一种适用于井下槽波地震仪制造技术

一种适用于井下槽波地震仪，可解决现有的槽波地震仪存在无法实时监控数据质量或者需要使用超长的电缆作为炮线施工复杂的技术问题。包括依次连接的主机、主控交叉站、采集站、地震传感器，其中，采集站将地震传感器的信号采集并数字化之后向上传输给主控交叉站，主控交叉站上传到主机；采集站采集整条测线上地震传感器数据；还包括触发记录仪和爆炸机，触发记录仪通过两根线连到爆炸机，爆炸机起爆时触发记录仪检测到这两根线短路，然后记录触发时刻。本发明专利技术省去了超长的炮线，实现实时监控数据质量，并且无论采集通道数有多少都仅需要在触发时刻记录仪和主控交叉站中安装GPS设备以及恒温晶振，极大降低了系统功耗，大大提升了实用性。

A Seismograph Suitable for Downhole Slot Wave

【技术实现步骤摘要】
一种适用于井下槽波地震仪
本专利技术涉及地球物理勘探设备领域，具体涉及一种适用于井下槽波地震仪。
技术介绍
槽波地震勘探法是在井下煤层开采工作面内进行的，地震测线接收点和激发点沿煤巷道布设，直接探测煤层内地质构造或其他地质异常体。最常见的勘探法是反射法和折射法，槽波地震仪就是在井下使用这种方法的地震仪设备，其与地面上使用的普通地震仪并无本质区别。目前市场上比较代表性的有两种槽波地震仪，其一是中煤科工集团的YTZ3型矿井地震仪，另一种是德国SummitⅡEx系列槽波地震仪。然而他们都有明显的缺点，YTZ3是一种分布式独立采集地震仪，多个站之间不通信，无法实时监控数据质量。且其施工方式复杂，所有采集站工作前必须先在井上上电来同步GPS信号，之后再带到井下工作。另外其采集同步精度较低，8小时误差可达1ms。而SummitⅡEx系列是一种有缆地震仪，但是其重大缺陷是震源和采集系统是通过电缆相连接，这个电缆在井下长度可以达到数公里，收放线都是极大工作量，并且这么长电缆阻抗较大，触发灵敏度也会相应下降。并且井下煤层的阻碍使得无线传输大打折扣，传统的遥控爆炸方式受到明显限制，也无法通过遥爆方式取代有线炮线。针对这些问题本专利设计出一种适合于井下使用的槽波地震仪，它既可以实现实时采集数据质量监控，又不需要使用有线炮线。
技术实现思路
本专利技术提出的一种适用于井下槽波地震仪，可解决现有的槽波地震仪存在无法实时监控数据质量或者需要使用超长的电缆作为炮线施工复杂的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种适用于井下槽波地震仪，包括：包括依次连接的主机、主控交叉站、采集站、地震传感器，其中，采集站将地震传感器的信号采集并数字化之后向上传输给主控交叉站，主控交叉站上传到主机；所述采集站采集整条测线上地震传感器数据；还包括触发记录仪和爆炸机，触发记录仪通过两根线连到爆炸机，爆炸机起爆时触发记录仪检测到这两根线短路，然后记录触发时刻。进一步的，所述触发记录仪内部包括MCU，以及分别与MCU通讯连接的GPS接收器、恒温晶振OCXO一、以太网ETH及SD存储卡；每次工作之前触发记录仪先通过GPS接收器在井上获取到GPS信息，之后通过恒温晶振OCXO一持续计数，每次检测到触发信号的时候会记录下恒温晶振OCXO一在GPS接收器锁定之后的总计数，并且存入到SD存储卡。进一步的，所述主控交叉站包括FPGA，以及分别和FPGA通讯连接的CPU、8片ADC、以太网收发器ETH1和ETH2、GPS模块以及恒温晶振OCXO二；主控交叉站在工作开始之前在井上上电通过GPS模块获取到GPS信息之后再拿到井下工作；所述主控交叉站工作时通过恒温晶振OCXO二持续计数并在整个井下工作期间都不复位。进一步的，所述采集站为N，N为大于或等于1的自然数；主控交叉站每隔半个小时下发一次同步命令，所有采集站在收到此命令之后都对ADC器件进行一次同步操作，即各道在此时刻点重新对齐，前面累积的误差被消除，数据帧序号全部清零，帧计数器重新开始计数直到下一次同步命令到来。进一步的，主控交叉站的FPGA内部包括锁相环模块、计数器、GPS接口模块、ADC接口模块、命令模块、以太网收发模块、数据组帧模块、数据发送模块以及CPU接口模块；恒温晶振OCXO二输出进入FPGA芯片之后，首先通过锁相环模块产生4.096MHz的时钟供主控交叉站的ADC芯片以及FPGA内部的ADC接口模块使用；同时选择设定的分频系数产生后面计数器使用的时钟，此时钟在GPS信号实现三维定位之后的第一个秒脉冲上升沿开始启动计数，并且整个上电期间都不停止计数；同时计数器在每计满规定时间之后，会通知命令模块产生下级采集站复位命令，此命令通过以太网接口模块发送到以太网收发器之后传递到下级采集主站；所述ADC接口模块采集主控交叉站自身的8路ADC数据，之后会在组帧阶段同时记录下由计数器模块提供的绝对时间戳计数和帧数计数器提供的相对时间戳帧序号，组好的帧会连同从下级采集站发送上来的数据一起传递给CPU接口模块，CPU接口模块将向CPU发起DMA请求，并在得到响应后按照约定的时序将对应的帧数据送到CPU。由上述技术方案可知，本专利技术所提出的适用于井下槽波地震仪的结构及同步方案，比之传统有缆地震仪方案省去了超长的炮线，比无缆节点存储式地震仪能实现实时监控数据质量，并且无论采集通道数有多少都仅需要在触发时刻记录仪和主控交叉站中安装GPS设备以及恒温晶振，极大降低了系统功耗，大大提升了实用性。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的触发记录仪结构框图；图3是本专利技术的主控交叉站结构框图；图4是本专利技术的主控交叉站FPGA内部结构框图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。图1所示为本专利技术实施例所描述的槽波地震仪系统的结构图。整个地震仪由主机、主控交叉站、采集站、大线电缆、传感器以及触发时刻记录仪和爆炸机组成。其中采集站是构成整个系统的基本单元，采集站将传感器的信号采集并数字化之后逐级向上传输（朝主控交叉站方向），所有的采集数据最终汇总在主控交叉站上并上传到主机。爆炸机采用矿山上常见的MFB50-2型发爆器，触发记录仪通过两根线连到爆炸机，起爆时候记录仪可以检测到这两根线短路，然后记录触发时刻。触发记录仪内部包括GPS接收器，恒温晶振（OCXO），STM32系列的MCU，以太网ETH，SD存储卡，触发拾取电路。每次工作之前记录仪先在井上获取到GPS信息，之后依靠板上恒温晶振超高的频率稳定度持续计数，每次检测到触发信号的时候会记录下恒温晶振在GPS锁定之后的总计数，并且存入到板上的SD存储卡。本专利技术实施例触发记录仪内部所使用的恒温晶振型号是ECOC-2522-38.400-3FS，其频率稳定度是5ppb（十亿分之五），使用此晶振48小时连续计数累计误差在0.864ms。这个指标完全可以满足槽波地震仪在井下总工作时间，也就是说在整个勘探期间这个触发记录仪可以认为是零误差的，不必拿到井上再重新通过GPS校正时钟。本专利技术实施例的另一个核心装备是主控交叉站，它一方面和普通采集站一样完成检波器数据采集，另一方面它要负责整个采集系统的时间同步。它由一片EP4CE55F23I7N的FPGA（现场可编程门阵列），AM3352BZCZ的CPU，8片ADC，两个以太网收发器ETH1和ETH2，GPS模块以及OCXO组成。它在工作开始之前需要和触发记录仪一样在井上上电获取到GPS信息之后再拿到井下工作。之后同样依靠板上恒温晶振持续计数，这个计数器在整个井下工作期间都不复位。值得一提的是整个系统就这两个设备需要GPS功能，需要超高频率稳定度的恒温晶振。强调GPS功能和恒温晶振主要是从系统功耗成本来考虑，尤其是恒温晶振其功耗巨大，可以达到1.5W到3W，超过采集系统其它功耗之和，由此可见不采取节点存储地震仪的每站一个恒温晶振的方案有着巨大的优势。其他采集站仅仅需要功耗低得多的普通温补晶振。主控交叉站的FPGA在自身的ADC采集到的数据完成组数据帧的时候加入此时恒温晶振的计数的5个字本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于井下槽波地震仪，其特征在于：包括依次连接的主机、主控交叉站、采集站、地震传感器，其中，采集站将地震传感器的信号采集并数字化之后向上传输给主控交叉站，主控交叉站上传到主机；所述采集站采集整条测线上地震传感器数据；还包括触发记录仪和爆炸机，触发记录仪通过两根线连到爆炸机，爆炸机起爆时触发记录仪检测到这两根线短路，然后记录触发时刻。

