一种高精度地震勘探数据采集系统的设计与实现

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1、匦銎鲴鎏鍪兰墨墨笠圭娑塑L文章编号：1671—4598(2008)06一0881一03中围分类号：TN492文献标识码：B一种高精度地震勘探数据采集系统的设计与实现孙娴，罗桂娥(中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙410083)‘摘要：在现代地震勘探中，可以通过采集人工地震波所携带的地下信息来分析地层结构从而寻找油、气等资源；由于地震勘探信号的动态范围很大．采用具有高动态范围的24位∑一△A／Dcs5321／cs5322组件完成高精度数据采集，结合FPGA、FIFo存储器和嵌入式计算机模块DIMM—PC构成三通道并

2、行数据采集系统，用于地震勘探数据采集，并给出了该系统的设计方法和测试结果，结果表明电路工作正确可靠，满足地震检测对系统总的动态范围的要求。关键词：24位∑一△A／D；FPGA；高动态范围；地震勘探数据采集Desi弘粕dImple删mtati蚰ofaHi曲PI．ecisi蚰SeisnlicDataAcqllisiti伽Syst哪SunXian。LuoGuie(CoUegeofInfo咖ationScienceandEngineering，CentralSouthUniversity，Changsha410083，Ch

3、ina)Abstract：Inthemodemseismographs，peoplecangetthedistributionofthestratigraphicstructurebyanalyzingtheseismicdatacarriedbytheanificialseismicwavetoprospectoiI—gasresource．Forthehighdynamicrangeoftheseismicsignal，akindofhighprecisionthree—channelparallelseism

4、icdataacquisitionsystemwasmainlymadeupby24一bit∑一△VariableBandwidthA／DConverterChipsetCS5321／22，FPGA，FIF0andDIMM—PC．Thedesignmethodandtestresultofthesystemaregiven．Theresultsofsimulationonthehardwarecircuitprovedthisdesignefficientandcanmeetthewholedynamicrange

5、requirementsfortheSeismicAcquisitionSystemverywell．Keywor由：24一bit∑一△A／D，FPGA，highdynamicrange；seismicdataacq“sitionO引言地震勘探是目前最常用石油勘探方法之一，它的基本原理是利用人工地震在地层中产生振动信号，根据设计要求在距离激发点不同的地方布置传感器(即地震检波器)接收振动信号，然后对接收到的振动信号进行处理、解释，根据信号的频率、振幅、速度等信息分析不同深度地层的属性、构造的形态等，从而初步判断是否

6、有具备生油、储油条件，最后提供钻探的井位。由于地震勘探信号的动态范围很大，所以为了能够同时检测来自地层深处的微弱信号和来自地表的强大信号，要求地震勘探数据采集单元具有高达120dB以上的动态范围。普通的脉冲编码调制型(PCM)A／D转换器大多动态范围在90dB(15位)左右，不能满足地震勘探信号动态范围大的要求。即使采用瞬时浮点放大器[11与14～15位A／D转换器相结合的方法，使总的动态范围高达160dB以上，但仍不能解决高分辨地震检测对系统总的动态范围的要求。采集系统的瞬时动态范围主要由A／D转换器的动态范围决

7、定，近年来由于过抽样A／D转换器[z]的出现，将A／D转换器的动态范围提高到了120dB以上，为解决大瞬时动态范围信号采集的问题提供了新的途径。本文系统中采用具有高动态范围的24位∑一△A／D芯片完成高精度数据采集，并结合FPGA和嵌入式计算机模块DIMM—PC完成整个对采集系统的控制及对采集数据的存储。牧稿日期：2007—10一03l修回日期：2007—11—27^作者简介：孙娴(1981一)，女，山东省菏泽市单县人，在读硕士生，主要从事智能仪器方面的研究。罗桂娥(1962一)，女，湖南省株洲人，教授，博士研究生

8、，主要从事智能仪器与测控技术的研究。图1采集统原理框图1系统硬件设计地震勘探数据采集系统主要由检波器、前置放大电路、24位模／数转换、FPGA[3]逻辑控制器、GPS接收器、嵌入式计算机模块DIMM—PC、IDE硬盘接口和串行通信接口等组成，采集系统原理框图如图1所示。地震检波器是一个将地面振动信号转变为电信号的传感器，用来检测地层的振动信号。检波器信号输入