一种矿井高频地震仪制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于浅层反射法应用的矿井地震仪。它采用主机和ＰＰＣ５１２计算机联合形式来完成信号的采集、存贮、显示、记录等工作，实现了后处理一体化。其采样速度达到４０ｕｓ，是美国地震仪的６．２５倍，体积是美国地震仪的１／８，重量是美国地震仪的１／３。对于几十米至几米的浅层地质构造具有很高的探测能力，而且防爆，具有一机多用的功能。它适用于探测矿井巷底构造、采面的槽波探测、巷道的超前探测、钻孔间的透射和在地面探测坝基等。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种地球物理勘探用高频地震仪，它更适用于在矿井浅层反射法探测中应用，具防爆功能，它的结构主要由主机和PPC-512计算机所组成的。目前我国的能源紧缺，为了解决下架煤层让它服务于人民，现有的钻探施工方法是远远不能满足要求的，由中国煤炭科学院研制的《MSD-数字地震仪》虽带替了钻探施工探测方法，而且在我国也是比较先进的，带有浮点放大技术，但它存在的缺点是体积庞大，结构复杂，主机以外的配套设备大小有十几台，总计重量有数吨，为此在进行探测工作时还要配备大型面包车，行动和使用极其不便，远远不能满足煤矿井下特殊条件的要求。在86年～89年我国相继引进了美国EG & GGEOMETRICS公司研制的新型高性能反射式地震仪ES-2420型及西德WBK公司的SEAMZX-85型槽波数字地震仪，这些仪器虽采用了大规模的集成电路，实现了微机化，主机也采用了瞬时浮点放大电路，但其采样率最快只有250μs，而且仪器的线路复杂，采用的器件繁多，性能要求高，轻便程度仍不理想，自身后处理功能差，此仪器由于采样率低，分辨能力低，对于几百米深层物探效果理想，但对几十米甚至几米的浅层地层就无能为力了。现有煤矿井下的奥灰层相对巷道面可能只有几十米甚至几米之浅，它严重威胁着煤矿的安全。为此本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，解决煤矿安全生产有利于开发煤炭资源而提供的一种适用于探测浅层地质构造的体积小，重量轻，精度高的矿井高频地震仪。本专利技术的目的可以通过以下措施来达到，采用主机和PPC512计算机相组合的方式，可直接使仪器的电路及结构得到简化，体积缩小，重量减轻，可做到采集、存贮、记录、后处理一体化，而且便于探测人员携带。本专利技术的目的还可以通过以下其它措施来达到为了保证仪器的稳定性和可靠性，减小仪器的体积和重量，为便携开创条件，主机采用了大规模的集成电路;电路主要由前置单元、主采单元、主采接口电路构成。前置单元中设有一级浮点放大电路，它的功能是提高了前放滤波来的微弱信号幅度，压抑强信号，拓宽了地震仪的理论动态范围，降低了对线路中某些器件的性能要求，为仪器的高速稳定工作起了一个先决性的作用。主采单元设有主浮点放大增益控制电路，它可使仪器的采样速率达到40μs，并且对几十米至几米的浅层勘探中的高频地震信号仍有很高的分辨率。由于本仪器直接利用PPC512计算机来完成信号的存贮、显示、记录、处理，它免除了现有地震仪中一套复杂的回放系统，使操作人员可在液晶显示屏上直接观察到所采集的地震信号波形，同时进行存贮波形与新信号波形的对比工作。本专利技术有下列附图附图说明图1是仪器(包括外设)的外形系统示意图。图2是仪器工作原理方框图。图3是主机电路方框图。图4是前置单元浮点放大电路原理图。图5是前置单元方框原理图。图6是主采单元电路方框图。图7是主采单元瞬时主浮点放大-增益控制电路原理图。图8是主采接口方框原理图。图9是主机安装示意图。下面结合附图做一步的说明。图1仪器外形系统示意图，它的主机〔1〕计算机〔13〕有数据传送电缆〔11〕相连，计算机〔13〕与外设打印机〔15〕用连接电缆〔14〕接通(打印资料时才使用′现场采集不用)工作前操作人员应把带有检波器〔10〕的电缆〔9〕接于主机面板〔18〕的插座〔4〕上，把带有触发电缆的铁锤〔16〕、炸药包〔17〕接到面板插座〔5〕上，主机面板〔18〕上还设有爆破指示灯〔6〕，电源开关〔7〕，手动按钮〔3〕，电源电压指示荧光屏〔2〕，外接电源及充电孔〔8〕。工作时检波器〔10〕接受到由操作人员用铁锤〔16〕锤击(敷设在地面上的)砧板所产生的地震信号或爆药〔17〕爆破产生的地震信号后，经电缆〔9〕送至主机〔1〕。