智能三分量地震检波器制造技术

本发明专利技术为一种智能三分量地震检波器，其与主机实现主从式控制，内置的三分量芯体呈直角坐标系空间分布，具弹性藕合与复合调平结构，能３６０°全方位精确定向，采集信号原位数字化，根除了模拟信号的传输，具强抗干扰能力，三分量采集数据顺次串行输出，从机与主机智能对话，并具自适应和自我调整增益功能。本发明专利技术把现有的地震勘探装备中之检波器与数据采集系统合为一体，真正实现检波器的数字化、智能化，在国内外无先例。产品集地球物理、现代电子技术、传感器技术、通讯与信息处理技术等于一体，可用于多波多分量三维地震勘探的野外数据采集，多波工程勘察，煤田地震勘探，矿井超前探测等，为提高地震勘探精度，拓宽地震勘探应用范围提供了可靠保障。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
当代资源勘探对地震勘探技术手段提出了高精度、高分辨率、多参数、广信息等越来越高的技术要求，为使地震勘探适应工程现场的需求，地震勘探从二维发展到三维，又由单分量纵波三维勘探发展到多波多分量三维勘探，试图用地震勘探资料求取丰富的储层参数，其目的即是为工程现场提供全方位优质服务。而要使多波多分量三维勘探达到理想的设计效果，就必须保证其数据采集质量，首先要有精良的勘探装备。地震勘探装备主要由震源、检波器和地震仪组成，随着现代电子技术的发展，地震勘探的采集系统和控制系统的性能都得到很大的改善，而位于前端的检波拾振装置则相对发展较慢，形成所谓的瓶颈效应，这种效应的形成，除了与传感材料、加工工艺有关外，也与勘探装备的构成密切相关，事实上，在地震勘探系统中，瓶颈作用最强处应该是检波器之后到A/D转换器这部分，经过检波器接收到的地震波，长距离传输中受到各种干扰因素的影响而进一步形成负作用，所以，要减小这些负效应，一方面要从检波器结构性能的改善入手，另一方面则要向采集装置的智能化、一体化方向迈进，让采集信号不再因装备结构的影响而降低质量，这样才能更好地满足精细勘探的发展需求。多波多分量地震勘探和单分量地震勘探装备的主要不同在于接收检波器，由于要接收不同方向、不同性质的地震波，仅用原单分量检波器进行组合接收，显然现场工作难度大，又难以保证质量，而使用多分量检波器对多波多分量勘探则更具有意义。多波多分量勘探中常使用的是三分量检波器，目前，三分量检波器成型产品较少，且三分量多使用性能参数相同的检波器芯体。已进行的三维三分量现场勘探结果证明，这些检波器为了兼顾两种不同性质的纵、横波的特性，往往不得不以牺牲纵波勘探主频为代价，结果降低了纵波勘探的分辩率，因而急需研制一种z分量和x、y分量性能参数不同，且结构合理、性能稳定、多波响应特性好且具强抗干扰能力的三分量检波器，以达到多波多分量勘探的更高目的。同时，勘探装备的优化还应考虑勘探对象的地震地质条件、目的层赋存状况、赋存深度等。本专利技术即是为适应当前地震勘探发展要求而研制的三分量地震检波器，主要为煤炭工业及建筑工程勘探服务，勘探主要目的层深度一般在1000米以内，且主要目的层间的间距有时很小，因此要求地震勘探设备具有宽频、高采样率、高分辨率等性能特点，在合理的性价比条件下，采用高性能的检波器芯体，优化检波器安装调整结构，并根据地震勘探对信号采集的高信噪比要求，对检测数据做原位数字化处理，形成一种适应各种勘探条件和目的要求的产品。多个智能三分量检波器级连即可形成地面分布式中小型勘探系统，实现根除模拟信号的传输的理想采集条件，尤其适用于恶劣环境下的地面工程勘察和矿井地震勘探。地震检波器是一种应用于地质勘探及工程测量领域的将机械震动转换为电信号的机电转换装置，目前应用于地面地震勘探的主要为速度型检波器，自80年代后期，国内外检波器生产厂家都在积极开发研制性能更优越的最新一代超级检波器芯体，根据不同的勘探目的和工作方法，还制作生产了横波检波器、多分量检波器和孔中单、多分量检波器等等，其中用于地面地震多波多分量勘探的地震三分量检波器也有数家国内外厂家生产，但总体上皆为三通道模拟输出。从多分量地震勘探实际应用效果来看，现有三分量检波器存在如下缺点(1)调平调向困难三分量检波器特征之一就是X、Y分量具方向性，且需放置水平，因此现场安装需精确调平定向，但现有检波器都仅有一方向指示箭头和一水准泡，人工判别准确度差。另外，现有检波器的尾锥直接与壳体相连，安装时，调平调向影响检波器与地表介质的耦合状况，往往造成耦合不良或耦合一致性差。(2)检波器的三分量采用性能参数相同的芯体，使得纵波与转换波的特性难以兼顾，三分量勘探效果不理想。