合浮點(diǎn)增益放大器將 地震信號(hào)放大到aj5轉(zhuǎn)換漭 的測(cè)量范圍，同時(shí)提高信噪比。 另外，放大電路對(duì)輸人信號(hào)進(jìn) 行可選擇的具有一定增益的線 性放大。本系統(tǒng)使用差動(dòng)式放 大電路，即噪聲抑制電路。濾波電路就是濾除有效信號(hào)中的干擾信

5、號(hào)，提高信噪比。the hardware block dugrain of multichannels light data含有效波，而且還含有許多"tacquisition systan of se wnograph h strun en (擾波，如面波、聲波等，另外還有長(zhǎng)線傳輸中存在的工頻干擾,因此，濾波電路必須盡可能濾除可能存在的干擾信號(hào)。濾 波電路的主要器件是開(kāi)關(guān)、濾波器。該濾波器的帶通頻率是軟件可編程的。多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)又稱多路轉(zhuǎn)換器。在分吋采集離散模擬信號(hào)的同時(shí)，又負(fù)責(zé)將各道輸入 的離散信號(hào)依次連接到公用放大器上，因此，多路轉(zhuǎn)換幵關(guān)是用來(lái)按選定的采樣間隔切拶 模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)“多

6、路合一”任務(wù)的關(guān)鍵元件幵關(guān)是16選1模似電子開(kāi)關(guān)，具有體積小、轉(zhuǎn) 換速度快等優(yōu)點(diǎn)。主放電路主放的全稱是瞬時(shí)浮點(diǎn)放大器，其結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖2。地震信號(hào)子樣的放大 要由它來(lái)完成，它是一種瞬時(shí)可變的高增益放大器。它的作用可概括為:放大離散子樣弁 實(shí)現(xiàn)增益數(shù)字化，擴(kuò)大數(shù)字儀的記錄動(dòng)態(tài)范圍，快速調(diào)整確定最佳增益值，高精度放大每 個(gè)子樣。ajp轉(zhuǎn)換器kjb轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)將經(jīng)主放放大后的模擬子樣進(jìn)行量化和編碼，形成運(yùn) 合于數(shù)字処理的分離的二進(jìn)制代碼，便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存貯和処理。系統(tǒng)與微機(jī)的接口電路由于本系統(tǒng)是高速采集系統(tǒng)，所以采用了自帶ram的方圖2瞬時(shí)浮點(diǎn)放大器框圖fig 2 the block dbgram

7、of hstanlancous float prhtamplifier法來(lái)暫存地震數(shù)據(jù)。首先數(shù)據(jù)由a輸出存人ram中，最后數(shù)據(jù)再由ram中讀出并 通過(guò)緩沖送入微機(jī)內(nèi)存中，本電路在aj&和ram中間加一個(gè)三態(tài)隔離器，ajf?輸出時(shí) 起鎖存作用?？刂齐娐房刂齐娐肥窍到y(tǒng)中的“總管”，它負(fù)責(zé)叫通各個(gè)器件端口，并發(fā)送控制碼至! 各放大電路及其它電路，起到微機(jī)與其它電路間的接口”作用。本系統(tǒng)控制電路包括:譯 碼電路和控制碼發(fā)送電路。檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)檢測(cè)電路包括放大器檢測(cè)電路和爆炸信號(hào)檢測(cè)電路。放大器檢泖 電路的原理是系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生一標(biāo)準(zhǔn)正弦波，輸人到各放大電路，在各放大電路工作參數(shù)一 致的前提下檢測(cè)放

8、大器輸出的波形是否一致;爆炸信號(hào)檢測(cè)電路用于接收并放大由錘擊 或火藥引起的觸發(fā)信號(hào),該信號(hào)送至aj&轉(zhuǎn)挽器作為數(shù)據(jù)采集的同步信號(hào)。該電路分為兩部分，一部分用于接收觸發(fā)幵關(guān)產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)，另一部分用于接收火 藥爆炸時(shí)形成的電壓跳變信號(hào)，在邏輯關(guān)系上將兩者放大輸出相或”，無(wú)論哪一種觸發(fā)信 號(hào)觸發(fā)都能使與門輸出“1”電平。系統(tǒng)主要特點(diǎn)該系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)迖到同類型地震儀的國(guó)際先進(jìn)水平，與國(guó)內(nèi)外 同類型儀器相比體積小(30 onx20 cmx8 cm)，重量輕p kg)，攜帶方便，動(dòng)態(tài)范圍較大，其值可迖b2 db;頻帶范圍寬，最低為i hz，最高為1 00() hz。濾波特性好;采用先進(jìn)幵 關(guān)、

9、濾波器，可利用軟件任選高、低切截止頻率，濾波陡度高迖28 dbj倍頻程;信噪比高。2系統(tǒng)軟件電路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件主要是用來(lái)采集野外的地震波數(shù)據(jù),將采集后的數(shù)據(jù)裝人微機(jī)的 內(nèi)存，直接在屛幕顯示，然后存成數(shù)據(jù)文件，以便以后処理時(shí)用。本套系統(tǒng)軟件采用下拉貧 漢化菜單，主菜單采用c語(yǔ)言編制，采集程序采用c語(yǔ)言調(diào)用匯編語(yǔ)言形式，充分利用了 高級(jí)語(yǔ)言和低級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，使采集軟件界面清晰、操作靈活、功能完善、內(nèi)容豐富，包括 反射波、折射波、面波処理，以及樁基檢測(cè)波、常時(shí)微動(dòng)信號(hào)的分析。數(shù)據(jù)采集流程見(jiàn)圖3。開(kāi)始|根據(jù)mim開(kāi)辟一適當(dāng)緩沖區(qū)buff圖3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件流程圖 figthe sof brail

10、 e dugrani of data acquis it ion system參考文獻(xiàn)12 3唱鶴鳴編1地a勘探儀器基本原理i北京:地質(zhì)出版社，1985數(shù)字地震儀編寫組1數(shù)字地震儀集成電路基礎(chǔ)1北京:石油工業(yè)出版社，1984 吳承佑，徐這心主編1新編世界集成電路大全1哈爾濱:黑龍江人民出版社，1984multichannelsl ighterdata-se hv1ograph coll ecting systeml i y ing(.changchun university ef science and technologgy, changchun 130026)abstract this paper introduces the hardware system of 48 channels m ultifuction seism ic data acquisition system，the princple ofwork, basic software technotogicalpro2 cess of the flow chart