主机进行采集、放大、及模/数转换等工作，把模拟信号变成了数字信号经连接电缆〔11〕送至计算机〔13〕，由电脑时适控制，得到了一个分辨率高的有效信号，用波形显示在液晶屏〔12〕上，并记录贮存在计算机〔13〕的磁盘中。记录下的信号通过连接电缆〔14〕，打印机〔15〕即可打印出所需的地震资料。附图2方框图即表示了仪器在工作时的动态原理。附图3是高频地震仪主机〔13〕的电路框图，它主要由前置单元〔19〕、主采单元〔20〕、主采接口〔21〕等电路构成。前置单元〔19〕和主采单元〔20〕组成了一个模块式结构，该模块可实现4个通道的数据采集与传送，完成模拟信号的前置放大、瞬间浮点放大、A/D转换及数据传送等，另外，前置单元〔19〕线路设计中打破了现有地震仪的设计格局，增设了一级浮点放大电路。图4为该前置单元中浮点放大电路原理图。图5为前置单元方框原理图。该浮点放大电路是由一级放大器N108，一组绝对值比较器N109、N110及多路开关N115等组成。前放滤波后的模拟信号经电容C110耦合进运算放大器N108放大，放大后输出信号直接进入运算放大器N109、N110组成的绝对值比较器，当信号(绝对值幅度)大于门坎值20mV时，比较器输出“0”电平，进入D触发器D102，D102的Q端亦输出“0”，此电平进入模拟开关N115，其Pin1-Pin14脚接通，则A点信号(未经放大)直通输入采样保持器N112。经采样保持后输送到后面的主采单元。反之当模拟信号小于20mV时，比较器输入“1”电平，D102Q端亦为“1”，控制模拟开关N115的Pin2-Pin14通，经放大27后的B点信号输出进入采样保持器，这样浮点放大电路提高了微弱信号的信号幅度，克服了微弱信号直接进入主浮点放大器所造成的一些蔽病，降低了主浮点放大线路中模拟开关、A/D转换器等器件的性能要求，例如噪声、漂移等;另一方面，强信号通过时，通过自动调节，压抑其输出幅度，保证模拟开关不产生饱和失真，提高了线路信噪比。这样拓宽了仪器的理论动态范围，为高速稳定工作起了一个先决性的作用。图6是主采单元电路方框图。由前置单元输入的信号首先送给主采单元中的多路开关，经此开关输出的离散信号称之为子样，它被计算机控制的时序信号控制。子样送到主浮点放大器放大，由A/D-I将子样转换为数字量，通过鉴幅器及译码电路去控制浮点开关;根据接受到的子样信号大小情况选择主浮点放大器其中的一级。被选中的这一级输出信号被浮点开关接通送到A/D-Ⅱ进行模数转换。这即是“瞬时主浮点放大-增益控制”。A/D-Ⅱ是-8位快速模/数转换器，转换时间为5μs，它完成尾数的A/D转换后送到总线驱动电路，经DMA电路把采样数字化的信号送到计算机存贮、记录、显示等。计算机控制时序电路，时序电路经一系列分频作为多路开关、A/D-Ⅰ、A/D-Ⅱ的时序控制信号，使主机在电脑控制下正常工作。主采单元的瞬时主浮点放大-增益控制电路的原理用图7表示前置单元信号，首先进入多路开关N206，由多路传送子样变为单路传送的子样，输入主浮点放大器放大。主浮点放大器是由五级运算放大器(N201-N205)组成，各级放大量22。5级最大增益210，即66dB。运算放大器采用的器件是低噪声的OP37。设放大器的输入信号为S(ti)，输出信号为V(ti)，则输出信号V(ti)＝22nS(ti) n＝0、1、2、……5S(ti)＝2-2nV(ti)n为放大子样S(ti)放大器所用的级数，其值是可变的，由此而得“浮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具防爆功能的矿井高频地震仪，它由主机［１］、计算机［１３］、铁锤［１６］、炸药［１７］、检波器［１０］、连接电缆［９］构成，其特征在于采用主机［１］和ＰＰＣ－５１２计算机［１３］这种组合方式直接使仪器的电路及结构得到简化，体积缩小，重量减轻，做到了采集、存贮、记录、后处理一体化，便于探测人员携带。可配外设打印机［１５］打印地震资料，用电缆（１４）连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文元，刘凌春，易兵，程敬民，王建新，李学军，
申请(专利权)人：河北煤炭科学研究所，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]