專利名稱：一種地球物理勘探數據采集站的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及地震數據采集和傳輸系統，具體是一種地球物理勘探數據采集站。
背景技術：
目前國內外最為先進的地震勘探儀器中的數據采集系統當屬法國Sercel公司的428系列陸上地震數據采集系統，中海油海上地震數據采集系統-“海亮“系統，中石油ES109萬道陸上地震儀系統等。另外還有一些其他研究機構研制的采集系統，如中國地震局分析預報中心申請的專利“地震數據采集器”(申請號01142110. X)。 法國Sercel公司在陸上地震儀器研制方面積累了多年經驗，其最新推出的428系列，在其408的基礎上改進后功能更加強大，采集板功耗更低，噪聲也更低，系統動態范圍更大。由于商業機密，其未公開其數據采集單元的具體實現細節，428系列采集站采用的模數轉換器仍然是24位。這是當前地震勘探領域普遍使用的精度。隨著高精度、高分辨地震勘探技術的發展，以及復雜地質勘探的需求，對地震數據采集模數變換器(ADC)的精度提出了更高的要求。中海油“海亮“地震數據采集系統采用Cirrus Logic公司生產的采集套片，以CS5372+CS5376構成A/D變換模塊，完成24_bit的模數變換，其在Ims采樣率下的動態范圍典型值為115dB左右。由于調制器和濾波器分開實現，采集系統功耗和面積都較大。基于采集系統可變增益的需要，其前端采用獨立的可變增益放大器進行處理，前端模擬系統集成度低，造成系統噪聲平臺高，Ims采樣率下的典型噪聲值為2. 5μν RMS0中石油ES109萬道陸上地震采集系統中使用的芯片和中海油類似，具有和中海油系統同樣的問題，動態范圍不高，功耗大，面積大，系統集成度低。中國地震局分析預報中心申請的專利“地震數據采集器”中使用的A/D變換芯片采用的也是Cirrus Logic的一款產品CS5321+CS5322。輸出字長為24-bit，Ims典型采樣率下，系統動態范圍典型值不超過120dB。且采集站后端處理單元采用了數字信號處理器TMS320C32,系統結構相對復雜，靈活性相對較差。可見，目前地震勘探儀器數據采集系統普遍采用24-bit精度，系統噪聲受系統集成度影響較大，基于ASIC電路的系統通常具有較低的系統噪聲，系統動態范圍大；而基于分立芯片構建的前端模數變換系統，則集成度差，系統噪聲高。隨著地震勘探儀器研制技術的發展以及對高分辨地震勘探精度要求的提高，前端模數變換系統需要向高集成度，低噪聲，高精度，低功耗的方向發展。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種地球物理勘探數據采集站，其結構簡單，具有高集成度、高精度、低噪聲的優點。本實用新型的技術方案為[0010]一種地球物理勘探數據采集站，包括相互連接的前端的模數變換單元和后端的處理單元；所述的模數變換單元是由可變增益放大器和模數轉換器組成；所述的處理單元是由現場可編程門陣列和連接于現場可編程門陣列上的數據傳輸接口芯片組成。所述的可變增益放大器和模數轉換器選用ADS1282變換芯片。所述的模數變換單元的前端連接有模擬RC濾波器。所述的數據傳輸接口芯片包括有兩個相對現場可編程門陣列對稱設置的命令接口和兩個相對現場可編程門陣列對稱設置的數據接口 ；所述的數據接口是由與現場可編程門陣列連接的并/串轉換器和與并/串轉換器連接的驅動器組成，所述的命令接口是由與現場可編程門陣列連接的串/并轉換器和與串/并轉換器連接的均衡器組成。所述的驅動器選用驅動器CLC001 ;所述的均衡器選用均衡器CLC012。本實用新型的優點(I)、本實用新型具有高集成度，高精度，低噪聲，低功耗等諸多優點；在Ims典型采樣率下，允許輸入信號幅度為5Vpp，系統噪聲典型值為I. μν RMS，根據動態范圍計算公式DR=201ogl0 (Srms/Nrms)，Srms為輸入信號RMS值，Nrms為計算后噪聲RMS值，由此可得系統動態范圍為124dB。A/D變換輸出字長為31-bit高精度，系統單道模擬功耗約為30mW，相對于中海油“海亮“系統單道模擬功耗約為56mW，功耗減少約一半；由于Sercel 428系列以及中石油ES109儀器均為公開模擬部分實現細節，無法進行功耗對比。(2)、本實用新型結構緊湊簡潔，總體架構上由前端的采集單元和后端的處理單元構成，前端采集單元由單個芯片完成增益可變，A/D變換，采用的ADS1282變換芯片內部集成可變增益放大器，同時支持多路信號輸入，從而給采集站自檢提供測試信號輸入通道，避免采用模擬開關引入額外噪聲和信號畸變，除了內部集成可變增益放大器外，所使用的ADS1282變換芯片同時支持可變采樣率，芯片最終輸出31-bit高精度變換結果，同時為了滿足現有儀器后端處理單元的接口需要，芯片也可輸出24-bit變換結果，極大了提升了采集站的靈活性，給整個地震勘探系統的傳輸系統設計也提供了極大的靈活性；后端的采集單元由現場可編程門陣列(FPGA)以及數據傳輸接口芯片構成，本實用新型即可適應單站多道等中小型地震勘探儀器的設計需求，同時也可適應單站單道等大型地震勘探儀器的設計需求，結構上具有很大的靈活性和擴展性。(3)、本實用新型所述的數據傳輸接口芯片采用了對稱式設計，采集站不區分方向性，這對野外施工提供了極大地便利，提高了野外作業的效率。
