一种三维超声地震模型实时成像系统技术方案

本发明专利技术涉及一种三维超声地震模型实时成像系统，用于室内水槽实验的地震模型三维实时成像，包括：超声传感器网络，超声传感器网络包括至少一个发射探头和至少一个接收探头，发射探头和接收探头以间隔网络式部署于地震模型上方；硬件子系统，包括主控单元、采集单元、发射单元、工控机和显示器，采集单元、发射单元和工控机分别电性连接至主控单元，发射探头和接收探头分别电性连接至发射单元和采集单元，显示器电性连接于工控机，工控机内部署有软件子系统。本发明专利技术利用三维地震勘探中多次覆盖观测系统原理以及叠前偏移方法，采用网络式传感器布置，配合多通道同步激励采集以及高分辨率成像算法，解决了现有方法局限性高或无法实时成像的问题。像的问题。像的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种三维超声地震模型实时成像系统


[0001]本专利技术属于地质模拟
，尤其涉及一种用于室内水槽实验的三维超声地震模型实时成像系统。

技术介绍

[0002]在地质学研究中，对地质构造的沉积形成过程的研究有重要意义。研究地质沉积过程有多种手段，在实验室中利用水池环境模拟沙泥等矿物质的冲刷沉积过程是其中的有效方法。在水池模拟地质沉积的过程中，需要对水下地质模型进行三维监控成像，以便获取沉积过程中的实时数据。
[0003]超声成像技术是获取目标模型三维结构的有效手段，广泛应用于医疗成像、无损检测以及地震模型研究等方面。目前，三维超声成像常用方法主要有两种：一种是利用二维阵列探头通过相控技术发射扫描声束，这种方法对探头阵列的指向性、一致性等指标有着较高的要求，扫描角度较小、成像区域有限，且对目标模型有较高的要求。第二种是机械式扫描式成像，即将超声探头固定在定位装置上，通过定位装置带动探头对目标区域进行扫描测量，这种方法测量速度较慢，在复杂界面的条件下反射波信噪比低，无法实现对变化地质模型的实时成像。

