地震传感器的一致性定量评价方法及系统与流程

本发明涉及地震传感器测试技术领域，更具体地，涉及一种地震传感器的一致性定量评价方法及系统。

背景技术：

地震传感器测试技术，属于地震采集装备领域，是一种通过对地震传感器测试数据进行处理分析，将同一批次的传感器在某一测试环境下的测试数据做集中性与离散性分析，并根据使用需求，确定量化的合格标准，以保证筛选传感器的质量。此方法以量化手段直观体现传感器的一致性，也能以此作为评价传感器供应商生产工艺能力的依据，为传感器在实际地震勘探中能够以较小误差进行由点到线再到面的采集数据合成提供强有力的支撑。

随着三维勘探的普及,勘探精度要求越来越高,对地震检波器的要求也随之提高。传感器是地震检波器的核心，对地震检波器的精度、灵敏度等性能参数起决定性作用。目前，国内自主研发生产传感器对外界激发的响应效果还不够稳定，所以在使用前需要进行测试。对于传感器测试的结果数据，现阶段主要是以测试界面波形反映，并通过文档记录，数据量很大。对大批量传感器进行一致性分析时，往往只是以中位数±一定数值作为合格线，尽管能够对传感器的质量进行有效的控制，但对于整批次的一致性，不能做出具体准确的评价，更无法对供应商的生产能力做出评估。

当前传感器的测试结果主要以文档形式记录数据与波形，能够对同一批次进行测试的传感器做出个体间的优劣评价，但对于整体质量的控制只能以划分合格线的方式规避不合格品来保证传感器的一致性，缺乏具体的分析与数据支撑。

因此，有必要开发一种能够对整批次传感器整体一致性做出定量评价，同时直观反映供应商的生产能力的地震传感器的一致性定量评价方法及系统。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明提出了一种地震传感器的一致性定量评价方法及系统，其能够通过对同一批次的传感器在某一测试环境下的测试数据做集中性与离散性分析，解决了以往传感器性能评价局限于个体的问题，能够对整批次传感器整体一致性做出定量评价，同时直观反映供应商的生产能力。

根据本发明的一方面，提出了一种地震传感器的一致性定量评价方法，所述一致性定量评价方法包括：

采集所述地震传感器的测试数据；

基于所述测试数据计算算数平均值和标准差；

基于所述算数平均值和标准差，绘制直方图和高斯分布曲线；

基于合格标准值，求取工序能力指数。

优选地，所述测试数据包括：频率、振幅、信噪比、电阻值、畸变率、阻尼和阻抗。

优选地，所述工序能力指数为：

cp＝t/(6σ)＝[(1+x)μ-(1-x)μ]/(6σ)

式中，σ为标准差；

μ算数平均值；

x为合格标准值。

根据本发明的另一方面，提出了一种地震传感器的一致性定量评价系统，所述一致性定量评价系统包括：

激发模块；

接收模块，所述接收模块控制所述激发模块和采集模块；

采集模块，所述采集模块接收所述激发模块的激发信号，并将所述激发信号的实时数据传送至所述接收模块；

处理模块，所述接收模块将所述实时数据导出，传送至所述处理模块；

数据管理模块，所述数据管理模块对处理后的所述实时数据进行分析和显示。

优选地，所述接收模块中设置激发参数和采集参数，分别控制所述激发模块和所述采集模块。

优选地，所述激发参数包括：激发频率和振幅。

优选地，所述采集参数包括：频率、振幅和信噪比。

优选地，所述采集模块包括传感器和数据采集卡。

优选地，所述处理模块是minitab软件，所述实时数据经过处理得到数值参数和图形。

优选地，所述激发模块包括测试台和数据采集卡，根据所述接收模块设置的所述激发参数对所述采集模块发出激发信号。

根据本发明的一种地震传感器的一致性定量评价方法及系统，其优点在于：通过对同一批次的传感器在某一测试环境下的测试数据做集中性与离散性分析，并根据使用需求，确定量化的合格标准，解决了以往传感器性能评价局限于个体的问题；能够对整批次传感器的一致性做出定量分析；能够对传感器供应商的生产能力与生产状态做出客观评价。

本发明的方法及系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的一种地震传感器的一致性定量评价方法的步骤的流程图。

