专利名称：无线高速地震勘探数据采集装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种地震勘探设备，特别是在地震勘探过程中将分布在若干点上的检波器的信号传输给纪录中心的设备。
背景技术：
地震勘探法目前仍然是在陆地和海洋勘探石油和天然气的主要手段。其基本方法是在勘探靶区的地面上埋放数千乃至上万只地震波传感器(即地震检波器)，在海上则是用海洋勘探船拖放数根1-2公里长的海上漂缆(漂缆每隔数十米包裹一个地震检波器)，然后用炸药(在陆地)或高压空气枪(在海上)激发人工地震。地震波向地下深处传播，遇到不同性质地层的分界面就会产生反射，地震检波器拾取到反射波并将其转换成模拟电信号，再转换成数字信号记录下来。实际施工时即使是上万只地震检波器也只能覆盖整个勘探靶区的一小部分面积，所以埋放地震检波器的接收平面必须不断移动，并伴之以逐次放炮以遍及整个勘探靶区面积。野外勘探接收到的大量数据还要拿到室内用高速计算机进行复杂的信号处理才能得到清晰可靠的地下构造成象，最终确定开采石油和天然气的钻井位置和深度。
由于地震勘探数据采集量大，传统的数字地震仪大都采用有线传输。一个典型的数字地震仪系统通常纪录1 000道信号，以采样间隔1mS获得24位字长的数据，数据率高达24Mbit/S。国外现有为数不多的无线数字地震仪使用FSK窄带调频电台开通数据信道，由于受电台带宽较窄的限制，无线传输信道的数据速率不能满足地震勘探工程快速传输大量多路数据的需求，因此无线数字地震仪都采用多信道结构和数据缓存技术。将几个信道合编为一个采集站，每个采集站配置一部电台向中心发送数据，各采集站之间采用频分多址方式与纪录中心联系，以美国FairField公司的Box无线数字地震仪为例Box系统采用频分多址方式，所有采集站以多信道并发方式向中心传送数据；每个采集站独用1个无线频道，完成8道单分量数据(即8路数据信号)的发送，采集站的数据传输率同比为192Kbit/S；每96个采集站编为1个单元，占用96个无线频道，可传送768道单分量数据；系统纪录中心的1个接收单元需要开通96部电台分别与96个采集站的电台的无线频道相对应，才能接收768道单分量数据，即完成768路地震勘探的数据纪录。明显存在占用较多频率资源和通信设备庞大等缺点。
随着电子技术和计算机技术的飞速发展，计算机以及软件处理手段已经达到很先进的水平。例如，最近出现的码分多址的扩频通信技术在CDMA数字蜂窝移动通信中使用的效果很好，通信频谱利用率高，具有功率控制的CDMA系统容量是FM方式的20倍，是TDMA方式的4倍。无线电扩展频谱通信技术使待传送的信息数据被伪随机码调制，实现频谱扩展后再传输和接收。这种通信与常见的窄带通信不同，是将窄带信号扩展频谱后，以宽带方式通信，在接收端先使用与发送端相同的伪随机码作扩频解调处理，恢复成窄带信号后再解调数据，具有抗干扰、抗噪音、抗多径衰落、能在低功率频谱密度下工作、有保密性、可多址复用和任意选址等一系列优点。此外，扩频通信的宽带特性本身固有高速传输数据的能力。但这种先进的扩频技术目前还未在地震勘探领域得到运用。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术中的不足之处，将性能优越的扩频数据通信用于地震勘探数据采集系统，为实现纪录中心只用1部主站电台、系统仅占用一个无线频道就能接收所有采集站传送的地震数据而设计一种无线高速地震勘探数据采集装置。
用本发明的装置组成的系统能传送1000道3分量地震数据，每道具有3个独立分量的信号，共传送3000路地震数据。按每6道(18路数据信号)组合为1套无线高速地震勘探数据采集装置，系统共有167套无线高速地震勘探数据采集装置。利用扩频通信高速传输数据的能力，采用时分多址通信方式，将缓存在167套采集装置的地震勘探数据传送给记录中心。各采集装置在纪录中心的无线电命令控制下，以时分方式依序先后发送数据。每套无线高速地震勘探数据采集装置包括一部电台、6道三分量(共有18路分量数据信号)地震勘探检波器及一个数据采集站，所述电台选用扩频数传电台，地震勘探检波器选用能将地震波在空间三个相互正交方向上的分量(1个垂直，2个水平)分别检测输出的三分量数字地震勘探检波器，数据采集站联接在扩频数传电台与三分量数字地震勘探检波器之间，其信号连接关系是数据采集站与6道三分量数字地震勘探检波器通过CAN总线连接，负责将检波器送来的地震数据进行缓存，再通过先进先出存储器(FIFO)以8位形式并行输出，与扩频数传电台插座的8位数据线连接，依时序先后经扩频数传电台快速传输到纪录中心。
