地震數(shù)據(jù)采集站原理與測試

前言

　　地震勘探是目前最主要的油氣、煤炭地球物理勘探方法。常規(guī)地震勘探的基本原理是通過向地下發(fā)射人工產(chǎn)生的地震波，當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ诘叵聜鞑r(shí)遇到地下不同巖層的界面發(fā)生反射和折射并返回到地表，被放置在地表或井中的傳感器（稱為地震檢波器）陣列所檢測，然后對采集到的地震信號進(jìn)行處理從而獲取地下地質(zhì)構(gòu)造和巖石性質(zhì)的信息。因此，如何準(zhǔn)確、有效地采集到從地下反射或折射回的地震信號是地震勘探的首要任務(wù)，地震勘探儀器或地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是用于完成這一任務(wù)的設(shè)備。自從地震勘探出現(xiàn)以來，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息科學(xué)的迅速發(fā)展，以及石油地球物理勘探的日益深入，地震勘探儀器的發(fā)展走過了從模擬光電記錄地震儀、模擬磁帶記錄地震儀、集中式數(shù)字地震儀、常規(guī)的分布式遙測地震儀，直到目前的超大規(guī)模的地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等各個(gè)發(fā)展階段。地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由三個(gè)大的部分組成：其一為數(shù)據(jù)采集部分，包括地震檢波器和數(shù)據(jù)采集站；其二為數(shù)據(jù)傳輸部分，包括電纜（或無線鏈路）和交叉站；最后是用來收集并保存地震數(shù)據(jù)的主機(jī)系統(tǒng)。這三個(gè)部分都是不可缺少的，共同決定了地震勘探的準(zhǔn)確性與勘探效率。為了勘探的準(zhǔn)確性，通常對勘探所采集的地震數(shù)據(jù)有所謂高精度、高信噪比和高分辨率的“三高”要求。“三高”要求數(shù)據(jù)的獲取除了地震勘探的方法外，最重要的保證就是地震數(shù)據(jù)采集站，地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的許多技術(shù)指標(biāo)都是針對它提出的，它是整個(gè)地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中最重要的部件之一，而且無論是有線地震采集系統(tǒng)還是無線系統(tǒng)，也無論是用于陸上還是用于海上的采集設(shè)備，采集站都是基本相同的。鑒于目前還沒有對地震數(shù)據(jù)采集站進(jìn)行系統(tǒng)研究的書籍，因此本書對其基本原理、系統(tǒng)構(gòu)成與測試方法進(jìn)行了詳細(xì)論述?！　∪珪譃?章，第1章作為基礎(chǔ)介紹了地震數(shù)據(jù)采集站所涉及的信號處理的基本理論，重點(diǎn)論述了模擬信號數(shù)字處理的基本理論與分析方法。第2章重點(diǎn)說明了作為地震數(shù)據(jù)采集站的核心器件——過抽樣Σ-ΔA/D與D/A轉(zhuǎn)換器的原理。第3章從石油地震勘探對地震數(shù)據(jù)采集的要求出發(fā)，簡要介紹了現(xiàn)代大型地震勘探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成，說明了地震數(shù)據(jù)采集站的作用及其主要技術(shù)指標(biāo)，重點(diǎn)論述了現(xiàn)代地震數(shù)據(jù)采集站的原理與系統(tǒng)構(gòu)成，詳細(xì)說明了數(shù)據(jù)采集站的結(jié)構(gòu)及各個(gè)重要部件。第4章從信號處理的理論出發(fā)，詳細(xì)研究了數(shù)據(jù)采集站各主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法，給出了理論推導(dǎo)和相應(yīng)的測試框圖。第5章介紹了測試地震數(shù)據(jù)采集站的設(shè)備及測試實(shí)例。