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的一种地震传感器的一致性定量评价系统示意图。

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的响应灵敏度的直方图示意图。

附图标记说明：

1、激发模块；2、接收模块；3、采集模块；4、处理模块；5、数据管理模块。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明提供了一种地震传感器的一致性定量评价方法，该一致性定量评价方法包括：

采集地震传感器的测试数据；

基于测试数据计算算数平均值和标准差；

基于算数平均值和标准差，绘制直方图和高斯分布曲线；

基于合格标准值，求取工序能力指数。

其中，工序能力指数为：

cp＝t/(6σ)＝[(1+x)μ-(1-x)μ]/(6σ)

式中，σ为标准差；

μ算数平均值；

x为合格标准值。

当整批次传感器的生产能力处于正常状态时，其性能数据应服从高斯分布，说明批次传感器质量处于可控状态，本发明拟对测试数据进行处理与分析，验证其是否服从高斯分布，如服从则进一步通过统计质量控制方法量化体现批次传感器的整体一致性；如不服从则说明批次传感器一致性存在问题。

工序能力指数实际是对所测参数分布集中性的一个量化体现，工序能力指数越大说明参数分布区域越集中，自然一致性就越好，同时需要考虑经济性，因此并非盲目追求工序能力指数无限大。

作为优选方案，测试数据包括：频率、振幅、信噪比、电阻值、畸变率、阻尼和阻抗。

其中，信噪比是反映传感器一致性的主要参数，其他参数也可以此方法分析其分布状态来进一步确认传感器制造工艺。

本发明需要对传感器测试数据做长时间连续随机采样的数据记录并导出，经过处理后，用于评价批量传感器的一致性。

本发明的方法通过对同一批次的传感器在某一测试环境下的测试数据做集中性与离散性分析，并根据使用需求，确定量化的合格标准。

本发明还提出了一种地震传感器的一致性定量评价系统，该一致性定量评价系统包括：

作为优选方案，接收模块中设置激发参数和采集参数，分别控制激发模块和采集模块。

其中，激发参数包括：激发频率和振幅；采集参数包括：频率、振幅和信噪比。

其中，对传感器测试数据做长时间连续随机采样的数据记录并导出，通过接收模块实现。接收模块要求具有下述功能：采样频率可调；采样次数足够大；能够以数值形式反映得到的数据：频率、振幅、信噪比等；能够将测试输入参数与输出数据导出为excel表。

作为优选方案，激发模块包括测试台和数据采集卡，根据接收模块设置的激发参数对采集模块发出激发信号。

其中，激发模块能够根据测试需要设定激发频率与幅度，并通过采集卡由接收模块进行控制。

作为优选方案，采集模块包括传感器和数据采集卡。

其中，数据采集卡安装于计算机中，通过专有的接口与传感器通过同轴电缆连接。

作为连接传感器与测试终端的枢纽，将传感器自动采集的信号数据经过处理模块输出到数据管理模块上显示出来。

作为优选方案，处理模块是minitab软件，实时数据经过处理得到数值参数和图形。

能够将接收模块导出的数据根据需要做处理分析，得出所需的结果。

将从接收模块中导出的测试数据导入minitab软件，分别求出算数平均值μ、标准差σ，并绘制直方图与高斯分布曲线。确认测试数据服从高斯分布后，进一步求得工序能力指数等参数，作为评价整批次传感器一致性与供应商生产能力的依据。