【技术特征摘要】
1.一种适用于井下槽波地震仪，其特征在于：包括依次连接的主机、主控交叉站、采集站、地震传感器，其中，采集站将地震传感器的信号采集并数字化之后向上传输给主控交叉站，主控交叉站上传到主机；所述采集站采集整条测线上地震传感器数据；还包括触发记录仪和爆炸机，触发记录仪通过两根线连到爆炸机，爆炸机起爆时触发记录仪检测到这两根线短路，然后记录触发时刻。2.根据权利要求1所述的适用于井下槽波地震仪，其特征在于：所述触发记录仪内部包括MCU，以及分别与MCU通讯连接的GPS接收器、恒温晶振OCXO一、以太网ETH及SD存储卡；每次工作之前触发记录仪先通过GPS接收器在井上获取到GPS信息，之后通过恒温晶振OCXO一持续计数，每次检测到触发信号的时候会记录下恒温晶振OCXO一在GPS接收器锁定之后的总计数，并且存入到SD存储卡。3.根据权利要求1所述的适用于井下槽波地震仪，其特征在于：所述主控交叉站包括FPGA，以及分别和FPGA通讯连接的CPU、8片ADC、以太网收发器ETH1和ETH2、GPS模块以及恒温晶振OCXO二；主控交叉站在工作开始之前在井上上电通过GPS模块获取到GPS信息之后再拿到井下工作；所述主控交叉站工作时通过恒温晶振OCXO二持续计数并在整个井下工作期间都不复位。4.根据权利要求3所述的适用于井下槽波地震仪，其特征在于：所述采集站为N，N为大于或等于1的自然数；主控交叉站每隔设定时间下发一次同步命令，所有采集站在收到此命令之后都对所有ADC器件进行一次同步操作，即各道在此时刻点重新对齐，前面累积的误差被消除，数据帧序...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨阳，胡鑫，俞小露，杨焜，陈静，
申请(专利权)人：合肥国为电子有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34