內(nèi)容概要

　　《地震數(shù)據(jù)采集站原理與測試》全面論述地震數(shù)據(jù)采集站的基本原理、系統(tǒng)構(gòu)成和測試方法。全書分為5章，第1章作為基礎(chǔ)，介紹地震數(shù)據(jù)采集站所涉及的信號處理的基本理論。第2章說明作為現(xiàn)代地震數(shù)據(jù)采集站核心的過抽樣∑-△A/D與D/A轉(zhuǎn)換器的原理及其典型器件。第3章從地震勘探對地震數(shù)據(jù)采集的要求出發(fā)，詳細(xì)描述以∑-△A/D與D/A轉(zhuǎn)換器為核心的現(xiàn)代地震數(shù)據(jù)采集站的原理、結(jié)構(gòu)及各個(gè)重要部件的組成。第4章從信號處理的理論出發(fā)，論述數(shù)據(jù)采集站各主要技術(shù)指標(biāo)的測試方法。第5章介紹測試地震數(shù)據(jù)采集站的儀器與測試實(shí)例?！　　兜卣饠?shù)據(jù)采集站原理與測試》作為第一本系統(tǒng)描述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測試方法的專著，可供從事有關(guān)數(shù)據(jù)采集與處理特別是地震勘探與開發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和地球物理儀器研制、使用及維據(jù)的科技人員參考，或作為從事設(shè)備計(jì)量與檢定、設(shè)備校準(zhǔn)人員的培訓(xùn)教材，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)教學(xué)參考書和教材。