为了使数据采集站能够满足扩频数传电台与三分量数字地震勘探检波器之间数据传输的特殊要求，所述数据采集站包括6个集成电路U1-U6，其中的U1是带CAN总线的单片机，U2是上电复位芯片，U3选是八D锁存器，U4是掉电保护存储器，U5是或门电路，U6是FIFO芯片(先进先出寄存器)，其电路的主要连接关系是U1的第2、3脚(即数据采集站的CAN总线信号发送接收端X1、X2)分别与6个信道的三分量数字地震勘探检波器的CAN总线的信号发送接收端连接，U1的第6、7、8、9脚分别与U4的第31、2、1、30脚连接，U1的第4脚接U2的第1脚，U2的第7脚接U1的第10脚，U1的第36-43脚分别与U3的第18、17、14、13、8、7、4、3脚连接，U3的第19、16、15、12、9、6、5、2脚分别与U4的第5、6、7、8、9、10、11、12脚连接，U1的第24、25、26、27、28、29、30脚分别与U4的第27、26、23、25、4、28、3脚连接，U1的第33脚接U3的第11脚，U1的第19脚接U4的第24脚，U1的第1 8脚接U4的第29脚和U5的第2脚，U1的第31脚接U4的第22脚和U5的第1脚，U5的第3脚接U6的第1脚，U4的第13、14、15、17、18、19、20、21脚分别与U6的第6、5、4、3、27、26、25、24脚连接，U6的第19、18、17、16、12、11、10、9脚(即数据采集站的数据输出线)分别与扩频数传电台插座PW的第5-12脚(即8位数据线)连接，U6的第15脚与扩频数传电台插座PW的第13脚(即读出线)连接，U6的第21脚和第8脚分别与扩频数据电台插座PW的第15脚和16脚(即信号线)连接，U1的第11脚和13脚分别与扩频数传电台插座PW的第3脚和第4脚连接。工作时，6个信道的三分量数字地震勘探检波器的地震数据经CAN总线输入到数据采集站，由数据采集站的带CAN总线的单片机U1将采集到的地震数据缓存于FIFO芯片U6，在纪录中心发出的系统命令控制下，装置中的扩频数传电台将缓存的地震数据从FIFO(先进先出寄存器)中以时分方式依序先后读出并发送给纪录中心。
本发明由于将扩频数传电台用于地震数据传输，使地震数据传输只用一个无线频道，在中心使用1部电台就能以近似实时的时间，将多至167个采集站的1000道三分量(共有3000路分量数据信号)缓存的地震数据快速传输到纪录中心，与使用窄带多信道技术的频分多址方式相比较少用了大量的无线频道，减少了很多电台，同时还具有数据传输速度快，信号质量高，误码率低和耗电量小等优点，适合野外使用，是一种先进的地震勘探数据采集装置。
附图及其说明附
图1是由本发明无线高速地震勘探数据采集装置组成的系统结构示意图；附图2是本发明无线高速地震勘探数据采集装置中的数据采集站的电路具体实施例方式参见附图1，本发明将3000路(1000道三分量)地震数据按每18路(6道三分量)编为1个采集站，共编成167个无线高速地震勘探数据采集站，共用一个频道即可向纪录中心4的1部主站电台传送地震数据，每套无线高速地震勘探数据采集装置包括一部电台3和6个三分量地震勘探检波器1及一个数据采集站2，所述电台3和4选用扩频数传电台(可选用东南大学按照11Mbit/S或24Mbit/S数据传输率要求生产的扩频数传电台)，地震勘探检波器1选用三分量数字地震勘探检波器(可选用专利申请号为03131532、1的三分量数字地震勘探检波器)，数据采集站2装在扩频数传电台3与6个三分量数字地震勘探检波器1之间，其信号连接关系是数据采集站箱体2的CAN总线插口与三分量数字地震勘探检波器1的CAN总线插口连接，数据采集站2的数据输出线与扩频数传电台3插座的8位数据线连接，由数据采集站2依次将检波器1的数据缓存之后，以时分方式依序先后读出并经扩频数传电台3快速传输到纪录中心4而完成地震数据传输。
为了使数据采集站能够满足扩频数传电台与三分量数字地震勘探检波器之间数据传输的特殊要求，设计了专用的数据采集站，其电路如图2所示，所述数据采集站包括6个集成电路U1-U6，其中的U1是带CAN总线的单片机，可选用P87C591或P87C592等P8xC59X型带CAN总线单片机组成的高性能微控制器。U2是上电复位芯片，可选用M813L型芯片。U3是八D锁存器，可选用74LS373型芯片。U4是掉电保护存储器，可选用HK12DP55型芯片，U5是或门电路，可选用74LS32型芯片。U6是FIFO芯片(先进先出寄存器)，可选用MK4501或IDT7208型芯片。其电路连接关系如前所述。工作时，6个信道的三分量数字地震勘探检波器的地震数据经CAN总线输入到数据采集站，由数据采集站的带CAN总线的单片机U1将采集到的地震数据缓存于FIFO芯片U6，在纪录中心发出的系统命令控制下，装置中的扩频数传电台将地震数据从FIFO(先进先出寄存器)中依时序先后读出并发送给纪录中心。实际使用时，1个数据采集站可与1-6个三分量数字地震勘探检波器连接，如不考虑传输速度时，也可与6个以上的三分量数字地震勘探检波器连接，使系统的容量更大。