技术实现思路

[0004]针对相关技术中存在的不足之处，本专利技术提供了一种三维超声地震模型实时成像系统，以解决现有超声成像方法局限性高或无法实时成像的技术问题。
[0005]本专利技术提供一种三维超声地震模型实时成像系统，其特征在于，用于室内水槽实验的地震模型三维实时成像，包括：超声传感器网络，超声传感器网络包括至少一个发射探头和至少一个接收探头，发射探头和接收探头以间隔网络式部署于地震模型上方；硬件子系统，包括主控单元、采集单元、发射单元、工控机和显示器，采集单元、发射单元和工控机分别电性连接至主控单元，发射探头和接收探头分别电性连接至发射单元和采集单元，显示器电性连接于工控机，工控机内部署有软件子系统；主控单元根据软件子系统的指令，控制发射单元激励发射探头发射声束，采集单元同步采集所有接收探头的声波信号并传输波列数据至主控单元，主控单元将波列数据上传至工控机，并由软件子系统进行数据后处理，得到地震模型的三维成像图。
[0006]在其中一些实施例中，采集单元具有至少一个，每个采集单元分别控制至少一个接收探头，每个采集单元中具有与其控制的接收探头数量相等的数据处理模块，每个接收探头采集到的声波信号经过对应的数据处理模块进行处理后上传至主控单元。
[0007]在其中一些实施例中，每个采集单元还包括一多通道ADC和一第一FPGA逻辑控制器，每个采集单元中的所有数据处理模块汇总至多通道ADC中转换为数字信号上传至第一FPGA逻辑控制器后，上传至主控单元。
[0008]在其中一些实施例中，发射单元包括第二FPGA逻辑控制器、高压电路、H桥驱动电
路以及阻抗匹配网络，第二FPGA逻辑控制器根据主控单元的指令，控制H桥驱动电路并由高压电路提供高压，产生激励波形，激励波形经过素数阻抗匹配网络后激发发射探头进行发射。
[0009]在其中一些实施例中，发射探头的激励模式为单脉冲、Burst信号、Blackman窗函数信号以及LFM信号中至少一种。
[0010]在其中一些实施例中，主控单元接收到波列数据后，上传至软件子系统，软件子系统采用叠前偏移成像算法对波列数据进行处理。
[0011]在其中一些实施例中，软件子系统采用克希霍夫积分法进行叠前偏移，根据本道波列可能产生反射波的空间范围，将记录波列从接收点上向下外推，采用Kirchhoff积分表达式进行波场延拓以及成像。
[0012]在其中一些实施例中，软件子系统将成像运算过程分为至少一个运算部分，并为每个运算部分单独建立一个线程进行并行运算。
[0013]在其中一些实施例中，主控单元内部部署有任务管理程序，任务管理程序对主控单元的任务进程按照预设优先级进行调度，任务管理程序还包括对等待时间超过一阈值的任务进程进行优先级提升。
[0014]在其中一些实施例中，发射探头与接收探头的数量比为1比4。
[0015]基于上述技术方案，本专利技术通过实现一种用于室内水槽实验的三维超声地震模型实时成像系统，利用三维地震勘探中多次覆盖观测系统原理以及叠前偏移方法，采用网络式传感器布置，配合多通道同步激励采集系统以及高分辨率成像算法，无需移动即可对多层复杂地质模型进行三维成像，大大节省了测量时间，且可以有效压制无效杂波以及噪声，获得高质量三维成像图，从而实现对地质模型沉积过程进行实时监控。
[0016]该系统类似与海上地震模拟探测，可以在沉积实验后通过快速测量及对数据的实时偏移处理与成像可以获取变化的多层复杂地质模型动态图像，极大地提高了实验效率和成像精度。该系统具有良好的实时性、成像质量以及探测范围，在对研究地质沉积、海洋地质以及三维地震模型研究等方面有着广泛应用前景。
附图说明
[0017]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0018]图1为本专利技术实施例的整体结构示意图；
[0019]图2为本专利技术实施例的传感器网络分布示意图；
[0020]图3为本专利技术实施例的主控单元控制示意图；
[0021]图4为本专利技术实施例的任务管理程序流程图；
[0022]图5为本专利技术实施例的采集单元的框架结构图；
[0023]图6为本专利技术实施例的发射单元的框架结构图；
[0024]图7为本专利技术实施例的软件子系统的框架结构图；
[0025]图8为本专利技术实施例的多种发射模式激励信号示意图；
[0026]图9为本专利技术实施例的一种成像处理后的波列示意图；
[0027]图10为本专利技术实施例的一种砂体模型三维成像图；
[0028]图11为本专利技术实施例的一种三层地质模型三维成像图；
[0029]以上图中：
[0030]1、超声传感器网络；11、发射探头；12、接收探头；
[0031]2、硬件子系统；21、主控单元；22、采集单元；23、发射单元；24、工控机；25、软件子系统；26、显示器；
[0032]221、差分前置放大器；222、带通滤波器；223、程控增益放大器；224、多通道ADC；225、第一FPGA逻辑控制器；226、SRAM；
[0033]231、第二FPGA逻辑控制器；232、高压电路；233、驱动芯片；234、H桥驱动电路；235、阻抗匹配网络；
[0034]261、千兆以太网通信接口；262、参数下发模块；263、波形显示模块；264、波形数据预处理模块；265、定位系统控制模块；266、数据保存模块；267、时频分析模块；268、二维界面成像模块；269、三维层析成像模块。
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维超声地震模型实时成像系统，其特征在于，用于室内水槽实验的地震模型三维实时成像，包括：超声传感器网络，所述超声传感器网络包括至少一个发射探头和至少一个接收探头，所述发射探头和所述接收探头以间隔网络式部署于所述地震模型上方；硬件子系统，包括主控单元、采集单元、发射单元、工控机和显示器，所述采集单元、所述发射单元和所述工控机分别电性连接至所述主控单元，所述发射探头和所述接收探头分别电性连接至所述发射单元和所述采集单元，所述显示器电性连接于所述工控机，所述工控机内部署有软件子系统；所述主控单元根据所述软件子系统的指令，控制所述发射单元激励所述发射探头发射声束，所述采集单元同步采集所有所述接收探头的声波信号并传输波列数据至所述主控单元，所述主控单元将所述波列数据上传至所述工控机，并由所述软件子系统进行数据后处理，得到所述地震模型的三维成像图。2.根据权利要求1所述的实时成像系统，其特征在于，所述采集单元具有至少一个，每个所述采集单元分别控制至少一个所述接收探头，每个所述采集单元中具有与其控制的所述接收探头数量相等的数据处理模块，每个所述接收探头采集到的所述声波信号经过对应的所述数据处理模块进行处理后上传至所述主控单元。3.根据权利要求2所述的实时成像系统，其特征在于，每个所述采集单元还包括一多通道ADC和一第一FPGA逻辑控制器，每个所述采集单元中的所有所述数据处理模块汇总至所述多通道ADC中转换为数字信号上传至所述第一FPGA逻辑控制器后，上传至所述主控单元。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘可禹，高建磊，刘建良，曹雪砷，何晓，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：