書籍目錄

第1章 信號處理基礎(chǔ)1.1 離散時(shí)間信號1.1.1 離散時(shí)間信號及其時(shí)域表示1.1.2 序列的基本運(yùn)算1.1.3 一些常用序列1.1.4 用單位脈沖序列表示任意序列1.2 離散時(shí)間系統(tǒng)及其時(shí)域分析1.2.1 線性時(shí)不變系統(tǒng)1.2.2 線性時(shí)不變系統(tǒng)的構(gòu)成1.2.3 線性時(shí)不變系統(tǒng)的差分方程描述1.2.4 線性時(shí)不變系統(tǒng)的求解1.2.5 系統(tǒng)的因果性與穩(wěn)定性1.3 連續(xù)時(shí)間信號的數(shù)字處理1.3.1 抽樣定理與A/D轉(zhuǎn)換器1.3.2 抽樣信號的恢復(fù)與D/A轉(zhuǎn)換器1.4 離散時(shí)間信號與系統(tǒng)的頻域分析1.4.1 序列的z變換1.4.2 序列的傅里葉變換1.4.3 離散時(shí)間系統(tǒng)頻域分析1.5 離散傅里葉變換及其快速算法1.5.1 有限長序列的離散傅里葉變換1.5.2 DFT的一些性質(zhì)1.5.3 DFT的快速算法——FFT1.5.4 DFT與FFT在頻譜分析中的應(yīng)用1.6 數(shù)字濾波器概述1.6.1 數(shù)字濾波類型與指標(biāo)1.6.2 FIR線性相位數(shù)字濾波器1.6.3 最小相位數(shù)字濾波器1.6.4 梳狀濾波器參考文獻(xiàn)第2章 過抽樣Σ-Δ轉(zhuǎn)換器2.1 概述2.2 量化與量化噪聲2.3 Σ-Δ調(diào)制器2.3.1 Σ-Δ調(diào)制器的基本概念2.3.2 一階Σ-Δ調(diào)制器的傳輸特性及量化信噪比2.3.3 高階Σ-Δ調(diào)制器2.4 數(shù)字抽取濾波器2.4.1 序列的重抽樣及其頻譜2.4.2 Σ-ΔA/D轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍與采樣率、字長的關(guān)系2.4.3 抽取濾波的實(shí)現(xiàn)2.5 Σ-ΔD/A轉(zhuǎn)換器與數(shù)字插值濾波器2.5.1 Σ-ΔD/A轉(zhuǎn)換器2.5.2 數(shù)字插值濾波器2.6 Σ-ΔA/D轉(zhuǎn)換器CS5372/CS5376組件2.6.1 Σ-Δ調(diào)制器CS53722.6.2 數(shù)字抽取濾波器CS5376參考文獻(xiàn)第3章 地震數(shù)據(jù)采集站原理3.1 地震勘探簡介3.1.1 地震勘探概述3.1.2 地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其野外工作方式3.1.3 地震勘探對地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求3.1.4 地震數(shù)據(jù)采集站的主要技術(shù)指標(biāo)3.2 地震數(shù)據(jù)采集站結(jié)構(gòu)3.2.1 傳統(tǒng)地震數(shù)據(jù)采集站的局限性3.2.2 基于Σ-ΔA/D轉(zhuǎn)換器的地震數(shù)據(jù)采集站采集模塊結(jié)構(gòu)3.2.3 現(xiàn)代地震數(shù)據(jù)采集站的總體結(jié)構(gòu)3.3 地震數(shù)據(jù)采集站采集模塊3.3.1 低噪聲放大器3.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器接口3.3.3 嵌入式處理器與控制電路3.3.4 內(nèi)置高精度測試信號源3.4 數(shù)據(jù)傳輸與接口3.4.1 地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常用的傳輸技術(shù)3.4.2 采集站與數(shù)據(jù)傳輸電纜接口3.4.3 傳輸協(xié)議3.4.4 檢波器接口3.5 電源及其他3.5.1 電源配置3.5.2 防雷擊與防靜電3.5.3 機(jī)殼設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)第4章 采集站測試原理和計(jì)算方法4.1 概述4.2 直流漂移與噪聲的測試方法4.3 諧波畸變測試方法4.4 計(jì)時(shí)精度測試方法4.5 增益精度測試方法4.6 相位特性測試方法4.7 系統(tǒng)延時(shí)測試方法4.8 頻帶特性測試方法4.9 陷波特性測試方法4.1 0共模抑制比測試方法4.1 1串音干擾測試方法4.1 2一致性測試4.1 3測試誤差分析參考文獻(xiàn)第5章 地震數(shù)據(jù)采集站測試儀器5.1 概述5.2 采集站測試儀器的結(jié)構(gòu)5.2.1 對測試儀器的要求5.2.2 測試儀器硬件結(jié)構(gòu)5.2.3 測試儀器軟件結(jié)構(gòu)5.2.4 高精度信號源5.2.5 高精度計(jì)時(shí)器5.3 采集站測試數(shù)據(jù)獲取5.3.1 測試數(shù)據(jù)采集控制軟件5.3.2 測試接口網(wǎng)絡(luò)配置5.4 測試儀器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5.4.1 處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)5.4.2 數(shù)據(jù)處理結(jié)果保存與顯示5.5 采集站測試實(shí)例參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　目前有為數(shù)眾多的地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)服務(wù)于各個(gè)石油和煤炭地震勘探現(xiàn)場，儀器種類繁多，使用較多的儀器有法國SERCEL，公司的408UL、428，美國INPUT／OUTPUT公司的System4，IMAGE，Scotpion，加拿大GEO-X公司的ARIES以及其他如FAIRFIELD公司BOX等無線儀器，這些儀器的采集站都是以A／D轉(zhuǎn)換器為核心構(gòu)成的。由于采集站的性能直接關(guān)系到采集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量，因此地震勘探儀器在驗(yàn)收時(shí)和施工過程中必須對其各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測，以確保系統(tǒng)的電氣特性和工作狀態(tài)滿足應(yīng)有的技術(shù)要求。對采集站的檢測主要有兩種類型，一種是在日?？碧绞┕ぶ羞M(jìn)行的常規(guī)開機(jī)自檢，即日檢，這主要由地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自帶的測試系統(tǒng)完成，測試方法由各儀器制造商自行規(guī)定。一般做法是在野外施工完成排列后，由主機(jī)系統(tǒng)向采集站發(fā)出自檢的命令，啟動采集站中內(nèi)置的信號源，按照自檢命令所要求的測試項(xiàng)目，產(chǎn)生所需要的測試信號，然后命令采集站不通過檢波器直接對測試信號進(jìn)行采集，將采集的數(shù)據(jù)送主機(jī)自帶的測試軟件進(jìn)行處理，最后給出相應(yīng)的測試結(jié)果。另一種測試是對新儀器的驗(yàn)收及儀器維護(hù)過程中的年檢或月檢。由于儀器的種類很多，各儀器制造商開發(fā)儀器的能力、側(cè)重的目標(biāo)、使用的器件和實(shí)現(xiàn)的方法等各不相同，性能也各有差異。

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