由本发明的无线高速地震勘探数据采集装置组成的系统的工作情况简述如下；纪录中心使用1部扩频电台作为无线高速地震勘探数据采集装置的系统主站。纪录中心接收采集站数据时，须先通过主站电台发出控制命令，控制命令中含有指定采集站的唯一地址编码。系统的167个采集站中只有被唯一指定的采集站会发起响应，将本站预存待发的地震勘探数据回传给主站。主站收信机将接收到的数据信号先进行解扩频处理，还原成窄带数据信号，然后再对解扩频输出的窄带数据信号进行窄带解调，就可获得当前指定采集站发来的原始数据。用户在纪录中心通过主站电台能依序指定所有采集站，也可以特指任一采集站，并可对当前指定的采集站发出各种控制命令，指令其执行采集地震勘探数据、回传数据、检查采集站装置以及测试三分量数字地震勘探检波器，并回传检测结果等不同功能，实现整个数字地震仪系统在地震勘探工程中的高度自动化。
权利要求
1.一种无线高速地震勘探数据采集装置，包括一部电台、6道三分量(共有18路分量数据信号)地震勘探检波器及一个数据采集站，其特征在于电台选用扩频数传电台，地震勘探检波器选用能将地震波在空间三个相互正交方向上的分量(1个垂直，2个水平)分别检测输出的三分量数字地震勘探检波器，数据采集站联接在扩频数传电台与三分量数字地震勘探检波器之间，其信号连接关系是数据采集站与6道三分量数字地震勘探检波器通过CAN总线连接，负责将检波器送来的地震数据进行缓存，再通过先进先出存储器(FIFO)以8位形式并行输出，与扩频数传电台插座的8位数据线连接，依时序先后经扩频数传电台快速传输到纪录中心。
2.如权利要求1所述的无线高速地震勘探数据采集装置，其特征在于数据采集站包括6个集成电路U1-U6，其中的U1是带CAN总线的单片机，U2是上电复位芯片，U3选是八D锁存器，U4是掉电保护存储器，U5是或门电路，U6是FIFO芯片(先进先出寄存器)，其电路的主要连接关系是U1的第2、3脚(即数据采集站的CAN总线信号发送接收端X1、X2)分别与6个信道的三分量数字地震勘探检波器的CAN总线的信号发送接收端连接，U1的第6、7、8、9脚分别与U4的第31、2、1、30脚连接，U1的第4脚接U2的第1脚，U2的第7脚接U1的第10脚，U1的第36-43脚分别与U3的第18、17、14、13、8、7、4、3脚连接，U3的第19、16、15、12、9、6、5、2脚分别U4的第5、6、7、8、9、10、11、12脚连接，U1的第24、25、26、27、28、29、30脚分别与U4的第27、26、23、25、4、28、3脚连接，U1的第33脚接U3的第11脚，U1的第19脚接U4的第24脚，U1的第18脚接U4的第29脚和U5的第2脚，U1的第31脚接U4的第22脚和U5的第1脚，U5的第3脚接U6的第1脚，U4的第13、14、15、17、18、19、20、21脚分别与U6的第6、5、4、3、27、26、25、24脚连接，U6的第19、18、17、16、12、11、10、9脚(即数据采集站的数据输出线)分别与扩频数传电台插座PW的第5-12脚(即8位数据线)连接，U6的第15脚与扩频数传电台插座PW的第13脚(即读出线)连接，U6的第21脚和第8脚分别与扩频数据电台插座PW的第15脚和16脚(即信号线)连接，U1的第11脚和13脚分别与扩频数传电台插座PW的第3脚和第4脚连接。
全文摘要
一种无线高速地震勘探数据采集装置，包括电台、地震勘探检波器及数据采集站，所述电台选用扩频数传电台，地震勘探检波器选用三分量数字地震勘探检波器，所述数据采集站装在扩频数传电台与三分量数字地震勘探检波器之间，其信号连接关系是数据采集站通过CAN总线与检波器连接，数据采集站的数据输出线与扩频数传电台的数据输入线连接，由数据采集站将检波器的数据缓存后，依时序先后经扩频数传电台传输到纪录中心。使系统具有仅占用一个无线频道、即可将167个数据采集站的3000路(1000道3分量)地震数据传送给记录中心的优点，同时还具有数据传输速度快，信号质量高，误码率低和耗电量小等优点，是一种先进的地震勘探数据采集装置。
文档编号G01V1/22GK1472546SQ0313203
公开日2004年2月4日 申请日期2003年7月15日 优先权日2003年7月15日
发明者郭建, 王方, 宗遐龄, 马国庆, 李守才, 郭 建 申请人:中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院南京石油物探研究所, 中国石油化工股份有限公司石油勘探开