专利名称：相控可控震源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种浅层地震勘探用的非爆炸震源，尤其是可控震源。
背景技术：
现有的非爆炸式地震勘探震源有液压车载式可控震源和电磁驱动式可控震源。在油气勘探领域普遍采用的是液压车载式可控震源，其信号频率范围在6-500HZ，，最大输出力为几十KN。但是由于系统扫描频带窄、体积大、野外工作笨重，不适于浅层高分辨率地震勘探。电磁驱动式的可控震源是针对浅层高分辨率地震勘探而设计的一种便携式可控震源。现有产品为日本OYO公司生产的“可控震源”输出力有限，仅为500N。CN1643891公开的“电磁式大功率浅层地震可控震源系统”，它的扫频范围在5-1400HZ，输出力为1000N，其扫描波形受波形存储深度制约，难以产生复杂波形，不利于浅层高分辨率地震勘探。而且，现有的所有震源产生的地震波在地下是半空间传播的，真正被地质体接收并反射的只是其中的一小部分，既无法实现定向勘探，又造成了能量的浪费。这也是现有各种震源的共同缺陷。
发明内容
本发明的目的在于针对上述缺点和不足，提供一种多个震源延时起震，能使地震波在地下设定区域内同相叠加，扫描波形不受波形存储深度制约，扫频范围宽，可重复扫描，且能定向勘探的相控可控震源系统。
本发明是通过下述方式实现的由一个主控单元1经通信电缆连通并控制一个以上乃至N个可控震源子站2，通信电缆两端各设终端匹配电阻3；主控单元1中单片机8的两个I/O口接参数存取6，串行口接通信模块7；可控震源子站2是以单片机22作为微控制器，根据主控单元1的指令，经电瓶转换15使DDS10产生扫描波形，经信号滤波11滤波后送入前级放大16经功放驱动17送入功率放大输出18再送入激震器24产生震动。
积极效果由一个主控单元1控制多个乃至N个可控震源子站2。根据勘探要求的范围、深度确定可控震源子站2的间距和台数。通过控制各个可控震源子站2扫描波形的延时或初始相位，使得地震波在地下设定区域同相叠加，其他区域部分抵消，实现了波束定向；扫频范围宽，扫描时间长，可重复扫描，提高了能量利用率，实现了扫描波形相位可控和定向勘探，克服了扫描波形受波形存储深度制约的缺点，满足了高分辨率地震勘探的要求。
图1为相控阵列式可控震源系统总体结构框图。
图2为相控阵列式可控震源系统主控单元结构框图。
图3为相控阵列式可控震源系统可控震源子站结构框图。
①控制模块，②信号发生模块，③功率放大模块。
1主控单元，2可控震源子站，3终端匹配电阻，4液晶模块，5键盘模块，6参数存取，7通信模块，8单片机，9晶振时钟，10 DDS，11信号滤波，12状态指示，13控制逻辑，14过流、过压、过温保护，15电平转换，16前级放大，17功放驱动，18功率放大输出，19同步触发单元，20状态指示，21通讯模块，22单片机，23控制单元，24激震器。
具体实施例方式主控单元以单片机8作微控制器，它一方面控制液晶控制器SED1335负责界面的显示，另一方面又通过对薄膜键盘和液晶显示屏的控制完成人机交互；设置的扫描参数可存入参数存取6，并通过单片机8的通讯口和通信模块7与可控震源子站2进行通信。
主控单元1主要包括液晶模块4、键盘模块5、参数存取6和通信模块7，液晶模块4和键盘模块5主要负责人机交互，文字显示，是通过在单片机8存储区自建字库实现的；参数存取6采用了I2C总线接口的E2PROM，主要负责参数的及时存取；通信模块7主要负责向各个可控震源子站2发参数或命令，并实时反馈各可控震源子站2的状态，采用单片机的串口，其电平转换芯片15是由MAX485实现的。
可控震源子站2包括控制模块①、信号发生模块②、功率放大模块③和通信模块21。在控制模块①中单片机22通过控制信号发生模块②中的DDS 10实现扫描波形的输出，并控制前级放大16和功放驱动17的开和关。在扫描开始时，单片机22控制同步触发单元19，向地震波观测仪器提供有效的同步触发协议；在扫描期间，单片机22控制状态指示20部分，以指示当前的工作状态，同时通过通信模块21向主控单元1实时反馈信息。
