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1、1998年10月JOURNALOFCHANGCHUNUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYOct.1998多道轻便地震数据采集系统李颖罗维芳唱鹤鸣(长春科技大学信息科学与技术学院,长春130026)摘要详细介绍了48道浅震仪数据采集系统的硬件组成及各部分的工作原理,并介绍了浅震仪数据采集系统的基本软件流程及编制软件原理。关键词多路转换瞬时浮点放大中图分类号P631.43AƒD转换滤波引言0地震数据采集系统是为了接收和记录地震波而专门设计的一种精密的电子仪器组合装置,它的性能好坏直接影响地震记录质量。随着地震
2、勘探工作的迅速发展,地震勘探仪器在金属矿地震勘探工作和工程地质勘查中的作用也日益显著,为此,国内外许多大学、公司、研究单位都建立了工程地震勘探实验室,对方法、仪器、应用和数据处理等进行了广泛的研究。就地震勘探仪器而言,大部分都是从国外引进的,如瑞典的MARK6、日本的170F、美国的R24,这些仪器多用于浅层地震勘探,工程地震勘测应用的范围有限,而且体积大、笨重、价值昂贵,不宜推广。本系统就是为了发展国内地震仪器,为金属矿地震勘探提供手段而研制的一种轻便的数字化多功能地震仪。该系统包括由微机控制的数字地震仪和采集处理系统,可用于金属
3、矿地震勘探、石油和煤田地震勘探、工程勘探、VSP垂直地震剖面、PS测井,该仪器同时还具备多种功能,可进行桩基的无损检测、岩土RS测试、地面常时微动测试等,并能实时处理数据,实时出图,及时提供岩土的基础资料。1系统硬件电路的设计系统工作原理人工震源所产生的振动信号,通过大地形成的折射波、反射波、面波等到达检波器,并通过检波器被转换成模拟的电信号,传递到前置放大器(包括放大器和滤波器),进行固定增益的前置放大和各种必要的滤波(包括高通、低通、陷波等),再经过可变增益的主放放大。经放大的信号又送到AƒD转换器,并经AƒD转换器进行量化转换
4、为相应的数字信号,由计算机读入内存,经变换后按规定的格式存入硬盘或软盘上,同时在显示器上进行显示或在打印机上进行打印。存贮后的数据还可以进行处理分析,如频谱分析、滤波等,以达到预期的目的。第一作者简介李颖女32岁博士生仪器分析专业收稿日期19980114系统原理1框图如图1所示,它是由计算机控制的数字式浅震仪。包括以下几个部分:前置放大器,滤波器,多路转换开关,主放电路2,瞬时浮点增益调整电路3,AƒD转换器,存贮器,屏幕显示,图形打印,微机控制。前置放大电路包括放大电路和滤波电路。信号放大电路就是把从检波器接收到的微弱信号放大到多
5、路转换开关能够采样的电平,并配合浮点增益放大器将地震信号放大到AƒD转换器的测量范围,同时提高信噪比。另外,放大电路对输入信号进行可选择的具有一定增益的线性放大。本系统使用差动式放大电路,即噪声抑制电路。滤波电路就是滤除有效信号中的干扰信号,提高信噪比。由于接收到的地震信号中不仅含有效波,而且还含有许多干扰波,如面波、声波等,另外还图1多道轻便地震仪数字采集系统硬件框图Fig.1Thehardwareblockdiagramofmultichannelslightdataacquisitionsystemofseismographi
6、nstrument有长线传输中存在的工频干扰,因此,滤波电路必须尽可能滤除可能存在的干扰信号。滤波电路的主要器件是开关、滤波器。该滤波器的带通频率是软件可编程的。多路转换开关又称多路转换器。在分时采集离散模拟信号的同时,又负责将各道输入的离散信号依次连接到公用放大器上,因此,多路转换开关是用来按选定的采样间隔切换模拟信号实现“多路合一”任务的关键元件。开关是16选1模拟电子开关,具有体积小、转换速度快等优点。主放电路主放的全称是瞬时浮点放大器,其结构框图见图2。地震信号子样的放大要由它来完成,它是一种瞬时可变的高增益放大器。它的作用
7、可概括为:放大离散子样并实现增益数字化,扩大数字仪的记录动态范围,快速调整确定最佳增益值,高精度放大每个子样。AƒD转换器AƒD转换器负责将经主放放大后的模拟子样进行量化和编码,形成适合于数字处理的分离的二进制代码,便于计算机进行数据存贮和处理。系统与微机的接口电路由于本系统是高速采集系统,所以采用了自带RAM的方446长春科技大学学报1998年图2瞬时浮点放大器框图Fig.2Theblockdiagramofinstantaneousfloatprintamplifier法来暂存地震数据。首先数据由AƒD输出存入RAM中,最后数据
8、再由RAM中读出并通过缓冲送入微机内存中,本电路在AƒD和RAM中间加一个三态隔离器,AƒD输出时起锁存作用。控制电路控制电路是系统中的“总管”,它负责叫通各个器件端口,并发送控制码到各放大电路及其它电路,起到微机与其它电路间的“接口