作为优选方案，数据管理模块是平板电脑、笔记本电脑、台式电脑或手机。

作为接收终端通过接收模块接收并显示数据，并通过处理模块精确显示测试结果，数据管理模块为测试结果数据库，将处理结果整理入库并作为评价整批次传感器性能一致性的依据。

该系统的优点在于解决了以往传感器性能评价局限于个体的问题；能够对整批次传感器的一致性做出定量分析；能够对传感器供应商的生产能力与生产状态做出客观评价。

具体地，传感器的测试数据的接收包括：

接收模块通过数据采集卡对测试台发出指令，设置测试条件参数(振动频率、幅度等)；

接收模块通过数据采集卡对传感器发出指令，设置采集参数(频率、振幅和信噪比)；

接收模块将采集信号的样点参数以excel形式导出。

传感器测试数据的处理包括：

将接收模块导出的excel数据导入处理模块，即导入minitab软件中，做出直方图与高斯分布曲线，并求出算数平均值μ和标准差σ。

传感器的一致性评价：在样点服从正态分布的前提下，根据测试数据以及合格线计算工序能力指数，作为评价整批次传感器一致性的依据。

其中，合格线根据使用需求确定，可根据使用时对传感器一致性的要求不同而适当调整。

传感器测试结论整理入库：在不同测试条件下，传感器的响应状态有很大差异，因此传感器测试需要对测试条件详细分类，将不同条件下对应的测试结果整理入库，方便查阅。

实施例

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的一种地震传感器的一致性定量评价方法的步骤的流程图。

如图1所示，本实施例的一种地震传感器的一致性定量评价方法，包括：

采集地震传感器的测试数据；

基于测试数据计算算数平均值和标准差；

基于算数平均值和标准差，绘制直方图和高斯分布曲线；

基于合格标准值，求取工序能力指数。

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的一种地震传感器的一致性定量评价系统示意图。

如图2所示，本实施例的一种地震传感器的一致性定量评价系统，包括：

激发模块1；

接收模块2，接收模块2控制激发模块1和采集模块3；

采集模块3，采集模块3接收激发模块1的激发信号，并将激发信号的实时数据传送至接收模块2；

处理模块4，接收模块2将实时数据导出，传送至处理模块4；

数据管理模块5，数据管理模块5对处理后的实时数据进行分析和显示。

本实施例中，测试人员在接收模块2中的数据采集卡中设置需要的测试条件参数，并通过数据采集卡控制激发模块1中的测试台执行命令，数据采集卡与测试台通过同轴电缆连接。

测试数据的接收和采样通过标准传感器、数据采集卡nipci-4461、台式电脑、接收模块geophonems和同轴电缆实现。传感器将激发模块1的响应信号通过接收模块2的数据采集卡传送到台式电脑，在接收模块2上显示数据与波形，根据设置的采样频率采集数据样点并导出为excel格式文件，传感器与数据采集卡通过同轴电缆连接。

数据处理通过minitab软件实现，将接收模块2导出的数据样点excel文件导入minitab软件中，对其中数据进行处理，并根据需要绘制高斯分布曲线，并求出算数平均数μ和标准差σ。

根据minitab软件处理后得到的数值对照高斯分布曲线，在整批次传感器性能数据服从高斯分布的前提下，根据测试数据以及合格线计算工序能力指数，作为评价整批次传感器一致性的依据。

由于测试环境对测试数据有很大的影响，因此当测试参数改变时，需要按上述步骤重新分析。

本实施例的传感器测试数据统计如表1所示：

表1传感器测试数

从表中能够得到以下结论：本批次测试传感器电阻值最小7217欧姆，最大7976欧姆，中位数为7597欧姆；最佳响应频率最小4.05赫兹，最大4.95赫兹，中位数为4.5赫兹；阻尼最小0.554，最大0.638，中位数为0.596；响应灵敏度最小191.9，最大207.9，中位数为199.9；畸变率最小0，最大0.5％，阻抗中位数为27530欧姆。

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的响应灵敏度的直方图示意图。

其中响应灵敏度为传感器主要性能参数，通过minitab软件得到如图3所示的直方图。

合格线根据使用需求确定，本实施例中以均值5％作为合格标准值。

如图3可以得到：均值μ为200.7，标准差σ为2.811。

其中，工序能力指数为：

cp＝t/(6σ)＝[(1+5％)μ-(1-5％)μ]/(6σ)≈1.19。

对于工序能力的分析标准为：

当cp≥1.33时，工序能力充分满足，但应考虑经济性，可能存在质量过剩；

当1≤cp＜1.33时，不合格品率在0.3％以下，是希望控制的范围；

当0.67≤cp＜1时，不合格品率上升，最高可达到4.45％，可能存在不足需要提高质量；

当cp＜0.67时，不合格品率超过4.45％，产品质量处于失控状态，需要立即采取措施。

因此本实施例中的整批传感器一致性较好，供应商生产状态较为理想。

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的实施例。