一种井中三分量地震数据采集系统

1.本实用新型属于地球物理勘探数据采集系统，尤其是一种井中三分量地震数据采集系统。


背景技术：

2.当前，有资料显示我国中、高渗透性的油气田储量远小于低渗透性油气田。因此，低渗透性油气田的开采逐渐成为了油气田开发研究的重点。目前，水力压裂技术是低渗透油气田开采的主要技术手段，而对水力压裂过程进行监测的方法中，最有效的是采取微地震监测的方法。微地震监测主要有井中监测和地面监测两种方式，与地面监测相比，井中采集到的地震数据有信噪比高、有效波的分辨率高、垂向分辨能力强的优点。因此，利用井中数据采集设备进行地震信号采集，可以为最终成果的可靠性和勘探效果提供保证。同时井中采集系统也对传输系统提出远距离、高速率的要求。目前有线通信主要依赖于两种介质，即光纤与电缆，虽然在一些领域光纤通信的应用解决了数据传输的瓶颈问题，但光缆的耐高温性、抗拉扯性、可维护性均差于电缆。所以目前电缆通信仍然是井中信号传输的主要通信手段，研究如何提升电缆的传输速率仍然是需要解决的问题。
3.因此，研究一种具有高速度电缆通信的井中三分量地震数据采集系统具有十分重要的意义。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种井中三分量地震数据采集系统，提升了传输速率并降低了噪声干扰所带来的误差。
5.本实用新型是这样实现的，一种井中三分量地震数据采集系统，该系统包括：
6.采集子系统和通信子系统，其中采集子系统位于井中进行地震数据的采集，通过通信子系统将采集子系统采集的信息同地面控制中心进行通讯；其中通信子系统包括调制单元连接采集子系统，调制单元通过模拟信号传输单元连接解调单元连接pc端。
7.进一步地，采集子系统包括三分量检波器、模拟信号预处理模块、主控模块、adc采样和校准电路模块、时钟同步模块以及电源电路模块，所述主控模块以stm32为核心搭建的最小系统，时钟同步模块通过rs485数据线与主控模块连接，保证系统的同步采集，电源电路模块采用12v电源通过dc
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dc转换单元转换电压为系统供电；三分量检波器依次连接模拟信号预处理模块、adc采样和校准电路模块通过spi接口连接主控模块，所述时钟同步模块设置在地面。
8.进一步地，所述模拟信号预处理模块在信号输入前端加入双向瞬态电压抑制管，包括巴特沃斯低通滤波器电路进行滤波。
9.进一步地，ad采样和校验电路模块：采用32位模数转换器ads1282进行采样，32位模数转换器ads1282的监测管脚为低电平时，32位模数转换器ads1282的sdo口输出数据至主控模块。通过dac1282芯片连接32位模数转换器ads1282作为校准电路。
10.进一步地，所述主控模块采用stm32f4系列产品stm32f407zft6。
11.进一步地，模拟传输单元包括两个变压器以及两个变压器之间的测井电缆，一变压器连接调制单元，另一个变压器连接解调单元，调制单元经过dac转换变为模拟信号通过变压器耦合到测井电缆进行传输，传输到电缆另一端后再通过一个完全对称的相反过程，再次被恢复为数字信号。
12.本实用新型与现有技术相比，有益效果在于，本新型以32位高精度ads1282为核心的采集单元保证地震数据的高精度采集。同时，采用地面gps授时单元通过rs485与井中采集单元进行通信，保证数据同步采集并授予精准的时间信息。最后，通过数据调制后进行数据传输，提升了传输速率并降低了噪声干扰所带来的误差。
附图说明
13.图1井中三分量地震采集系统整体结构框图；
14.图2采集子系统结构框图；
15.其中。1主控模块，2模拟信号预处理模块，3 adc采样和校准电路模块，4时钟同步模块，5电源电路模块，6缓存模块；
16.图3通信子系统结构框图。
具体实施方式
17.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
18.参见图1，一种井中三分量地震数据采集系统，该系统包括：