特别是在中浅层勘探中，其纵波主频受压制，影响了纵波勘探的分辨率。(3)信号采集传感元件与模数转换电路分离，使得模拟信号长距离传输，易产生通道间串扰，并且易受外界因素干扰。(4)多个模拟通道并存，线路繁多，施工设备笨重，现场工作劳动强度大，工作效率低。针对多波多分量地震勘探的特点和目前勘探装备的现状，本专利技术旨在研制一种智能三分量地震检波器，使通过研究开发而形成的产品能具强抗干扰能力，同时，极大限度地提高采集信号的信噪比，满足深、中、浅层地震勘探的高分辨率勘探的要求。本专利技术是这样实现的通过对三分量检波器的结构性能进行优化试验，设计制作了具有复合调平和全方位精确定向的壳体结构，复合调平装置包括水准器与调平齿轮，先利用水准器进行粗调，然后利用调平齿轮进行微调，直至完全水平；全方位精确定向装置包括壳体上的方向指示标志与精密经纬指示仪，精密经纬指示仪通过非磁性辅助导杆与检波器上的卡口相连，能360°全方位精确定向；采用三尾锥耦合，尾锥与检波器主壳体弹性连接，使得调平调向不影响尾锥与地表介质的耦合状态；通过优选X、Y、Z三分量芯体，使Z分量对纵波，X、Y分量对横波都有很好地响应；三分量检波器自带数据采集系统，实现采集信号原位数字化。通过主从式管理，主机与一个或多个智能三分量地震检波器相连，向各从机发布指令并设置参数，从机的MCU接收到主机发送的命令后，对系统进行初始化，并控制AD转换电路按接收到的参数进行数据采集，采集来的数据先存入RAM中，然后按主机发来的取数命令将RAM中的数据通过串行接口传送到主机，主从机实现智能对话，从机并具自适应和自我调整增益功能。本专利技术的工作原理为由震源激发产生的地震波，经地下介质传播后，携带着介质内部的结构信息返回地面，在各测点处通过尾锥弹性耦合被智能三分量检波器芯体所感应，并将被测振动信号转换为电信号输入通道前端，差分输入信号经通道前端滤波后至多路开关、多级程控放大器，并进入AD转换器进行模数转换，在采集系统控制电路的作用下，对采集数据进行编排与随机存储，之后将采集数据通过串口发送给主机。主机显示并记录采集数据，同时，可利用处理软件进行数据处理，从而得到用于地质解释的成果资料。本专利技术与现有技术相比，具有的优点在于结构合理，便于现场施工；性能优越，各分量对所测信号都有良好的响应；采集数据原位数字化，根除模拟信号的传输，抗干扰能力强，且简化了勘探装备，降低了现场劳动强度；1.智能三分量地震检波器的壳体结构所专利技术的智能三分量检波器具有良好的结构性能产品结构合理，功能强，便于现场施工，提高了数据采集质量。智能三分量地震检波器的壳体各部位结构特点为(1)三分量检波器的壳体结构设计以最大程度改善地震勘探现场布设工作条件及提高野外信号采集质量为根本，兼顾多波多分量三维勘探的要求和特点，设计了一种具有弹性耦合装置、复合调平装置和全方位精确定向装置的新型产品。(2)三分量放置采用直角坐标系空间结构。各分量性能参数优越，使Z分量对纵波，X、Y分量对横波都有很好地响应。(3)采用三尾锥与地表介质藕合，具有较好地藕合稳定性。(4)具方便易行地调平调向装置，壳体与尾锥采用弹性连接，既能调平调向又不影响尾锥与地面介质的藕合状态。(5)指向辅助装置使用非磁性导杆连接，克服了磁性芯体对指示方位的严重影响，为野外检波器定向找出简单易行的途径。2.三分量性能参数指标由于多波勘探不仅要利用纵波，还要利用横波、转换波进行勘探，而纵、横波又有各自不同的振动特性，因此用于接收的三分量检波器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能三分量地震检波器，它包括：主机软件控制与处理系统、数据采集系统（采集系统控制电路、Ａ／Ｄ转换电路等）、三分量检波器芯体及其整体结构组成，工作时由主机（ＰＣ机）通过开发的专用软件控制系统进行控制，其特征在于：主机与一个或多个智能三分量地震检波器相连，主从式控制；从机ＣＰＵ通过串行口与模数转换电路相连，并通过锁存器与随机存储器相连；三分量检波器芯体与通道前端直接相连，通道前端输入的信号经多路开关后进入多级程控放大器，多级程控放大器与ＡＤ转换器相连，实现采集信号原位数字化；整体具新型多功能结构体系，调平、调向不影响检波器藕合状态；三分量性能指标优越，适应于纵、横波多波多分量勘探；

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭苏萍，朱国维，王怀秀，
申请(专利权)人：彭苏萍，朱国维，王怀秀，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]