时分采样实现三分量地震数据并行同步采集.pdf

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1、第14卷第12期2014年4月科学技术与工程Vo1．14No．12Apr．20141671—1815(2014)12—0042—04ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．仪表技术时分采样实现三分量地震数据并行同步采集沈统庹先国，杜勇李怀良，刘勇(成都理工大学，成都610059；西南科技大学，绵阳621010)摘要为降低三分量地震信号并行同步采样系统功耗并压缩其体积，结合数字信号处理中的采样率变换理论，提出以时分采样系统实现三分量地震信号的并行同步采集方案；该方案通过对三组时分采样结果做三倍插值将其转换为并行同步采样序列，

2、再经信号插值或抽取实现数据采样率由系统采样率向目标采样率的转换。误差分析表明该转换过程数值计算精度已优于系统硬件分辨率。该方案突出特点是可优化带限信号并行同步采样系统功耗和成本，提高系统性能。关键词时分采样三分量并行同步采集插值抽取中图法分类号TH763．1；文献标志码A多波勘探技术是地球物理勘探中的新方法，其通过人工震源激发地震波，地震信号在地层中传播时携带上地层信息，通过三分量检波器同步记录地震信号在空间三维正交轴向上的投影，结合三轴数图1传统系统框图据综合反演，解决纵波勘探所不能解决的问题J。三分量地震数据的高精度同步并行采集是地震勘探器感知地震信号，经多路模拟选择器后送入信号

3、调设备的一项关键技术，当前该类设备设计思路主要理电路处理进行调理，再送人ADC(analog-digital是在硬件中采用三路完全一致的信号调理及采样电converter，模数转换器)进行采样量化编码，中央处路，以实现对三路信号的同步并行采集J，如图1。理器负责对输入通道信号进行切换控制、对采样数据进行读取、存储及执行后续的变换算法J。该设计方案只需做好信号采集过程的同步精度控制传感器单元由三个单轴低噪声、高精度、高动态便可实现三分量地震信号的高精度同步并行采集，范围微机电系统(micro—electromechanicalsystems，其设计思路简单，控制方便，易于工程开发。但是

4、过MEMS)传感器经精密机械加工技术合成呈标准三多分立器件的使用使得整个设备的电路结构复杂，维正交分布的传感器组合J，多路模拟选择器负系统功耗较高，相对稳定性差、噪声大、体积大等问责对信号通路进行切换，为降低三轴间信号串扰，系题。作为野外工程设备，系统功耗及设备的便携性统对多路模拟开关的串扰指标要求较高。信号调理是必须考虑的问题。电子技术和信号处理理论的发电路主要为差分信号加法放大器，主要目的是将传展为数据采集设备的研发设计提供了新的思路，基感器输出双极性差分信号转化为双路单极性信号，于数字信号采样率变换理论，提出了利用单通道信以满足后续ADC模拟端口信号输入条件，并可对信号采样电路

5、通过时分采样实现对三路地震信号的同号进行固定增益放大，以扩大系统输出动态范围。步并行采集，简化系统硬件设计，降低系统功耗和噪通常，为了防止假频干扰，在采样操作之前会采声，提高了系统稳定性。用抗混叠滤波器来压缩模拟信号频带以使其满足采1系统硬件描述样定理。但抗昆叠滤波器系统响应延迟无法满足该时分采样系统高采样率时的需求，同时，考虑到系统系统由三路处于三维正交轴向上的加速度传感传感器固有的带限性及系统设计时的噪声抑制措施，该系统无需再加入抗混叠滤波器。信号采集单2013年lO月22日收到国家自然科学基金重大科研仪器设备研制专项(41227802)、国家杰出青年元为24位∑．△型ADC，考

6、虑到地震信号采集中一科学基金(40125015)资助般要求信号采样率多级可配置J，具体为250Hz、第一作者简介：沈统(1988一)，男，成都理工大学测试计量技术及500Hz、1kHz、2kHz、4kHz、8kHz和16kHz，为了仪器专业硕士研究生。研究方向：智能仪器仪表。地震勘探仪器开避免因在后续算法中出现非整数倍采样率变换而大发。E—mail：shtlu06@126．com。12期沈统，等：时分采样实现三分量地震数据并行同步采集43幅增加软件对处理器RAM的需求，硬件系统ADC需使L／M>，即需满足>2Mfc。另外，也可在抽采样率设定为8kHz。中央处理器选用STM32F4系取

7、操作之前对(n)做低通滤波，压缩其频带，然后列芯片，其具有丰富的片内外设，可以满足硬件系统再做抽取。设低通滤波器为设计及后续的扩展需要，此外，该微处理器内部嵌人eJto)=(2)了单周器DSP指令，可以满足后续数据变换算法的需要。系统框图如图2。记滤波器输出信号经抽取后序列为Y(n)，则其频谱为匦l噩H蠡嚣卜y(e)=—(e)；l∞I≤1T／(3)z轴传感器⋯将归一化角频率转化为实际信号频率可得滤波图2系统框图器的截止频率。需满足{2时分采样数据的同步并行