19.采集子系统和通信子系统，其中采集子系统位于井中进行地震数据的采集，通过通信子系统将采集子系统采集的信息同地面控制中心进行通讯；其中通信子系统包括调制单元连接采集子系统，调制单元通过模拟信号传输单元连接解调单元连接pc端。
20.参见图2，采集子系统包括三分量检波器、模拟信号预处理模块、主控模块、adc采样和校准电路模块、时钟同步模块以及电源电路模块，所述主控模块以stm32为核心搭建的最小系统，时钟同步模块通过rs485数据线与主控模块连接，保证系统的同步采集，电源电路模块采用12v电源通过dc
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dc转换单元转换电压为系统供电；三分量检波器依次连接模拟信号预处理模块、adc采样和校准电路模块通过spi接口连接主控模块。
21.模拟信号预处理模块为形成过电压、电流保护电路，采用在信号输入前端加入双向瞬态电压抑制管。同时，加入巴特沃斯低通滤波器电路，以对原始信号进行滤波处理增强信号的信噪比，提高系统的抗干扰能力。
22.ad采样和校验电路模块：采用32位模数转换器ads1282进行采样，32位模数转换器ads1282的监测管脚为低电平时，32位模数转换器ads1282的sdo口输出数据至主控模块。通过dac1282芯片连接32位模数转换器ads1282作为校准电路。dac1282芯片产生正弦波测试信号，检测系统自身数据采集功能及相关指标参数，自检完成以后通过模拟开关进行切换，开始采集地震信号。经过信号处理后的地震信号，由地震勘探专用的高精度32位模数转换器ads1282进行采样。该芯片内置可编程增益放大器，可最大程度匹配连接检波器。同时可
根据需求选择250sps、500sps、1000sps、2000sps、4000sps的采样率。系统采用连续采样模式，并通过spi接口与主控模块通信，监测管脚为低电平时，sdo口输出数据至主控模块。同时以dac1282芯片搭建adc的校准电路，用于给adc芯片提供校验与测试信号，降低其因温度、器件老化的带来零漂、增益偏差等问题的影响。
23.主控模块采用stm32f4系列产品stm32f407zft6。
24.如图3所示，模拟传输单元包括两个变压器以及两个变压器之间的测井电缆，一变压器连接调制单元，另一个变压器连接解调单元，调制单元经过dac转换变为模拟信号通过变压器耦合到测井电缆进行传输，传输到电缆另一端后再通过一个完全对称的相反过程，再次被恢复为数字信号。
25.如图3所示，通信系统包括调制单元、模拟传输单元与解调单元。地震数据首先经过调制单元处理后，通过电缆传输至解调单元，数据经过恢复后由pc端回收数据，完成整个数据回收过程。
26.调制单元：通过采集系统采集到的地震数据，以二进制数据流的形式进入fpga模块，并通过调制、编码后形成待发送数据信号。
27.模拟传输单元：编码调制后的数据，首先经过dac转换模块变为模拟信号，再进行滤波处理和功率放大，最后通过变压器耦合到测井电缆进行传输。传输到电缆另一端后再通过一个完全对称的相反过程，再次被恢复为数字信号。
28.调制单元：地面接收端接收到数据后，经过adc转换模块后经过过解交织，解码和解扰码，最终将数据恢复。pc端通过网口连接进行通信，将数据回收以完成整个数据采集与回收全过程。
29.在地面设置有时钟同步模块通过rs485数据线与井中采集子系统连接。时钟同步模块由于采集系统包含三个独立的采集通道，为保证各个采集通道同步采集地震数据，准确记录数据采集时间节点，便于数据分析时提供准确时间信息。所以系统采用地面时钟同步模块授时方式，并通过rs485与井中采集子系统通信，gps卫星可在全球范围内提供精确的utc时间信息，地面时钟同步模块接收到gps信息以后，通过rs485传输至井中采集子系统的主控模块，主控模块通过解析gps数据，转换成为标准时间信息，并给数据文件打上时间戳，达到对仪器授时的目的。
30.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。