可控震源子站2是以单片机22作为微控制器，它接受主控单元1的指令，并根据接收到的参数对DDS 10进行过程控制，产生需要的扫描波形，经滤波器11滤波后送入前级放大器16、功放驱动17和功率放大输出(18)后再送入激震器24产生震动，震动信号通过激震器24的基板传入地下，产生地震波，实现电能向机械能的转换。
信号发生模块②由晶振时钟9，DDS 10和信号滤波11组成。单片机22通过电平转换芯片15控制DDS 10产生扫描波形，由DDS 10产生的线性扫描信号和多种非线性扫描信号的幅度、频率、相位均可编程，可根据需要设计各种复杂扫描波形。
DDS 10除了能产生单一频率的正弦波外，还有无过渡频移键控(UnrampedFSK)、倾斜频移键控Ramped FSK)、两点相移键控(BPSK)和脉冲调频(CHIRP)模式。但由于DDS 10杂散比较大，信噪比低，且有0.5V直流偏置，必须经信号滤波11才能去除DDS 10的杂散。因此在信号滤波11中需要设有高通滤波器和低通滤波器，高通滤波器去直流，低通滤波器去噪声，只有这样才能获得比较理想的扫描波形。
功放模块③由前级放大16、功放驱动17和功率放大输出18三部分组成，功放模块③对信号发生模块②的扫描信号进行放大，以达到对激震器24的足够驱动力。为保护电路，还设有过流、过压、过温保护14。当电力发生过流、过压、过温时，控制逻辑13切断前级放大16、功放驱动17和功率放大输出18的电源，并通知状态指示12。
通过通信模块21实现主从机的信息交互，包括主控单元1到可控震源子站2的参数传递，扫描的启动与停止等；可控震源子站2给主控单元1的信号反馈，监控可控震源子站2的运行状况。由于采用主从分布式的结构，主控单元1到可控震源子站2的通信是已有技术，由于可控震源子站2对主控单元1的通信存在总线冲突，可通过分时传输解决。
相控可控震源系统采用半双工方式，由一个主控单元1控制1个以上可控震源子站2组成一个分布式系统，还可以根据工作需要设置1至N个可控震源子站2。为了通信的正常进行，通信电缆两端需各设一个终端匹配电阻3。工作时，主控单元1先向各可控震源子站2发扫描参数，包括扫描的起始、终止频率，扫描形式、扫描时间、触发方式等；然后发开始扫描命令，各个可控震源子站2在接到命令后启动扫描，它们根据各自的站号，通过控制延时时间或扫描信号的相位，启动扫描；扫描信号经滤波器11滤波后送入前级放大器16，经功放驱动17和功率放大输出18送到激震器24实现了同时向地下传输不同相位的地震波，以补偿各个震源间由于波程差引起的相位差，使得地震波在地下某一区域同相叠加，实现了波束定向。
权利要求
1.一种主要用于地震勘探的相控可控震源系统，包括主控单元(1)和激震器(24)，其特征在于由一个主控单元(1)经通信电缆连通并控制一个以上乃至N个可控震源子站(2)，通信电缆两端各设终端匹配电阻(3)；主控单元(1)中单片机(8)的两个I/O口接参数存取(6)，串行口接通信模块(7)；可控震源子站(2)是以单片机(22)作为微控制器，根据主控单元(1)的指令，经电瓶转换(15)使DDS(10)产生扫描波形，经信号滤波(11)滤波后送入前级放大(16)经功放驱动(17)送入功率放大输出(18)再送入激震器(24)产生震动。
全文摘要
本发明公开一种相控可控震源系统，由一个主控单元控制一个以上乃至N个可控震源子站。主控单元由液晶屏、键盘实现人机交互，由E
文档编号G01V1/02GK1560650SQ20041001071
公开日2005年1月5日 申请日期2004年3月3日 优先权日2004年3月3日
发明者林君, 陈祖宾, 陈鹏程, 姜弢, 张林行, 李晓旭, 林 君 申请人:吉林大学