圖I是本實用新型的結構示意圖。圖2是本實用新型短路噪聲測試的結構示意圖。圖3是本實用新型短路噪聲測試后得到的噪聲幅度隨頻率變化的頻譜圖。
具體實施方式
見圖1，一種地球物理勘探數據采集站，包括相互連接的前端的模數變換單元和后端的處理單元；模數變換單元包括順次連接的模擬RC濾波器I和ADS1282變換芯片2 ;處理單元是由現場可編程門陣列3和連接于現場可編程門陣列3上的數據傳輸接口芯片組成，據傳輸接口芯片包括有兩個相對現場可編程門陣列3對稱設置的命令接口和兩個相對現場可編程門陣列3對稱設置的數據接口 ；數據接口是由與現場可編程門陣列連接的并/串轉換器4和與并/串轉換器4連接的驅動器CLCOOl 5組成，命令接口是由與現場可編程門陣列3連接的串/并轉換器6和與串/并轉換器6連接的均衡器CLCO12 7組成。見圖2，采集站短路噪聲測試電路，包括現場可編程門陣列3，被測試ADS1282變換芯片2以及數據上傳接口 RS232 8組成。數據上傳接口 RS232 8為采集站外部電路，通過現場可編程門陣列3直接驅動，將測試數據傳遞給PC機進行分析。測試電路除了外部RS2328夕卜，利用了采集站原有內部芯片，通過控制芯片內部寄存器值來更改連接方式，測試采集站系統噪聲。采集站具有低噪聲特點，該測試電路給出了采集站噪聲測試的連接方式，通過控制ADS1282變換芯片2內部寄存器的配置，可以設置ADS1282變換芯片2輸入為電阻短接到地，用以測試采集站的短路噪聲。ADS1282變換芯片2輸入端通過400ohm電阻下拉到地，獲取ADS1282變換芯片2A/D變換結果后，現場可編程門陣列3將采集得到的結果通過RS232 8上傳給PC，在PC上采用專業軟件進行噪聲計算，獲得系統短路噪聲RMS值。計算中采用的計算點數為8192。 見圖3，按照圖2連接方式測試得到的采集站短路噪聲FFT計算結果。測試結果顯示噪聲平臺在_150dB，計算得到噪聲RMS值為I. luV，根據計算公式可得動態范圍為124dB左右。本實用新型的工作原理(I)、采集站上電后，進行初始化，初始化主要完成各采集站編號，為接下來的組幀上傳做好準備，避免軟件在進行數據重組(時序轉道序)時混亂。(2)、完成初始化后，等待質量控制測試命令質量控制即在進行實際數據采集前，由采集站內部產生測試波形對采集電路進行測試，查看通道的好壞以及各項指標情況，這項測試由人工控制，不自動進行，通常只需在最開始時進行測試，在以后工作中，只要拓撲結構不發生變化，均可跳過。(3)、完成質量控制測試后，采集站進入正常工作流程，等待用戶命令現場可編程門陣列3通過命令接口發送啟動采集命令和停止采集命令等，通過數據接口啟動組幀上傳數據命令等。為了降低功耗，通常采集站在上電后并不進行A/D變換，需要配置命令啟動ADC進行模數變換操作，啟動之后需要配置停止命令才能停止A/D變換。
權利要求1.一種地球物理勘探數據采集站，其特征在于包括相互連接的前端的模數變換單元和后端的處理單元；所述的模數變換單元是由可變增益放大器和模數轉換器組成；所述的處理單元是由現場可編程門陣列和連接于現場可編程門陣列上的數據傳輸接口芯片組成。
2.根據權利要求I所述的一種地球物理勘探數據采集站，其特征在于所述的可變增益放大器和模數轉換器選用ADS1282變換芯片。
3.根據權利要求I所述的一種地球物理勘探數據采集站，其特征在于所述的模數變換單元的前端連接有模擬RC濾波器。
4.根據權利要求I所述的一種地球物理勘探數據采集站，其特征在于所述的數據傳輸接口芯片包括有兩個相對現場可編程門陣列對稱設置的命令接口和兩個相對現場可編程門陣列對稱設置的數據接口 ；所述的數據接口是由與現場可編程門陣列連接的并/串轉換器和與并/串轉換器連接的驅動器組成，所述的命令接口是由與現場可編程門陣列連接的串/并轉換器和與串/并轉換器連接的均衡器組成。
5.根據權利要求4所述的一種地球物理勘探數據采集站，其特征在于所述的驅動器選用驅動器CLCOOl ;所述的均衡器選用均衡器CLCO12。
專利摘要本實用新型公開了一種地球物理勘探數據采集站，包括相互連接的前端的模數變換單元和后端的處理單元；模數變換單元是由可變增益放大器和模數轉換器組成；處理單元是由現場可編程門陣列和連接于現場可編程門陣列上的數據傳輸接口芯片組成。本實用新型結構簡單，使用方便，集數據采集和數據傳輸于一體，具有高集成度、高精度、低噪聲和低功耗的優點。
文檔編號G01V1/22GK202710755SQ20122036003
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月24日 優先權日2012年7月24日
發明者曹桂平, 宋克柱, 呂文貴, 陳靜, 王映初 申請人:合肥國為電子有限公司